什麼是網路設計？
網路設計是規劃、設計、實施和驗證電腦網路以滿足特定業務或組織需求的策略過程。它包括確定網路的架構、元件、佈局和連線，以確保最佳的效能、可靠性、安全性、可擴充性和可管理性。
此流程包括確定網路將用於的應用程式和業務需求、選擇網路硬體 (例如路由器、交換器和防火牆)、定義拓樸結構 (裝置的連接方式)、規劃 IP 位址方案、建立資料流路徑，以及確保備援和容錯。有效的網路設計是讓系統之間溝通順暢、支援商業應用程式，以及提供可靠資料和服務存取的基礎。
網路設計通常透過詳細的圖表和配置計畫來記錄，以指導網路的部署和持續管理。無論是建置小型區域網路 (LAN) 或大型廣域網路 (WAN)，執行良好的設計都有助於避免效能瓶頸、減少停機時間，並支援未來的成長。
如何使用網路設計
網路設計在各種 IT 環境（從企業園區到雲端基礎架構）中扮演重要角色。其實際應用可確保網路效能符合營運目標，並支援目前及未來的技術需求。
在企業環境中，結構完善的網路設計可支援關鍵業務應用程式、執行安全政策，並透過強大的零信任架構，實現使用者、裝置和資料的集中管理。舉例來說，跨國企業可能需要混合式設計，將企業內部系統與雲端服務無縫連接，同時確保各地點之間的安全與備援通訊。
在資料中心部署中，網路設計是確保高可用性、彈性和最佳效能的基礎。在部署任何基礎架構之前，團隊首先會透過全面的規劃，針對網路連線、配電、冷卻系統和實體機架佈局，為資料中心的硬體安裝做好準備。這些基礎工作對於支援虛擬化、容器化和資料密集型工作負載等先進技術至關重要，從一開始就能確保環境的可擴充性、效能和效率。
雲端服務供應商使用網路設計原則來建構可擴充且安全的多租戶環境。虛擬網路、軟體定義網路(SDN) 和動態路由通訊協定可用於最佳化流量和隔離工作負載。
隨著企業逐漸採用現代化的資料中心，網路設計變得越來越以軟體驅動和自動化為重點。將協調工具、監控系統和安全架構整合到網路結構中，可實現一致且標準化的組態、即時的可視性和主動的問題解決方案，這對於在高度動態的環境中維持正常運作時間和效能，同時持續支援成長是非常重要的。
瞭解三層與 Clos (葉刺) 網路設計
網路架構在確保擴充能力、效能和可管理性方面扮演重要角色。雖然傳統的三層架構仍是企業環境中的基本方法，但許多現代基礎架構，尤其是資料中心，正在採用更精簡的 Clos (葉刺) 架構雙層模式。這兩種模式都支援可實現模組化成長與營運效率的建置區塊設計哲學。
1.三層架構
三層網路設計將網路組織為三個功能層：存取層、分散層和核心層。存取層將桌上型電腦、印表機、IP 電話和無線存取點等終端使用者裝置連接到網路。它通常處理第 2 層交換、VLAN 指派、乙太網路供電 (PoE) 和連接埠層安全性。分配層作為政策邊界，聚合來自存取交換器的流量，同時啟用 VLAN 間路由，並應用存取控制清單 (ACL)、服務品質 (QoS) 和路由總結等網路政策。
在頂層，核心層作為網路的高速骨幹，在分散層和外部網路之間提供低延遲、有彈性的傳輸。它主要著重於可用性和吞吐量，只執行最低限度的政策以維持效能。
2.Clos 架構
Clos架構（亦稱葉脊架構）是一種非阻塞、可擴展的設計，專為高效能資料中心及機器學習或AI 所優化。其主要由兩層架構組成：葉交換器與脊交換器。葉交換器直接連接終端設備（如伺服器、儲存系統及GPU），同時為每個脊交換器建立上行鏈路。 脊骨交換器則相互串聯所有葉交換器，形成高效能且可預測的網狀架構，提供低延遲、高頻寬的路徑，並具備一致性或可預測的超額訂閱特性。
此設計可促進有效率的東西向流量、支援等成本多路徑 (ECMP) 路由，並可在不中斷的情況下整合額外的葉狀或骨幹交換器，以實現水平擴充。Clos 架構是現代資料中心的基礎，在這些資料中心中，一致的吞吐量和容錯能力是不可或缺的，而且越來越多的人開始探索將這些架構用於校園網路，以滿足不斷演進的效能和彈性需求。
HPC 的網路設計
在高效能運算（HPC）環境中，網路設計通常以實現ultra延遲、高頻寬及最小抖動為目標，以支援橫跨數千節點的平行運算工作負載。
與傳統企業網路HPC 仰賴InfiniBand或高速乙太網路等專用互連技術，以滿足密集型模擬、科學建模或AI 所需的效能。其設計著重於非阻塞拓撲結構、高效能資料流與確定性通訊，確保運算叢集間能維持一致的吞吐量與任務同步性。
網路設計的挑戰
設計一個強大且有效率的網路需要解決廣泛的技術和作業挑戰。隨著環境的複雜性與日俱增，設計人員必須配合不斷演進的商業目標和技術需求。
適應不斷演進的應用需求
隨著應用程式越來越分散且資料密集，網路設計必須支援動態流量模式、低延遲傳輸，以及硬體或軟體故障時的無縫故障移轉。如果沒有考慮到這些需求的轉變，可能會導致網路效能不足或效率不彰，進而限制應用程式效能和使用者體驗。
安全整合
在網路的每一層整合安全性非常重要，但往往也很複雜。設計人員必須顧及安全存取、加密、區隔及法規遵循需求，同時又不會造成效能瓶頸。
環境與能源效率考量
隨著網路規模擴展以支援AI 等高需求工作負載，能源效率已成為核心設計優先事項。設計師正採用節能硬體、優化散熱方案及能源感知路由技術，以降低環境影響與營運成本。綠色設計實踐亦有助企業達成永續發展目標，並符合不斷演進的法規要求。
備援與容錯
要確保持續的網路可用性，就必須仔細規劃故障移轉路徑、備援硬體和動態路由。視應用程式的關鍵性而定，解決方案中可能也會設計第二個資料中心。如果網路設計中缺乏適當的備援，可能會在硬體故障或維護期間導致重要的停機時間。
多據點或混合環境的複雜性
連接多個地點或整合內部部署系統與雲端基礎架構，會增加多層複雜性。一致的政策、可靠的連線和集中化管理變得更難以實現。自動化和協調解決方案可簡化設計、部署和持續作業。
常見問題
- 網路設計如何影響網路安全勢態？深思熟慮的網路設計可透過整合區隔、零信任架構和受控存取點，大幅強化組織的網路安全。早期的設計決策可以限制或啟用有效的防禦策略。
- 成為網路設計師需要什麼資格？網路設計師通常具備電腦科學、資訊科技或網路工程背景。CompTIA Network+、Cisco Certified Network Associate (CCNA)、和/或 Juniper Networks Certified Internet Associate (JNCIA) 等業界認證可以提高可信度和專業技術。
- 網路設計能否自動化？是的，現代工具與平台透過意圖導向網路及AI分析技術，實現了網路設計的部分自動化。當代多數硬體與軟體皆以自動化為設計核心，除傳統命令列介面（CLI）等方法外，更運用RESTful API管理設備。這些工具能根據預設目標推薦拓撲結構、模擬流量路徑，甚至強制執行策略配置。