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通信系统架构设计理论与实践

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📄 教材出处 · 第 20 小时《通信》 (书第 171–176 页) ▸ 查看原文摘录 打开教材 PDF ↗
第 171 页 ↗通信系统架构设计理论与实践 20.0 章节考点分析 主要学习通信系统架构设计的理论和工作中的实践。
第 172 页 ↗通常由计算机、交换机、路由器等设备组成。
第 173 页 ↗以两台核心三层及以上交换机作为网络核心。
第 174 页 ↗ (3)存储区域网络(Storage Area Network,SAN):一种采用网状通道技术专门为存储建立的 独立于TCP/IP网络之外的专用网络,通过网状通道交换机连接存储阵列和服务器。
第 175 页 ↗通信系统架构设计理论与实践 167 3.广域网技术遴选 广域网技术遴选可以采用远程接入技术、广域网互连技术,如数字数据网络(DDN)、同步数 字体系(SDH)、多业务传送平台(MSTP)、虚拟专用网络(VPN)等。
第 176 页 ↗ A.单核心架构使用单台核心二层或三层交换设备作为网络核心 B.单核心架构的优点是结构简单,设备投资节约,接入方便 C.双核心架构采用两台核心三层及以上交换机作为网络核心 D.环型架构的缺点是投资较单核心高,核心端口密度要求较高 解析:双核心架构的缺点是投资较单核心高,核心端口密度要求较高。

知识点目录(共 4 项)

  1. 通信系统网络架构:局域网三层(核心 / 汇聚 / 接入)/ 广域网 / 移动通信网(4G / 5G)/ SAN
  2. 网络构建关键技术:路由交换 / 冗余高可用 / SDN / NFV
  3. 网络构建流程:需求 → 逻辑物理设计 → 实施 → 测试验收
  4. 关注教材外最新时事热点技术

知识点详解

一、通信系统网络架构总览

通信网络三种主要形式:局域网、广域网、移动通信网。通信系统架构是软件架构的基础设施和环境——软件的性能、可用性、可靠性很大程度上受基础设施和环境的影响。

二、局域网网络架构(4 种类型)

局域网特点:覆盖地理范围小、数据传输速率高、低误码率、可靠性高、支持多种传输介质、支持实时应用。按拓扑分:总线型、环型、星型、树型、层次型;按传输介质分:有线/无线局域网。

架构组成优点缺点
① 单核心架构单台核心二层或三层交换设备作为网络核心结构简单、设备投资节约、接入方便地理范围受限、核心单点故障、扩展能力有限、接入设备多时核心端口密度要求高
② 双核心架构两台核心三层及以上交换机作为网络核心拓扑结构可靠性高、接入方便投资较单核心高、核心端口密度要求较高
③ 环型架构多台核心三层及以上交换机组成双动态弹性分组环 RPR 作为网络核心RPR 具备自愈保护、节省光纤资源、提供多等级可靠 QoS 服务、有效利用带宽投资较高、路由冗余设计实施难度高且易形成环路、多环间只能通过业务接口互通无法直通
④ 层次型架构核心层 + 汇聚层 + 接入层三层交换设备和用户设备易扩展、分级排查网络故障便于维护—
核心交换机 ×1 接入 接入 接入 单核心 单点故障风险 核心 ×1 核心 ×2 接入 接入 双核心 可靠性高,投资高 环型(RPR) 自愈保护 核心层:高速数据转发 汇聚层:接口+互访控制 接入层:用户设备接入 层次型:核心 → 汇聚 → 接入,易扩展、分级排障
图 1 局域网四种网络架构与层次型三层模型
⚠️ 真题辨析:"环型架构的缺点是投资较单核心高,核心端口密度要求较高"——错,这是双核心的缺点;环型架构的缺点是"路由冗余设计实施难度较高且易形成环路"。

三、广域网网络架构(6 种类型)

广域网由骨干网、分布网、接入网组成,利用公用分组交换网、无线分组交换网、卫星通信网构建通信子网连接分布的局域网。

架构要点
① 单核心单台核心三层交换设备;结构简单投资省、局域网互访效率高;核心单点故障、扩展欠佳
② 双核心两台核心三层及以上交换机;拓扑可靠、路由可热切换;投资高、冗余设计难度高
③ 环型多台核心交换机组成路由环路;接入方便;投资高、易形成环路
④ 半/全冗余多台核心路由设备互连;任意核心存在两条以上链路为半冗余,任何两核心间均有链路为全冗余;结构灵活、路由灵活、可靠性高;结构零散、不便管理排障
⑤ 对等子域半冗余核心划为两个独立子域,子域间一条或多条链路互连;路由控制灵活;子域间冗余设计难、易环路或非法路由风险、互连设备性能要求高
⑥ 层次子域半冗余核心划为多个独立子域且存在层次关系(高层次连多个低层次);扩展性较好、路由控制灵活;子域路由冗余设计难、设备性能要求高

四、移动通信网与 5G

5G 系统为移动终端用户提供数据网络互连(互联网、IP 媒体子系统、专用网络)。用户设备接入数据网络的方式:透明模式(通过用户面功能接口接入运营商网络,再经防火墙或代理连至 Internet)与非透明模式(直接或通过其他网络连接)。

5G 网络边缘计算:为垂直行业提供以时间敏感、高带宽为特征的业务就近分流服务——既给用户极佳体验,又降低移动网络后端处理压力。

五、网络构建关键技术

1. SDN 软件定义网络(必考):新型网络创新架构,核心思想是控制与转发分离,将网络中交换设备的控制逻辑集中到一个计算设备上,控制面集中管控,提升网络管理配置能力。

2. IPv4 与 IPv6 融合组网三种过渡技术:

技术要点
双协议栈两种协议在同一平台上双栈共存、同时运行
隧道技术ISATAP 隧道、6to4 隧道、over6 隧道、6over4 隧道
网络地址翻译 NAT将 IPv4 与 IPv6 地址分别看作内部/外部地址实现转换

3. 存储网络架构三种(对比必背):

对比项DAS 直连式存储NAS 网络附加存储SAN 存储区域网络
架构类别单机存储架构网络存储架构网络存储架构
访问方式I/O 总线网络网络
资源利用单机存储共享存储共享存储
访问媒介总线以太网以太网 / 光纤通道
优势特点设备成本低、易用易管理可扩展性高、易用易管理高性能、低延迟、灵活性高

DAS:通过 IDE/ATA/SCSI 接口或光纤通道直接连接到单台计算机;NAS:通过标准网络拓扑连接到计算机群组,经 IP 局域网/广域网 TCP 或 UDP 协议、RPC 接口访问;SAN:采用网状通道技术、独立于 TCP/IP 网络之外的专用网络,通过网状通道交换机连接存储阵列和服务器。

六、网络构建流程与设计

1. 网络需求分析五方面:业务需求、用户需求、应用需求、计算机平台需求、网络需求。

2. 网络技术遴选:生成树协议、VLAN、WLAN、线路冗余设计、服务器冗余设计。广域网技术:远程接入、广域网互连(DDN 数字数据网、SDH 同步数字体系、MSTP 多业务传送平台、VPN 虚拟专用网络)。广域网性能优化策略:预留带宽、利用拨号线路、传输数据压缩、链路聚合、数据基于优先级排序、基于协议预留带宽。

3. 层次化网络设计原则 5 条(真题高频):① 控制网络层次(一般划分核心/汇聚/接入三层);② 从接入层开始,向上分析规划;③ 尽量采用模块化设计;④ 严格控制网络结构(模块间边界清晰);⑤ 严格控制层次化结构(不随意加入额外连接)。

⚠️ 真题陷阱:层次化设计"应当首先设计核心层,再根据必要分析完成其他层次设计"——错!正确做法是从接入层开始向上分析规划。另外"除去接入层,其他层次应尽量采用模块化方式"是对的。

4. 网络安全控制技术 5 类:

5. 网络安全审计:测试、评估和分析网络脆弱性,实现自动响应、数据生成、分析、浏览、事件存储、事件选择。

6. 绿色网络设计:思路——精简设计、重用设计、回收设计;四原则——标准化(减少转换设备、兼容异构方案)、集成化(减少设备总量)、虚拟化(灵活调配、按需使用)、智能化(降低人力成本、降低资源占用)。

💡 本节框架:"局域网四架构(单核/双核/RPR 环/层次)→ 广域网六架构 → 5G 双模式+边缘计算 → SDN 控转分离 → IPv4/6 过渡三技术 → 存储 DAS/NAS/SAN → 设计原则五条(接入层开始!)→ 安全控制五类 → 绿色网络四原则"。案例考查不多,但选择题常出"架构类型优点缺点辨析"。