蘭州市網絡設計剖析

中文題目： 蘭州市網絡設計英文題目: LanzhouCityNetworkDesign課 程：學 院：專 業(yè)：姓 名：學 號：指導教師:二零一四年七月摘要伴隨現代社會的飛速發(fā)展，城市網絡的建設問題變得越來越重要。在本課題設計中論述了城域網的發(fā)展過程及其存在的問題，重點表述了網絡設計得原則，網絡設計中所涉及到的核心技術，例如ATM技術、MPLS技術以及各種接入技術。研究了路由器、交換機和服務器各自的功能、工作原理、分類以及在城市網絡設計中各自所占的重要位置。并且在文中畫出了自己在蘭州市網絡設計系統(tǒng)結構，在大節(jié)點的鏈接采用網型網狀網絡結構，這樣保證在網絡中出現問題不會導致整個網絡的癱瘓使得任意節(jié)點都有一條通路，保證信息的傳輸的可靠性。在分節(jié)點的構建中采用樹形網絡結構，這樣可以節(jié)約大量的網絡構建費用，同時還能保證信息傳遞的高效性，達到最大的性價比。關鍵詞：ATMMPLS路由器 交換機 服務器AbstractWiththerapiddevelopmentofmodernsociety,theconstructionofcitynetworkbecomesmoreandmoreimportant.inthistopicdesigndiscussesthedevelopmentprocessofmetropolitanareanetworkanditsexistingproblems,keyexpressionsofnetworkdesignprinciples,keytechnologiesinvolvedinnetworkdesign,suchasATMtechnology,MPLStechnologyandallkindsofaccesstechnology.Studyontherouter,switchandserverineachfunction,workingprinciple,classificationandtheimportantpositionoftherespectiveshareinthecityinnetworkdesign.AndthepaperdrewhimselfinLanzhoucitynetworksystemarchitecturedesign,gridmeshnetworkstructureisusedinthelargenodelinks,whichappearonthenetworkinquestionwillnotleadtoparalysisoftheentirenetworksothatanynodehasapathway,ensurethereliabilityofinformationtransmission.Treenetworkstructureisadoptedintheconstructionofsubnode,thiscansavealotofnetworkconstructioncosts,butalsotoensuretheefficiencyofinformationtransmission,toachievethemaximumprice.Keywords:ATM MPLS router switch server目錄第一章 緒論 11.1 城域網的概述 11.2 城域網技術存在的不足 2第二章城域網中的核心技術 42.1ATM技術 42.3 接入技術 8第三章路由器、交換機及服務器 113.1 路由器 113.2 交換機 133.3 服務器 16第四章網絡構成圖 18第五章系統(tǒng)報價 19結束語 24參考文獻 25第一章 緒論1.1城域網的概述最初，城域網是作為一種專門的網絡技術而出現的，即DQDB技術。城域網的概念泛指：網絡運營商在城市范圍內提供各種信息服務業(yè)務的所有網絡。它是以寬帶光傳輸網絡為開放平臺，以TCP/IP協(xié)議為基礎，通過各種網絡互聯(lián)設備，實現語音、數字、圖像、多媒體視頻、IP電話、IP接人和各種增值服務業(yè)與智能服務，并與廣域計算機網絡、廣播電視網、電話交換網互聯(lián)互通的本地綜合業(yè)務網絡。隨著通信技術的快速進步，局域網技術的性能和功能得到大幅度的提高和豐富，因而被廣泛地應用在城域和廣域網中；與此同時，廣域網技術也常常應用于局域網和城域環(huán)境中。所以目前流行的寬帶城域網已經不是一種特定的技術，而是一種概念，或者說是各類網絡技術在城域范圍內的綜合應用。寬帶城域網是為滿足網絡接入層的帶寬大幅度增長的需求而建立的，主要針對數據及多媒體業(yè)務。在地理范圍上局限于城市內部（類似于電話交換網的各本地網）；在技術上綜合采用了各種廣域網技術（IPoverATM、IPoverSDH、IP/MPLS、ATM/MPLS等）、局域網技術（以太網技術：10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s、VAN等）、LMDS等；在工作層面上，它既不是局域網在地理范圍上的簡單擴大，也不是廣域網在規(guī)模、地理范圍上的縮小，而是兩者巧妙、科學、合理地綜合應用（取長補短地融合以及交互使用）；在傳輸媒質上，主要采用光纖、銅線、同軸電纜、5類UTP電纜、微波以及它們的綜合等；在接入方式上主要采用以太網、xDSL、DDN、FR、LMDS、ATM、擴頻微波等。它主要提供普通家庭用戶和集團用戶高速接入因特網、局域網互連以及VPN/VPDN等業(yè)務。相對于因特網（163網）來講，它可被看作是骨干因特網的高速城域接入（自然延伸）；相對于城域本身來講，它又是一個相對獨立的城市范圍內的寬帶 IP數據網絡。所以從概念上講，它既是一個寬帶接入網，又是一個“本地寬帶交換網”，與普通接入網的最大區(qū)別，僅在于比接入網多了交換或交叉連接功能?？傊瑢拵?IP城域網應是寬帶、高性能、綜合多種業(yè)務、覆蓋面廣，既具有電信級安全可靠保證，又可滿足大量 IP業(yè)務增長需求，且便于維護、管理的網絡。11.2城域網技術存在的不足（一）隨著業(yè)務數據業(yè)務的增加，傳統(tǒng)以 TDM為核心的SDH網絡逐步向以IP為核心的包傳送網絡轉變?；赟DH的MSTP雖然從一定程度上滿足了分組業(yè)務的需要，但是其核心依然是TDM，只是在接口側進行了IP業(yè)務的封裝，將難以滿足未來以數據業(yè)務為主網絡的需要，在這樣的背景下，分組傳送網絡（PTN）的概念被提了出來，PTN是以IP為內核的新一代傳送網絡，它不僅繼承了SDH網絡的優(yōu)點，而且增加了適應數據業(yè)務的特點：分組交換，統(tǒng)計復用，面向鏈接的MPLS等，是傳統(tǒng)SDH網絡無法媲美的。（二）WDM傳輸模式多為點到點鏈型或環(huán)型系統(tǒng)，不能滿足未來網狀網的需求：不具備波長級的業(yè)務調度能力；光層管理層能力比較弱，無法滿足端到端的性能監(jiān)測及故障定位。新一代的光傳送網絡具有組網靈活，具備電信級的保護能力等特點，完全能夠滿足城域網未來發(fā)展的需求。1.3 城域網的設計原則（1）技術先進性建立計算機網絡是一個動態(tài)的過程。在這個過程中將不斷有新技術產生，有新產品出現，因此，一定要采用最先進的組網技術，選用代表當今世界潮流趨勢的計算機公司的網絡產品，才能在未來的技術發(fā)展中保持技術領先。（2）國際標準及開放性采用的設備和技術要規(guī)范化，標準化，各種技術指標要符合國際或國內標準。寬帶城域網的建設應采用成熟現進的通信設備，標準的光纖傳輸網絡系統(tǒng)，數據通信網絡采用國際規(guī)范和廣泛使用的TCP/IP通信協(xié)議。（3）安全可靠性保證網絡系統(tǒng)具備很高的安全性和可靠性，單點故障不會是局部網絡失去與整個網絡的連接，多點故障不會造成整個網絡被分成互不相連的部分。安全性與可靠性同樣重要，除了系統(tǒng)等級提供多種安全控制的手段外，網絡設計也同樣要提供保障其安全的手段。（4）網絡可管理性有效地網絡管理是網絡可靠、高效運行的保障，采用的網絡設備和結構是要是易于管理的。網絡是一條信息公路，設計時必須提供足夠的手段對信息公路進行方便的管理，對各節(jié)點和線路進行實時的遠程檢測、遠程監(jiān)控和遠程控制，以確保網絡故障時被及時的發(fā)現、分析和排除，保證網絡系統(tǒng)始終在最佳狀態(tài)下2運行。（5）規(guī)?？蓴U展性及靈活性保證今后業(yè)務發(fā)展時，網絡系統(tǒng)可靈活擴展，而又保證用戶當前的投資。隨著業(yè)務的不斷擴大，技術也在不斷地更新，計算機應用水平越來越高， 要適應這種變化，網絡在配置上必須是可擴充的。（6）選擇合適的路由協(xié)議應具備很好的收斂性和可擴展性，同時保證其網絡額外開銷是最小的。故障恢復的時間短網絡主要設備支持冗余功能，網絡主干具備備份功能，能使網絡故障在最少的時間內恢復。（8）獨立設計、綜合優(yōu)化根據網絡現狀和客戶需求設計和配置網絡協(xié)議，并對其進行綜合優(yōu)化和組合，以滿足網絡具有較高性能和可靠性。（9）高性價比充分考慮經濟性和實用性，選擇性能好、價格合理的產品和技術，有較高的性能價格比。（10）網絡的兼容性當一個已有的網絡在采用新技術或新的網絡設備進行改進、 擴充和升級時，這些新的網絡設施（軟、硬件）是否能與原有的或其他的網絡設施兼容是非常重要的。兼容性好可以保護原有的投資，可使新投資與原有的投資同時發(fā)揮效益。（11）網絡開放性網絡開放性的好壞，實際是指構造網絡所選用的網絡硬件、 軟件產品的開放性如何，網絡產品是否可與其他廠商產品聯(lián)網。 包括是否具有支持多種網絡協(xié)議的能力，是否支持通用的國際標準，或普遍使用的工業(yè)標準等等。 開放性好的網絡不但可以在一個網絡系統(tǒng)上使用其他廠家的網絡產品而實現“無縫聯(lián)接”，而且為進一步的網絡應用環(huán)境的集成、實現網絡的可互操作性提供了基礎條件。網絡的開放性好，也為網絡的擴充、發(fā)展以及新的應用領域開闊了天地。否則，不僅網絡的應用和發(fā)展受到限制，而且會導致投資浪費。3第二章 城域網中的核心技術2.1ATM技術2.1.1ATM 技術的簡介異步傳輸模式(AsynchronousTransferMode，縮略語為ATM），又叫信息元中繼。異步傳輸模式（ATM）在ATM參考模式下由一個協(xié)議集組成。ATM采用面向連接的交換方式，它以信元為單位。每個信元長53字節(jié)。其中報頭占了5字節(jié)。信息元中繼（cellrelay）的一種標準的（ITU）實施方案，這是一種采用具有固定長度的分組（信息元）的交換技術。之所以稱其為異步，是因為來自某一用戶的、含有信息的信息元的重復出現不是周期性的。ATM是一種面向連接的技術，是一種為支持寬帶綜合業(yè)務網而專門開發(fā)的新技術，它與現在的電路交換無任何銜接。當發(fā)送端想要和接收端通信時、它通過UNI發(fā)送一個要求建立連接的控制信號。接收端通過網絡收到該控制信號并同意建立連接后，一個虛擬線路就會被建立。與同步傳遞模式（STM）不同，ATM采用異步時分復用技術（統(tǒng)計復用）。來自不同信息源的信息匯集在一個緩沖器內排隊。列中的信元逐個輸出到傳輸線上， 形成首尾相連的信息流。ATM具有以下特點：因傳輸線路質量高，不需要逐段進行差錯控制。ATM在通信之前需要先建立一個虛連接來預留網絡資源，并在呼叫期間保持這一連接，所以ATM以面向連接的方式工作。信頭的主要功能是標識業(yè)務本身和它的邏輯去向，功能有限。信頭長度小，時延小，實時性較好。ATM能夠比較理想地實現各種 QoS，既能夠支持有連接的業(yè)務，又能支持無連接的業(yè)務。是寬帶 ISDN（B-ISDN）技術的典范。2.1.2ATM 工作原理與存在的問題異步傳輸模式的主要優(yōu)點是具有以每秒高達2千兆的速度傳播聲音、數據、圖形及視頻圖像的能力。它允許網絡管理者在工作站要求改變時動態(tài)重組LAN。當前，LAN的分段原則是一個工作站與它的LAN服務器的地理位置較近，ATM將允許網絡管理者建立一個邏輯的而不是物理的分段。一個ATM開關將允許你建立一個完全不依賴于網絡的物理結構的邏輯網絡。異步傳輸模式提供了任何兩個同點間的點到點的連接， 保證兩點間可有完全4的網絡帶寬——每秒45兆位或155兆位（標準草案中規(guī)定的兩個接口速度）。因為ATM是獨立于介質，它能在一定速度范圍內操作。異步傳輸存在一個潛在的問題，即接收方并不知道數據會在什么時候到達。在它檢測到數據并做出響應之前，第一個比特已經過去了。這就像有人出乎意料地從后面走上來跟你說話，而你沒來得及反應過來，漏掉了最前面的幾個詞。因此，每次異步傳輸的信息都以一個起始位開頭，它通知接收方數據已經到達了，這就給了接收方響應、接收和緩存數據比特的時間；在傳輸結束時，一個停止位表示該次傳輸信息的終止。按照慣例，空閑（沒有傳送數據）的線路實際攜帶著一個代表二進制1的信號，異步傳輸的開始位使信號變成0，其他的比特位使信號隨傳輸的數據信息而變化。最后，停止位使信號重新變回1，該信號一直保持到下一個開始位到達。例如在鍵盤上數字“1”，按照8比特位的擴展ASCⅡ編碼，將發(fā)送“00110001”，同時需要在8比特位的前面加一個起始位，后面一個停止位。異步傳輸的實現比較容易，由于每個信息都加上了“同步”信息，因此計時的漂移不會產生大的積累，但卻產生了較多的開銷。在上面的例子，每 8個比特要多傳送兩個比特，總的傳輸負載就增加 25%。對于數據傳輸量很小的低速設備來說問題不大，但對于那些數據傳輸量很大的高速設備來說， 25%的負載增值就相當嚴重了。因此，異步傳輸常用于低速設備。2.2MPLS技術2.2.1 什么是MPLS技術多協(xié)議標簽交換（MPLS：Multi-ProtocolLabelSwitching）技術是一種開放的通信網上利用標簽引導數據高速、 高效傳輸的新技術。它的價值在于能夠在一個無連接的網絡中引入連接模式的特性。 其主要優(yōu)點是減少了網絡復雜性， 兼容現有各種主流網絡技術，能降低 50%網絡成本，在提供 IP業(yè)務時能確保 QoS和安全性，具有流量工程能力。此外， MPLS能解決VPN擴展問題和維護成本問題。2.2.2 幾個基本概念（1）轉發(fā)等價類5MPLS作為一種分類轉發(fā)技術，將具有相同轉發(fā)處理方式的分組歸為一類，稱為FEC（ForwardingEquivalenceClass，轉發(fā)等價類）。相同 FEC的分組在MPLS網絡中將獲得完全相同的處理。FEC的劃分方式非常靈活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、協(xié)議類型或VPN等為劃分依據的任意組合。例如，在傳統(tǒng)的采用最長匹配算法的IP轉發(fā)中，到同一個目的地址的所有報文就是一個 FEC。（2）標簽標簽是一個長度固定，僅具有本地意義的短標識符，用于唯一標識一個分組所屬的FEC。一個標簽只能代表一個FEC。標簽長度為4個字節(jié)，其結構如圖 1所示。標簽共有4個域：圖1標簽的封裝結構標簽共有4個域：Label：標簽值字段，長度為 20bits，用來標識一個 FEC。Exp：3bits，保留，協(xié)議中沒有明確規(guī)定，通常用作 CoS。S：1bit，MPLS支持多重標簽。值為 1時表示為最底層標簽。TTL：8bits，和IP分組中的TTL意義相同，可以用來防止環(huán)路。2.2.3 基本原理MPLS的基本原理是以一個類似于路由器的設備來控制 ATM的硬件交換機。MPLS是屬于第三層交換技術，引入了基于標記的機制，它把路由和轉發(fā)分開，由標簽來規(guī)定一個分組通過網絡的路徑。 MPLS網絡由核心部分的標簽交換路由器（LSR）、邊緣部分交換路由器（ LER）組成。LSR的作用可以看作是ATM交換機與傳統(tǒng)路由器的結合，由控制單元和交換單元組成， LSR就是實現了MPLS功能的ATM交換機；LER的作用是分析 IP包頭，用于決定相應的傳送級別和標簽交換路徑（LSP），于是該系統(tǒng)既具備ATM交換機高速交換功能，又能支持強大的路由功能。也就是將第二層的ATM交換機換成LSR，LER可以是具有MPLS功能的ATM交換機，也可以是具有MPLS功能的路由器。2.2.4MPLS網絡的組成MPLS網絡由3部分組成：（1）標記邊緣路由器（LER）：LER是位于MPLS網絡邊緣的第三層路由6設備，是將標記加到進來的數據包上， 又在包出去的時候將標記取消， 并能夠提供增值的第三層服務，如安全性、網絡流量計算和 QoS分類等。（2）標記交換路由器（LSR）：位于一個多協(xié)議標簽交換 (MPLS)網絡的中間。它為轉換這個標簽用于路由分組負責。當一個 LSR接收到一個分組，它使用這個包含在這個分組頭部的標簽做為一個索引來決定在標簽交換通道 (LSP)中的下一跳，和一個來自查尋表分組相應的標簽。舊的標簽然后被從這個頭部移除，和在這個分組被路由轉發(fā)之前被替換為新的標簽。（3）標簽分發(fā)協(xié)議（LDP）：是MPLS體系中的一種主要協(xié)議。在 MPLS網絡中，兩個標簽交換路由器（ LSR）必須用在它們之間或通過它們轉發(fā)流量的標簽上達成一致。2.2.5MPLS的工作過程（1）使用現有的路由協(xié)議，如OSPF,IGRP等，建立到終點網絡的連接，LDP完成標記到終點的映射；（2）輸入端標記邊緣路由器接收到分組，完成第三層功能，并給分組貼上標記；（3）標記交換機對帶有標記的分組進行交換（4）在輸出端的MPLS邊緣路由器中去掉標記，并將分組傳送給終端用戶2.2.6MPLS技術的特點（1）MPLS在網絡中的分組轉發(fā)是基于定長標簽，由此簡化了轉發(fā)機制，使得轉發(fā)路由器容量很容易擴展到太比特級。（2）充分采用原有的 IP路由，在此基礎上加以改進；保證了MPLS網絡路由具有靈活性的特點。（3）采用ATM的高效傳輸交換方式，拋棄了復雜的 ATM信令，無縫地將IP技術的優(yōu)點融合到硬件轉發(fā)中。（4）MPLS網絡的數據傳輸和路由計算分開， 是一種面向連接的傳輸技術，能夠提供有效的 QoS保證。（5）MPLS不但支持多種網絡層技術，而且是一種與鏈路層無關的技術，它同時支持X.25、幀中繼、ATM、PPP、SDH、DWDM等，保證了多種網絡的7互聯(lián)互通，使得各種不同的網絡傳輸技術統(tǒng)一在一個 MPLS平臺上。（6）MPLS支持大規(guī)模層次化的網絡拓撲結構，具有良好的網絡擴展性。（7）MPLS的標簽合并機制支持不同數據流的合并傳輸。（8）MPLS支持流量工程、CoS、QoS和大規(guī)模的虛擬專用網。2.3 接入技術2.3.1 基于雙絞線的ADSL技術非對稱數字用戶線系統(tǒng)（ADSL）是充分利用現有電話網絡的雙絞線資源，實現高速、高帶寬的數據接入的一種技術。ADSL是DSL的一種非對稱版本，它采用FDM（頻分復用）技術和DMT調制技術，在保證不影響正常電話使用的前提下，利用原有的電話雙絞線進行高速數據傳輸。從實際的數據組網形式上看， ADSL所起的作用類似于窄帶的撥號 Modem，擔負著數據的傳送功能。按照OSI七層模型的劃分標準，ADSL的功能從理論上應該屬于七層模型的物理層。它主要實現信號的調制、提供接口類型等一系列底層的電氣特性。同樣，ADSL的寬帶接入仍然遵循數據通信的對等層通信原則，在用戶側對上層數據進行封裝后，在網絡側的同一層上進行開封。因此，要實現ADSL的各種寬帶接入，在網絡側也必須有相應的網絡設備相結合。ADSL的接入模型主要由中央交換局端模塊和遠端模塊組成， 中央交換局端模塊包括中心 ADSLModem和接入多路復用系統(tǒng) DSLAM,,遠端模塊由用戶ADSLModem和濾波器組成。ADSL能夠向終端用戶提供8Mbps的下行傳輸速率和1Mbps的上行速率，比傳統(tǒng)的28.8Kbps模擬調制解調器將近快200倍，這也是傳輸速率達128Kbps的ISDN（綜合業(yè)務數據網）所無法比擬的。與電纜調制解調器（ CableModem）相比，ADSL具有獨特的優(yōu)勢是：它是針對單一電話線路用戶的專線服務，而電纜調制解調器則要求一個系統(tǒng)內的眾多用戶分享同一帶寬。 盡管電纜調制解調器的下行速率比 ADSL高，但考慮到將來會有越來越多的用戶在同一時間上網，電纜調制解調器的性能將大大下降。另外，電纜調制解調器的上行速率通常低于ADSL。2.3.2 光纖接入技術8光纖通信具有通信容量大、質量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強等優(yōu)點。在干線通信中，光纖扮演著重要角色，在接入網中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點。光纖接入網指的是接入網中的傳輸媒質為光纖的接入網。 光纖接入網從技術上可分為兩大類：即有源光網絡 (AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網絡(PON，PassiveOpticaOpticalNetwork)。有源光網絡又可分為基于 SDH的AON和基于PDH的AON,本文只討論SDH（同步光網絡）系統(tǒng)。（1）接入網用SDH系統(tǒng)有源光網絡的局端設備（CE）和遠端設備（RE）通過有源光傳輸設備相連，傳輸技術是骨干網中已大量采用的SDH和PDH技術，但以SDH技術為主。遠端設備主要完成業(yè)務的收集、接口適配、復用和傳輸功能。局端設備主要完成接口適配、復用和傳輸功能。此外，局端設備還向網絡管理系統(tǒng)提供網管接口。在實際接入網建設中，有源光網絡的拓撲結構通常是星型或環(huán)行。 在接入網中應用SDH（同步光網絡）的主要優(yōu)勢在于： SDH可以提供理想的網絡性能和業(yè)務可靠性；SDH固有的靈活性使對于發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)采用 SDH系統(tǒng)尤其適合。當然，考慮到接入網對成本的高度敏感性和運行環(huán)境的惡劣性， 適用于接入網的SDH設備必須是高度緊湊，低功耗和低成本的新型系統(tǒng)，其市場應用前景看好。接入網用SDH的最新發(fā)展趨勢是支持 IP接入，目前至少需要支持以太網接口的映射，于是除了攜帶話音業(yè)務量以外，可以利用部分 SDH凈負荷來傳送 IP業(yè)務，從而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多種，除了現有的PPP方式外，利用VC12的級聯(lián)方式來支持IP傳輸也是一種效率較高的方式?？傊?，作為一種成熟可靠提供主要業(yè)務收入的傳送技術在可以預見的將來仍然會不斷改進支持電路交換網向分組網的平滑過渡。（2）無源光網絡PON無源光網絡（PON）是一種純介質網絡，避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率， 提高了系統(tǒng)可靠性，同時節(jié)省了維護成本，是電信維護部門長期期待的技術。 PON的業(yè)務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率信號。特別是一個 ATM化的無源光網絡（APON）可以通過利用ATM的集中和統(tǒng)計復用，再結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使成本可望比傳統(tǒng)的以電路交換為基礎的 PDH/SDH接入系統(tǒng)低20%—40%。APON的業(yè)務開發(fā)是分階段實施的，初期主要是 VP專線業(yè)務。相對普通專9線業(yè)務，APON提供的VP專線業(yè)務設備成本低，體積小，省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定、性能價格比有一定優(yōu)勢。第二步實現一次群和二次群電路仿真業(yè)務，提供企業(yè)內部網的連接和企業(yè)電話及數據業(yè)務。第三步實現以太網接口，提供互聯(lián)網上網業(yè)務和VLAN業(yè)務。以后再逐步擴展至其它業(yè)務，成為名副其實的全業(yè)務接入網系統(tǒng)。APON能否大量應用的一個重要因素是價格問題。目前第一代的實際APON產品的業(yè)務供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍內的受挫而不確定，但其技術優(yōu)勢是明顯的。特別是綜合考慮運行維護成本， 在新建地區(qū)，高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時敷設 PON系統(tǒng)，無論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠見的選擇。在未來幾年能否將性能價格比改進到市場能夠接受的水平是APON技術生存和發(fā)展的關鍵。光纖接入技術與其他接入技術（如銅雙絞線、同軸電纜、五類線、無線等）相比，最大優(yōu)勢在于可用帶寬大，而且還有巨大潛力可以開發(fā)，在這方面其他接入技術根本無法與其相比。光纖接入網還有傳輸質量好、傳輸距離長、抗干擾能力強、網絡可靠性高、節(jié)約管道資源等特點。另外，SDH和APON設備的標準化程度都比較高，有利于降低生產和運行維護成本。當然，與其他接入技術相比，光纖接入網也存在一定的劣勢。最大的問題是成本還比較高。尤其是光節(jié)點離用戶越近，每個用戶分攤的接入設備成本就越高。另外，與無線接入相比，光纖接入網還需要管道資源。這也是很多新興運營商看好光纖接入技術，但又不得不選擇無線接入技術的原因。根據光網絡單元的位置，光纖接入方式可分為如下幾種：FTTR（光纖到遠端接點）；FTTB（光纖到大樓）；FTTC（光纖到路邊）；FTTZ（光纖到小區(qū)）；FTTH（光纖到用戶）。光網絡單元具有光/電轉換、用戶信息分接和復接，以及向用戶終端饋電和信令轉換等功能。當用戶終端為模擬終端時，光網絡單元與用戶終端之間還有數模和模數的轉換器。10第三章 路由器、交換機及服務器3.1路由器3.1.1 路由器的簡介路由器是在網絡層實現互連的設備。路由器實現網絡層上數據包的存儲轉發(fā)，它具有路徑選擇功能．可依據網絡當前的拓撲結構，選擇“最佳”路徑，把接收到的數據包轉發(fā)出去，從而實現網絡負載平衡，減少網絡擁塞。路由器工作在網絡層，用于連接不同的局域網和廣域網，故稱為“LAN網間互聯(lián)設備”。一個路由器可以連接兩個局域網、一個局域網和一個廣域網，或兩個局域網，如圖2.27所示。例如，可用路由器將一個以太局域網與一個FDDl局域網相連，或與X.25公用分組交換網相連。[1]路由器是互聯(lián)網絡中必不可少的網絡設備之一，路由器是一種連接多個網絡或網段的網絡設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數據，從而構成一個更大的網絡。路由器有兩大典型功能，即數據通道功能和控制功能。數據通道功能包括轉發(fā)決定、背板轉發(fā)以及輸出鏈路調度等，一般由特定的硬件來完成；控制功能一般用軟件來實現，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。3.1.2 路由器的功能路由器是一種多端口設備，它可以連接不同傳輸速率并運行于各種環(huán)境的局域網和廣域網，也可以采用不同的協(xié)議。路由器屬于OSI模型的第三層--網絡層。指導從一個網段到另一個網段的數據傳輸，也能指導從一種網絡向另一種網絡的數據傳輸.第一，網絡互連：路由器支持各種局域網和廣域網接口，主要用于互連局域網和廣域網，實現不同網絡互相通信；第二，數據處理：提供包括分組過濾、分組轉發(fā)、優(yōu)先級、復用、加密、壓縮和防火墻等功能；第三，網絡管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容錯管理和流量控制等功能。為了完成“路由”的工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據－－路由表（RoutingTable），供路由選擇時使用。路由表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路由表可以是由系統(tǒng)管理員固定設置好的，也可以由系統(tǒng)動態(tài)修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制。11在路由器中涉及到兩個有關地址的名字概念， 那就是：靜態(tài)路由表和動態(tài)路由表。由系統(tǒng)管理員事先設置好固定的路由表稱之為靜態(tài)（ static）路由表，一般是在系統(tǒng)安裝時就根據網絡的配置情況預先設定的， 它不會隨未來網絡結構的改變而改變。動態(tài)（Dynamic）路由表是路由器根據網絡系統(tǒng)的運行情況而自動調整的路由表。路由器根據路由選擇協(xié)議（ RoutingProtocol）提供的功能，自動學習和記憶網絡運行情況，在需要時自動計算數據傳輸的最佳路徑。3.1.3 路由器的工作原理現假設網絡A中一個用戶A1要向C網絡中的C3用戶發(fā)送一個請求信號時，信號傳遞的步驟如下：第1步：用戶A1將目的用戶C3的地址C3，連同數據信息以數據幀的形式通過集線器或交換機以廣播的形式發(fā)送給同一網絡中的所有節(jié)點，當路由器 A5端口偵聽到這個地址后，分析得知所發(fā)目的節(jié)點不是本網段的，需要路由轉發(fā)，就把數據幀接收下來。第2步：路由器A5端口接收到用戶 A1的數據幀后，先從報頭中取出目的用戶C3的IP地址，并根據路由表計算出發(fā)往用戶 C3的最佳路徑。因為從分析得知到C3的網絡ID號與路由器的 C5網絡ID號相同，所以由路由器的 A5端口直接發(fā)向路由器的 C5端口應是信號傳遞的最佳途經。第3步：路由器的C5端口再次取出目的用戶 C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主機ID號，如果在網絡中有交換機則可先發(fā)給交換機，由交換機根據MAC地址表找出具體的網絡節(jié)點位置；如果沒有交換機設備則根據其IP地址中的主機ID直接把數據幀發(fā)送給用戶C3，這樣一個完整的數據通信轉發(fā)過程也完成了。從上面可以看出，不管網絡有多么復雜，路由器其實所作的工作就是這么幾步，所以整個路由器的工作原理基本都差不多。當然在實際的網絡中還遠比上圖所示的要復雜許多，實際的步驟也不會像上述那么簡單，但總的過程是這樣的。3.1.4 路由器的分類按性能檔次分為高、中、低檔路由器。通常將路由器吞吐量大于40Gbps的路由器稱為高檔路由器，背吞吐量在25Gbps~40Gbps之間的路由器稱為中檔路由器，而將低于25Gbps的看作低檔路由器。當然這只是一種宏觀上的劃分標準，各廠家劃分并不完全一致，實際上路由器檔12次的劃分不僅是以吞吐量為依據的， 是有一個綜合指標的。以市場占有率最大的Cisco公司為例，12000系列為高端路由器，7500以下系列路由器為中低端路由器。從結構上分為“模塊化路由器”和“非模塊化路由器”。模塊化結構可以靈活地配置路由器，以適應企業(yè)不斷增加的業(yè)務需求，非模塊化的就只能提供固定的端口。通常中高端路由器為模塊化結構，低端路由器為非模塊化結構。從功能上劃分，可將路由器分為“骨干級路由器”，“企業(yè)級路由器”和“接入級路由器”。骨干級路由器是實現企業(yè)級網絡互連的關鍵設備，它數據吞吐量較大，非常重要。對骨干級路由器的基本性能要求是高速度和高可靠性。為了獲得高可靠性，網絡系統(tǒng)普遍采用諸如熱備份、雙電源、雙數據通路等傳統(tǒng)冗余技術，從而使得骨干路由器的可靠性一般不成問題。企業(yè)級路由器連接許多終端系統(tǒng)，連接對象較多，但系統(tǒng)相對簡單，且數據流量較小，對這類路由器的要求是以盡量便宜的方法實現盡可能多的端點互連，同時還要求能夠支持不同的服務質量。接入級路由器主要應用于連接家庭或ISP內的小型企業(yè)客戶群體。按所處網絡位置劃分通常把路由器劃分為“邊界路由器”和“中間節(jié)點路由器”。很明顯"邊界路由器"是處于網絡邊緣，用于不同網絡路由器的連接；而"中間節(jié)點路由器"則處于網絡的中間，通常用于連接不同網絡，起到一個數據轉發(fā)的橋梁作用。由于各自所處的網絡位置有所不同，其主要性能也就有相應的側重，如中間節(jié)點路由器因為要面對各種各樣的網絡。如何識別這些網絡中的各節(jié)點呢？靠的就是這些中間節(jié)點路由器的MAC地址記憶功能。3.2交換機3.2.1 交換機的簡介交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統(tǒng)稱。 交換機根據工作位置的不同，可以分為廣域網交換機和局域網交換機。廣域的交換機（ switch）就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設備，它應用在數據鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網或一臺高性能服務器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多端口網橋。3.2.2交換機的功能13交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。交換機還具備了一些新的功能，如對 VLAN（虛擬局域網）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。 交換機除了能夠連接同種類型的網絡之外，還可以在不同類型的網絡（如以太網和快速以太網） 之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網或 FDDI等的高速連接端口，用于連接網絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。最后簡略的概括一下交換機的基本功能：1．像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口， 這樣可以采用星型拓撲布線。2．像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發(fā)幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。3．像網橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉發(fā)或過濾邏輯。4．像網橋那樣，交換機將局域網分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的帶寬。5．除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網（VLAN）和更高的性能3.2.3 交換機的原理工作在數據鏈路層，交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上， 控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的 MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口， 目的MAC 若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的MAC地址，并把它添加入內部 MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照 IP地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發(fā)，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網絡層廣播， 即廣播14域。端口交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網段（注：非 IP網段），連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節(jié)點 A向節(jié)點D發(fā)送數據時，節(jié)點 B可同時向節(jié)點 C發(fā)送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發(fā)數據幀功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。傳輸交換機的傳輸模式有全雙工，半雙工，全雙工/半雙工自適應。交換機的全雙工是指交換機在發(fā)送數據的同時也能夠接收數據，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。交換機都支持全雙工。全雙工的好處在于遲延小，速度快。提到全雙工，就不能不提與之密切對應的另一個概念，那就是“半雙工”，所謂半雙工就是指一個時間段內只有一個動作發(fā)生。3.2.4 交換機的分類從廣義上來看，網絡交換機分為兩種：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用于電信領域，提供通信用的基礎平臺。而局域網交換機則應用于局域網絡，用于連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、 FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等。從規(guī)模應用上又可分為企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。 各廠商劃分的尺度并不是完全一致的， 一般來講，企業(yè)級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數較少），也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式（功能較為簡單）。另一方面，從應用的規(guī)模來看，作為骨干交換機時，支持500個信息點以上大型企業(yè)應用的交換機為企業(yè)級交換機，支持300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。本文所介紹的交15換機指的是局域網交換機。3.3 服務器3.3.1 服務器的簡介服務器，也稱伺服器。服務器是網絡環(huán)境中的高性能計算機， 它偵聽網絡上的其他計算機（客戶機）提交的服務請求，并提供相應的服務，為此，服務器必須具有承擔服務并且保障服務的能力。 有時，這兩種定義會引起混淆，如域名注冊查詢的Web服務器。它的高性能主要體現在高速度的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數據吞吐能力等方面。服務器的構成與微機基本相似，有處理器、硬盤、內存、系統(tǒng)總線等，它們是針對具體的網絡應用特別制定的，因而服務器與微機在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面存在很大差異。一個管理資源并為用戶提供服務的計算機軟件，通常分為文件服務器（能使用戶在其它計算機訪問文件），數據庫服務器和應用程序服務器。服務器是網站的靈魂，是打開網站的必要載體，沒有服務器的網站用戶無法瀏覽。服務器就像一塊敲門磚，就算網站在搜索引擎里的排名再好，網站打不開，用戶無法瀏覽，網站就沒有用戶體驗可言，網站能被打開是第一個重點。Web服務器。它可能是指用于網站的計算機，也可能是指像Apache這樣的軟件，運行在這樣的計算機上以管理網頁組件和回應網頁瀏覽器的請求。3.3.2 服務器的功能服務區(qū)是一種高性能的計算機，作為網絡的節(jié)點，存儲、處理網絡上百分之八十的數據、信息，因此也被稱為網絡的靈魂。做一個形象的比喻：服務器就像是郵局的交換機，而微機、筆記本、PDA、手機等固定或移動的網絡終端，就如散落在家庭、各種辦公場所、公共場所等處的電話機。我們與外界日常生活、工作中的電話交流、溝通，必須經過交換機，才能到達目標電話；同樣如此，網絡終端設備如家庭、企業(yè)中的微機上網，獲取資訊，與外界溝通、娛樂等。也必須經過服務器，因此也可以說是服務器在“組織”和“領導”這些設備。3.3.3 服務器的工作原理16一個Web服務器也被稱為HTTP服務器，它通過HTTP協(xié)議與客戶端通信。這個客戶端通常指的是Web瀏覽器。Web服務器的工作原理簡單的可以歸納為：客戶機連接服務器，客戶端向服務器發(fā)送請求，服務器向客戶機發(fā)送應答，客戶機與服務器斷開。一個簡單的事務處理事件就是這樣實現的，看起來不簡單，做起來其實也是挺簡單的，呵呵需要注意的是客戶機與服務器直接的通信是非連接的，也就是當服務器發(fā)送了應答后就與客戶機斷開連接，等待下一次請求。HTTP是一種讓Web服務器與瀏覽器(客戶端)通過Internet發(fā)送與接收數據的協(xié)議。它是一個請求、響應協(xié)議 --客戶端發(fā)出一個請求，服務器響應這個請求。HTTP運用可靠的TCP連接，通常用的TCP80端口。在HTTP中，客戶端總是通過建立一個連接與發(fā)送一個HTTP請求來發(fā)起一個事務。服務器不能主動去與客戶端聯(lián)系，也不能給客戶端發(fā)出一個回叫連接。客戶端與服務器端都可以提前中斷一個連接。例如，當用一個瀏覽器下載一個文件時，你可以通過點擊“停止”鍵來中斷文件的下載，關閉與服務器的HTTP連接。3.3.4 服務器的分類按照體系架構來區(qū)分，服務器主要分為兩類：非x86服務器：包括大型機、小型機和UNIX服務器，它們是使用RISC（精簡指令集）或EPIC（并行指令代碼）處理器，并且主要采用UNIX和其它專用操作系統(tǒng)的服務器，精簡指令集處理器主要有IBM公司的POWER和PowerPC處理器，SUN與富士通公司合作研發(fā)的SPARC處理器、EPIC處理器主要是Intel研發(fā)的安騰處理器等。這種服務器價格昂貴，體系封閉，但是穩(wěn)定性好，性能強，主要用在金融、電信等大型企業(yè)的核心系統(tǒng)中。86服務器x86服務器：又稱CISC（復雜指令集）架構服務器，即通常所講的PC服務器，它是基于 PC機體系結構，使用 Intel或其它兼容x86指令集的處理器芯片和Windows操作系統(tǒng)的服務器。價格便宜、兼容性好、穩(wěn)定性較差、安全性不算太高，主要用在中小企業(yè)和非關鍵業(yè)務中。 按應用層次劃分通常也稱為“按服務器檔次劃分”或 “按網絡規(guī)?！狈郑欠掌髯顬槠毡榈囊环N劃分方法，它主要根據服務器在網絡中應用的層次（或服務器的檔次來）來劃分的。要注意的是這里所指的服務器檔次并不是按服務器 CPU主頻高低來劃分，而是依據整個服務器的綜合性能，特別是所采用的一些服務器專用技術來衡量的。17第四章 網絡構成圖18第五章 系統(tǒng)報價產品型號 華為S5700-24TP-SI(AC)價格 4800基本參數 產品類型千兆以太網交換機應用層級三層傳輸速率10/100/1000Mbps交換方式存儲-轉發(fā)背板帶寬256Gbps包轉發(fā)率36MppsMAC地址表16K功能參數 支持基于MAC/協(xié)議/IP子網/策略/端口的VLAN支持1:1和N:1VLAN交換功能QOS支持對端口接收和發(fā)送報文的速率進行限制19支持報文重定向支持基于端口的流量監(jiān)管，支持雙速三色CAR功能每端口支持8個隊列支持WRR、DRR、SP、WRR＋SP、DRR+SP隊列調度算法支持報文的802.1p和DSCP優(yōu)先級重新標記支持L2（Layer2）-L4（Layer4）包過濾功能，提供基于源 MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、端口、協(xié)議、