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系统架构设计师备考第64天——网络构建关键技术

news 2025/11/5 7:32:11

核心目标：减少故障频率（MTBF↑）和缩短故障恢复时间（MTTR↓）。
可用性公式：
( A = \frac{\text{MTBF}}{\text{MTBF} + \text{MTTR}} )
- MTBF：平均无故障时间（硬件/软件质量决定）
- MTTR：平均故障修复时间（依赖故障发现速度与恢复效率）
高可用架构三要素：
1. 网络部件：
  - 硬件冗余（主控节点1+1主备、电源/风扇冗余）
  - 软件高可用（热补丁、异常保护、数据备份）
2. 网络连接模型：
  - 拓扑冗余设计（如单点双归、双点双归）
  - 可用性计算（不同拓扑的可用性公式，如单点双归：( A_2 = R_2 \times [1 - (1-R_1)^2] ))
3. 网络协议支持：
  - 路由协议（OSPF/BGP） + 辅助协议（BFD/NQA快速检测故障）
  - 增强协议（802.3ad链路聚合、VRRP网关冗余）
考点提炼：
- 高可用性指标计算（公式应用）
- 冗余设计类型（主备 vs 负载均衡）
- 协议作用（BFD加速故障检测）

过渡技术：
1. 双协议栈：
  - 节点同时运行IPv4/IPv6协议栈，兼容两类网络通信。
  - 结构：应用层 → TCP/UDP → 双栈（IPv4+IPv6） → 物理层
2. 隧道技术：
  - ISATAP：将IPv4地址嵌入IPv6地址，自动建立隧道（无需多播支持）。
  - 6to4：站点间通信，使用前缀 2002::/16 嵌入IPv4地址，需专用路由器。
  - 4over6/6over4：IPv4业务承载于IPv6网络，或反之。
3. 地址翻译（NAT）：
  - IPv4与IPv6地址互转（如NAT-PT协议），维护映射表。
考点提炼：
- 隧道技术区别（ISATAP vs 6to4）
- 双栈协议的应用场景
- NAT技术在过渡期的作用

核心架构：控制平面与数据平面分离。
1. 控制平面：
  - 控制器扩展：
    - 单控制器优化（多线程/并行处理，如Maestro）
    - 多控制器模型（扁平/层次化部署）
2. 数据平面：
  - 硬件转发：高性能但灵活性低（RMT可重构流表）
  - 软件转发：灵活性高（CPU/NP处理器）
3. 转发规则一致性：
  - “两段提交”更新：确认旧规则处理完毕后再更新，避免不一致。
  - 增量更新算法：分轮次更新子集，减少规则空间占用。
考点提炼：
- SDN架构分层（控制层、数据层）
- 控制器扩展方式（单机优化 vs 多控制器）
- 规则更新机制（两段提交的优缺点）

局域网技术选择：
- 生成树协议（STP）：防环路，支持冗余拓扑（IEEE 802.1D/W）。
- 虚拟局域网（VLAN）：逻辑隔离广播域。
- 无线局域网（WLAN）：
  - AP部署（覆盖优化、SSID统一设置、冗余AP）。
- 服务器冗余设计：
  - 负载均衡（硬件负载均衡器、DNS轮询、NAT网关）。
  - 高可用集群（主备Active-Standby、双活Active-Active）。

设计原则：
1. 标准化：统一架构减少转换设备，降低能耗。
2. 集成化：减少设备数量（如大容量交换机、扁平化设计）。
3. 虚拟化：端到端资源灵活调配（终端→核心→数据中心）。
4. 智能化：
  - 智能管理平台（统一监控、自愈故障）。
  - 减少人力消耗（如IP监控的移动触发录制）。
核心思想：设备级节能 + 架构级优化（比单纯降耗更有效）。

高可用设计：
- 考题：某网络MTBF=1000小时，MTTR=4小时，求可用性？
  答案：( A = \frac{1000}{1000+4} = 99.6% )
IPv6过渡技术：
- 考题：6to4隧道的特点是什么？
  答案：使用前缀 2002::/16 嵌入IPv4地址，需专用路由器，无需申请IPv6地址。
SDN规则更新：
- 考题：为何采用“两段提交”更新转发规则？
  答案：确保所有交换机规则更新一致，避免转发中断。
绿色设计原则：
- 考题：集成化设计如何实现节能？
  答案：减少设备数量、线缆、机架空间，降低总能耗。