带你全面认识企业分层网络设计和模型

　　分层网络设计原则

　　看上去采用了分层设计的网络并不一定意味着就是优秀的设计，有一些简单的指导原则可以帮助你区别优秀设计和拙略的分层网络设计。

　　网络直径

　　设计分层网络拓扑时，首先需要考虑的事情是网络直径，直径通常指的是距离的长短，但在这里，我们使用这个术语度量设备的数量，网络直径指的是数据包抵达目的地前穿过的设备数量，保持网络直径较低是确保设备之间低延迟的关键。

　　图 3 网络直径指的是两个端点之间通信路径中的交换机数量

　　在上图中，PC1和PC3通信，PC1和PC3之间最多有6个互连交换机，在这种情况下，网络直径就是6，每个交换机都会造成一点延迟，网络设备延迟指的是它处理一个数据包或帧花去的时间，每个交换机都必须确定帧的目标MAC地址，检查它的MAC地址表，再将帧从正确的端口转发出去，即使整个处理过程只需要几分之一秒，帧在穿过多个交换机后，用去的时间还是很可观的。

　　在三层分层模型中，分发层消除了网络直径问题，在分层网络中，网络直径总是一个可预测的数量，即源和目标设备之间的跳数。

　　带宽聚合

　　分层网络模型中的每一层都可能是带宽聚合的候选人，带宽聚合是考虑层次结构中每一部分特定带宽需求的实践，网络带宽需求弄清楚后，特定交换机之间的链路可以聚合，这被称为链路聚合，链路聚合允许多个交换机端口链路合并，以在交换机之间实现更高的吞吐量。思科拥有链路聚合专利技术，叫做EtherChannel，它允许多个以太网链路合并，关于EtherChannel的讨论已经超出了本文的范围，请自行查找相关资料。

　　图 4 带宽聚合指的是将两个交换机之间多个并行链路合并成一个逻辑链路

　　在上图中，PC1和PC3需要大量的带宽，因为它们用于开发气候模拟应用，网络管理人员已经确定了访问层交换机S1、S3和S5需要增加带宽，根据分层的设计思想，这些访问层交换机连接到分发层交换机D1、D2和D4，分发层交换机连接到核心层交换机C1和C2。注意每个交换机上特定端口上的特定链路是如何聚合的，这样，可对网络的特定部分有针对性地增加带宽。注意，图中的聚合链路是由两条虚线和椭圆绑在一起表示的，在其它图中，聚合链路是由单条虚线和一个椭圆表示的。

　　冗余

　　冗余是创建高可用网络的一部分，实现冗余的方法有多种，例如，你可以在设备之间创建两个网络连接，或者，你可以部署两套一样的设备。下面的内容将介绍如何实现交换机之间的网络路径冗余。

　　实现链路冗余的成本是昂贵的，想象一下，假设每一层的每个交换机都要连接到下一层的每个交换机会是什么样子，我们前面已经提到，要在访问层实现冗余几乎是不可能的，第一是受到终端设备接口数量的限制，第二是成本也高得离谱，但在分发层和核心层实现冗余是完全现实的，也是必要的。

图 5 现代网络使用分层网络之间的冗余链路确保网络可用性

　　在上图中，显示了分发层和核心层的冗余链路，在分发层，有两个分发层交换机，这也是在分发层实现冗余的最低要求，访问层交换机S1、S3、S4和S6交叉连接到分发层交换机，即使某一个分发层交换机出现故障，网络也可以继续工作，出现故障时，访问层交换机调整它的传输路径，将数据包通过其它分发层交换机转发出去。

　　有些网络故障情景是无法预防的，例如，整个城市停电，或整栋建筑因地震受到了破坏，冗余不是为解决这些灾难设计的。

　　在设计网络时，性能和冗余需求都是由组织的业务目标确定的，一旦设计需求确定下来，设计人员就可以开始选择设备和基础设施来实现这个设计。

　　当你选择访问层设备时，你要确保满足所有需要访问网络的设备的接入需求，首先需要落实终端设备的数量，然后确定需要多少访问层交换机，再估算出每个访问层交换机的网络流量，这样才能计算出需要多少分发层交换机，以满足网络性能和冗余需要，确定分发层交换机后，你才可以确定要多少核心交换机，保持骨干网络的高性能。