科學設計局域網(wǎng)

2019-11-05 03:05:36

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供稿：網(wǎng)友

新的應用不斷出現(xiàn)，人們對網(wǎng)絡所提供的服務的要求也越來越高，這促使網(wǎng)絡運營者對設備進行必要的更新，并提高網(wǎng)絡治理的靈活性、可維護性與可靠性，同時，也要求網(wǎng)絡規(guī)劃人員根據(jù)實際需要更為科學地設計網(wǎng)絡。
　　
　　目前可供選擇的網(wǎng)絡拓撲技術有數(shù)百種之多，依據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模的大小可將其歸為三類：小型單網(wǎng)段網(wǎng)、中型分解式主干網(wǎng)與大型高速網(wǎng)。在這三類中，無論我們對哪種網(wǎng)絡進行設計，都有一點是共通的，即在交換與路由技術的選用上應始終遵循以下原則——盡可能使用交換技術，只有在必要時才使用路由器。
　　
　　一、小型局域網(wǎng)設計
　　
　　小型局域網(wǎng)指的是小型單網(wǎng)段網(wǎng)絡，用戶數(shù)目不超過100個，服務器2~3臺，一般為以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)。
　　
　　小型局域網(wǎng)的設計，首先要考慮的問題就是網(wǎng)上的交通流量是否只由少數(shù)幾臺機器所控制，即網(wǎng)上的交通是否是客戶/服務器模式。假如是客戶/服務器模式，服務器就應比工作站具有更寬的管道，因為服務器用來存儲用戶的文件與應用程序，供網(wǎng)上大量用戶訪問，因此網(wǎng)上的交通都集中于對服務器的訪問。但假如使用Windows for workgroups 或其他對等網(wǎng)絡操作系統(tǒng)進行文件共享，網(wǎng)上的交通則是對等的。
　　
　　1. 對等網(wǎng)絡（peer to peer network）
　　
　　在對等網(wǎng)絡中，由于大多數(shù)文件是存放于網(wǎng)上各個機器之中，因此網(wǎng)上交通相對不那么繁忙。對于要求較高帶寬的對等應用如影視會議等，則需要局域網(wǎng)具有較高的帶寬。目前市場上有對等以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)交換機產(chǎn)品出售，這些交換機的優(yōu)點是連接簡單，價格便宜，治理也非常便捷，每個交換機一般有6~25個端口，其缺點是不支持虛擬網(wǎng)，配置比較固定。
　　
　　2. 緩存結構
　　
　　交換機緩存結構對網(wǎng)絡性能的影響取決于網(wǎng)絡結構。假如在每個交換機端口上只連接1臺工作站，交換機內部緩存結構就不那么重要，只需每個端口能夠緩存一定數(shù)目的數(shù)據(jù)包就可以了，一般一個端口大約要有64K字節(jié)的緩存容量。
　　
　　3. 小型客戶/服務器網(wǎng)絡
　　
　　小型客戶/服務器網(wǎng)絡中的工作站與服務器是由交換機連接到一起的。這種交換機一般有1~2個高速端口，如FDDI、ATM或快速以太網(wǎng)口，并配有8~100個普通端口。
　　
　　其中100個端口的交換式集線器為扦槽式。目前市場上所銷售的交換式集線器相當便宜，其價格與非交換式集線器已相差無幾。
　　
　　FDDI組網(wǎng)技術可采用FDDI、快速以太網(wǎng)與ATM，我們可以根據(jù)實際情況及它們的特點予以選擇。FDDI是最早使用且最為成熟的技術，其缺點是價格較高，交換式集線器的實現(xiàn)也比較復雜。其另一個缺點是，它的MTU為4500字節(jié)長，大約3倍于以太網(wǎng)MTU（1514字節(jié)）的長度。對于TCP/ip的使用就更加復雜，它要把數(shù)據(jù)包分解成符合TCP/IP的尺寸，因此要求交換機所配置的高層協(xié)議了解TCP/IP，增加了交換機的成本。但FDDI最明顯的優(yōu)點是傳輸效率高，可以提供高達98%的帶寬效率。
　　
　　快速以太網(wǎng)的最大優(yōu)點是簡單、實用、價格便宜并易于普及。由于它是傳統(tǒng)10M以太網(wǎng)技術的擴展，因此并不存在FDDI所面臨的MTU問題，高速以太網(wǎng)使用光纖時傳輸距離可達2公里。綜上所述，快速以太網(wǎng)是小型網(wǎng)絡增加帶寬的最佳方式。提到快速以太網(wǎng)，我們不能不涉及到最近才崛起的、被稱之為“以太網(wǎng)第三次浪潮”的千兆位以太網(wǎng)技術。千兆位以太網(wǎng)的價格僅為快速以太網(wǎng)的3~4倍，而帶寬則增加10倍。與FDDI相比，千兆位以太網(wǎng)還可以避免以太網(wǎng)與FDDI之間協(xié)議轉換所帶來的開銷。
　　
　　一般來講，ATM技術不適用于小型網(wǎng)絡，而適用于大型網(wǎng)絡的主干。與快速以太網(wǎng)相比，ATM的價格要高得多，其標準也需要進一步完善。ATM的最大優(yōu)點在于它是一種面向連接的技術，因此具有非常大的潛在優(yōu)勢。ATM傳輸信元較短（53字節(jié)），長度固定，適用于多種信息流的混合傳送。到目前為止，它是惟一一種能夠真正保證服務質量（QOS）的網(wǎng)絡技術，適用于傳輸混合數(shù)據(jù)、視頻和語音信息，具有能直接為桌面系統(tǒng)提供獨占帶寬等優(yōu)點。
　　
　　二、中等規(guī)模網(wǎng)絡與分解式主干技術
　　
　　中等規(guī)模分解式主干網(wǎng)的用戶數(shù)量一般在100~1000個之間，多采用以太與令牌環(huán)組網(wǎng)技術，用一個或少數(shù)幾個路由器作為網(wǎng)絡的主干，服務器為10臺左右。
　　
　　用這種方式組成的網(wǎng)絡優(yōu)點是性能可靠，隔離性好。但由于路由器由軟件驅動，故需要高性能的RISC處理機進行處理，所以造價較高。它雖能滿足大型文件的傳輸應用，但滿足不了高檔多媒體桌面系統(tǒng)的要求，也不易于向交換式網(wǎng)絡過渡。
　　
　　1. 虛擬網(wǎng)絡
　　
　　在交換網(wǎng)絡環(huán)境下，用戶交通只在發(fā)送與目標節(jié)點之間進行傳送，其它節(jié)點是不可見的。但有一點例外，當某一節(jié)點在網(wǎng)上發(fā)送廣播或多目廣播時，此時虛擬網(wǎng)上的所有節(jié)點都將收到這一廣播信息。事實上，一個虛擬網(wǎng)實際上就是一個廣播域。為了避免在大型交換網(wǎng)上進行的廣播所引起的“廣播風暴”，可將其進一步劃分為多個小型虛擬網(wǎng)絡。
　　
　　虛擬網(wǎng)的好處是它能起防火墻的作用，并能按實際需要將功能相近或相同的用戶按邏輯劃分虛擬網(wǎng)，不同虛擬網(wǎng)之間的交通需要通過路由器。該種網(wǎng)絡的特點是使用交換機并配以路由器組網(wǎng)，提高了網(wǎng)絡的性能，改善了組網(wǎng)的靈活性。

　　2. 干線(Truk lines)連接技術
　　
　　干線連接技術劃分了三個虛擬網(wǎng)絡VLAN1、VLAN2與VLAN3，路由器與每個虛擬網(wǎng)分別是標準的以太或令牌環(huán)連接。比較舊一點的路由器使用這種辦法與虛擬網(wǎng)進行連接。這是使用舊路由器對網(wǎng)絡擴充的一個好辦法，它不僅能使網(wǎng)絡擴充到一定規(guī)模，同時還保持了用戶的已有投資，用戶還可以通過該路由器與廣域網(wǎng)相連接。
　　
　　但是，假如網(wǎng)絡規(guī)模較大，且要劃分較多的虛擬網(wǎng)絡，非凡是在一個網(wǎng)中使用多個交換機的情況下，要將所有的虛擬網(wǎng)都按上述辦法連向路由器就比較困難了。為此，一些廠商開發(fā)了虛擬網(wǎng)的干線連接技術，即多個虛擬網(wǎng)與路由器只需使用一個連接就可實現(xiàn)。此時的虛擬網(wǎng)與路由器的三個連接VLAN1、VLAN2與VLAN3可合并為一個干線連接。
　　
　　3. ATM與局域網(wǎng)仿真
　　
　　ATM與局域網(wǎng)仿真是典型的干線技術，該網(wǎng)由邊界交換與局域網(wǎng)仿真VANE軟件實現(xiàn)虛擬網(wǎng)。邊界交換機負責以太信元的轉換；ATM交換機與路由器之間只有一個連接，即干線連接，它可承擔多個虛擬網(wǎng)之間的交通傳輸。
　　
　　最近的測試結果表明，VANE具有非常好的兼容性，不同廠家生產(chǎn)的VANE產(chǎn)品可以相互混合使用，這在前幾年是不可想像的。ATM與LANE的另一個顯著的優(yōu)點是可以使用虛擬電路連接將服務器分配到多個局域網(wǎng)中去。
　　
　　三、大型網(wǎng)絡的設計
　　
　　1. 網(wǎng)絡的瓶頸
　　
　　從目前來看，網(wǎng)絡的瓶頸主要有兩種，其一是網(wǎng)絡主干(tack bone)瓶頸，如采用共享技術的FDDI主干環(huán)。其二是網(wǎng)上路由器所形成的瓶頸。大型網(wǎng)絡設計的主要任務就是克服網(wǎng)絡的瓶頸，針對存在的問題，做出合適的設計方案。
　　
　　假如用戶已投入大量經(jīng)費建設了FDDI共享技術的主干網(wǎng)，此時再重新改變網(wǎng)絡的結構就會造成巨大的浪費。較為合理的解決方案是采用FDDI交換技術改造主干網(wǎng)，這樣可以保護FDDI共享主干網(wǎng)的投資。但FDDI交換產(chǎn)品價格較高，治理的靈活性也較差。
　　
　　大型網(wǎng)絡設計的理想方案是采用ATM主干技術。ATM是建設高速信息公路的要害技術，帶寬高，能并行傳輸語音、圖像與數(shù)據(jù)，具有提供多種類型服務、治理靈活等特點，是目前惟一一種能夠真正保證服務質量（QOS）的網(wǎng)絡互連技術，代表了計算機通信技術的發(fā)展方向。
　　
　　2. 在ATM網(wǎng)上運行多種網(wǎng)絡協(xié)議（MPOA）
　　
　　FDDI交換技術與ATM交換技術都可用于組建大型互連網(wǎng)絡，但仍然存在著路由器的瓶頸問題。因為主干交換機與路由器之間連接管道的帶寬只有155Mb/s，滿足不了大型網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆４送猓酚稍O備的延遲也較大，假如信息的傳輸要經(jīng)過多個路由器才能到達目的地，網(wǎng)絡的延遲將會急劇增大。為了克服大型網(wǎng)絡服務器的瓶頸，有關組織ATM論壇與IETF正制定在ATM上運行多種網(wǎng)絡協(xié)議的標準MPOA。
　　
　　（1）邊界設備
　　
　　邊界設備也稱多層交換機，它使用目標的網(wǎng)絡地址或MAC地址在LAN網(wǎng)段與ATM接口之間傳送信息包，從而使傳統(tǒng)LAN交通能夠在ATM上高速傳輸。
　　
　　（2）ATM直連主機
　　
　　ATM直連主機是指能夠實現(xiàn)MPOA功能的ATM網(wǎng)絡接口卡，答應ATM主機相互通信，并答應ATM直連主機通過邊界設備與傳統(tǒng)LAN進行通信。
　　
　　（3）路由服務器
　　
　　路由服務器是一個路由器或是交換機中所包含的一組功能，使用某些協(xié)議路由算法和構造表來響應MPOA系統(tǒng)的請求。路由服務器類似于LANE的LES，完成網(wǎng)絡層地址對ATM地址的映射，并支持BUS的廣播功能。
　　
　　路由服務器對網(wǎng)絡層、MAC層與ATM地址進行維護，這些信息用于相互通信的兩個端點（邊界設備或ATM主機）間的直接虛電路的建立。
　　
　　MPOA的優(yōu)點是其全部路由結構能作為單一路由器加以治理。因此，我們可將MPOA視為一個“虛擬路由器”，即運行于ATM上并能提供類似于多協(xié)議路由器的一組MPOA設備：邊界設備類似于路由器接口卡。
　　
　　ATM交換機類似于路由器背板，用于鏈接邊界設備；路由服務器則類似于控制處理機，用于維護路由信息。
　　
　　最后需要指出的是，網(wǎng)絡設計工作中最重要的是要有靈活性，一定要根據(jù)用戶的實際需要和經(jīng)濟情況，并考慮到網(wǎng)絡的可擴展性，在此基礎上再根據(jù)上面所介紹的組網(wǎng)技術與規(guī)則進行網(wǎng)絡的設計。

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