“图解服务器端网络架构”小结

来源：互联网发布：qt 编程编辑：程序博客网时间：2024/06/10 08:16

博客链接: http://codeshold.me/2017/05/network_architecture.html

一本写给网络架构师和服务器工程师的书! 很棒！
对于想成为码网农工（码农＋网工）的我来说，这本书带给自己的帮助很大，至少让自己在参加网络技术大赛的期间收获了不少！
其中还有另外一本书《图解基础设施设计模式》！
这里有针对《图解服务器端网络架构》这本书的介绍，也包括试读章节（第0章就是教读者怎么使用本书的）！
本文主要是自己的读书笔记……

0x00 网络架构的流程

网络架构分为六个阶段
- 需求定义: 客户需给出需求方案说明书（RFP，Request For Proposal）
- 基础设计
- 详细设计
- 架构
- 测试: 单元测试、正常测试、故障（冗余化）测试等
- 运行
网络架构的重点是基础设计
- 物理设计: 定义服务器端所有实体对象的所有规则
- 逻辑设计
- 安全设计和负载均衡设计
- 高可用设计: 冗余
- 管理设计
- 设计原则（华为AMPRSC原则, availability + manageability + performance + recoverability + security + cost)

0x01 物理设计

1. 技术

IEEE 802.3, IEEE 802.11
双绞线、同轴电缆
- STP (shielded twist pair, 屏蔽双绞线) 抗电磁干扰，只有在工厂等恶劣的条件下会用到
- UTP (unshielded twist pair, 非屏蔽双绞线) 使用广泛
- 双绞线中的“类”，其代表传输速度，值越大传输速度就越大，如1000BASE-T
- 双绞线中的“直通线”和“交叉线”
  - MDI和MDI-X, Medium Dependent Interface，即RJ-45铜线的排列顺序
  - 交换机的端口是MDI-X端口，但有自动识别端口类型功能的交换机（Auto MDI/MDi-X)
  - MDI和MDI-X使用直通线连接（两边对称，平行排列）
  - 端口类型相同时使用交叉线连接
  - 1000BASE-T 中八根铜线都会用到
- 双绞线电缆的最大传输距离是100米
- 中继集线器大多已被交换集线器所代替（都可用于故障排除，但后者通信量少）
- 设置速率和双工，通过交换FLP(Fast Link Pulse, 快速连接脉冲)信号
单模光纤、多模光纤
- 光通道叫做模
- 单模光纤（SMF），多模光纤（MMF, Multi Mode Fiber）
- 单模传播距离远，价格高（70km)，MMF是550m
- 连接器有SC、LC型

2. 设计

CE交换机（Customer Edge), VSS(Virtual Switching System 虚拟交换系统)
服务器端有两种结构类型
- 串联式结构:管理方便
- 并联式结构:容易扩展
选用设备时应参考考查项的最大值
iSCSI、FCoE(Fiber Channel over Ethernet)
接入交换机、汇聚交换机、核心交换机
- EoR(End of row)端列头式
  - 以整个机架列为单位配置接入叫混迹的类型
  - 布线复杂
  - 需要管理的接入交换机数量少
- ToR(Top of Rack)机架式
  - 以整个机架为单位配置接入交换机的类型
  - 布线操作比较轻松
  - 由于是在每个机架中配置接入交换机，故要管理的设备较多
电源引入机架后：PDU(Power Distribution Unit 电源分配单元)， UPS(Uninterrupible Power Supply 不间断电源)

0x02 逻辑设计

1. 技术

数据链路层
- 前导码(8字节)、帧头、FCS(Frame Check Sequence)
- MAC地址中前24位叫做OUI(Organizationally Unique Identifer 组织唯一标识符)
网络层
- CIDR(Classless Inter-Domain Routing 无分类域间路由)
- IGP(Interior Gateway Protocol) + EGP(Exterior Gateway Protocol)
  - IGP: RIPv2, OSPF, EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
  - EGP: BGP
  - AS(Autonomous System)
  - OSPF: 100/带宽(Mibt/s) 开销，等价多路径
  - EIGRP: 1000/最小带宽， 微秒/10
AD(Administrative Distance 管理距离)值类似于针对每个路由协议制定的优先级，值越小优先的等级就越高
静态NAT, NAPT(Network Address Port Translation) 和 Twice NAT(双重NAT, 将源目的地址一起转换)
- 支持NAT的两大要素是NAT表和代理ARP
广播地址：本地、受限、直接（远程开机 WoL, Wake-on-LAN)
ARP, GARP(Gratutious ARP 无故ARP):检测IP是否冲突、更新相邻设备的表(GARP通告，但也可以取消)
224开头是D类地址
ICMP
- ICMP 差错报告报文 echo
- ICMP 询问报文: 时间超时、源点抑制、改变路由、终点不可达、参数问题
VLAN: 基于端口的VLAN(交换机)；打标VLAN（VLAN ID)

2. 设计

VLAN的设计
- 防火墙内侧VLAN、防火墙外侧VLAN
- 迁移的通信流量对服务产生的影响控制在最小
- 数据备份的VLAN
- 数据迁移的VLAN
- VLAN尽量做大，且采用核心交换机，这样可以使得管理优势最大化
IP地址分配的统一
- 网络设备的IP地址从数字最大的编号用起
- 服务器和用户终端的IP地址从数字最小的编号用起
路由器 && L3交换机的选择

0x03 数据安全设计和负载均衡设计

1. 技术

传输层技术
负载均衡设备可以监控服务器（进行健康检查）
- 健康检查可分为L3检查、L4检查、L7检查
  - L3: 通过ICMP来检查IP是否正常等
  - L4：针对端口号等
  - L7: 针对应用程序
- 目的NAT是LB的基础
负载均衡方式
- 静态
  - 轮询
  - 加权比例
- 动态
  - 最少连接数
  - 最短响应时间
- 源IP地址会话保持、Cookie会话保持
- 可选功能: SSL加速、HTTP压缩、连接汇聚
HTTP 1.0, HTTP 1.1, HTTP 2.0
CSR(Certificat Signing Request 证书签名请求) ：为获得服务器证书而提交给CA机构的随机字符串
从会话层到应用层的技术
FTP传输文件
- 主动模式
  - 控制连接使用TCP/21, 数据连接使用TCP/20, 大多数默认采用这种
  - Windows标准FTP客户端功能中甚至只有这种模式
  - 由服务器方面发出数据连接的请求(SYN TCP/20) 是一种特殊的模式
- 被动模式
  - 控制连接使用TCP/21, 数据连接不使用特定端口的模式
  - 出于安全考虑，使用这种模式的例子多了起来
DNS使用TCP进行区域传输
端口号：0~1023
状态检测和包过滤之间的区别！（前者针对连接，后者针对数据包）
UTM(Uinfied Threat Management 统一威胁管理) 设备综合了VPN(IPSec VPN, SSL VPN)、IDS/IPS、反病毒、反垃圾邮件过滤等设备
新一代的防火墙能更深入的识别应用
FQDN(Fully Qualified Domain Name 完全合格域名)

2. 设计

数据安全设计
- 定义安全域，Untrust区域、DMZ区域、Trust区域
- 将默认启动服务控制在最小范围内
多级防御，UTM(Performance)
负载均衡设计

0x04 高可用性设计

1. 技术

1.1 物理层

将多条物理链路聚合成一条逻辑链路
- 链路聚合分为三种模式
  - 静态
  - PAgP(Port Aggregation Protocol, 端口聚合协议): 思科专有
  - LACP(Link Aggregation Control Protocol, 链路聚合控制协议), Eth-Trunk链路聚合
多个物理网卡集结成一个逻辑网卡
- 三种网卡组合方式: AFT(Adapter Fault Tolerance 适配器容错),ALB(Adapter Load Balancing 适配器负载均衡), 链路聚合
将不同种类的物理网卡组合使用
- 板载网卡、扩展网卡
将多台物理设备集结成一台逻辑设备
- VSS(Virtual Switching System) ：思科
- 很多厂商都有自己的技术，华为、思科等都有
- 堆叠线
高可用设计的主角是STP(Spanning-Tree Protocol)
上行链路故障检测（追踪）技术 UFD(Uplink Failture Detection)
GVRP 实现动态VLAN

1.2 数据链路层

生成树协议 STP
根网桥、阻塞端口等
STP有三种(P286)
- PVST(Per VLAN Spanning-Tree)：思科
- RSTP(Rapid Spanning-Tree 快速生成树协议)
  - 可快速进行切换
- MSTP(Multiple Spanning-Tree 多生成树协议)
  - 减少通信开销和资源占用
  - 多了VLAN组成一个组群
  - 每个域内多个生成树
  - 执行和处理是基于MSTI的

1.3 网络层

FHRP(First Hop Redundancy Protocol 第一跳冗余协议)和路由协议
FHRP: 默认网关冗余备份协议(P293)
- HARP(Hot Standby Routing Protocol 热备份路由协议)：思科
- VRRP(Virtual Prouter Redundancy Protocol 虚拟路由器冗余协议)
- GLBP(Gateway Load Balancing Protocol 网关负载均衡协议)
通过IGP实现冗余
BPDU守护，FAST Port边缘端口

1.4 传输层到应用层

防火墙荣誉技术是在FHRP中添加了几项同步技术
- 同步连接信息
- 设置虚拟MAC地址
负载均衡的冗余技术则是进一步添加了应用程序的同步技术
- 同步会话保持信息

2. 设计

串联式、并联式
两层(无汇聚交换机)、三层

0x05 管理设计

NTP 时间同步
- “层”的概念： Stratum
用SNMP检测故障
- MIB(Management Information BAse 信息管理库), OID(Object Identifier 对象标识符)
Syslog检测故障
传递设备信息
- CDP：Cisco Discovery Protocol 思科的L2层
- LLDP: Link Layer Discovery Protocol 链路层发现协议, DMZ区不激活，Unstrust区激活
确定主机名
通过标签管理连接
- 线缆标签
- 本体标签
设计密码
管理设备信息
- 恢复方式及备份方式

《图解服务器端网络架构》错误处
1. P355 中Cisco Descovery Protocol中的Descovery应是Discovery

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