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第17章通信系统架构设计理论与实践

通信系统(也称为通信网络)是利用各种通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，依靠网络软件及通信协议实现资源共享和信息传递的系统。本章主要介绍通信系统的5种常用的网络架构和构建网络的相关技术，以及网络构建的分析和设计方法。

17.1通信系统概述

随着通信技术和网络技术的不断发展，通信网络发生很大变化，如在接入侧最早使用Modem拨号上网，到现在通过光路由器上网，通信线路由最早的电话线传送用户的数据到现在以光纤高速传送用户的数据；在网络核心层，网络接口也由原来的GE/10GE(1GE=1Gb/s)传输速率提升到现在的40GE/100GE,甚至400GE传输速率。还有网络接入方式的多样化发展，如光线千兆接入、无线Wi-Fi千兆接入、移动终端5G高速接入；网络的结构也由原来简单独立的总线网络演化到复杂异构多层次结构，再加之移动通信多样化应用迅猛发展催生移动网由原来传统的基于物理设备形态网元演进为基于虚拟化、服务化架构的可灵活定制、便捷部署的5G网络功能元素等，这一切都为人们的学习、生活、工作，乃至整个社会、经济、科技、文化等诸多领域信息交互提供了极大的便利，也为人类社会向数字化时代发展提供了强有力的支撑。

17.2通信系统网络架构

当今，通信网络从大的方面主要包括局域网、广域网、移动通信网等网络形式。不同的网络会采用不同的技术进行网络构建。以下针对不同的网络给出各自的网络架构以及所采用的技术。

17.2.1局域网网络架构

1.概述

局域网，即计算机局部区域网络，是一种为单一机构所拥有的专用计算机网络。其特点是：覆盖地理范围小，通常限定在相对独立的范围内，如一座建筑或集中建筑群内(通常2.5km内);数据传输速率高(一般在10Mb/s以上，典型1Gb/s,甚至10Gb/s);低误码率(通常在10°以下),可靠性高；通常为单一部门或单位所有；支持多种传输介质支持实时应用。就网络拓扑而言，有总线型、环型、星型、树型等型式。从传输介质来说，包含有线局域网和无线局域网。

2.网络组成

局域网通常由计算机、交换机、路由器等设备组成。

3.网络架构

从计算机诞生出现局域网到今天，局域网经历了若干年演进。随着业务场景的多样化，以及业务对网络的要求不断提升，局域网已从早期只提供二层交换功能的简单网络发展到如今不仅提供二层交换功能，还提供三层路由功能的复杂网络。局域网，现代通常用在园区网络的构建中，某种意义上，局域网也称为园区网。以下给出局域网的几种典型架构风格。

1)单核心架构

单核心局域网通常由一台核心二层或三层交换设备充当网络的核心设备，通过若干台接入交换设备将用户设备(如用户计算机、智能设备等)连接到网络中。图17-1给出了单核心局域网的架构图。

此类局域网可通过连接核心网交换设备与广域网之间的互连路由设备(边界路由器或防火墙)接入广域网，实现业务跨局域网的访问。单核心网具有如下特点：

(1)核心交换设备通常采用二层、三层及以上交换机；如采用三层以上交换机可划分成VLAN,VLAN内采用二层数据链路转发，VLAN之间采用三层路由转发；

(2)接入交换设备采用二层交换机，仅实现二层数据链路转发；

(3)核心交换设备和接入设备之间可采用100M/GE/10GE等以太网连接。用单核心构建网络，其优点是：网络结构简单，可节省设备投资。需要使用局域网的部门接入较为方便，直接通过接入交换设备连接至核心交换设备空闲接口即可；其不足是网络地理范围受限，要求使用局域网的部门分布较为紧凑；核心网交换设备存在单点故障，容易导致网络整体或局部失效；网络扩展能力有限；在局域网接入交换设备较多的情况下，对核心交换设备的端口密度要求高。

作为一种变通，采用此网络架构，对于较小规模网络，用户设备也可直接与核心交换设备互联，进一步减少投资成本。

2)双核心架构

双核心架构通常是指核心交换设备通常采用三层及以上交换机。核心交换设备和接入设备之间可采用100M/GE/10GE等以太网连接。图17-2给出了典型双核心局域网。

网络内划分VLAN时，各VLAN之间访问需通过两台核心交换设备来完成。网络中仅核心交换设备具备路由功能，接入设备仅提供二层转发功能。

核心交换设备之间互联，实现网关保护或负载均衡。核心交换设备具备保护能力，网络拓扑结构可靠。在业务路由转发上可实现热切换。接入网络的各部门局域网之间互访，或访问核心业务服务器，有一条以上条路径可选择，可靠性更高。

需要使用局域网的部门接入较为方便，直接通过接入交换设备连接至核心交换设备空闲接口