兰州市网络设计剖析

中文题目： 兰州市网络设计英文题目: LanzhouCityNetworkDesign课 程：学 院：专 业：姓 名：学 号：指导教师:二零一四年七月摘要伴随现代社会的飞速发展，城市网络的建设问题变得越来越重要。在本课题设计中论述了城域网的发展过程及其存在的问题，重点表述了网络设计得原则，网络设计中所涉及到的核心技术，例如ATM技术、MPLS技术以及各种接入技术。研究了路由器、交换机和服务器各自的功能、工作原理、分类以及在城市网络设计中各自所占的重要位置。并且在文中画出了自己在兰州市网络设计系统结构，在大节点的链接采用网型网状网络结构，这样保证在网络中出现问题不会导致整个网络的瘫痪使得任意节点都有一条通路，保证信息的传输的可靠性。在分节点的构建中采用树形网络结构，这样可以节约大量的网络构建费用，同时还能保证信息传递的高效性，达到最大的性价比。关键词：ATMMPLS路由器 交换机 服务器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目录第一章 绪论 11.1 城域网的概述 11.2 城域网技术存在的不足 2第二章城域网中的核心技术 42.1ATM技术 42.3 接入技术 8第三章路由器、交换机及服务器 113.1 路由器 113.2 交换机 133.3 服务器 16第四章网络构成图 18第五章系统报价 19结束语 24参考文献 25第一章 绪论1.1城域网的概述最初，城域网是作为一种专门的网络技术而出现的，即DQDB技术。城域网的概念泛指：网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络。它是以宽带光传输网络为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数字、图像、多媒体视频、IP电话、IP接人和各种增值服务业与智能服务，并与广域计算机网络、广播电视网、电话交换网互联互通的本地综合业务网络。随着通信技术的快速进步，局域网技术的性能和功能得到大幅度的提高和丰富，因而被广泛地应用在城域和广域网中；与此同时，广域网技术也常常应用于局域网和城域环境中。所以目前流行的宽带城域网已经不是一种特定的技术，而是一种概念，或者说是各类网络技术在城域范围内的综合应用。宽带城域网是为满足网络接入层的带宽大幅度增长的需求而建立的，主要针对数据及多媒体业务。在地理范围上局限于城市内部（类似于电话交换网的各本地网）；在技术上综合采用了各种广域网技术（IPoverATM、IPoverSDH、IP/MPLS、ATM/MPLS等）、局域网技术（以太网技术：10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s、VAN等）、LMDS等；在工作层面上，它既不是局域网在地理范围上的简单扩大，也不是广域网在规模、地理范围上的缩小，而是两者巧妙、科学、合理地综合应用（取长补短地融合以及交互使用）；在传输媒质上，主要采用光纤、铜线、同轴电缆、5类UTP电缆、微波以及它们的综合等；在接入方式上主要采用以太网、xDSL、DDN、FR、LMDS、ATM、扩频微波等。它主要提供普通家庭用户和集团用户高速接入因特网、局域网互连以及VPN/VPDN等业务。相对于因特网（163网）来讲，它可被看作是骨干因特网的高速城域接入（自然延伸）；相对于城域本身来讲，它又是一个相对独立的城市范围内的宽带 IP数据网络。所以从概念上讲，它既是一个宽带接入网，又是一个“本地宽带交换网”，与普通接入网的最大区别，仅在于比接入网多了交换或交叉连接功能。总之，宽带 IP城域网应是宽带、高性能、综合多种业务、覆盖面广，既具有电信级安全可靠保证，又可满足大量 IP业务增长需求，且便于维护、管理的网络。11.2城域网技术存在的不足（一）随着业务数据业务的增加，传统以 TDM为核心的SDH网络逐步向以IP为核心的包传送网络转变。基于SDH的MSTP虽然从一定程度上满足了分组业务的需要，但是其核心依然是TDM，只是在接口侧进行了IP业务的封装，将难以满足未来以数据业务为主网络的需要，在这样的背景下，分组传送网络（PTN）的概念被提了出来，PTN是以IP为内核的新一代传送网络，它不仅继承了SDH网络的优点，而且增加了适应数据业务的特点：分组交换，统计复用，面向链接的MPLS等，是传统SDH网络无法媲美的。（二）WDM传输模式多为点到点链型或环型系统，不能满足未来网状网的需求：不具备波长级的业务调度能力；光层管理层能力比较弱，无法满足端到端的性能监测及故障定位。新一代的光传送网络具有组网灵活，具备电信级的保护能力等特点，完全能够满足城域网未来发展的需求。1.3 城域网的设计原则（1）技术先进性建立计算机网络是一个动态的过程。在这个过程中将不断有新技术产生，有新产品出现，因此，一定要采用最先进的组网技术，选用代表当今世界潮流趋势的计算机公司的网络产品，才能在未来的技术发展中保持技术领先。（2）国际标准及开放性采用的设备和技术要规范化，标准化，各种技术指标要符合国际或国内标准。宽带城域网的建设应采用成熟现进的通信设备，标准的光纤传输网络系统，数据通信网络采用国际规范和广泛使用的TCP/IP通信协议。（3）安全可靠性保证网络系统具备很高的安全性和可靠性，单点故障不会是局部网络失去与整个网络的连接，多点故障不会造成整个网络被分成互不相连的部分。安全性与可靠性同样重要，除了系统等级提供多种安全控制的手段外，网络设计也同样要提供保障其安全的手段。（4）网络可管理性有效地网络管理是网络可靠、高效运行的保障，采用的网络设备和结构是要是易于管理的。网络是一条信息公路，设计时必须提供足够的手段对信息公路进行方便的管理，对各节点和线路进行实时的远程检测、远程监控和远程控制，以确保网络故障时被及时的发现、分析和排除，保证网络系统始终在最佳状态下2运行。（5）规模可扩展性及灵活性保证今后业务发展时，网络系统可灵活扩展，而又保证用户当前的投资。随着业务的不断扩大，技术也在不断地更新，计算机应用水平越来越高， 要适应这种变化，网络在配置上必须是可扩充的。（6）选择合适的路由协议应具备很好的收敛性和可扩展性，同时保证其网络额外开销是最小的。故障恢复的时间短网络主要设备支持冗余功能，网络主干具备备份功能，能使网络故障在最少的时间内恢复。（8）独立设计、综合优化根据网络现状和客户需求设计和配置网络协议，并对其进行综合优化和组合，以满足网络具有较高性能和可靠性。（9）高性价比充分考虑经济性和实用性，选择性能好、价格合理的产品和技术，有较高的性能价格比。（10）网络的兼容性当一个已有的网络在采用新技术或新的网络设备进行改进、 扩充和升级时，这些新的网络设施（软、硬件）是否能与原有的或其他的网络设施兼容是非常重要的。兼容性好可以保护原有的投资，可使新投资与原有的投资同时发挥效益。（11）网络开放性网络开放性的好坏，实际是指构造网络所选用的网络硬件、 软件产品的开放性如何，网络产品是否可与其他厂商产品联网。 包括是否具有支持多种网络协议的能力，是否支持通用的国际标准，或普遍使用的工业标准等等。 开放性好的网络不但可以在一个网络系统上使用其他厂家的网络产品而实现“无缝联接”，而且为进一步的网络应用环境的集成、实现网络的可互操作性提供了基础条件。网络的开放性好，也为网络的扩充、发展以及新的应用领域开阔了天地。否则，不仅网络的应用和发展受到限制，而且会导致投资浪费。3第二章 城域网中的核心技术2.1ATM技术2.1.1ATM 技术的简介异步传输模式(AsynchronousTransferMode，缩略语为ATM），又叫信息元中继。异步传输模式（ATM）在ATM参考模式下由一个协议集组成。ATM采用面向连接的交换方式，它以信元为单位。每个信元长53字节。其中报头占了5字节。信息元中继（cellrelay）的一种标准的（ITU）实施方案，这是一种采用具有固定长度的分组（信息元）的交换技术。之所以称其为异步，是因为来自某一用户的、含有信息的信息元的重复出现不是周期性的。ATM是一种面向连接的技术，是一种为支持宽带综合业务网而专门开发的新技术，它与现在的电路交换无任何衔接。当发送端想要和接收端通信时、它通过UNI发送一个要求建立连接的控制信号。接收端通过网络收到该控制信号并同意建立连接后，一个虚拟线路就会被建立。与同步传递模式（STM）不同，ATM采用异步时分复用技术（统计复用）。来自不同信息源的信息汇集在一个缓冲器内排队。列中的信元逐个输出到传输线上， 形成首尾相连的信息流。ATM具有以下特点：因传输线路质量高，不需要逐段进行差错控制。ATM在通信之前需要先建立一个虚连接来预留网络资源，并在呼叫期间保持这一连接，所以ATM以面向连接的方式工作。信头的主要功能是标识业务本身和它的逻辑去向，功能有限。信头长度小，时延小，实时性较好。ATM能够比较理想地实现各种 QoS，既能够支持有连接的业务，又能支持无连接的业务。是宽带 ISDN（B-ISDN）技术的典范。2.1.2ATM 工作原理与存在的问题异步传输模式的主要优点是具有以每秒高达2千兆的速度传播声音、数据、图形及视频图像的能力。它允许网络管理者在工作站要求改变时动态重组LAN。当前，LAN的分段原则是一个工作站与它的LAN服务器的地理位置较近，ATM将允许网络管理者建立一个逻辑的而不是物理的分段。一个ATM开关将允许你建立一个完全不依赖于网络的物理结构的逻辑网络。异步传输模式提供了任何两个同点间的点到点的连接， 保证两点间可有完全4的网络带宽——每秒45兆位或155兆位（标准草案中规定的两个接口速度）。因为ATM是独立于介质，它能在一定速度范围内操作。异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCⅡ编码，将发送“00110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。异步传输的实现比较容易，由于每个信息都加上了“同步”信息，因此计时的漂移不会产生大的积累，但却产生了较多的开销。在上面的例子，每 8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加 25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说， 25%的负载增值就相当严重了。因此，异步传输常用于低速设备。2.2MPLS技术2.2.1 什么是MPLS技术多协议标签交换（MPLS：Multi-ProtocolLabelSwitching）技术是一种开放的通信网上利用标签引导数据高速、 高效传输的新技术。它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性。 其主要优点是减少了网络复杂性， 兼容现有各种主流网络技术，能降低 50%网络成本，在提供 IP业务时能确保 QoS和安全性，具有流量工程能力。此外， MPLS能解决VPN扩展问题和维护成本问题。2.2.2 几个基本概念（1）转发等价类5MPLS作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的分组归为一类，称为FEC（ForwardingEquivalenceClass，转发等价类）。相同 FEC的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理。FEC的划分方式非常灵活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型或VPN等为划分依据的任意组合。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一个目的地址的所有报文就是一个 FEC。（2）标签标签是一个长度固定，仅具有本地意义的短标识符，用于唯一标识一个分组所属的FEC。一个标签只能代表一个FEC。标签长度为4个字节，其结构如图 1所示。标签共有4个域：图1标签的封装结构标签共有4个域：Label：标签值字段，长度为 20bits，用来标识一个 FEC。Exp：3bits，保留，协议中没有明确规定，通常用作 CoS。S：1bit，MPLS支持多重标签。值为 1时表示为最底层标签。TTL：8bits，和IP分组中的TTL意义相同，可以用来防止环路。2.2.3 基本原理MPLS的基本原理是以一个类似于路由器的设备来控制 ATM的硬件交换机。MPLS是属于第三层交换技术，引入了基于标记的机制，它把路由和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径。 MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分交换路由器（ LER）组成。LSR的作用可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成， LSR就是实现了MPLS功能的ATM交换机；LER的作用是分析 IP包头，用于决定相应的传送级别和标签交换路径（LSP），于是该系统既具备ATM交换机高速交换功能，又能支持强大的路由功能。也就是将第二层的ATM交换机换成LSR，LER可以是具有MPLS功能的ATM交换机，也可以是具有MPLS功能的路由器。2.2.4MPLS网络的组成MPLS网络由3部分组成：（1）标记边缘路由器（LER）：LER是位于MPLS网络边缘的第三层路由6设备，是将标记加到进来的数据包上， 又在包出去的时候将标记取消， 并能够提供增值的第三层服务，如安全性、网络流量计算和 QoS分类等。（2）标记交换路由器（LSR）：位于一个多协议标签交换 (MPLS)网络的中间。它为转换这个标签用于路由分组负责。当一个 LSR接收到一个分组，它使用这个包含在这个分组头部的标签做为一个索引来决定在标签交换通道 (LSP)中的下一跳，和一个来自查寻表分组相应的标签。旧的标签然后被从这个头部移除，和在这个分组被路由转发之前被替换为新的标签。（3）标签分发协议（LDP）：是MPLS体系中的一种主要协议。在 MPLS网络中，两个标签交换路由器（ LSR）必须用在它们之间或通过它们转发流量的标签上达成一致。2.2.5MPLS的工作过程（1）使用现有的路由协议，如OSPF,IGRP等，建立到终点网络的连接，LDP完成标记到终点的映射；（2）输入端标记边缘路由器接收到分组，完成第三层功能，并给分组贴上标记；（3）标记交换机对带有标记的分组进行交换（4）在输出端的MPLS边缘路由器中去掉标记，并将分组传送给终端用户2.2.6MPLS技术的特点（1）MPLS在网络中的分组转发是基于定长标签，由此简化了转发机制，使得转发路由器容量很容易扩展到太比特级。（2）充分采用原有的 IP路由，在此基础上加以改进；保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点。（3）采用ATM的高效传输交换方式，抛弃了复杂的 ATM信令，无缝地将IP技术的优点融合到硬件转发中。（4）MPLS网络的数据传输和路由计算分开， 是一种面向连接的传输技术，能够提供有效的 QoS保证。（5）MPLS不但支持多种网络层技术，而且是一种与链路层无关的技术，它同时支持X.25、帧中继、ATM、PPP、SDH、DWDM等，保证了多种网络的7互联互通，使得各种不同的网络传输技术统一在一个 MPLS平台上。（6）MPLS支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的网络扩展性。（7）MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输。（8）MPLS支持流量工程、CoS、QoS和大规模的虚拟专用网。2.3 接入技术2.3.1 基于双绞线的ADSL技术非对称数字用户线系统（ADSL）是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现高速、高带宽的数据接入的一种技术。ADSL是DSL的一种非对称版本，它采用FDM（频分复用）技术和DMT调制技术，在保证不影响正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。从实际的数据组网形式上看， ADSL所起的作用类似于窄带的拨号 Modem，担负着数据的传送功能。按照OSI七层模型的划分标准，ADSL的功能从理论上应该属于七层模型的物理层。它主要实现信号的调制、提供接口类型等一系列底层的电气特性。同样，ADSL的宽带接入仍然遵循数据通信的对等层通信原则，在用户侧对上层数据进行封装后，在网络侧的同一层上进行开封。因此，要实现ADSL的各种宽带接入，在网络侧也必须有相应的网络设备相结合。ADSL的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成， 中央交换局端模块包括中心 ADSLModem和接入多路复用系统 DSLAM,,远端模块由用户ADSLModem和滤波器组成。ADSL能够向终端用户提供8Mbps的下行传输速率和1Mbps的上行速率，比传统的28.8Kbps模拟调制解调器将近快200倍，这也是传输速率达128Kbps的ISDN（综合业务数据网）所无法比拟的。与电缆调制解调器（ CableModem）相比，ADSL具有独特的优势是：它是针对单一电话线路用户的专线服务，而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享同一带宽。 尽管电缆调制解调器的下行速率比 ADSL高，但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网，电缆调制解调器的性能将大大下降。另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于ADSL。2.3.2 光纤接入技术8光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。光纤接入网指的是接入网中的传输媒质为光纤的接入网。 光纤接入网从技术上可分为两大类：即有源光网络 (AON，ActiveOpticalNetwork)和无源光网络(PON，PassiveOpticaOpticalNetwork)。有源光网络又可分为基于 SDH的AON和基于PDH的AON,本文只讨论SDH（同步光网络）系统。（1）接入网用SDH系统有源光网络的局端设备（CE）和远端设备（RE）通过有源光传输设备相连，传输技术是骨干网中已大量采用的SDH和PDH技术，但以SDH技术为主。远端设备主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能。局端设备主要完成接口适配、复用和传输功能。此外，局端设备还向网络管理系统提供网管接口。在实际接入网建设中，有源光网络的拓扑结构通常是星型或环行。 在接入网中应用SDH（同步光网络）的主要优势在于： SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性；SDH固有的灵活性使对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用 SDH系统尤其适合。当然，考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性， 适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑，低功耗和低成本的新型系统，其市场应用前景看好。接入网用SDH的最新发展趋势是支持 IP接入，目前至少需要支持以太网接口的映射，于是除了携带话音业务量以外，可以利用部分 SDH净负荷来传送 IP业务，从而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多种，除了现有的PPP方式外，利用VC12的级联方式来支持IP传输也是一种效率较高的方式。总之，作为一种成熟可靠提供主要业务收入的传送技术在可以预见的将来仍然会不断改进支持电路交换网向分组网的平滑过渡。（2）无源光网络PON无源光网络（PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率， 提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。 PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率信号。特别是一个 ATM化的无源光网络（APON）可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的 PDH/SDH接入系统低20%—40%。APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是 VP专线业务。相对普通专9线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低，体积小，省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其它业务，成为名副其实的全业务接入网系统。APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。目前第一代的实际APON产品的业务供给能力有限，成本过高，其市场前景由于ATM在全球范围内的受挫而不确定，但其技术优势是明显的。特别是综合考虑运行维护成本， 在新建地区，高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区，此时敷设 PON系统，无论是FTTC，还是FTTB方式都是一种有远见的选择。在未来几年能否将性能价格比改进到市场能够接受的水平是APON技术生存和发展的关键。光纤接入技术与其他接入技术（如铜双绞线、同轴电缆、五类线、无线等）相比，最大优势在于可用带宽大，而且还有巨大潜力可以开发，在这方面其他接入技术根本无法与其相比。光纤接入网还有传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高、节约管道资源等特点。另外，SDH和APON设备的标准化程度都比较高，有利于降低生产和运行维护成本。当然，与其他接入技术相比，光纤接入网也存在一定的劣势。最大的问题是成本还比较高。尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高。另外，与无线接入相比，光纤接入网还需要管道资源。这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术，但又不得不选择无线接入技术的原因。根据光网络单元的位置，光纤接入方式可分为如下几种：FTTR（光纤到远端接点）；FTTB（光纤到大楼）；FTTC（光纤到路边）；FTTZ（光纤到小区）；FTTH（光纤到用户）。光网络单元具有光/电转换、用户信息分接和复接，以及向用户终端馈电和信令转换等功能。当用户终端为模拟终端时，光网络单元与用户终端之间还有数模和模数的转换器。10第三章 路由器、交换机及服务器3.1路由器3.1.1 路由器的简介路由器是在网络层实现互连的设备。路由器实现网络层上数据包的存储转发，它具有路径选择功能．可依据网络当前的拓扑结构，选择“最佳”路径，把接收到的数据包转发出去，从而实现网络负载平衡，减少网络拥塞。路由器工作在网络层，用于连接不同的局域网和广域网，故称为“LAN网间互联设备”。一个路由器可以连接两个局域网、一个局域网和一个广域网，或两个局域网，如图2.27所示。例如，可用路由器将一个以太局域网与一个FDDl局域网相连，或与X.25公用分组交换网相连。[1]路由器是互联网络中必不可少的网络设备之一，路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。3.1.2 路由器的功能路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于OSI模型的第三层--网络层。指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输.第一，网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；第二，数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；第三，网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。为了完成“路由”的工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路由表（RoutingTable），供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。11在路由器中涉及到两个有关地址的名字概念， 那就是：静态路由表和动态路由表。由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态（ static）路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的， 它不会随未来网络结构的改变而改变。动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（ RoutingProtocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。3.1.3 路由器的工作原理现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号时，信号传递的步骤如下：第1步：用户A1将目的用户C3的地址C3，连同数据信息以数据帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点，当路由器 A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把数据帧接收下来。第2步：路由器A5端口接收到用户 A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户 C3的最佳路径。因为从分析得知到C3的网络ID号与路由器的 C5网络ID号相同，所以由路由器的 A5端口直接发向路由器的 C5端口应是信号传递的最佳途经。第3步：路由器的C5端口再次取出目的用户 C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，如果在网络中有交换机则可先发给交换机，由交换机根据MAC地址表找出具体的网络节点位置；如果没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据帧发送给用户C3，这样一个完整的数据通信转发过程也完成了。从上面可以看出，不管网络有多么复杂，路由器其实所作的工作就是这么几步，所以整个路由器的工作原理基本都差不多。当然在实际的网络中还远比上图所示的要复杂许多，实际的步骤也不会像上述那么简单，但总的过程是这样的。3.1.4 路由器的分类按性能档次分为高、中、低档路由器。通常将路由器吞吐量大于40Gbps的路由器称为高档路由器，背吞吐量在25Gbps~40Gbps之间的路由器称为中档路由器，而将低于25Gbps的看作低档路由器。当然这只是一种宏观上的划分标准，各厂家划分并不完全一致，实际上路由器档12次的划分不仅是以吞吐量为依据的， 是有一个综合指标的。以市场占有率最大的Cisco公司为例，12000系列为高端路由器，7500以下系列路由器为中低端路由器。从结构上分为“模块化路由器”和“非模块化路由器”。模块化结构可以灵活地配置路由器，以适应企业不断增加的业务需求，非模块化的就只能提供固定的端口。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。从功能上划分，可将路由器分为“骨干级路由器”，“企业级路由器”和“接入级路由器”。骨干级路由器是实现企业级网络互连的关键设备，它数据吞吐量较大，非常重要。对骨干级路由器的基本性能要求是高速度和高可靠性。为了获得高可靠性，网络系统普遍采用诸如热备份、双电源、双数据通路等传统冗余技术，从而使得骨干路由器的可靠性一般不成问题。企业级路由器连接许多终端系统，连接对象较多，但系统相对简单，且数据流量较小，对这类路由器的要求是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，同时还要求能够支持不同的服务质量。接入级路由器主要应用于连接家庭或ISP内的小型企业客户群体。按所处网络位置划分通常把路由器划分为“边界路由器”和“中间节点路由器”。很明显"边界路由器"是处于网络边缘，用于不同网络路由器的连接；而"中间节点路由器"则处于网络的中间，通常用于连接不同网络，起到一个数据转发的桥梁作用。由于各自所处的网络位置有所不同，其主要性能也就有相应的侧重，如中间节点路由器因为要面对各种各样的网络。如何识别这些网络中的各节点呢？靠的就是这些中间节点路由器的MAC地址记忆功能。3.2交换机3.2.1 交换机的简介交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。 交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机（ switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。实际上，交换机有时被称为多端口网桥。3.2.2交换机的功能13交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。交换机还具备了一些新的功能，如对 VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。 交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网） 之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或 FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。最后简略的概括一下交换机的基本功能：1．像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口， 这样可以采用星型拓扑布线。2．像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。3．像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。4．像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。5．除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能3.2.3 交换机的原理工作在数据链路层，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上， 控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的 MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口， 目的MAC 若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部 MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照 IP地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播， 即广播14域。端口交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的物理网段（注：非 IP网段），连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点 A向节点D发送数据时，节点 B可同时向节点 C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。传输交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应。交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。交换机都支持全双工。全双工的好处在于迟延小，速度快。提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是“半双工”，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生。3.2.4 交换机的分类从广义上来看，网络交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、 FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。 各厂商划分的尺度并不是完全一致的， 一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式（插槽数较少），也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式（功能较为简单）。另一方面，从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。本文所介绍的交15换机指的是局域网交换机。3.3 服务器3.3.1 服务器的简介服务器，也称伺服器。服务器是网络环境中的高性能计算机， 它侦听网络上的其他计算机（客户机）提交的服务请求，并提供相应的服务，为此，服务器必须具有承担服务并且保障服务的能力。 有时，这两种定义会引起混淆，如域名注册查询的Web服务器。它的高性能主要体现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。服务器的构成与微机基本相似，有处理器、硬盘、内存、系统总线等，它们是针对具体的网络应用特别制定的，因而服务器与微机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在很大差异。一个管理资源并为用户提供服务的计算机软件，通常分为文件服务器（能使用户在其它计算机访问文件），数据库服务器和应用程序服务器。服务器是网站的灵魂，是打开网站的必要载体，没有服务器的网站用户无法浏览。服务器就像一块敲门砖，就算网站在搜索引擎里的排名再好，网站打不开，用户无法浏览，网站就没有用户体验可言，网站能被打开是第一个重点。Web服务器。它可能是指用于网站的计算机，也可能是指像Apache这样的软件，运行在这样的计算机上以管理网页组件和回应网页浏览器的请求。3.3.2 服务器的功能服务区是一种高性能的计算机，作为网络的节点，存储、处理网络上百分之八十的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。做一个形象的比喻：服务器就像是邮局的交换机，而微机、笔记本、PDA、手机等固定或移动的网络终端，就如散落在家庭、各种办公场所、公共场所等处的电话机。我们与外界日常生活、工作中的电话交流、沟通，必须经过交换机，才能到达目标电话；同样如此，网络终端设备如家庭、企业中的微机上网，获取资讯，与外界沟通、娱乐等。也必须经过服务器，因此也可以说是服务器在“组织”和“领导”这些设备。3.3.3 服务器的工作原理16一个Web服务器也被称为HTTP服务器，它通过HTTP协议与客户端通信。这个客户端通常指的是Web浏览器。Web服务器的工作原理简单的可以归纳为：客户机连接服务器，客户端向服务器发送请求，服务器向客户机发送应答，客户机与服务器断开。一个简单的事务处理事件就是这样实现的，看起来不简单，做起来其实也是挺简单的，呵呵需要注意的是客户机与服务器直接的通信是非连接的，也就是当服务器发送了应答后就与客户机断开连接，等待下一次请求。HTTP是一种让Web服务器与浏览器(客户端)通过Internet发送与接收数据的协议。它是一个请求、响应协议 --客户端发出一个请求，服务器响应这个请求。HTTP运用可靠的TCP连接，通常用的TCP80端口。在HTTP中，客户端总是通过建立一个连接与发送一个HTTP请求来发起一个事务。服务器不能主动去与客户端联系，也不能给客户端发出一个回叫连接。客户端与服务器端都可以提前中断一个连接。例如，当用一个浏览器下载一个文件时，你可以通过点击“停止”键来中断文件的下载，关闭与服务器的HTTP连接。3.3.4 服务器的分类按照体系架构来区分，服务器主要分为两类：非x86服务器：包括大型机、小型机和UNIX服务器，它们是使用RISC（精简指令集）或EPIC（并行指令代码）处理器，并且主要采用UNIX和其它专用操作系统的服务器，精简指令集处理器主要有IBM公司的POWER和PowerPC处理器，SUN与富士通公司合作研发的SPARC处理器、EPIC处理器主要是Intel研发的安腾处理器等。这种服务器价格昂贵，体系封闭，但是稳定性好，性能强，主要用在金融、电信等大型企业的核心系统中。86服务器x86服务器：又称CISC（复杂指令集）架构服务器，即通常所讲的PC服务器，它是基于 PC机体系结构，使用 Intel或其它兼容x86指令集的处理器芯片和Windows操作系统的服务器。价格便宜、兼容性好、稳定性较差、安全性不算太高，主要用在中小企业和非关键业务中。 按应用层次划分通常也称为“按服务器档次划分”或 “按网络规模”分，是服务器最为普遍的一种划分方法，它主要根据服务器在网络中应用的层次（或服务器的档次来）来划分的。要注意的是这里所指的服务器档次并不是按服务器 CPU主频高低来划分，而是依据整个服务器的综合性能，特别是所采用的一些服务器专用技术来衡量的。17第四章 网络构成图18第五章 系统报价产品型号 华为S5700-24TP-SI(AC)价格 4800基本参数 产品类型千兆以太网交换机应用层级三层传输速率10/100/1000Mbps交换方式存储-转发背板带宽256Gbps包转发率36MppsMAC地址表16K功能参数 支持基于MAC/协议/IP子网/策略/端口的VLAN支持1:1和N:1VLAN交换功能QOS支持对端口接收和发送报文的速率进行限制19支持报文重定向支持基于端口的流量监管，支持双速三色CAR功能每端口支持8个队列支持WRR、DRR、SP、WRR＋SP、DRR+SP队列调度算法支持报文的802.1p和DSCP优先级重新标记支持L2（Layer2）-L4（Layer4）包过滤功能，提供基于源 MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、端口、协议、