什么是网络架构？

网络架构是关于网络设备、服务和软件的组织和互连方式的战略设计。网络架构的目标是实现有效的网络性能、安全性、可扩展性和可靠性。网络架构定义了网络的物理和逻辑结构。精心设计的网络架构在遵守安全策略的同时，平衡了低延迟、高吞吐量、容错能力和高效资源利用等功能。

精心设计的网络架构可以帮助确保您的网络高效运行，同时具有性能、安全性和运营可见性方面的优势。

可预测的性能

网络架构设计实践有助于提供更稳定的网络性能，因此用户可以可靠地访问网络。性能提升来自于应用一致的设计模式和服务质量策略。

容错能力

设计网络架构时，避免创建单点故障。在意外中断或高流量状态下，网络设备应可靠地运行。为了防止单点故障，网络工程师可以为关键基础设施安装双电源，为关键连接创建多个上行链路，或者在重要硬件关闭时启用失效转移机制。

为安全进行分段

安全性通常嵌入到架构完善的网络基础设施的结构中，包括在虚拟专用网络中。网络工程师可以对网络流量进行分段，进而防止网络事件从一个系统横向移动到另一个系统。例如，面向客户的销售团队可能有权访问一个分段，而内部会计团队可以访问另一个分段。如果外部安全威胁影响面向外部的系统，它将无法到达更多内部系统；网络的其余部分将受到保护。

资源优化

架构良好的计算机网络可以有效地使用所有资源。这些资源可以包括带宽、计算容量、设备利用率和用于联网的云资源。工程师使用多种技术来优化资源水平。常见的资源优化策略包括智能路由、负载均衡和网络自动化。

操作可见性

理想情况下，您的网络架构应包括全面的监控和日志记录功能。日志和监控工具是观测操作和识别潜在网络事件的一些主要手段，这些事件可能会影响用户设备和网络流量。可视化工具可概述您的网络，包括事件和警报。

两个主要分类有助于阐明网络架构的结构和范围。

通信模型类型

网络的通信模型定义了网络设备和服务的交互方式。

客户端-服务器架构

在此模型中，客户端请求信息，服务器处理和传送响应。例如，请求网页。这种设计在许多传统和当前的网络运营中很常见。

对等联网（P2P）架构

在对等联网模型中，所有设备或“对等体”都具有同等的能力和责任；没有中央服务器。取而代之的是，每台设备既可以充当客户端，也可以充当服务器，共享资源并将用户直接与他人连接起来。P2P 通常用于文件共享和分布式计算应用程序。

混合架构

混合网络模型结合了对等和客户端-服务器网络的元素。它允许组织在需要时使用集中式服务，并在适当时支持设备之间的直接通信。

基于云的架构

该模型是一种不同的网络架构，使用云平台来构建可扩展、全球可用且具有韧性的联网业务系统。工程师通常使用基础设施即代码（IaC）来设计这种类型的网络架构，他们将网络工具编程为在云网络基础设施上运行的软件，而不是使用网络上的物理设备。这种方法可以帮助缩短大规模网络架构的部署时间。

区域类型

网络区域类型描述了网络的地理范围。

局域网（LAN）

LAN 连接单个设施内的设备，例如办公室或家庭。由于其规模，LAN 通常可以为其网络内的流量提供低延迟，这非常适合内部通信、文件共享和本地应用程序访问。

广域网（WAN）

WAN 连接多个网络（例如 LAN），覆盖广阔的地理区域，包括城市之间或国家/地区之间。组织经常使用 WAN 来连接分支机构、数据中心和云环境。

互联网

由互连的 LAN、WAN 和其他网络组成的全球网络使用 TCP/IP 等标准化协议来实现支持的设备之间的高效通信。互联网架构支持广泛的服务，从电子邮件和 Web 浏览到云计算和实时协作。

网络架构是指应如何构建网络，以及其关键组件如何交互以实现最高效率运行。网络架构师遵循总体设计原则，部署许多软硬件组件和网络协议，以实现该目标。

网络架构的物理层组件

所有网络均基于基础物理层构建。工程师使用电缆（通常是光纤或铜缆）来连接网络交换机，这些交换机在 LAN 内引导流量。路由器将本地网络连接到其他网络。无线接入点（WAP）支持与最终用户设备和其他组件的无线连接。这一层还包括在数据中心安全运行该硬件所需的电力和冷却系统。

逻辑路由和分段

开放系统互连（OSI）模型为七个抽象层中的网络功能提供了框架。第一个是物理层。接下来的两层控制流量的移动。

• 第 2 层（数据链路）：交换机根据分配给每台设备的唯一 MAC 地址来指导本地通信。
• 第 3 层（网络）：路由器使用 IP 地址做出智能转发决策，该地址相当于网络内部和网络间可识别的邮件地址。路由器可以帮助分配内部 IP 地址，客户端设备可以通过 DHCP 自行分配，在某些情况下，工程师或最终用户可以在设备上手动配置 IP 地址。

分段是根据特定标准将企业网络细分为不同区域的过程。常见的分段标准可以包括工作职能、数据敏感度或用户角色。

负载分配和失效转移

负载均衡器将传入流量分配到多个网络资源上，以帮助防止任何一个资源的流量过载。您可以将负载均衡器作为硬件或软件来实现。

失效转移机制是在发生故障时自动将流量从主系统重定向到辅助系统的过程。您的网络监控服务可以检测事件并调用路由器、负载均衡器和其他资源上的操作来启动失效转移。

安全执行点

您可以在整个网络架构中嵌入多个级别的安全性。关键安全执行点包括：

• 网络边界：在这里，防火墙和入侵防御系统筛选进出网络的流量
• 内部分段：微分段可隔离虚拟专用网络上的工作负载，因此一个分段中的事件不会影响另一个分段中的工作负载，并有助于防止从一种资源横向转移到另一种资源
• 云原生控制：云中的 IaC 防火墙可以在云边缘或内部运行以筛选流量，而安全组和访问控制列表（ACL）则进一步加强安全性

云网络架构旨在提供与传统本地网络相同的核心联网功能。云联网的不同之处在于，所有网络功能都是虚拟化的，而且通常是为实现完全可扩展性而设计的。云服务通常必须提供更大的灵活性、更高的自动化和更广的全球覆盖范围，以适应现代云工作负载的规模。

软件定义的联网（SDN）

软件定义的联网是使云能够大规模运行的技术。在传统的数据中心网络或 LAN 中，每台设备（主要是路由器和交换机）同时处理路由决策（控制面板）和实际的数据包转发（数据面板）。

SDN 使用云中的软件路由器和交换机将这两项功能分开，不再依赖物理硬件。通过将这两项功能分开，SDN 允许您集中整个网络管理，否则将在整个分布式控制面板上进行处理。

虚拟私有云（VPC）

虚拟私有云是云网络架构的基本组成部分。VPC 是云中逻辑隔离的部分，如 AWS，您可以在其中启动与其他云流量隔离且受保护的资源。例如，您可以使用软件定义的联网在 VPC 中复制复杂的本地网络拓扑，进而获得更好的扩展能力和更多用于自动化网络资源管理的选项。

设计一个有韧性、安全且可扩展的网络需要仔细规划并遵守既定的最佳实践。

冗余设计

您的网络架构应包括冗余连接，帮助确保其在网络事件期间继续可靠运行。例如，您可以在 AWS 中创建多个可用区（AZ），它们是 AWS 云中相互独立、彼此隔离的数据中心。如果一个区出现问题，这些可用区可以互相接管，这有助于确保可靠的远程访问。

将控制面板与数据面板分开

软件定义的联网可隐式地帮助您将控制面板与数据面板分开。将控制面板和数据面板分离可以让您在需要扩大规模时更轻松地管理云运营和混合运营。通过分离流量，控制流量不会与用户流量竞争，配置更改也不会干扰活跃会话。

实施零信任安全模型

在本地和云环境中应用零信任原则，进而降低未经授权的网络事件的风险。零信任与传统基于边界的安全形成鲜明对比。零信任是一种安全模型，它假设默认情况下不信任任何用户或设备，无论其声明的凭证如何，也不管它们在您的内部网络上的哪个位置。每个访问请求在每个网络资产检查点和资源上都经过重新身份验证和重新授权。

监控和记录流量

使用 Amazon CloudWatch 等工具将日志聚合到一个中央系统中，用于分析、警报和任何必要的合规性报告。

在部署前对配置更改进行版本控制并测试

在云联网中，您可以使用基础设施即代码（IaC）工具在隔离环境中定义、测试更改并进行版本控制，然后再将其应用到生产环境中。IaC 允许快速测试新配置，无需等待硬件更改。

记录依赖链和关键路径

了解应用程序和服务如何依赖底层网络组件。映射关键路径，这样您就可以在发生网络事件时优先考虑保护并更快做出响应。

规划带宽，超出您认为需要的水平

由于新的应用程序、远程工作或数据密集型工作负载的部署，网络部署后，带宽需求可以更快地增长。战略性地进行过量配置并使用诸如 AWS Direct Connect 之类的可扩展服务，这可以帮助您更可靠地应对流量高峰而不会导致服务降级。

AWS 提供一系列服务，将您的本地网络连接到 AWS 云，或者在 AWS 云中构建您自己的私有、完全虚拟化的网络。了解我们的联网服务范围：

• Amazon CloudWatch 是一项智能可观测性服务，可为应用程序和基础设施提供切实可行的见解。CloudWatch 可以帮助您全面掌握性能、可用性和安全性，从而更快地解决问题并提升系统可靠性。
• AWS Direct Connect 使您能够创建与 AWS 的专用网络连接。使用 AWS Direct Connect 时，您的网络流量在传输过程中将始终保持在 AWS 全球网络内，绝不会经过公共互联网。
• AWS Transit Gateway 允许您将 Amazon VPC、AWS 账户和本地网络连接到一个统一的网关。AWS Transit Gateway 充当云路由器，可扩展您的网络。
• Amazon Virtual Private Cloud（VPC）允许您在 AWS 上定义并启动处于完全逻辑隔离状态的虚拟网络中的 AWS 资源。
• 弹性负载均衡（ELB）可以帮助您分配网络流量，从而提高应用程序的可扩展性。弹性负载均衡可以在一个或多个可用区（AZ）中的多个目标和虚拟设备之间自动分配传入的应用程序流量。

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