《网络架构基石》课件

网络架构基石现代数字基础设施解析为什么网络架构如此重要业务支撑安全保障成本效益网络架构是业务高效运行的基石它网络架构在安全保障方面扮演着至关直接影响应用的性能、可用性和可扩重要的角色它需要考虑到各种安全展性，从而影响用户体验和业务增威胁，并采取相应的防御措施，例如长一个优秀的网络架构能够快速响防火墙、入侵检测系统等，以保护网应业务需求，支持创新，并降低运营络和数据的安全安全是网络架构设成本计中不可或缺的一部分网络架构的演进历程早期网络1最初的网络架构以大型机为中心，采用集中式计算模式终端通过简单的线路连接到大型机，进行数据交互这种架构的特点是集中管理、资源共享，但扩展性较差，难以满足日益增长的业务需求客户端服务器/2随着个人计算机的普及，客户端/服务器架构应运而生客户端负责用户界面和部分业务逻辑，服务器负责数据存储和处理这种架构提高了响应速度和用户体验，但也面临着服务器压力过大的问题分布式网络3为了解决客户端/服务器架构的瓶颈，分布式网络架构逐渐兴起它将应用和数据分布在多个节点上，通过网络进行协作这种架构具有高可用性、高扩展性和容错性，能够满足大规模应用的需求云计算4传统网络架构的局限性扩展性差1传统网络架构通常采用垂直扩展的方式，即通过增加单个节点的处理能力来提高性能这种方式的扩展性有限，难以应对大规模并发访问和海量数据处理的需求灵活性低2传统网络架构的配置和管理通常需要手动操作，难以快速响应业务变化当业务需求发生变化时，需要进行复杂的配置调整，耗时且容易出错灵活性是现代网络架构的关键需求之一维护成本高3传统网络架构的硬件和软件维护成本较高硬件设备需要定期更换和升级，软件系统需要进行版本更新和漏洞修复维护成本是企业IT支出的重要组成部分安全性弱4传统网络架构的安全防护通常采用边界防御的方式，即在网络边界部署防火墙等安全设备这种方式难以应对内部攻击和新型威胁，存在安全漏洞安全性是网络架构设计的重要考量因素现代网络架构的核心特征云原生可扩展性安全性现代网络架构采用云原生技术，例如容器、现代网络架构采用水平扩展的方式，即通过现代网络架构采用零信任安全模型，即默认微服务、服务网格等，以充分利用云计算的增加节点的数量来提高性能这种方式的扩情况下不信任任何用户或设备，需要进行身优势云原生架构具有高弹性、高可用性和展性更强，能够应对大规模并发访问和海量份验证和授权才能访问资源零信任安全模高可观测性，能够更好地支持现代应用的运数据处理的需求可扩展性是现代网络架构型能够有效防止内部攻击和数据泄露安全行的重要特征性是现代网络架构的核心要素云计算对网络架构的革命性影响资源池化弹性伸缩按需付费云计算将计算、存储和网络资源整合云计算具有弹性伸缩的特性，能够根云计算采用按需付费的模式，用户只到统一的资源池中，用户可以按需获据业务负载自动调整资源分配当业需为实际使用的资源付费这种模式取这些资源资源池化提高了资源利务负载增加时，云计算平台会自动增降低了支出，并提高了资源利用IT用率，降低了运营成本，并简化了资加资源；当业务负载减少时，云计算率按需付费是云计算的重要优势之源管理平台会自动减少资源弹性伸缩提高一了系统的可用性和可扩展性微服务架构灵活性与可扩展性服务拆分微服务架构将一个大型应用拆分成多个小型、自治的服务每个服务负责特定的业务功能，可以独立开发、部署和扩展服务拆分提高了应用的灵活性和可维护性独立部署每个微服务可以独立部署和扩展，无需影响其他服务这种方式提高了应用的可用性和可扩展性独立部署是微服务架构的重要特征技术多样性每个微服务可以使用不同的技术栈，例如不同的编程语言、数据库等这种方式提高了技术的灵活性和选择性技术多样性是微服务架构的优势之一容器技术与网络架构轻量级虚拟化快速部署12容器技术是一种轻量级的虚容器的启动速度非常快，可拟化技术，它将应用及其依以在几秒钟内启动一个新的赖项打包到一个独立的容器容器这使得容器技术非常中容器可以运行在任何支适合快速部署和扩展应用持容器技术的操作系统上，快速部署是容器技术的重要实现了应用的跨平台部署优势资源隔离3容器之间是相互隔离的，一个容器的故障不会影响其他容器资源隔离提高了应用的稳定性和安全性资源隔离是容器技术的重要特性的网络模型Kubernetes网络Service是中的一种抽象Service Kubernetes概念，它代表一组提供Pod Service网络2一个稳定的IP地址和端口，客户端可Pod以通过访问实Service PodService每个都有一个独立的地址，Pod IP现了的负载均衡和发现Pod1之间可以通过地址直接通信Pod IP为每个分配一个唯Kubernetes Pod网络Ingress一的地址，实现了之间的网络IP Pod是中的一种对Ingress KubernetesAPI隔离象，它管理对集群外部服务的访问3可以根据主机名或路径将流量Ingress路由到不同的实现Service Ingress了集群外部的流量管理服务网格（）概念Service Mesh流量管理安全保障可观测性服务网格可以对服务之间的流量进服务网格可以对服务之间的通信进服务网格可以收集服务之间的流量行精细化管理，例如流量路由、负行加密、认证和授权，从而提高应数据，并提供丰富的监控指标和日载均衡、流量镜像等流量管理提用的安全性安全保障是服务网格志信息，帮助开发人员更好地了解高了应用的可靠性和可扩展性的重要功能应用的运行状态可观测性是服务网格的重要价值网络安全在架构中的关键角色数据保护网络安全是保护数据安全的重要手段通过加密、访问控制等技术，可以防止数据泄露、篡改和丢失数据保护是网络安全的核心目标业务连续性网络安全是保障业务连续性的重要保障通过防火墙、入侵检测系统等技术，可以防止网络攻击和服务中断，确保业务的稳定运行业务连续性是网络安全的重要价值合规性网络安全是满足合规性要求的重要手段许多行业和地区都有相关的网络安全法规和标准，企业需要采取相应的安全措施，以满足合规性要求合规性是网络安全的重要驱动力零信任安全架构持续验证1每次访问都进行身份验证和授权最小权限原则2只授予用户完成任务所需的最小权限默认不信任3不信任任何用户或设备，需要进行身份验证和授权才能访问资源零信任安全架构是一种新型的安全模型，它默认情况下不信任任何用户或设备，需要进行身份验证和授权才能访问资源零信任安全架构的核心原则包括默认不信任、最小权限原则和持续验证通过采用零信任安全架构，可以有效防止内部攻击和数据泄露高可用性架构设计冗余故障转移监控高可用性架构的关键当一个节点发生故障高可用性架构需要对在于冗余通过部署时，系统需要能够自系统进行全面的监多个节点，当一个节动检测到故障，并将控，及时发现和解决点发生故障时，其他流量切换到其他健康潜在问题监控是高节点可以接管其工的节点故障转移是可用性的重要组成部作，从而保证服务的高可用性的重要保分通过监控，可以连续性冗余是高可障及时发现故障并采取用性的基础相应的措施负载均衡策略加权轮询轮询根据节点的权重分配请求权重高的将请求依次分配给每个节点轮询策1节点分配更多的请求，权重低的节点略简单易实现，但可能导致节点负载2分配更少的请求加权轮询可以根据不均衡节点的处理能力进行负载均衡IP Hash最少连接根据客户端地址的值分配请IP Hash4将请求分配给当前连接数最少的节求策略可以将来自同一个IP Hash3点最少连接策略可以避免节点过客户端的请求分配给同一个节点，实载，提高系统的可用性现会话保持网络性能优化技术内容分发网络（）压缩缓存CDN将内容缓存到离用户最近的节对网络传输的数据进行压缩，可以减将常用的数据缓存到内存中，可以减CDN点，用户可以从最近的节点获取内少数据传输量，提高传输速度压缩少对磁盘的访问，提高数据访问速容，从而提高访问速度可以有技术可以有效减少网络带宽占用，提度缓存技术可以有效提高数据访问CDN效降低网络延迟，提高用户体验高网络性能速度，降低服务器压力边缘计算架构数据采集1边缘设备采集来自传感器、摄像头等的数据边缘处理2边缘节点对采集到的数据进行预处理和分析数据传输3边缘节点将处理后的数据传输到云平台或数据中心云端分析4云平台或数据中心对接收到的数据进行深度分析和挖掘分布式系统设计原则理论最终一致性CAP在分布式系统中，一致性允许数据在不同节点之间存在（）、可用性短暂的不一致，最终达到一致Consistency（）和分区容错性状态最终一致性可以提高系Availability（）三者不统的可用性和可扩展性Partition tolerance可兼得需要根据业务需求进行权衡幂等性操作可以重复执行多次，结果保持不变幂等性可以保证系统的可靠性理论深入解析CAPAP1可用性和分区容错性，放弃一致性CP2一致性和分区容错性，放弃可用性CA3一致性和可用性，放弃分区容错性（单点系统）理论指出，在分布式系统中，一致性（）、可用性（）和分区容错性（）三者CAP ConsistencyAvailability Partitiontolerance不可兼得一致性和可用性，放弃分区容错性（单点系统）；一致性和分区容错性，放弃可用性；可用性和分CA CPAP区容错性，放弃一致性需要根据业务需求选择合适的组合CAP网络通信协议演进早期协议1早期的网络通信协议主要用于局域网内部的通信，例如NetBIOS、IPX/SPX等这些协议的特点是简单易用，但缺乏标准化和互操作性TCP/IP2TCP/IP协议栈是互联网的基础，它定义了一系列用于网络通信的协议，例如TCP、IP、HTTP、FTP等TCP/IP协议栈具有开放性、标准化和互操作性，成为互联网的事实标准HTTP/23HTTP/2是HTTP协议的升级版，它引入了多路复用、头部压缩等技术，提高了数据传输效率HTTP/2可以有效降低网络延迟，提高用户体验QUIC4QUIC是一种新型的传输协议，它基于UDP协议，并引入了拥塞控制、加密等特性QUIC可以提供比TCP更高的传输效率和更好的安全性协议栈TCP/IP应用层1HTTP、FTP、SMTP等传输层

2、TCP UDP网络层3IP数据链路层4以太网、Wi-Fi协议栈是一个四层协议模型，从上到下依次是应用层、传输层、网络层和数据链路层每一层负责不同的功能，各层之间通过接口进行TCP/IP交互协议栈是互联网的基础，所有网络应用都基于协议栈进行通信TCP/IP TCP/IP协议HTTP/HTTPSHTTP HTTPS12是一种用于客户端和是协议的安全HTTP HTTPSHTTP服务器之间通信的应用层协版本，它通过协议SSL/TLS议协议基于协对数据进行加密，保证数据HTTP TCP议，客户端发送请传输的安全性协HTTP HTTPS求，服务器返回响议可以有效防止数据被窃听HTTP应和篡改RESTful API3是一种基于协议的设计风格，它使用RESTful APIHTTP APIHTTP方法（、、、）对资源进行操作GET POSTPUT DELETE具有简单易用、可扩展性强等优点RESTful API技术WebSocket双向通信持久连接实时性是一种支建立连接可以实现WebSocket WebSocketWebSocket持双向通信的协议，后，连接会一直保实时数据传输，客户客户端和服务器可以持，直到客户端或服端可以及时获取服务随时向对方发送数务器主动关闭连接器端的数据更新实据双向通信可以实持久连接可以减少连时性是的WebSocket现实时应用，例如在接建立和关闭的开重要优势线聊天、实时游戏销，提高数据传输效等率网络流量管理流量整形流量整形可以控制网络流量的速率，防止网络拥塞流量整形可以平滑流量突发，提高网络性能流量调度流量调度可以根据优先级分配网络带宽，保证重要业务的带宽需求流量调度可以保证关键应用的性能流量过滤流量过滤可以根据规则过滤网络流量，防止恶意流量进入网络流量过滤可以提高网络安全性网络监控与可观测性指标监控日志监控链路追踪监控网络的各项指标，例如利监控网络的日志信息，例如系统日追踪网络请求的路径，可以帮助定CPU用率、内存利用率、磁盘、网络志、应用日志、安全日志等日志位网络故障链路追踪可以提高故IO带宽等指标监控可以及时发现网监控可以及时发现网络安全事件障排除效率络性能瓶颈日志收集与分析日志收集1使用工具收集来自不同节点的日志数据日志存储2将收集到的日志数据存储到集中式存储系统中日志分析3使用工具对日志数据进行分析，提取有价值的信息可视化4将分析结果可视化，方便用户查看和分析性能追踪技术分布式追踪分布式追踪是一种用于追踪分布式系统中请求的技术分布式追踪可以记2APM录请求的路径、耗时等信息，帮助开发人员理解请求在系统中的执行过应用程序性能管理（）是一种APM1程，并定位性能瓶颈用于监控和管理应用程序性能的技术可以提供应用程序的性能APM指标、错误信息等，帮助开发人员Profiling快速定位和解决性能问题是一种用于分析程序性能的Profiling技术可以记录程序的函数Profiling3调用关系、耗时等信息，帮助开发人员找到程序中的性能瓶颈网络架构中的缓存策略缓存CDN将内容缓存到离用户最近的节点，用户可以从最近的节点CDN获取内容，从而提高访问速度缓存可以有效降低网络延CDN迟，提高用户体验浏览器缓存浏览器将常用的资源缓存到本地，用户可以从本地获取资源，从而减少对服务器的请求浏览器缓存可以有效提高网页加载速度，降低服务器压力服务器缓存服务器将常用的数据缓存到内存中，可以减少对磁盘的访问，提高数据访问速度服务器缓存可以有效提高数据访问速度，降低服务器压力分布式缓存架构集中式缓存分布式缓存使用一个或多个独立的缓存服务器来存储缓存数据集中式将缓存数据分布到多个节点上，每个节点存储部分缓存数缓存的优点是易于管理和维护，缺点是扩展性有限，容易成据分布式缓存的优点是扩展性强，可以应对大规模并发访为性能瓶颈问，缺点是管理和维护比较复杂数据一致性挑战最终一致性1允许数据在不同节点之间存在短暂的不一致，最终达到一致状态强一致性2保证数据在任何时刻都是一致的在分布式系统中，数据一致性是一个重要的挑战强一致性可以保证数据在任何时刻都是一致的，但会降低系统的可用性最终一致性允许数据在不同节点之间存在短暂的不一致，最终达到一致状态，可以提高系统的可用性和可扩展性需要根据业务需求选择合适的一致性模型消息队列在网络架构中的应用异步通信解耦可靠性消息队列可以实现异消息队列可以将发送消息队列可以保证消步通信，发送者将消者和接收者解耦，发息的可靠传输，即使息发送到消息队列，送者不需要知道接收接收者离线，消息也接收者从消息队列接者的存在，接收者也不会丢失可靠性是收消息异步通信可不需要知道发送者的消息队列的重要特以提高系统的并发能存在解耦可以提高性力和可扩展性系统的灵活性和可维护性异步通信模式发布订阅点对点/1发送者将消息发布到消息队列，订发送者将消息发送到消息队列，接阅者从消息队列订阅消息一个消收者从消息队列接收消息一个消2息可以被多个订阅者接收息只能被一个接收者接收事件驱动架构事件产生1系统中的某个组件产生一个事件事件发布2事件发布到事件总线事件订阅3感兴趣的组件订阅事件总线上的事件事件处理4订阅者接收到事件后，进行相应的处理弹性架构设计自动扩展故障转移系统可以根据负载自动增加或当一个节点发生故障时，系统减少资源自动扩展可以保证可以自动将流量切换到其他健系统在高负载情况下也能正常康的节点故障转移可以保证运行系统的可用性自我修复系统可以自动检测和修复故障自我修复可以减少人工干预，提高系统的稳定性灾难恢复策略备份与恢复异地备份双活数据中心定期备份数据，并在灾难发生后恢复数将数据备份到异地，防止本地灾难导致数建立两个同时运行的数据中心，当一个数据备份与恢复是最常用的灾难恢复策据丢失异地备份可以提高数据的安全据中心发生故障时，另一个数据中心可以略性接管其工作双活数据中心可以保证业务的连续性自动扩展技术基于事件根据系统中的事件，例如用户请求数2量、消息队列长度等，自动增加或减基于指标少资源1根据系统的指标，例如利用CPU率、内存利用率、网络带宽等，自动增加或减少资源基于时间根据预定的时间表，自动增加或减少3资源网络安全防御机制纵深防御1采用多层安全防御机制，防止攻击者突破一层防御后直接访问敏感数据入侵检测与防御2检测网络中的恶意行为，并采取相应的防御措施防火墙3控制网络流量，防止恶意流量进入网络网络安全防御机制是保护网络安全的重要手段常见的网络安全防御机制包括防火墙、入侵检测与防御系统、纵深防御等通过采用这些防御机制，可以有效提高网络的安全性，防止网络攻击和数据泄露入侵检测与防御检测防御分析入侵检测系统入侵防御系统入侵检测与防御系统（）可以检测网（）可以自动阻可以对检测到的恶意IDS IPS络中的恶意行为，例止网络中的恶意行行为进行分析，提供如病毒、木马、为可以根据预详细的攻击报告分SQL IPS注入等可以实定义的规则，自动阻析报告可以帮助安全IDS时监控网络流量，并止恶意流量，从而保人员了解攻击的类分析流量中的异常模护网络的安全型、来源和影响范式，从而发现潜在的围，从而采取相应的攻击措施防护DDoS流量清洗1清洗掉恶意流量，只允许正常流量通过流量限制2限制单个地址或用户的访问频率，防止恶意攻击IP内容分发网络（）CDN3将网站内容缓存到离用户最近的节点，分散攻击流量黑洞路由4将攻击流量路由到黑洞，丢弃所有流量网络隔离与访问控制防火墙VLAN虚拟局域网（）可以将防火墙可以控制网络流量，只VLAN网络划分为多个逻辑子网，隔允许授权用户访问特定资源离不同子网之间的流量防火墙可以提高网络的安全可以提高网络的安全性性VLAN和管理性访问控制列表（）ACL可以根据源地址、目标地址、端口号等规则控制网络流ACL IPIP量可以实现细粒度的访问控制ACL云原生网络架构容器化使用容器技术打包和部署应用程序微服务将应用程序拆分成多个小型、自治的服务服务网格管理服务之间的流量，提供流量管理、安全保障和可观测性多云与混合云架构多云混合云使用多个云服务提供商的资源多将本地数据中心和云服务提供商的1云可以提高系统的可用性和弹性，资源结合使用混合云可以兼顾本2并降低对单个云服务提供商的依地数据中心的安全性和云服务的灵赖活性软件定义网络（）SDN控制平面与数据平面分离1将网络控制功能从硬件设备中分离出来，集中到控制平面集中控制2使用集中式控制器管理网络设备可编程性3可以使用软件编程方式配置和管理网络设备网络功能虚拟化（）NFV虚拟化网络功能运行在通用硬件上12将网络功能，例如防火墙、虚拟化的网络功能可以运行负载均衡器等，虚拟化为软在通用硬件上，无需专用硬件件设备降低成本3可以降低网络建设和运营成本NFV企业级网络架构最佳实践安全先行弹性设计可观测性在网络架构设计中优先考虑安全因设计具有弹性的网络架构，可以应对构建可观测的网络，可以及时发现和素各种故障解决问题架构治理与标准化评估合规性2评估网络架构是否符合标准和规范定义标准1定义网络架构的标准和规范持续改进根据评估结果，持续改进网络架构3架构演进的成本与收益成本收益架构演进需要投入人力、物力和时间成本包括硬件设备、架构演进可以提高网络的性能、可用性和安全性，降低运营软件系统、人员培训等成本收益包括提高业务效率、降低故障率、提高用户满意度等网络架构的未来趋势人工智能5G人工智能将越来越多地应用于将推动网络架构的创新和5G网络管理和安全领域变革物联网物联网将带来海量设备和数据，对网络架构提出新的挑战人工智能对网络架构的影响自动化人工智能可以实现网络配置和管理的自动化优化人工智能可以优化网络性能和资源利用率安全人工智能可以提高网络安全防御能力与网络架构5G网络切片25G支持网络切片，可以为不同的业务提供不同的网络服务质量边缘计算1将推动边缘计算的发展，将计算5G能力推向网络边缘SDN/NFV将加速的部署，实现网5G SDN/NFV3络的灵活性和可编程性物联网网络架构设备层1各种物联网设备，例如传感器、摄像头等网络层2连接设备和云平台的网络平台层3云平台，提供数据存储、处理和分析服务物联网网络架构通常包括设备层、网络层和平台层设备层是各种物联网设备，例如传感器、摄像头等网络层是连接设备和云平台的网络平台层是云平台，提供数据存储、处理和分析服务物联网网络架构需要考虑设备连接、数据安全和平台扩展性等因素区块链技术的网络架构创新去中心化安全12区块链技术可以实现去中心区块链技术可以提高网络的化的网络架构，消除单点故安全性，防止数据篡改障透明3区块链技术可以提高网络的透明度，所有交易都可以公开查询网络架构的绿色计算节能虚拟化绿色数据中心采用节能的硬件设备和软件系统使用虚拟化技术提高资源利用率建设绿色数据中心，降低能源消耗架构设计的关键决策因素业务需求技术可行性成本根据业务需求选择合适的架构考虑技术可行性，选择成熟的技考虑成本因素，选择性价比高的方术案技术选型与架构匹配评估技术评估各种技术的优缺点选择技术选择适合业务需求的技术匹配架构将技术与架构进行匹配，确保技术能够发挥最大价值架构演进的节奏与策略灰度发布采用灰度发布的方式发布新架构，逐2步推广小步快跑1采用小步快跑的方式进行架构演进，降低风险监控与反馈监控新架构的运行情况，并根据反馈3进行调整总结与展望本次课件我们深入探讨了网络架构的基石，从历史演进到未来趋势，涵盖了云计算、微服务、安全、性能优化等多个方面希望通过本次学习，您能够对网络架构有更深入的理解，并能更好地应对未来网络技术的发展趋势未来，随着人工智能、、物联网等技术的不断发展，网络架构将面临新的挑战和机遇我们需要不断学习和探索，才能构建更智能、更安全、更5G高效的网络架构问答与互动现在进入问答环节，欢迎大家提出关于网络架构的问题，我们一起探讨和学习网络架构是一个复杂而重要的领域，希望通过大家的积极参与，能够加深对网络架构的理解，共同进步感谢与结束感谢大家的参与和聆听！本次课件到此结束，希望对您有所帮助祝您工作顺利，生活愉快！。