网站建设做软件开发吗,wordpress机器人抓取,找人做网站要注意什么,做童车外贸上哪个网站戳蓝字“CSDN云计算”关注我们哦#xff01;文章目录目录传统路由交换技术路由和交换交换技术传统的 2 层交换技术具有路由功能的 3 层交换技术具有网络服务功能的 7 层交换技术路由技术三层网络架构核心层#xff08;Core Layer#xff09;汇聚层#xff08;Aggregation L… 戳蓝字“CSDN云计算”关注我们哦文章目录目录传统路由交换技术路由和交换交换技术传统的 2 层交换技术具有路由功能的 3 层交换技术具有网络服务功能的 7 层交换技术路由技术三层网络架构核心层Core Layer汇聚层Aggregation Layer接入层Access Layer三层网络架构的设计原则三层网络架构的特点三层网络架构面临的问题STP 协议既是良方又是毒药云计算推动纵向流量向横向流量的转变服务器虚拟化带来的虚拟机迁移问题传统路由交换技术路由和交换网络的工作方式是使用两种设备交换机和路由器来将计算机与外围设备连接起来。这两种工具使连接到网络上的设备之间以及其它网络相互通信。虽然路由器和交换机看起来很像但是它们在网络中的功能却截然不同交换机Switch主要用于将一栋大厦或一个校园里的多台设备连接到同一个网络上。例如一台交换机可以将您的多台计算机、打印机和服务器连接起来从而形成一个共享资源网络。交换机相当于一个控制器允许不同的设备共享信息并且彼此通信。通过共享信息和合理地分配资源交换机可以帮助您节省资金提高工作效率。交换机有两种基本类型非管理型和管理型。非管理型交换机拆箱即可投入使用并且不允许进行任何更改。因此家庭网络设备通常使用非管理型交换机。管理型交换机则允许您对它进行编程。由此提供了更大的灵活性因为您可以利用本地或远程方式对其进行监控和调整进而控制网络的通信流量及网络用户访问权。管理性交换机的典型特征就是具有管理登录 IP。路由器Router主要用于将多个网络连接起来。例如您会用一台路由器将联网的计算机连接到互联网上从而使多名用户共享一个互联网连接。路由器相当于一个调度员它会选择最佳的路由路径来传送信息以便您迅速收到信息。首先路由器会分析网络发送的数据改变数据的打包方式然后将数据发送到另一个网络上或者其他类型的网络上。它们将贵公司与外界连接起来保护信息不受安全威胁甚至可以决定哪些计算机拥有更高的优先级。根据贵公司的具体需求和网络计划可以选择具有不同功能的路由器防火墙Firewalls一种用于检查接收的数据并且防止公司网络受到攻击的专业软件。虚拟专网VPN一种允许远程员工从远程地点安全访问网络的途径。IP 电话网络利用语音和电话会议技术将贵公司的计算机和电话网络集成在一起从而简化并统一公司的通信方式。交换技术交换技术是随着电话通信的发展和使用而出现的通信技术。电话刚开始使用时只能实现固定的两个人之间的通话随着用户的增加人们开始研究如何构建连接多个用户的电话网络以实现任意两个用户之间的通信。传统的 2 层交换技术从广义上讲任何数据的转发都可以叫做交换Switch。但是传统的、狭义的第 2 层交换技术仅包括数据链路层的转发。2 层交换机主要用在小型局域网中计算机数量在二、三十台以下这样的网络环境下广播包影响不大2 层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低廉价格为小型网络用户提供了完善的解决方案。交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享极大地提高了局域网传输的效率。具有路由功能的 3 层交换技术在大规模局域网中为了减小广播风暴的危害就必须把大型局域网按功能或地域等因素划分成多个小局域网。与此同时就出现了不同子网间的互访需求但这是 2 层交换技术无法实现的。为了从技术上解决这个问题网络厂商利用第 3 层交换技术开发了 3 层交换机又称路由交换机它是传统交换机与路由器的智能结合。简单地说可以处理网络第 3 层数据转发的交换技术就是第 3 层交换技术。从硬件上看在第 3 层交换机中与路由器有关的第 3 层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上。这种方式使得路由模块可以与需要路由的其它模块间高速交换数据。3 层交换机是为 IP 设计的接口类型简单拥有很强的 3 层包处理能力价格又比相同速率的路由器低得多非常适用于大规模局域网络。具有网络服务功能的 7 层交换技术第 7 层交换技术通过逐层解开数据包的每层封装并识别出应用层的信息以实现对数据内容的理解。可以处理网络应用层数据转发的交换技术就是第 7 层交换技术。其主要目的是充分利用带宽资源对互联网上的应用、内容进行管理提高网络服务水平数据流优化和智能负载均衡完成互联网向智能化的转变。第 7 层交换技术通过应用层交换机实现了所有高层网络的功能使网络管理者能够以更低的成本更好地分配网络资源。从硬件上看7 层交换机将所有功能集中在一个专用的特殊应用集成电路或 ASICApplication-specific Integrated Circuit专用集成电路上。ASIC 比传统路由器的 CPU 便宜而且通常分布在网络端口上在单一设备中包括了 50 个 ASIC可以支持数以百计的接口。路由技术路由技术主要是指路由选择算法、因特网的路由选择协议的特点及分类。路由选择算法静态路由选择算法是非自适应路由选择算法这是一种不测量、不利用网络状态信息仅仅按照某种固定规律进行决策得简单得路由选择算法。静态路由选择算法得特点是简单和开销小但是不能适应网络状态的变化。静态路由选择算法主要包括扩散法和固定路由表法。静态路由是依靠手工输入的信息来配置路由表的方法。优点是减小了路由器的日常开销。在小型互联网上很容易配置。可以控制路由选择的更新。但是静态路由在网络变化频繁出现的环境中并不会很好的工作。在大型的和经常变动的互联网配置静态路由是不现实。动态路由选择算法是自适应路由选择算法是依靠当前网络的状态信息进行决策从而使路由选择结果在一定程度上适应网络拓扑结构和通信量的变化。特点是能较好的适应网络状态的变化但是实现起来较为复杂开销也比较大。动态路由选择算法一般采用路由表法主要包括分布式路由选择算法和集中式路由选择算法。分布式路由选择算法是每一个节点通过定期得与相邻节点交换路由选择得状态信息来修改各自的路由表这样使整个网络的路由选择经常处于一种动态变化的状况。集中式路由选择算法是网络中设置一个节点专门收集各个节点定期发送得状态信息然后由该节点根据网络状态信息动态的计算出每一个节点的路由表再将新的路由表发送给各个节点。路由选择协议的特点自适应分布式分层次分自治系统内部和自治系统外部路由选择协议划分为两大类内部网关协议IGP具体的协议有 RIP 和 OSPF 等外部网关协议EGP目前使用最多的是 BGP三层网络架构三层网络架构是采用层次化模型设计的三层网络Cisco 称之为分级的互连网络模型Hierarchical Inter-networking Model。即将复杂的网络设计分成几个层次每个层次着重于某些特定的功能这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。三层网络架构设计的网络有三个层次核心层网络的高速交换主干汇聚层提供基于策略的连接接入层 将工作站接入网络为了方便管理、提高网络性能大中型网络应按照标准的三层结构设计。但是对于网络规模小联网距离较短的环境可以采用 “收缩核心” 设计忽略汇聚层。核心层设备可以直接连接接入层这样一定程度上可以省去部分汇聚层费用还可以减轻维护负担更容易监控网络状况。核心层Core Layer核心层核心交换机为进出数据中心的包提供高速的转发为多个汇聚层提供连接性核心交换机为整个网络提供一个弹性的 L3 路由网络。核心层是网络的高速交换主干对整个网络的连通起到至关重要的作用。核心层应该具有如下几个特性可靠性、高效性、冗余性、容错性、可管理性、适应性、低延时性等。在核心层中应该采用高带宽的千兆以上交换机因为核心层是网络的枢纽中心重要性突出。核心层设备采用双机冗余热备份是非常必要的也可以使用负载均衡功能来改善网络性能。网络的控制策略最好尽量少在核心层上实施。核心层一直被认为是所有外部网络流量的最终承受者所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格。核心层设备将占投资的主要部分。汇聚层Aggregation Layer汇聚层汇聚交换机连接接入交换机同时提供其他的服务例如防火墙SSL Offload入侵检测网络分析等。汇聚层是网络接入层和核心层的 “中介中间层”就是在 Server 接入核心层前先做汇聚以减轻核心层设备的负荷。汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网VLAN之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。在汇聚层中应该选用支持三层交换技术和 VLAN 的交换机以达到网络隔离和分段的目的。接入层Access Layer接入层接入交换机通常位于机架顶部所以它们也被称为ToRTop of Rack交换机它们物理连接服务器。接入层是直接面向用户连接的部分向本地网段提供工作站接入主要解决了相邻用户之间的互访需求。所以接入层可以选择不支持 VLAN 和三层交换技术的普通交换机接入层交换机具有低成本、高端口密度且即插即用的特性。接入层还应当适当负责一些用户管理功能如地址认证、用户认证、计费管理等以及用户信息收集工作如用户的 IP 地址、MAC 地址、访问日志等。三层网络架构的设计原则层次化设计每个层可以看作为是一个具有特定角色和功能的、结构定义良好的模块层次化的设计结构易于扩展和维护降低了设计的复杂度和难度。三层网络架构可以更好地控制网络规模和网络质量同时也方便网络管理和维护。模块化设计每个模块对应一个部门、功能或业务区域可根据网络规模灵活扩展部门或区域内部调整涉及范围小容易进行问题定位。冗余设计双节点冗余性设计可以保证设备级可靠适当的冗余提高可靠性但过度的冗余也不便于运行维护。如果无法做好双节点冗余设计对框式的核心交换机或者出口路由器可以考虑单板级的冗余如双主控板双交换网板。另外关键链路可以采用 Eth-Trunk 链路实现链路级可靠性。对称性设计网络的对称性便于业务部署拓扑直观便于协议设计和分析。三层网络架构的特点通常情况下汇聚交换机是 L2 和 L3 网络的分界点汇聚交换机以下的是 L2 网络以上是 L3 网络。每组汇聚交换机管理一个 PODPoint Of Delivery每个 POD 内都是独立的 VLAN 网络。服务器在 POD 内移动不必修改 IP 地址和默认网关因为一个 POD 对应一个 L2 广播域。汇聚交换机和接入交换机之间通常使用 STPSpanning Tree Protocol生成树协议。STP 使得对于一个 VLAN 网络只有一个汇聚层交换机可用其他的汇聚层交换机在当前使用的汇聚层交换机出现故障时才被使用下图中的虚线。也就是说汇聚层是一个 Active-Passive 的 HA 模式。这样在汇聚层是做不到水平扩展的因为就算加入多个汇聚层交换机仍然只有一个在工作。一些私有的协议例如 Cisco 的 vPCVirtual Port Channel可以提升汇聚层交换机的利用率。但是一方面这是私有协议另一方面vPC 也不能真正做到完全的水平扩展。上图是一个汇聚层作为 L2/L3 分界线且采用 vPC 的网络架构。三层网络架构面临的问题STP 协议既是良方又是毒药生成树协议Spanning Tree ProtocolSTP是一种工作在 OSI 网络模型中的第二层数据链路层的通信协议基本应用是防止交换机冗余链路产生的环路用于确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构从而避免了广播风暴大量占用交换机的资源。传统的数据中心网络技术STP 是二层网络中非常重要的一种协议。但是在二层网络中使用 STP 协议有一个相当矛盾的点那就是 可靠性 和 安全性 的矛盾。可靠性是指构建二层网络时一般会采用会采用设备冗余和链路冗余的方式。安全性是指二层交换机同处于一个广播域广播报文在环路中会反复持续传送可能会形成广播风暴所以必须防止形成环路。要想两种同时达到可以采用 STP生成树协议自动控制即冗余设备和冗余链路成备份在正常情况下被阻塞掉当出现链路故障时冗余的设备端口和链路才会被打开。为什么二层交换网络会产生物理环路链路冗余交换机之间为了冗余、带宽提升、或错误连接难免会产生一个封闭的物理环路而以太网的转发机制又决定了不能有物理环路一有环路那些发给所有主机的 Broadcast 、Unknown Unicast Frame 就会肆无忌惮在环路上永不停歇地绕圈圈。这些 Frame 永远无法到达目的地对交换机 CPU 是一个致命的打击如果有环路的发生你可能无法本地、或远程登录你的交换机只有重启或拔线了。二层交换机的转发机制交换机对于从一个 Port N 上 incoming 的 frame学习其 Source MAC X生成 MAC Address TableMAC X: Port N。这样它就会生成 MAC 地址和 Port 的映射表如果收到一个 Frame就会通过 Frame 的 Destination MAC 与 MAC Address Table 进行匹配继而得出这个 Frame 应该从哪一个 Port 发送出去。如果没有匹配到就认为是 unknown Unicast 或 broadcast只好将它从所有 Port 除了 incoming 口发送出去让 Frame 到了其他的交换机上尝试处理于是这个 Frame 就有可能会一直在封闭的环路里无限的循环。STP 协议的设计思路人类的很多智慧来自于大自然同学们仔细观察一棵树会发现一棵树有根树干树杈树枝叶子水分通过根源源不断地输送到主干树杈然后到达叶子。水分在从根扩散到叶子的过程中一直是单向的而叶子因为光合作用产生的能量再沿着叶子到达树枝树杈树干一直到根。水分和能量是相反方向的流量如果定义根为上游叶子为下游则水是从上游流向下游而能量则是由下游流向上游。无论是哪个方向的流量都没有在原地打转的情况发生那是因为树的物理结构是发散的没有树干、树杈、树枝的物理交织自然不会发生环路。网络科学家发现了这个规律有一个大胆设想既然二层网络里有物理环路那用一种逻辑的方法将物理的环路斩断斩成一个发散的树状架构是不是Frame就不会无限循环下去了答案是肯定的也是这么做的。如果把树的拓扑结构用于二层交换网络在二层网络里选择一个根Root Bridge)其它交换机当作树的树杈每个树杈自然有一个根末梢Root Port)这个就是交换机的上游接口除了根末梢其它的接口都是下游接口至于下游接口是畅通的、还是阻断的取决于到根的路径成本Cost谁更接近根谁就畅通Forwarding) 即常说的 Designated Port谁远离根谁就需要被阻断Blocked)即常说的 Non Designated Port。通过这种仿生的机制可以有效地避免网络环路。STP 协议的工作原理任意一个交换机中如果到达根网桥有两条或者两条以上的链路生成树协议都根据算法把其中一条切断仅保留一条从而保证任意两个交换机之间只有一条单一的活动链路。因为这种生成的这种拓扑结构很像是以根交换机为树干的树形结构故为生成树协议。STP 的工作过程首先进行根网桥的选举其依据是网桥优先级Bridge Priority和 MAC 地址组合生成的桥 ID桥 ID 最小的网桥将成为网络中的根桥Root Bridge。在此基础上计算每个节点到根桥的距离并由这些路径得到各冗余链路的代价选择最小的成为通信路径相应的端口状态变为 Forwarding其它的就成为备份路径相应的端口状态变为 Blocking。STP 生成过程中的通信任务由 BPDU 完成这种数据包又分为包含配置信息的配置 BPDU其大小不超过 35B和包含拓扑变化信息的通知 BPDU其长度不超过 4B。由于 STP 协议造成的逐层收敛的性能问题一般情况下 STP 的网络规模不会超过 100 台交换机。STP 的这种机制导致了二层链路利用率不足尤其是在网络设备具有全连接拓扑关系时这种缺陷尤为突出。如下图所示当采用全网 STP 二层设计时STP 将阻塞大多数链路使接入到汇聚间带宽降至 1/4汇聚至核心间带宽降至 1/8。这种缺陷造成越接近树根的交换机端口拥塞越严重造成的带宽资源浪费就越可观。云计算推动纵向流量向横向流量的转变早期数据中心的流量有 80% 为横向east-west南北流量随着云计算、分布式架构的发展现在已经转变为 70% 为纵向north-south东西流量。所谓纵向流量指的是从数据中心外部到内部服务器之间交互的流量横向流量指的是数据中心内部服务器之间交互的流量。随着云计算的到来越来越丰富的业务对数据中心的流量模型产生了巨大的冲击如搜索、并行计算等业务需要大量的服务器组成集群系统协同完成工作这导致服务器之间的流量变得非常大。比如搜索用户只是发出一个搜索指令服务器集群就在海量数据面前进行搜索与计算这个过程是非常复杂的而只是将结果传递给用户。早期数据中心主要满足外部对数据中心的访问所以流量就以 “南北” 为主。这种流量模型受到了出口带宽的限制一般的数据中心访问都会存在收敛比即网络接入带宽比较大而出口带宽比较小访问的速度无法提升在业务高峰期时用户访问数据中心的体验感下降这种网络模型已经不适应现今数据中心的发展需要。服务器虚拟化带来的虚拟机迁移问题但随着数据量的增长数据中心运营者发现的服务器不够了当时最早做出反应是服务器层面服务器虚拟化趋势越来越强“提高服务器利用率”“充分发挥计算资源效能”成了当时最常听到的声音。随之而来的就是服务器与网络之间的关系改变了原来网络和操作系统紧耦合的关系被打破变成了松耦合的关系网络不再能直接感知到操作系统了。而这种对应关系上的变化又带来了两个层面的矛盾性能层面单台物理机上的应用多了或者说是虚拟机多了单个网口上承载的数据流量大了原来的链路不够了功能层面物理服务器不是真正的业务所在了真正的业务在虚拟机上但是虚拟机要在服务器上漂移不能够被固定在原先一个区域当中了在三层网络架构中通常会将二层网络的范围限制在网络接入层以下避免出现大范围的二层广播域。这就导致了服务器不能随便在不同二层域之间移动一旦服务器迁移到其他二层域就需要变更 IP 地址伴随着生产业务中断。在具有网络关联性的服务器集群中甚至会牵一发而动全身相关的服务器也要跟着变更相应的配置影响巨大。由于这般限制传统数据中心的三层网络架构设计根本无法满足服务器虚拟化中更灵活的、可自定义的虚拟机迁移策略。服务器虚拟化从根本上改变了数据中心网络架构的需求需求数据中心、甚至是跨数据中的网络可以支持大范围的二层域二层网络规模有多大虚拟机才能调度、迁移有多远。参考文献https://www.cisco.com/c/zh_cn/solutions/small-business/products/routers-switches/routing-switching-primer.htmlhttps://baike.baidu.com/item/三层网络结构https://baike.baidu.com/item/交换技术/6335745https://baike.baidu.com/item/路由技术https://zh.wikipedia.org/wiki/生成树协议https://juejin.im/post/5c723943f265da2d943f69c1https://www.zhihu.com/question/21327750https://www.cnblogs.com/jmilkfan-fanguiju/p/10589744.html#_691福利扫描添加小编微信备注“姓名公司职位”加入【云计算学习交流群】和志同道合的朋友们共同打卡学习推荐阅读微博宕机复盘什么样的技术架构可支持80个明星并发出轨漫画 | Kubernetes带你一帆风顺去远航Android 告急超酷炫Facebook用深度学习和弱监督学习绘制全球精准道路图多地GitHub账号使用受限Python之父考虑重构解释器62岁程序员埋逻辑炸弹 | 开发者周刊3个核心差异, 告诉你为什么Libra永远成不了比特币真香朕在看了
