系统架构设计师备考第63天——通信系统架构

定义：通信系统（通信网络）是利用通信线路将分散的、具有独立功能的计算机系统和设备连接起来，通过网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。
演进历程 ：
- 接入方式：从Modem拨号→光纤路由器千兆接入→无线Wi-Fi千兆接入→5G移动终端高速接入。
- 传输速率：核心层接口从GE/10GE（1Gb/s）提升至40GE/100GE甚至400GE。
- 网络结构：从简单总线网络→复杂异构多层次结构→5G虚拟化服务化架构。

考点：通信网络演进的核心驱动力是传输速率提升和接入方式多元化。

架构类型	组成与特点	适用场景	优缺点
单核心架构	1台核心交换机+接入交换机；VLAN内二层转发，VLAN间三层路由	小型园区网	优点：结构简单、成本低缺点：单点故障、扩展性差
双核心架构	2台核心三层交换机；支持VRRP/HSRP网关冗余；服务器双连接	中型企业网	优点：高可靠性、负载均衡缺点：投资高、易形成路由环路
环型架构	多台核心交换机构成RPR环；50ms自愈保护；双向带宽复用	工业控制网络	优点：光纤资源节省、高QoS 缺点：多环互通困难、路由冗余复杂
层次架构	核心层（高速转发）+汇聚层（流量控制）+接入层（用户接入）	大型园区网/校园网	优点：易扩展、故障分级排查缺点：设备成本高、层级管理复杂

协议应用：

典型考题 ：
双核心局域网如何解决单点故障问题？
答：通过VRRP/HSRP协议实现网关冗余，核心设备互备，故障时自动切换路径。

架构类型	拓扑特征	冗余机制	适用场景
单核心广域网	1台核心路由器直连各局域网；子网间通过核心设备互访	无	小型分支机构互联
双核心广域网	2台核心路由器；局域网互访需经双核心；支持多路径选择	网关负载均衡	中型企业跨地域互联
环型广域网	多台核心路由器成环；域内路由通过环结构	环路控制协议	城域网络（如银行系统）
半冗余广域网	网状拓扑；任意节点≥2条链路	OSPF动态路由	大型企业复杂网络
对等子域	划分2个子域；域内半冗余互连；域间通过高速链路汇总路由	BGP路由控制	跨区域合作网络（如省际政务）
层次子域	多级子域（骨干/分布/接入）；低层子域互访需经高层	OSPF分层路由	全国性企业网络（如电力系统）

设计要点：

考点：层次子域广域网的核心特征是低层子域互访依赖高层子域，扩展性强但路由控制复杂。

演进阶段 ：
2G/3G ：基于物理网元（基站控制器BSC）→ 4G ：扁平化架构（eNodeB直连核心网）→ 5G：服务化架构（SBA）+网络功能虚拟化（NFV）。
5G核心架构 ：
- 控制面：SBA微服务设计（如AMF/SMF/UPF分离）。
- 用户面：UPF下沉至边缘（降低时延）。
- 关键技术：网络切片（按需定制虚拟子网）、MEC（移动边缘计算）。

典型考题 ：
5G网络切片的核心价值是什么？
答：为不同业务（eMBB/uRLLC/mMTC）提供隔离的虚拟子网，满足差异化SLA需求（如自动驾驶需低时延切片）。

类型	技术原理	特点	适用场景
SAN	块级存储；FC/iSCSI协议	高性能、低延迟；适合数据库	金融核心交易系统
NAS	文件级存储；NFS/CIFS协议	易扩展、共享访问；适合非结构化数据	企业文件共享
对象存储	REST API访问；元数据管理	无限扩展、高耐用性；适合云原生应用	云存储/大数据分析

融合趋势：超融合架构（HCI）整合计算/存储/网络资源，简化管理。

核心思想 ：控制与转发分离，集中控制器（如OpenDaylight）全局调度流量。
三层架构 ：
1. 应用层：网络APP（负载均衡、安全策略）。
2. 控制层：SDN控制器（OpenFlow协议管理交换机流表）。
3. 基础设施层：物理/虚拟交换机（仅执行转发）。
优势：
- 网络可编程性（动态调整策略）。
- 资源虚拟化（Overlay网络隔离租户）。
- 自动化运维（减少人工配置错误）。

考点：SDN的核心价值是通过集中控制实现网络灵活性与自动化管理，OpenFlow是其核心协议。