網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)第六章 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型

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《網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)》課程6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互連第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型26.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型36.1.1交換設(shè)備1．交換機(jī)的主要功能最基本的交換是物理層的交換。其他層的交換實(shí)際上是一種軟交換或虛擬交換，可由軟件和固件實(shí)現(xiàn)。以太網(wǎng)交換機(jī)是支持以太網(wǎng)接口的多端口網(wǎng)橋。交換機(jī)使用硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)濾、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型42．?dāng)?shù)據(jù)交換模式（1）直通式只檢查數(shù)據(jù)包包頭，獲取目的地址，然后根據(jù)交換機(jī)內(nèi)部的MAC地址表查找，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到相應(yīng)端口。優(yōu)點(diǎn)：不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包，延遲小，交換速度快。缺點(diǎn)：當(dāng)網(wǎng)段發(fā)生故障，出現(xiàn)殘幀和巨幀時(shí)，交換機(jī)會(huì)將這些錯(cuò)幀傳播到與它相連的網(wǎng)段上，從而大大降低網(wǎng)絡(luò)性能。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型5（2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在交換機(jī)緩沖區(qū)，檢測(cè)數(shù)據(jù)包是否正確。如果數(shù)據(jù)包正確，再取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過(guò)查表將數(shù)據(jù)包發(fā)送到相應(yīng)的輸出端口；如果數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤，則丟棄該數(shù)據(jù)包，處理下一個(gè)數(shù)據(jù)包。優(yōu)點(diǎn)：提高了網(wǎng)絡(luò)鏈路的利用率。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理時(shí)延大；大部分交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6[圖6-1]模塊化交換機(jī)和固定配置交換機(jī)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型73．第2層交換機(jī)2層交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，主要是MAC地址查表。MAC地址查表功能較簡(jiǎn)單，一般由交換機(jī)中的硬件芯片處理，因此速度相當(dāng)高，只需幾十

s。如果交換機(jī)收到一個(gè)不認(rèn)識(shí)的數(shù)據(jù)包，交換機(jī)會(huì)向每一個(gè)端口廣播。接收端口回應(yīng)后，交換機(jī)就會(huì)學(xué)習(xí)新的地址，并把它添加到內(nèi)部MAC地址表中。2層交換機(jī)功能單一，價(jià)格便宜，往往用做接入層交換機(jī)。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型84．第3層交換機(jī)3層交換機(jī)工作過(guò)程為“一次路由，多次交換”。3層交換機(jī)可以隔離廣播數(shù)據(jù)包。3層交換機(jī)大大減少了“拆包/打包”的工作，因此3層交換機(jī)的速度大大高于路由器。3層交換機(jī)適用于有多個(gè)子網(wǎng)，且不同子網(wǎng)之間需

要互通的網(wǎng)絡(luò)，如大型企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)的匯聚層

交換機(jī)。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型9[案例]三層交換機(jī)工作原理第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型105．第4層交換機(jī)4層交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，不僅依據(jù)MAC地址（第2層）或源/目標(biāo)主機(jī)IP地址（第3層），而且依據(jù)TCP/UDP（第4層）端口號(hào)。4層交換機(jī)功能：數(shù)據(jù)包過(guò)濾。負(fù)載均衡。服務(wù)質(zhì)量。高可靠。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型11第3層、第4層交換機(jī)正在逐步取代速度較慢、價(jià)格昂貴的傳統(tǒng)路由器。線速路由交換機(jī)：組成：I/O線路卡，交換引擎和路由處理機(jī)。每個(gè)端口接一塊I/O線路卡，它由專用硬件構(gòu)成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的進(jìn)出排隊(duì)和路由識(shí)別；交換引擎負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；路由處理機(jī)負(fù)責(zé)路由計(jì)算、服務(wù)質(zhì)量等。交換機(jī)與路由器之間的差別逐步淡化。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型126．模塊化交換機(jī)與固定配置交換機(jī)模塊化交換機(jī)提供了一系列的擴(kuò)展模塊。100M/1000M/10G以太網(wǎng)模塊；VoIP語(yǔ)音模塊；流量控制模塊等。模塊化交換機(jī)大部分為3層或4層交換機(jī)。模塊化交換機(jī)一般作于網(wǎng)絡(luò)匯聚層、核心層。固定配置交換機(jī)成本低，用于網(wǎng)絡(luò)接入層。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型137．交換機(jī)技術(shù)參數(shù)端口數(shù)量（8、16、24、48口等）；端口類型（電口、光口）；端口傳輸速率（10/100/1000M、10GE）；背板帶寬；包轉(zhuǎn)發(fā)速率；MAC地址表大小；工作層（2、3、4層）；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式（直通、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)）；網(wǎng)絡(luò)管理等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型14（1）背板帶寬背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbit/s。背板帶寬越高，處理數(shù)據(jù)的能力越強(qiáng)。交換機(jī)背板帶寬計(jì)算：背板帶寬=單個(gè)端口速率×端口數(shù)×2（全雙工）（2）包轉(zhuǎn)發(fā)速率包轉(zhuǎn)發(fā)速率（也稱為通吐量）單位為pps（包/秒）第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型158．交換機(jī)產(chǎn)品中低端交換機(jī)生產(chǎn)廠商很多高端交換機(jī)生產(chǎn)廠商主要有：Cisco（思科）Juniper（瞻博）H3C（華為3COM）中興通信等公司。

第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型169．在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中布置交換機(jī)的基本原則可通過(guò)增加交換機(jī)引擎來(lái)提升交換機(jī)處理速度。使用交換機(jī)或路由器對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理分段，這是解決網(wǎng)絡(luò)過(guò)分擁擠的最好方法。當(dāng)數(shù)據(jù)包10分鐘內(nèi)平均碰撞率超過(guò)37%時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)急劇下降。小于10%的數(shù)據(jù)包碰撞率是可以接受的。50%的網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率是較為優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型17[案例]交換機(jī)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型Cisco交換機(jī)JuniperM160交換機(jī)186.1.2路由設(shè)備1．路由器的主要功能路由器是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。路由器主要功能是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)包路由。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型192．路由器的硬件組成路由功能可以由“服務(wù)器+路由軟件”實(shí)現(xiàn)，但是運(yùn)行效率很低。硬件路由器是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，它由CPU，內(nèi)存，閃存（相當(dāng)于硬盤），主板等部件組成。中高端路由器為模塊化結(jié)構(gòu)低端路由器為非模塊化結(jié)構(gòu)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型20[圖6-2]Cisco路由器產(chǎn)品第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型213．路由器性能指標(biāo)（1）吞吐量吞吐量與路由器端口數(shù)量、端口速率、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、路由計(jì)算模式、測(cè)試方法等有關(guān)。吞吐量是指在不丟包的情況下,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)路由器的數(shù)據(jù)包數(shù)量。（2）丟包率路由器在輕負(fù)載條件下（吞吐量10%時(shí)），丟包率一般小于0.1%；在重負(fù)載條件下（吞吐量80%時(shí)），丟包率一般小于0.3%。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型22（3）時(shí)延時(shí)延原因：傳輸信道造成的鏈路傳輸時(shí)延網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的隊(duì)列時(shí)延。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延抖動(dòng)不敏感。（4）路由表容量路由器容納的路由條目數(shù)量。（5）其他指標(biāo)連接認(rèn)證，VPN，QoS，IP語(yǔ)音，冗余協(xié)議，網(wǎng)管，冗余電源，熱插拔組件等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型234．路由器的接口（1）Ethernet（以太網(wǎng)）接口（2）Console（控制）接口用于配置路由器，用交叉線進(jìn)行連接。（3）AUX（輔助）接口用于遠(yuǎn)程Modem撥號(hào)，極少使用。（4）WIC（廣域網(wǎng)接口卡）接口接入方式有：ADSL卡；模擬Modem接口卡；E1數(shù)據(jù)服務(wù)單元接口卡等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型24（5）NM（網(wǎng)絡(luò)模塊）接口可安裝各種局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)模塊。以太網(wǎng)模塊；交換模塊；廣域網(wǎng)接口模塊；語(yǔ)音服務(wù)模塊；模擬撥號(hào)模塊；入侵檢測(cè)模塊；報(bào)警控制器模塊等。（6）AIM（高級(jí)集成模塊）接口AIM插槽用來(lái)安裝1～2個(gè)AIM模塊。AIM模塊可以加速路由器性能。功能：硬件輔助數(shù)據(jù)壓縮模塊；數(shù)據(jù)加密模塊；數(shù)字語(yǔ)音模塊等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型25[案例]路由器物理接口第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型266.1.3安全設(shè)備1．防火墻設(shè)備硬件防火墻是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，它包括CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡等部件，一般采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)。防火墻中安裝有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和專業(yè)防火墻程序。一些防火墻安裝通用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（如FreeBSD）；一些防火墻采用專用操作系統(tǒng)（如ScreenOS）。防火墻程序：包過(guò)濾程序、代理服務(wù)器程序、路由程序等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型27[圖6-4]防火墻外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型飛塔防火墻28企業(yè)級(jí)防火墻軟件：以色列CheckPoint微軟公司ISAServer國(guó)外硬件防火墻：飛塔防火墻Juniper（瞻博）公司NetScreenLinkTust（安氏）公司FireWallCisco公司ASA、PIX等國(guó)內(nèi)防火墻廠商：天融信公司、深信服、華為3COM公司等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型296.1.4服務(wù)器設(shè)備1．PC服務(wù)器PC服務(wù)器與PC在軟件上完全兼容。PC服務(wù)器的要求：高性能（如多CPU，大容量?jī)?nèi)存等）；高I/O吞吐量（如SAS接口，RAID等）；很好的可靠性（如連續(xù)運(yùn)行，熱插拔等）。PC服務(wù)器NOS：WindowsServer、Linux、FreeBSD等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型30PC服務(wù)器國(guó)外廠商：IBM、HP、Dell等國(guó)內(nèi)主要廠商：浪潮、曙光、聯(lián)想等。PC服務(wù)器的類型：機(jī)箱式機(jī)架式刀片式等第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型31[圖6-4]機(jī)箱式PC服務(wù)器主要用于小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，或用于網(wǎng)絡(luò)接入層和匯聚層第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型32[圖6-5]機(jī)架式PC服務(wù)器第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型33[案例]刀片式PC服務(wù)器第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型342.集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2009年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界500強(qiáng)計(jì)算機(jī)中，有379臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)采用集群結(jié)構(gòu)，占76％的比例。集群結(jié)構(gòu)是超級(jí)計(jì)算機(jī)的主流體系結(jié)構(gòu)。集群技術(shù)將多臺(tái)相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)（大多采用PC服務(wù)器），通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)完整的服務(wù)器系統(tǒng)，并以單一系統(tǒng)的模式加以管理，使多臺(tái)服務(wù)器像一臺(tái)機(jī)器一樣工作。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型35集群系統(tǒng)可以提供高性能的不停機(jī)服務(wù)。使用多臺(tái)PC服務(wù)器組成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案，比設(shè)計(jì)一臺(tái)專用超級(jí)計(jì)算機(jī)便宜很多?！疤旌?號(hào)”集群計(jì)算機(jī)性能：2560個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，6144個(gè)3.0GHz的IntelXeon處理器，2560片4870X2顯卡，內(nèi)存總?cè)萘?8TB，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信帶寬40Gbit/s，峰值計(jì)算速度達(dá)每秒鐘2570萬(wàn)億次。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型36[圖6-6]集群計(jì)算機(jī)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型373．服務(wù)器性能指標(biāo)系統(tǒng)響應(yīng)速度；作業(yè)吞吐量；并發(fā)訪問(wèn)處理能力；可用內(nèi)存；磁盤讀寫時(shí)間等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型384．服務(wù)器選型分析服務(wù)器選型與以下問(wèn)題相關(guān)：與業(yè)務(wù)類型相關(guān)，不同業(yè)務(wù)的開(kāi)銷不同，對(duì)服務(wù)器性能的要求也不同。與服務(wù)器配置相關(guān)，如CPU核心數(shù)，CPU主頻，內(nèi)存大小等。用戶操作的不確定性。在線用戶數(shù)，用戶并發(fā)會(huì)話數(shù)，用戶會(huì)話等待時(shí)間等，目前尚不能給出一個(gè)合理的模型。其他：操作系統(tǒng)開(kāi)銷，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)銷，服務(wù)器軟件開(kāi)銷，網(wǎng)絡(luò)鏈路性能等。第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型6.1常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型391.1網(wǎng)絡(luò)工程概述網(wǎng)絡(luò)工具軟件(參考)[案例]網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件BOSON6.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)第40頁(yè)共99頁(yè)6.2.1交換機(jī)設(shè)備的級(jí)聯(lián)交換機(jī)級(jí)聯(lián)的目的是延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。級(jí)聯(lián)的連接方式：星型級(jí)聯(lián)、總線級(jí)聯(lián)[圖6-7]交換機(jī)級(jí)聯(lián)模式6.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型總線級(jí)聯(lián)星型級(jí)聯(lián)41總線級(jí)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，但是級(jí)聯(lián)層次越深，最后一級(jí)交換機(jī)到達(dá)中心交換機(jī)的信號(hào)延遲越大。星型級(jí)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是可以保證網(wǎng)絡(luò)帶寬，但是網(wǎng)絡(luò)傳輸距離受到了限制。6.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型總線級(jí)聯(lián)星型級(jí)聯(lián)426.2.2交換機(jī)設(shè)備的堆疊交換機(jī)堆疊模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端口和容量的擴(kuò)展。不是所有交換機(jī)都支持堆疊。堆疊需要專用的堆疊電纜和堆疊模塊。疊堆中的交換機(jī)必須是同一品牌。交換機(jī)最多可堆疊至8層。堆疊模式：菊花鏈堆疊星型堆疊6.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)第六章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型431．菊花鏈堆疊模式菊花鏈堆疊是用專用電纜，將多臺(tái)交換機(jī)以環(huán)路方式串接起來(lái)。菊花鏈堆疊