局域网与广域网设计实现

第5 有一些网络在刚开始运行时性能很好，但后来随着数据流量的增加就变得重负了。另一些网络从一开始就工作得非常好，并且能够很快适应网络容量的一些变化和新技术。还有一些网络在一开始就遇到数据流量的困扰，从来就没有达到最优的状态。这些网络运行状况之间的区别通常是由于网络拓扑结构和网络设计的不同引起的。经过良好设计的网络应该是让网络用户几乎感觉不到它的存在。在本章学习如何在第4章学到传输设备组成一个运行平稳的网络。本章将介绍一般的物理拓扑设计原则，从电缆布线开始，指导读者如何应用这些原则设计一个现代化的网络拓扑结构。读者将学会在哪儿放置服务器、如何设计多应用、如何在需要高速连接的LA和怎样将LAN连接到AN。最后将介绍A价格和带宽取舍方面的知识。用媒介和设备为不同的应用进行LAN设计LAN，并将之与WAN连接按照其价格、带宽和设备要求来论证WANLAN当安装一个新的LAN时，有下面几个因素会影响到LAN的设WAN的连举例来说，当新建的LAN包括一个传统主机时，批处理数据量可能是网络数据流量的一个主要来源。在一家成功邮购公司里，数录入员将单输进一台IBM主机，每个新定单由数据录入员输入两次，每输入20个新定单后发送一批定单。定单被录入两次是为了发现数据录入时的错误。在这个公司新网络的设计中应考虑到可能的数据量和数据录入员在网络中的位置，以保证整个网络不受数据录入员输入的大量数据的影响。在一个特定的工作组中，如果所有的成员都经常发送附有大的电子表格的邮件，这种情况下电子邮件可能是大量网络数据的另一个来源。在一家用户相对缺乏培训的公司，这种情况更应该受到关注，因为这些用户很可能将 Excel电子表格中整个的工作簿附在邮件后面而不是仅附上工作簿中的一个表。另一个因素是网络冗余路径的要求。在某些情况下，LAN他们的业务或者说活动的性质又使他们可以由于集线器或交换机故障引起部分L间的中继。另一种情况下则要求具有冗余的网络路径来保证可以重新发送数据，而用户从来不会知道什么时候设备发生了故障(见图5-1)。有些机构会由于部分网络中断而造成每分钟数千的损失，在这些机构的网络中要有冗余。第三个要考虑的因素是适应用户可能定期改变业务范围的要求。一些公司为了跟上市场的变化可能经常性地进行重组。另一些公司可能常常是被合并的对象，这在的银行业是非常普遍的。在这些情况下，内的工作内容会经常发生变化，这就要求网络应该能同步地改变。所有成功运行的网络都必须有增长的潜力并应按照这种要求来设计。如果最初的设计能够适应增长的要求，那么网络投资就可以在很长一段时间内得到保持。例如，一个10Base-星型网络和一个10Base2传统的总线型网络相比，前者更易于扩展。同样，围绕路由器和交换IEEE入数量限制的桥式网络相比，前者更易于扩展。企业级路由冗余企业级路由冗余路工作组级交换工作组级交换企业级交换冗余路文件服务图5-1冗余设大多数的网络需要一些安全方面的考虑，但并不是所有的网络数据都要求同等级别的保护。例如，一个采购公司用来处理工资数据和应付给其他公司款项的网络必须具有很高的安全水平，可以通过使用路由器和一些路由器上附加的工具以及保护网络电缆来达到安全要求。但是一个提供公用健康统计数据的公司不需要和一个处理工资数据的公司同样高的水平。在设计LAN时另一个重要的因素是与AN的连接。一些LAN只需要通过ISDN线路连接到AN，并进而连接到Internet。另一些LAN使用各种不同的AN连接方式来满足各种不同的需要，例海外的通要求、邻国家通过帧继的方式入LAN要求以及利用-3线路连接宣传市场产品的eb在一个正在使用的网络中，对LAN的拓扑结构需要定期地进行分析，从简单的电缆布线检查到编译从网络分析仪得到的带宽利用基准数据，通过分析来确保LAN满足当前的需求并前两个问题是与网络数据流量相关的，应该定期重新考虑。一些网络管理员在进行网络容量管理时就像是主机和服务器管理员进行磁盘容量管理。网络容量管理应是一个有计划的过程，是考查当前和未来需求的过程—用户数量、需求、硬件要求以及适应每段网络上工作量的带宽要求。随着新本的布，户想到它作为具。WindowsNT4.0用户想要升级到WindowsNT2000，eb浏览器户想要最安全的版本，UNIX用户立即想得到新本中的功能。客户机/服务器必须能跟上日期的变化，因为中可能包含依赖税法的功能或者2000年问题。为了提供增加的功能，许多升级必须使用的服务器、工作站或网络资源(5-1)。作为一个网络管理员，当安装一个可通过网络存取的新应用时，和服务器管理员一起密切合作是很重要的，因为这样可以确保网络设计满足需求。网络管理是直接与网络设计和网络拓扑结构相关的，因为一些拓扑结构比其他的拓扑结构更易于管理。在许多情况下，星形拓扑结构比传统的总线形拓扑结构能够更快地鉴别出问题的所在。同样，为避免网络瓶颈效应，用网桥、交换机和路由器设计的网络和用不好管理的集线器或多点转发器设计的网络相比，前者更容易监视、和重新配置。当第一次安装一个网络时，通常没有冗余和可靠性要求，因为用户在使用网络之前还不会在网络上开展他们的关键业务。渐渐地越来越多的业务在网络上开展，并且网络会变得同每个用户工作站一样重要，这时网络必须要有冗余路径和可靠性的保证。像PC机一样，由于工艺改变或厂商转产，网络设备很快就过时了。一些旧设备融入新设备中了，例如交换机有10Mbps、100Mbps和1Gbps三种端口。其他一些设备可以通过升级的方法来升级。但还有一些设备是不能升级的，必须重新布置在网络的其他地方或干脆淘汰。LAN与AN70、80LAN通常使用细缆作为台式机间的水平电缆，用粗缆作为楼层间天井中的垂直电缆。这是最(见图5-2)。老式的细缆/络具有明显的限制。一个限制是不能满足现代升级产生的大量数据所需要的宽带要求。另一个缺点是在这些网络中，由于刚性的同轴电缆只容许弯曲一点点，网络的和BNC接头比双绞线RJ－45接头要贵，而且不易安装，经过几次连接后可靠性也降低了。粗缆转发器作为一个有问题的网络设备，因为有许多BNC接头用于网络连接，要哪一台粗缆转发器有故障可能非常。还有一个问题是整个网络可能由于一个喜欢恶作剧的人导致中断，而他只是决定拆下一个终端负载。也可能由于一个设备或电缆故障引起整个网络中断。现在因为几乎没有可选设备，老式细缆和粗缆网络很不容易扩展。而且从传统的总线形设计转变到新的星形拓扑结构意味着从头开始。最初的不完善的设计可能事实上使网络扩展成为不可能。转转发细缆网络(10Base2)连到台式转发粗缆网络主干转发服务细缆网粗缆网图5-2一个传统的细缆/粗缆网络电缆布电缆是网络中的生命线—网络中其他所有的部分都依赖于它。作为一个网络管理员，为了制定一个网络扩展、高速通信和灵活的AN连接计划，你可能需要对现有电缆布线进行IEEIEEE规范随着时间的流逝也在改变。当你计划更换电缆时，下面几个因素要考虑在内：额外的电缆要求，例如在一个将来可能改为的储藏室内或在一个将来可能有人在里面办公的内。由于现在大量的需求，许多情况下，新型电缆和接头的价格比原来旧的电缆价格要低。当你计算更换旧电缆的花费时，应将这些花费和旧电缆方面节省下来的费用做一下比较。按照工作量来说，安装新电缆可能是非常昂贵的，这些费用的大小取决于拆除旧电缆的程度和消除有害建筑材的复杂程度。如由于建筑的要求和/或环境的原因需要通风电缆或抗电磁/射频干扰的电缆，电缆方面的费用可能要高一些。在所有情况下，都建议多安装20％到50％的电缆，以便在将来连接新的工作站时更容易和更。这是因为主要的费用是安装电缆的人工费而不是电缆本身的费用。同样一次将电缆安装完总比以后不够用时再安装的电缆便宜。将来公司发展壮大了，现在有五个人的可能就要重划以供八个人在里面办装后备电缆的另一个原因是建立冗余的传输路径。同楼层的台式机间用5类非双绞线连接(UTP)在不适合使用电缆的地方，或使用电缆造价太高的地方，可以选择宽带无线连接方式。如用这种方式，要确保符合所有相关标准。并且按照现行的标准及发展方向，仔细选择供货商的设备。如果委托承包商安装电缆，要确认承包商具有必要的资格和证，并要求他们提供全部的电缆设备文件和测试文件。电缆的合格认证包括两方面。一是电缆生产商保证电缆满足EIA/TIA、IEEE和UL标准。二是用测试设备对所有安装的电缆进试，以保证符合EIA/TIA和许多网络正在使用结构化布线和结构化网络技术。结构化布线的意思是所有的电缆都按照星形方式从一个和多个集线器或交换机上接出去。通常集线器或交换机都装在本楼层的一个配线室内(见图5-3)。结构化布线方式要求如下：台台式计图5-3结构化布同楼层的电缆布置应符合EIA/TIA-568的规结构化网络的垂直部分是指大楼内用于各楼层间连接的电缆和网络设备。在一个结构化网络中，你可以在一个关键的位置集中管理网络，例如可将集线器放置在配线室内，然后与机房内要的线器主的电分界建立速。通常服务用100Mbps到1Gbps的高速线路直接连接到主要的集线器上(见图5-4)。在一个关键点处，用一个集线器或交换机的底盘可以集中管理电缆、网桥模块、路由器模块和交换机模块(试一试项目练习5-2)。结构化网络使网络管理员可以：使用VLAN集集线器或交换集线器或交换高速纤集线器或交换集线器或交换IBM服务100Mbps到1Gbps高交换机机企业级交换机或路由图5-4集中式管理的结构化网结构化网络除了可以集中地布置关键设备外，还可以集中地进行网络管理。在集中的网络管理中按照关键的网络功能来确定控制点。例如，可以在智能的集线器或设备上连接管理用的工作站，对网络运行进行监视。在每一楼层设置用来收集信息的集线器或交换机，这样就可以管理网络中的所有信息，并且可以重新配置集线器或交换机。在集中式管理中，大部分网络工作可以在一个地方完成，这在大型网络中是极为重要的。集中式网络管理也简化了文件服务器和主机一类的工作。文件服务器和主机可以放在易于的地方，比如放置在集线器架的位置。网络备份和升级工作也可以在一个地方完成，而不需要在许多地方进行。计算机之间可以共用一个不间断电源(UPS)和空调设备，这样可以节省在几个地方布置这些设备所需的费用。不间断电源(UPS)是一组备份的电池，可以在主电源发生故障、浪涌和电压降低时提供后备电源。在计算机设备集中的地方要求环境温度、许多年来一直使用网桥和路由器来提高网络带宽和 性。原来的大型网络通常使用对用户透明的本地网，当需要连接AN时，使用路器接AN。网桥的限制在于它不能对数据进行路由选择，使路由费用昂贵且不易管理。路由器的限制在于它不能像网桥处理帧那样快速处理数据包，尽管今天的路由器可以使用、硬件和等方法来达到网桥的处理速度。()和选择最近路径转发方式(路由器方式)C现在许多网络是围绕着底盘集线器设计的，而底盘集线器不具备交换机的功能。这样设计的好处在于只要集线器具有智能功能就可以集中进行网络管理和故障。缺点是集线器要网络中的所有数据，这可能造成网络瓶颈和限制网络最高传输速度。现代网络设计包括集线器设计和路由器设计。本地路由器提供大多数的网络连接，例如市场部和工程部之间的连接。部门间的数据流量很可能比部门的数据流量少。而且公司内一部分网络如工程部门的网络为了安全起见可能使用路由器作为，另一部分网络如市场部的网络可能只有很少的安全性或根本没有安全性考虑。像这种情况，路由器有助于减少网络中总的数据流量，同时作为保护一部分或几部分的网络。路由器也用于两个部门之间不同协议的转换，比如SNA协议和IPXRISC处理器或使用集成电路(ASIC)来增强处理能力。ASIC是一块定制的集成电路，在里面集成了特定用途的逻辑功能，比如集成进快速路由的逻辑功能。最初交换机主要用作多端口的网桥，但是今天一些交换机已经能够提供三层的路由功能。有些厂商声称他们的交换机可以提供四层路由，理由是他们的交换机检查收到的数据包次序，甚至可以由端口IDASIC提供快速处理算法。交换机不像路由器那样可以编程和随意配置，但是交换机易于设置和管理，可减轻对网络管理员的培训工作。而且交换机每端口的成本比路由器低。三层和四层的交换机可以达到和路由器一样的功能，但是由于交换机不像路由器那样可以随意配置，需要仔细选择以符合应用要求。目前100Mbps的交换机和路由器每端口价格相差50左右，但是在不远的将来在使用交换机和路由器设计LAN时，要按照模块化的方式进行设计，确保一些需要安全策略的网络或工作组有时可能需要连接到另一些没有安全措施的网络。例如，在一个大学里，业务和财务需要连接到其他楼内生物系的网络上。这种情况下，首先应将业务和财务的网建好按照适当的规则和/或列表将两个5-5路路由交换业务 财务 下一步是用一台交换机建立生物系的网络，并将交换机连到路由器另外一个接口上，如图5-6这种设计方式的优点是可以在几个地方添加另外的网络。在一个指定的大楼内可以将需要添加的网络连到路由器上，比如在生物系的大楼里加上物理系的网络。如果生物系的网络需要，路由器可以作它的，物理系的网络对所有者开放。生物系的系、行政助理和教授有业务的权力，而学生是通过另外的交换机和路由器接口连接到路由器上，它们在MAC地址层被掉交换交换业财交换交换业财 光纤主100或 100或交换100或 交换100或业

财

生物图5-7网络升级为高速通如果你开始是用10Base-T交换机建立的网络，后来想对网络进行升级，可以用更快一点的100Mbps的交换机代替10Mbps的交换机，或用带有10/100Mbps和1Gbps组合端口的交换机代替10Mbps的交换机(只要升级相应的NIC)。还有另外一个选择是将路由器的1Gbps中间交换10/100Mbps和1Gbps交换机组合起来加入到每段网络中，如图5-7所示。加入中间交换机的优点是为进一步的网络扩展打下基础，通常这些中间交换机是一个可模块的机架，将来需要网络扩展和有更新技术时可以加入的模块。比如投资部门的网络如果需要加到网络中，可以将所需的模块加到业务和财务所用的中间交换机上。在网络中加入第二个中间交换机，并将业务、财务和生物系的网络连到第二个中间交换机上，再将交换机与路由器连接起来，就可以建立网络冗余路径，也可以将两台中间交换机互连。另一个选择是使用带有中继的交换机。中继是将多个作为一个集合体，整个线路的传输速率是所有线路传输速率的总和。例如用三条1Gbps的中继线可以组成一条速率为3Gbps的。中继的另一个优点如果其中条线故障，另两条线正常运行，么仍可以提供间断只是度稍一些因而以两条中线提冗余图5-8说明了如(做一下项目练习5-3。带宽的中继或集合常常是设备固有的特性，在设计网络时必须牢记这些限制。在网络设计过程中要确保各种设备之间互相兼容。光纤主三条1Gbps的中继线组合交换

三条1Gbps的中继线组3Gbps的100或 交换100或10或业 财

生物在网络中主机和服务器可以集中放在一起配置成服务器群，也可以放在不同的地方。像主机或服务器群这些宽带网络计算机设备通常安装在一个装有空调设备的房间里，房间内配UP系统和系统备份资源，并且是物理上安全的。由于机一些设备，比如UPS，可以为所有的主机和服务器提供服务，就不必为每个主机和服务器单独购置，这样可以节约。从主机和服务器到网络设备的连接线路应该采用高速线路，并且应将它们与包括工作站的网络段。高速连接可以保证主机和服务器的所有用户有足够的带宽。主机和服务器也提供了冗余选择。一种连接主机的方法是将它们连接到它们自己交换机的全双工接口上，如图5-9交换 到服务器的全工InIn

服务器

IBM图5-9连接主

IBM只有当主机或服务器的网络接口卡、系统总线和处理器整系都能在同样高速情况下工作，到主机或服务器的高速才有效。如果不能，服务器可能是一个网络瓶颈。另一种连接主机和服务器群的方法是将每一单元都连接到一个备份交换机上作为冗余。(见图510)。散布在整个网络中的主机和服务器也应该直接与交换机连接并提供高速的数据。这种布置主机和服务器方式的优点是，同前式相比，数据集中程度低。这种将处理关键任务的主机分散布置的另两个相关优点是：当自然损坏一个地方时，另外的主机仍能正常工作；当一个主机发生故障或由于网络问题某个主机不能时，在不同地方的主机具有冗余的能力。缺点是可能每个主机和服务器都需要像UPS和磁带备份系类的设备。尽管许多操作系统带有理工具，分散布也使集中理主机和服务器更加。图5-11明了主机和服务器散布在整个网络中的情况。备备份交换主交换In服务器InIBMIBM 多应用有可能产生大量的网络据，但实际产的数据量取决于多应用的类型。多包括声音、、交互或实况转播运动的电视、图形和数据资料演示文稿以及它们的组合。多可能是在互联网上演示的课程和幻灯片的图像，也可能是两个或多个地方之间电视会议实时图像。如果多图像是从服务器传送到一个或多个工作站，那么对网络的要15个学生在大学的局域网上学习。每一节课需要三小时，学生可以选择一周内的任何时间上课。这种情况下，网络上的负荷分散在一周内而不是在同一时间发生，而且这种应用对实时性的要求比实况播送图像时低。由于不要求很高的实时性，很少需要或根本不需要关于QoS的保证。应用要求较高的带宽而音频应用不要求很高的带宽。如果多应用主要是音频，只有很少的，对带宽的要求就比那些有较多或动画内容的应用低。如果多应用不需要很高的带宽，像图5-11那样设计的交交换交换服务IBM服务 另一种情况是所有的学生在同一时间来上课，并持续三个小时，每个学生都在工作站上运带声的多 程、 幻灯片和动画。这种情况需要较高的带宽对正在运行多 应用的网络部分也要求较多的控制。在这种应用条件下，网络设计内容包括服器过由到络，自终供服器中，图5-12所示。许多厂商正在致力于多应用中的多点传送。多点传送将所有需要特定多传送的用户 一组，然后同时向这个组的每个用户传输数据，这样可以节省带宽。每次传送的多数据到达多个地址而不是一次只传到一个地。以一个有 12个学生的班级为例，每个学生都从服务器上运行同样的课程。当发送一个序列或称作流时，多点传送将这个数据流送给这12个学生。单点传送则是服务器发送1212个学生中的每一个人。这两种情况形成对照。在多点传送配置下，服务器和客户机都必须配置成多点传送工作方式，需要使用互联网分组管理协议(IGMP)。在服务器和客户机之间的路由器也要配置IGMP，因为多服务器要使用IGMP通知路由器哪一台客户机属于某一个多组或某几个多组。 数据 服务 服务

图5-12多大数据流量的设计方如第4章所述，全双工是一种同时发送和接收的能力。在网络中有高速的地方，比如交换机之间或交换机与路由器之间，应使用全双工方式。由于全双工方式输入和输出的帧从来不会在一条路线上相遇，因此可以消除。由于不存在，工作站没有发生后等待传送的无用时间，网络处理能力有显著的提高。同时也减少了帧丢失的数目。在高速上使用全双工方式的另个原因是大多交换机使用两种流量控制方式之一：阻塞或缓存。当一台交换机以半双式方式工作时，它用阻塞方式通知它或它的一个结点超速了。阻塞是一个通过放大载波信号来模拟的简单过程。阻塞的缺点是它中断了网络中的数据，当前正在使用的帧可能丢失。在缓存方式中，将要发送的帧保存在器中，直到被发送到它们的目的地，它使用全双工方式(在全双工方式中没有，因此不能使用阻塞)。在全双工方式中，在开始一个较低速率的传输之前，交换机先发送一个特殊的帧。这样交换机就有足够的时间来缓存当前的帧，此没有帧丢失传输是连续的，没有中断 (只是稍慢一些)。和支持对原来的网络设备，比如旧的网桥和路由器，进行和技术支持可能是很麻烦的。供货商通常确定一个设备使用终止期限(EOL)，超过了这个时间就不再提供硬件升级和增强。( 部门或军方使用的设备，其使用终止时间通常被延长，直到他们有时间去更换它。)如果设备是智能化的，可能会存在特殊的问题。因为不再有或升级来保证设备与新的网络功能和网络设备兼容，而且供货商也维修超过使用终止期限的设备。尽管汽车部件的生产和维修时间可能超过20年，网络设备商确定的典型的使用终止期限为从设备引进开始5到10年的时间。由于网络设备使用终止期限很短，一些网络管理员对有些设备备份，一个双份的设备池。新的网络设备相对来说有几个优点。最明显的优点是设备在使用终止期限一个周期的开始，可得到、及其他的升级。新设备也可以送回制造商处修理。有些制造商提供技术升级方案，允许客户用的折扣价格 到期设备的新版本或更好的替代设备。大的供货商在互联网上有站点，用户可以从其站点上 的升级版本。在这些站点上，用户还可以提出疑问并找到关于安装、配置和疑难解答等信息。另一个通常的选择是与技术联系，就疑惑的问题向他们求助，还可以找到像路由器一类特定设备的培训课程。与旧设备相比，新设备的培训课程通常是很有用的。准备连接WAN连接准备工作的第一步是预备好WAN连接的位置。在第4章已经过，在本ATMWAN从本地连接WAN的最简单方法是通过服务器上的调制解调器、TA、X.25适配器与连接，服务器可能是UNIX、WindowsNT或Netare中任意一种。另一个方法是配备一个接入T、X.25适配器，这种方法能够提供较高的处理力。了达最佳网络量控和提功能接入务器直接在AN接口，是与交换机和通向工作站的网络段不同的接口。这种拓扑结构把服务器放置在靠近网5-13说明一种与AN连接的LA拓扑结构配置方法。调调制解调T-调制解调接入服务3接入服务调制解调调制解调图5-13本地LAN与WAN通信的拓扑结另一种LN与WN连接的通用方法是使用路由器和CS/U的组合。路由器使网络数据流量可以控制，对输入和输出的数据都能提供功能。图5-14告诉你路由器怎样连接L。使用ATMWAN接入交换机或模块可以实现非常高速的WAN连接，这种交换机与WAN连T-T-3图5-14通过路由器和DSU/CSU连接WAN与WAN连接通常由你的WAN服务提供商提供，对WAN服务的选择取决于你对带宽的要求、你的和LAN接口的类型和速度。如果你选择的是一个中小型的AN服务提供商，他可能只是从大服务提供商那里服务，就像小的长话公司从大的公司线路使用权那样。小服务提供商可能只使用一个设备为用户提供服务，例如通过一系列的调制解调器或接入服务器将路由器连接到大服务提供商处为用户提供服务。这些小AN服务提供商可能只提供电子邮件及像个人主页等有选择的eb服务。大ANebPC和服务器备份以及或数据库等服务。大服务提供商提供FDDI、ISDN、T载波、SONET和其他服务等各种服务组合，并包括光纤拓扑结构和不同程度的冗余。AN服务提供商提供使用和有限制使用两种服务，有限制使用按分钟计费，这基AN服务的全部费用大约占网络总费用的三分之一。因为AN是按月计算费用的，其费用基本保持恒定，就像每月的基本服务费一样，不像LAN那样可能由于升级和新的原因月与月之间费用变化很大。设备升级和添加新设备的费用偶而会从服务提供商那里转移过来，可能导致费用临时性的增长。使用拨号上网和ISDN线路是选择使用的一个例子，你只要每月支付一个固定的费用就可以地使用线路。和租用的线路是限制使用的方案，在这种方案中，你要为一定数量的服支用例如为1.55Mbps的-1线路中一个或两个64Kbps信道。另一个限制使用的例子是按每个月内使用的小时数支付帧中继线路费用。WN费用也与WN传输速度、所用技术和所在地区有关。在许多地方，低速拨号上网的价格可能低于30/月。使用从纽约到芝加哥的一条56/64bps0线路，一个的费用在500到100之间，而从纽约到伦敦的同样线路每个月花费在5000至10000之间，具体金额取决于服务提供商。帧中继的费用与一条4bp线路的费用相近，但距离较远时要稍微便宜一点。如果使用现有的WN服务传送一个大文件，其费用可能不到1，也可能超过0。这行业反常象很能会生多新