第4章总体方案设计与设备选型(一)概要课件.ppt

物联网工程设计,1,第四章 总体方案设计与设备选型,最少学时：4学时；知识点：物联网工程总体方案设计的原则和目标；物联网的网络总体方案设计；物联网的系统功能总体方案设计；物联网工程设备选型；学习目标：掌握物联网工程总体方案设计的原则和目标；掌握物联网工程网络总体方案设计；熟悉物联网工程系统功能总体方案设计；熟悉物联网工程设备选型的原则和方法；熟悉并能撰写合格的总体方案设计报告；,2,第四章 总体方案设计与设备选型,3,项目需求分析形成对项目要“做什么”的详细调查研究之后，就进入总体方案设计阶段。物联网工程总体方案设计包括对该工程项目的网络总体方案设计、系统功能总体方案设计等，其中网络设计又分为逻辑网络设计、物理网络设计。逻辑网络设计是指所设计的工程项目的功能、结构等描述，用于刻画用户的分类、分布等，选择特定的技术和手段，以便形成特定的逻辑网络结构。物理网络设计是指是为实现逻辑网络结构而提供支持的物理环境平台，主要包括布线系统、设备选型等。,主要内容,4,总体方案设计概述,物联网的网络总体方案设计,物联网系统功能总体方案设计,设备的选择,物联网总体方案设计报告的撰写,物联网总体方案设计案例教学,4.1 总体方案设计概述,一般地，系统设计工作应该自顶向下地进行。首先设计总体结构，其任务是设计系统的框架和概貌，向用户单位和部门作详细报告并认可。然后在此基础上再逐层深入，直至进行每一个模块的详细设计。物联网系统的总体方案设计也是在前期系统分析的基础上，对整个系统的划分、机器设备（包括软、硬设备）的配置、数据的存贮规模以及整个系统实现规划等方面进行的整体框架结构设计。,5,4.1 总体方案设计概述,物联网系统总体方案设计的目的是概括说明系统如何实现，包括网络结构的选择、软件体系结构的设定、系统功能模块及其关系的划分等。随着设计工作的逐步细化，系统性能参数也将得到进一步确认。系统规模越大，这种设计方法的优势越明显。总体方案设计通常由两个阶段组成：系统设计阶段和结构设计阶段。系统设计阶段确定系统的总体架构和逻辑网络选择，而结构设计阶段则确定具体实现方案，包括物理网络的选择和设备选型、数据中心的选择和确定、安全的实施策略、软件模块结构的详细设计等。,6,4.2 物联网的网络总体方案设计,7,4.2.1 物联网网络设计原则与目标4.2.2 网络逻辑结构设计4.2.3 网络物理结构设计与选型,4.2.1 物联网网络设计原则与目标原则基于物联网工程本身的特性，物联网网络设计时应遵循以下原则：1）多样性原则。必须根据物联网节点类型的不同，分成多种类型的网络结构；2）时空性原则。必须能够满足物联网的时间、空间和能源方面的需求；3）互联性原则。必须能够平滑地与互联网连接；4）安全性原则。必须能够防御大范围内的网络攻击；5）坚固性原则。必须具备坚固性和可靠性。,8,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.1 物联网网络设计原则与目标目标基于上述5条基本原则，物联网网络设计的目标就是构建便于识别的标识物品、建立可靠且无处不在的物品联网系统、建立强大物联网应用平台和物联网应用系统等几个方面。1)标识物品即利用电子标签和/或配置传感装置等感知技术标识世界上所有的物品，包括食品、纺织品、其他日用品、货物、道路、桥梁、楼房、汽车、飞机、轮船、生产线等人造物品，以及包括动物、植物、山峰、河流、湖泊等自然物品。标识物品所用到的核心技术之一是电子标签和不同材料的感知技术，另外一项是全球统一的物品编码技术，但目前还没有针对物联网的全球物品编码技术。在物联网设计时，需要根据具体的项目特点和约束选择合适的标识方法和手段。,9,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.1 物联网网络设计原则与目标目标（续）2)建立物品联网系统首先需要根据实际情况设计和实现相应的有源节点与无源节点、有源节点之间的无线通信机制，以及基于信息编、解码技术的物品识别机制；其次必须设计和实现通信信道复用机制，使得在一条信道上可以同时完成多个无源或者有源节点的通信，例如同时识别100多个具有RFID标签的物品；然后设计和实现通信信道上的可靠传输机制和实时传输机制，满足物联网对可靠性和实时性的要求。,10,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.1 物联网网络设计原则与目标目标（续）3）建立物联网应用平台在完成节点的联网之后，就需要设计和实现节点的网络配置、用户管理、节点控制、信息采集、信息传输和信息查询等功能，建立一个基本的物联网应用平台。由于不同的应用领域对于节点控制的可靠性、实时性、安全性有不同的要求，因此需要针对不同应用领域，设计和实现不同控制力度的应用软件，即面向某个特定应用领域的物联网中间件。特定领域的物联网中间件，可以首先从现有产品中选择，没有现成产品的物联网应用中间件，可以参照物联网相关领域的应用平台服务接口标准，自行设计研发。如果是一个全新的物联网应用领域，可以在设计和实现物联网应用中间件过程中，提取与实现无关的部分，形成该领域的物联网应用平台服务接口技术规范。,12,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.1 物联网网络设计原则与目标目标（续）4）建立物联网应用系统物联网应用系统，包括基本应用系统和特定应用系统。基本应用系统包括物品命名管理系统、物品身份真伪验证系统、物联网系统管理等；特定应用系统包括仓储管理系统、楼宇监控系统、环境监测系统等。,13,4.2 物联网的网络总体方案设计,图4-2 物联网应用系统构成,4.2.1 物联网网络设计原则与目标目标（续）4）建立物联网应用系统物联网应用系统需要区分应用系统的物联网端和互联网端。应用系统物联网端部署在有源节点上，可以作为应用系统的客户端（客户机/服务器），也可作为应用系统的对等端应用模式（P2P，Peer-to-Peer，对等），但是必须要求功能简捷可靠；应用系统互联网端部署在互联网节点上，可以作为应用系统的服务器端（客户机/服务器），也可以作为应用系统的P2P应用模式，但都需要提供较为强大的存储和后端处理能力，满足物联网应用需求。,14,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.2 网络逻辑结构设计4.2.2.1 逻辑网络设计概述4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.2.2.3 地址与命名规则设计4.2.2.4 路由协议的选择4.2.2.5 带宽与流量分析及性能设计4.2.2.6 逻辑网络设计文档的编制,15,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述逻辑网络设计过程主要由以下4个步骤组成：确定逻辑网络设计的目标；确定网络功能与服务；确定网络结构；进行技术决策；,16,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述1、逻辑网络设计的目标合适的应用运行环境成熟而稳定的技术选型合理的网络结构合适的运营成本逻辑网络的可扩充性能逻辑网络的易用性逻辑网络的可管理性逻辑网络的安全性,17,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述2、网络方案设计的原则先进性高可靠性标准化可扩展性易管理性安全性实用性开放性这些原则之间发生冲突时，需要有针对性地取舍。,18,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述3、需要关注的问题（1）设计要素用户需求设计限制现有网络设计目标 逻辑设计过程，就是根据用户的需求，不违背设计限制，对现有网络进行改造或新建网络，最终达到设计目标的工作。,19,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述3、需要关注的问题（2）设计面临的冲突设计目标由不同维度的子目标构成，子目标间存在较为明显的优劣关系，例如：最低的安装成本、最低的运行成本、最高的运行性能、最大的适应性、最短的故障时间、最大的可靠性、最大的安全性两种解决方法：用户与计人员一起，建立子目标之间的优先级，尽量让优先级比较高的子目标达到较优。对每种子目标建立起权重，对子目标的取值范围进行量化，通过评判函数决定哪种方案最优，而子目标的权重关系直接体现了用户对不同目标的关心度。,20,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述3、需要关注的问题（3）成本与性能成本与性能是最为常见的冲突目标。设计时，所有不超过成本限制、满足用户要求的方案，都称为可行方案。设计人员只能从可行方案中依据用户对性能和成本的喜好作出选择。,21,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述4、网络辅助服务对大多数物联网来说，除了正常的物联网功能和服务外，都存在着两个主要的辅助服务网络管理和网络安全。网络管理服务根据网络特殊需要划分为几类网络故障诊断：网管软件、诊断软件和各种诊断工具。网络的配置及重配置：特定的配置工具以及配置管理工具，方便管理人员的工作。网络监视：监测网络的运行情况。,22,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述4、网络辅助服务对大多数物联网来说，除了正常的物联网功能和服务外，都存在着两个主要的辅助服务网络管理和网络安全。网络安全服务已成为网络设计固有部分，可分为以下步骤：明确需要安全保护的系统；确定潜在的网络弱点和漏洞；尽量简化安全；安全制度：明确大致要求，包括培训、操作规范、保密制度等框架性要求；,23,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述5、技术评价（1）感知系统的有效性全面、准确、及时地感知信息有针对性地选用有效的感知技术、手段和设备（2）通信带宽保证足够的带宽满足现有的应用要求考虑适当的带宽增长需求（3）技术成熟性选择成熟稳定的技术新技术在小范围试用,24,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述5、技术评价（4）连接服务类型无连接和面向连接的权衡骨干网SDH的选用IPv6协议的运用（5）可扩充性预留一定的冗余：带宽、通信容量、数据吞吐量、用户并发数等方面70%至80%（6）高投入产出比决定因素是技术的投入产出比需仔细进行投入产出分析,25,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.1 逻辑网络设计概述6、具体工作内容网络结构的设计感知技术选择局域网技术选择广域网技术选择地址设计和命名模型路由方案确定网络管理策略设计网络安全策略设计网络测试方案设计逻辑网络设计文档编制,26,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2 网络逻辑结构设计4.2.2.1 逻辑网络设计概述4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.2.2.3 地址与命名规则设计4.2.2.4 路由协议的选择4.2.2.5 带宽与流量分析及性能设计4.2.2.6 逻辑网络设计文档的编制,27,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,28,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型-优点(1)使网络成本降到最低：避免为各层中不必要的特性而花费过多的资金；(2)可以采用不同层次上的模块化，这使得每个设计元素简化并易于理解，层次间交界点很容易识别，故障隔离程度得到提高，保证网络的稳定性；(3)网络的改变变得更加容易，当网络中的一个网元需要改变时，升级的成本限制在整个网络中很小的一个子集中；,29,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型原则(1)使应尽量控制层次化的程度；(2)应保持对网络结构的严格控制；(3)不能再设计中随意加入额外连接而打破层次性；(4)应先设计感知层和接入层，根据负载、流量和行为分析再依次完成上层的设计；(5)应尽量采用模块化方式；,30,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型物联网工程5层模型感知层：实现具体信息的获取并转换为网络上可识别和传输的格式接入层：为感知系统和局域网接入广域网或者终端用户防问网络提供接入。汇聚层：将网络业务连接到接入层，并且实施与安全、流量负载和路由相关的策略。骨干网层：提供不同区域或者下层的高速连接和最优传送路径。数据中心：提供数据汇聚、存储、处理、分发等功能。,31,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型物联网工程5层模型各层设计要点感知层设计要点：覆盖范围、工作环境接入层设计要点：解决相邻用户之间的互访需要，并提供足够带宽负责一些用户管理功能：地址认证、用户认证、计费管理等负责一些用户信息收集工作，例如用户的IP 地址、MAC地址、防问日志等,33,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型物联网工程5层模型各层设计要点汇聚层设计要点：尽量将对资源防问的控制、对通过骨干层流量的控制等，放在汇聚层实施应该向骨干层隐藏接入层的详细信息各种协议的转换都应在汇聚层完成,34,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型物联网工程5层模型各层设计要点骨干网层设计要点：采用冗余组件设计，具备高可靠性，能快速适应变化尽量避免使用数据包过滤、策略路由等降低数据包转发处理的特性骨干层应具有有限的和一致的范围包括一条或多条到外部网络的连接,35,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型物联网工程5层模型各层设计要点数据中心设计要点：具有足够的存储能力：容量、存取速度、容错性。应能满足整个生命周期的存储要求。应有足够的处理能力：计算速度、访问速度等应有保证系统稳定、安全运行的辅助设施：空调系统、UPS、消防系统、监控与报警系统等,36,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,37,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计2.感知层结构物品连接的3种方式,38,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计2.感知层结构物品连接的3种方式(1)直接连接：物品直接接入网络与其它物品和服务器相连。对智能物品在计算和组网方面的需求比较高，对网关的需求比较低，对节点和业务模型的配置不是很灵活(2)网关辅助连接：物品通过网关接入后与其它物品和远程服务器相连。对智能物品在计算和组网方面的需求比较低，对网关的需求比较高，对节点和业务模型的配置很灵活(3)服务器辅助连接：物品通过公共的本地支撑服务器汇聚以后与远程服务器相连。对智能物品的计算能力和网关的需求比较低，对智能物品的组网能力需求比较高，对节点和业务模型的配置很灵活,39,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,40,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计3.接入方式4种对孤立的感知系统，可以选用GPRS、3G等无线方式接入到Internet。对集中式的感知系统、用户系统，可以选用局域网、WLAN等方式接入Internet。对用户系统，可以选用WLAN、3G等方式接入Internet。对数据中心，可以选用光纤直连等方式接入Internet。,41,4.2.2 网络逻辑结构设计,接入层设计,接入层拓扑结构设计,一般采用星形结构一般不采用冗余链路一般不进行路由信息交换接入层设备应具有良好的扩展性用户集中的环境，交换机应提供堆叠功能网络如果形成环路，应选择支持IEEE 802.1d生成树协议的交换机。,接入层功能设计,交换机端口密度是否满足用户需求交换机上行链路采用光口还是电口交换机端口是否为今后的扩展保留了冗余端口交换机是否支持链路聚合接入层往往采用固定式2层交换机,接入层性能设计,利用VLAN划分等技术隔离网络广播风暴。交换机上行端口的传输速率应当比下行端口高出1个数量级。交换机之间的距离小于100m时，可以采用双绞线相连；如果交换机之间相距较远，可以采用光电收发器进行信号转换和传输。,接入层安全设计,接入层可靠性设计,接入层网络管理设计,可以将每个端口划分为一个独立的VLAN分组，这样就可以控制各个用户终端之间的互访，从而保证每个用户数据的安全。接入层交换机应能提供端口MAC地址绑定；端口静态MAC地址过滤；任意端口屏蔽等功能，以确保网络运行安全,接入层设备大多放置在楼道中，因此设备应该对恶劣环境有良好的抵抗力。建筑物的设备间空间有限，因此网络设备的尺寸也是一个不可忽略的问题。室外设备应设置在地理位置较稳定的区域，不易受以后基建工程建设的影响，同时尽量避开外部电磁干扰、高温、腐蚀和易燃易爆区的影响。,接入点一般距网络中心较远，而且节点分散，数量众多，接入设备良好的可管理性将大大降低网络运营成本。因此可以选用可网管的交换机。接入层网络管理还必须解决不同厂商设备组网下的网络管理问题。,42/97,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,43,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.局域网结构单核心局域网结构,44,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.局域网结构双核心局域网结构,45,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.局域网结构环形局域网结构,46,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.局域网结构层次局域网结构,47,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,48,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计5.无线局域网结构集中控制+POE,49,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,50,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计6.广域网结构单核心广域网,51,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计6.广域网结构双核心广域网,52,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计6.广域网结构环型广域网(SDH),53,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计6.广域网结构半冗余广域网,54,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计6.广域网结构对等子域广域网,55,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计6.广域网结构层次子域广域网,56,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计1.层次化设计模型；2.感知层结构；3.接入方式；4.局域网结构；5.无线局域网结构；6.广域网结构；7.网络冗余设计；,57,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计7.网络冗余设计-主要目标：备用路径；负载分担。备用路径：为了提高网络的可用性、可靠性。备用路径由路由器、交换机等设备之间的独立备用链路构成。设计备用路径时主要考虑的因素：(1)备用路径的带宽最小带宽需求(2)切换时间取决于用户对应用系统中断服务时间的容忍度(3)非对称备用路径的带宽比主路径的带宽小，过大的带宽容易造成浪费(4)自动切换应尽量采用自动切换方式(5)测试备用路径由于长期不投入使用，对线路、设备上存在的问题，不容易发现，应设计定期的测试方法，以便于及时发现问题。,58,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计7.网络冗余设计-主要目标：备用路径；负载分担。负载分担:通过并行链路提供流量分担来提高性能，实现方法是利用两个或多个网络接口和路径来同时传递流量。设计时主要考虑的因素：(1)当网络中存在备用路径、备用链路时，就可以考虑加入负载分担设计(2)对于主路径、备用路径都相同的情况，可以实施负载分担的特例负载均衡(3)对于主路径、备用路径不相同的情况，可以采用策略路由机制，让一部分应用的流量分摊到备用路径上。(4)可以根据主路径和备用路径的带宽比例实现负载分担。,59,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2 网络逻辑结构设计4.2.2.1 逻辑网络设计概述4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.2.2.3 地址与命名规则设计4.2.2.4 路由协议的选择4.2.2.5 带宽与流量分析及性能设计4.2.2.6 逻辑网络设计文档的编制,60,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计两种主要识别方式：名称和地址对于RFID标签、无线传感器等设备，一般采用名称（或ID）方式标识对主机、路由器、网关等设备，一般采用IP地址标识。新的智能家电一般也用IP地址进行标识。1、分配地址的原则；2、使用层次化模型分配地址；3、设计命名模型；,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则1使用结构化网络编址模型基本思路：首先为网络分配一个IP网络号段，然后将网络号分成多个子网，最后将子网划分成为更细的子网。结构化网络编址模型，有利于地址的管理和故障排除。使得理解网络结构、网管软件实施管理、协议分析设备的分析和报告生成都相对较为容易结构化网络地址在路由器、防火墙等设备上的过滤规则表达的优势，使得网络优化和网络安全易于实现。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则2通过中心授权机构管理地址信息管理部门应该为网络编址提供一个全局模型，网络设计者必须先提供这个参考模型，应该根据核心、汇聚、接入的层次化，对各个区域、分支机构等在模型中的位置进行明确标识。公有地址与私有地址的确定：私有地址只在企业网络内部使用，信息管理部门拥有对地址的管理权。公有地址必须在授权机构注册才能使用在设计阶段，必须明确如下内容：是否需要公有地址和私有地址；只需要访问专用网络的设备分布；需要访问公网的设备分布；私有地址和公有地址如何翻译；私有地址和公有地址的边界。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则3编址的分布授权可以根据需要在网络区域、分支结构内建设分中心，对区域的地址进行管理。对技术强，则可以采用分布授权模式，由设计人员依据结构化模型，将各个地址段的编址和管理分配于相应的分支机构。如果分支机构的管理人员缺乏经验，则不能采用分布授权方式，而采用集中管理方式,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则4为终端系统使用动态编址对于频繁变更位置、移动性较大的终端，采用动态编址协议可以减少管理工作量DHCP完成终端的IP地址和域名自动获取DHCP的三种IP地址分配方法：自动分配服务器为客户机分配一个永久的IP地址；动态分配服务器在一个有限的时间段内，为客户机分配一个IP地址，在使用完毕后予以回收；手工分配由网络管理员为客户机分配一个永久IP地址，DHCP仅用于将手工分配的地址传送给客户机。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则4为终端系统使用动态编址在逻辑设计阶段必须确定：可以使用自动分配的设备群落；可以使用动态分配的设备群落；DHCP可以管理的IP地址段；DHCP的逻辑网段位置等。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则5私有地址的使用IETF预留的私有地址段：10.0.0.1 10.255.255.255172.16.0.0 172.31.255.255192.168.0.0 192.168.255.255Microsoft Windows的APIPA预留：169.254.0.0-169.254.255.255大型网络宜采用采用A类私用地址（即10.?.?.?）必须设计出私有地址与公有地址的转换方式：NAT、PAT、Proxy,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-分配地址的原则6.使用IPv6地址 未来IPv6是趋势地址数量充足自动配置，不需人工配置如果所建设的网络要连接的Internet已经支持IPv6，则选用IPv6地址是一种可供考虑的方案,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-使用层次化模型分配地址 1层次化编制的优势易于排查故障；易于管理和性能优化；加快路由选择协议收敛；需要更少的网络资源；可扩展和稳定性强。层次化编制允许路由器在通告路由表时对路由规则条目对（网络号）进行汇总易于实现可变长度子网掩码（VLSM），为子网的划分添加了灵活度，优化可用地址空间。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-使用层次化模型分配地址 2层次化路由选择对网络拓扑结构和配置的了解是局部的：一台路由器只需要了解其管辖的路由信息设计人员在进行地址分配时必须遵守一条简单的规则如果网络中存在着分支管理，而且一台路由器负责连接上级机构和下级机构，则分配给这些下级机构网段的地址应属于一个连续的地址空间，并且这些连续空间可以用一个子网或者超网段表示。一台路由器上联总部，下联四个分支机构，每个分支机构都分配一个C类地址段，整个网络申请的地址空间为202.103.64.0 202.103.79.255（202.103.64.0/20）；则对这四个分支机构应该分配连续的C类地址，例如从202.103.64.0/24至202.103.67.0/24，这四个C类地址可以用202.103.64.0/22这个超网来表示。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-使用层次化模型分配地址 3无分类路由选择协议CIDR传统方式的缺点大量的地址浪费路由表项数量过多CIDR使用长度字段来表示前缀的长度，例如地址10.1.0.1/16，表示这是一个地址范围为10.1.0.0 10.1.255.255网络（可以用10.1.0.0/16表示）中的主机地址允许将一个网络组作为一个路由表项，使用前缀说明哪些网络被分在这个组内设计人员在进行选择时，应尽量采用无分类路由选择协议，包括RIP V2、OSPF、GBP、IS-IS等。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-使用层次化模型分配地址 4路由汇聚CIDR协议可以将多个子网或网络汇聚成一条路由，减少路由选择协议的开销在进行IP地址规划时，为了保证各个层次路由汇聚的正确性，需要根据IP地址的分配情况，对路由汇聚进行验证，可针对分配方案和地址预留方案，依据下列规则对各个路由器的下联网络进行路由汇聚测试，以便于及时找到扩展性等方面的问题：可以汇聚的多个网络IP地址的最左边的二进位必须相同路由器必须依据32位的IP地址和最长可达32位长的前缀长度确定路由选择路由协议必须承载32为地址的前缀长度。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-设计命名模型简短而有意义的名字可以帮助用户非常简洁地定位服务的位置应该从资源的角度设计出易用性、可管理性强的命名模型，以便于提高网络用户的体验度需要进行命名的资源较多，包括智能物品、感知设备、接入网关、路由器、交换机、服务器、主机、打印机以及其他资源借助于良好的命名模型，用户可以直接通过便于记忆的名字透明地访问服务器将名字映射到地址的方法包括主要包括两种类型：使用命名协议的动态方法借助于文件等方式的静态方法。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-设计命名模型1命名的分布授权2分配名字的原则名字应该简短、有意义、无歧义：用户可以很容易地通过名称来对应各类资源，例如交换机使用sw作为开头、服务器使用srv、路由器使用rt等；名字可以包含位置代码：设计人员可以在名字模型中加入特定的物理位置代码，例如第几分公司、总部等特殊的代码；名字中应尽量避免使用连字符、下划线、空格等不常用字符名字不应该区分大小写,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-设计命名模型NetBIOS名字NetBIOS名字是网络中应用进程的唯一名称NetBIOS名字为微软Windows平台的客户机和服务器之间的应用访问、文件共享提供了编址基础。NetBIOS具备自己独立的名字解析概念和能力：本地广播广播自己的NetBIOS名字，完成注册和查询对应IP地址的工作缓冲支持NetBIOS的计算机都维护NetBIOS名字和IP地址的临时列表；名字服务器通过WINS服务器实现NBNS(NetBIOS Name Server)功能，计算机通过NBNS完成注册与查询工作；Lmhosts文件本地文件lmhosts存放着手工设定的NetBIOS与IP的对应关系，以便于计算机查询；DNS/hosts方式在其他方法都无法查询时，可以借助于DNS和hosts文件实现名字与IP的转换。网络设计人员需要确定具体的方式,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.3 地址与命名规则设计-设计命名模型4、域名解析DNS大型网络，应设计、配置并管理自己的DNS,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2 网络逻辑结构设计4.2.2.1 逻辑网络设计概述4.2.2.2 逻辑网络的结构及其设计4.2.2.3 地址与命名规则设计4.2.2.4 路由协议的选择4.2.2.5 带宽与流量分析及性能设计4.2.2.6 逻辑网络设计文档的编制,77,4.2 物联网的网络总体方案设计,4.2.2.4 路由协议的选择路由协议使路由器能够自动学习如何到达网络，并与其他路由器交换路由信息，达到全网路由选择的目的。路由协议的选择原则；内部网管协议-OSPF;外部网关协议-BGP；,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则路由协议类型选择;路由选择协议度量;路由协议顺序;层次化与非层次化路由协议;内部与外部路由协议;分类与无分类路由协议;静态路由;,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则路由协议类型选择;两大类：距离向量协议和链路状态协议。选择距离向量路由协议的条件：网络使用一种简单的、扁平的结构，不需要层次化设计网络使用的是简单的中心辐射状结构管理人员缺乏对路由协议的了解，路由操作能力差收敛时间对网络的影响较小选择链路状态路由协议的条件：网络采用层次化设计，尤其是大型网络管理员对链路状态路由协议理解较深快速收敛对网络的影响较大,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则2、路由选择协议度量延迟、带宽、可靠性及其他因素对度量值存在着两个方面的考虑：对度量值的限制设定，例如如果设定基于跳数路由协议的有效路径度量值必须小于16多个路由协议共存时的度量值转换，路由器上可能会运行多个协议，不同的路由协议对路径的度量值不同，设计人员需要建立起不同度量值之间的映射关系，让多个协议之间相互补充。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则3、路由协议顺序路由器上可能会存在多个不同的路由协议，不同协议的度量值不同，可比较性较小-得到不一致的结果有多个路由选择协议，需约定这些协议之间的顺序顺序可以用路由协议权值来表示，权值最小的协议顺序越靠前；一旦多个路由协议都选举出了最优路径，则具有最小权值的路由协议的路径生效。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则4、层次化与非层次化路由协议分为支持和不支持两种层次化非层次化：所有路由器的角色都是一样的层次化：不同路由器的角色不同，需要处理的路由信息量也不同。对于采用层次化设计的网络来说，最好采用层次化路由协议,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则5、内部与外部路由协议内部网关协议和外部网关协议内部网关协议：RIP、OSPF、IGRP外部网关协议：多选择BGP,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则6、分类与无分类路由协议根据设备是否支持进行选择分类更简单无分类更灵活,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-路由协议的选择原则7、静态路由手工配置并且不依赖于路由协议进行更新的路由静态路由经常用于连接一个末梢网络，即只能通过一条路径到达的网络部分最常见的使用方法就是默认路由应该对末梢网络进行区分，并设定这些末梢网络的默认路由。一般比其他动态路由协议级别高：即使动态路由协议选出一条最优路径，数据包仍然可能依据静态路由指定的路径进行传递，因此需要根据实际需要来确定静态路由选择协议的范围，以免使得动态路由协议失效。静态路由信息可以导入到动态路由协议形成的路由表项中,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-内部网关协议-OSPFOSPF是典型的、应用最广泛的内部网关协议，该协议为层次化、无分类路由协议。（1）OSPF RouterID原则上采用网络设备的loopback 0或loopback 1的接口地址作为设备的Router ID;Router ID应统一规划，作为该设备的唯一地址标识,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-内部网关协议-OSPF（2）OSPF时间参数Hello包间隔时间为1秒相邻路由器间失效时间为3秒LSA（链路状态通告）更新报文时间为1秒邻接路由器重传LSA的间隔为5秒OSPF的SPF计算间隔为5秒外部路由引入采用OE1方式（到外部路由的花费值=本路由器到相应的ASBR（自治系统边界路由器）的花费值+ASBR到该路由目的地址的花费值），原则上只引入需要发布的路由；域间路由条目的发布只发布域汇总路由信息（路由条目4条）。采用MD5对报文（接口、区域）验证,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-内部网关协议-OSPF（3）OSPF COST,表 常见链路带宽COST值,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择-内部网关协议-OSPF（4）OSPF DR(指定路由器)与BDR(备份指定路由器)OSPF DR与BDR选择应遵循：应手动指定，上级设备为DROSPF接口上所有网络类型均配置为广播OSPF区域支持报文验证ABR(AREA BORDER ROUTER,连接多个区域路由器)与ASBR应至顶向下通过第5类LSA发布缺省路由在核心路由器上建议配置OSPF路由滤，包含对引入和发布的路由都需要过滤（推荐配置策略只允许合法路由条目发布和接受）禁止loopback接口发送OSPF报文禁止采用OSPF虚连接的方式连接区域,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择外部网关协议-BGPBGP是典型的，也是应用最广的外部网关协议。1BGP对等体对不同对等体组应定义易于记忆、无歧义的组名不要将IBGP对等体和EBGP对等体加入同一个组中不允许同不直接相连网络上的EBGP对等体（组）建立连接2BGP时间参数BGP Keepalive报文的发送时间间隔为5秒；保持定时器为15秒；IBGP对等体（组）发送路由更新报文的时间间隔为1秒；EBGP对等体（组）发送路由更新报文的时间间隔为企业网内部为5秒，企业网外部为30秒。,4.2.2 网络逻辑结构设计,4.2.2.4 路由协议的选择外部网关协议-BGP3BGP本地优先级：本地优先级的值为100；4BGP MED（区分到达相同的邻居自治系统的多个出口、入口点）：下级AS到上级互连MED值为1，同级间AS互