網(wǎng)絡規(guī)劃與設計第六章 網(wǎng)絡設備選型

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《網(wǎng)絡規(guī)劃與設計》課程6.1常用網(wǎng)絡設備選型6.2網(wǎng)絡設備的互連第六章網(wǎng)絡設備選型26.1常用網(wǎng)絡設備選型第六章網(wǎng)絡設備選型36.1.1交換設備1．交換機的主要功能最基本的交換是物理層的交換。其他層的交換實際上是一種軟交換或虛擬交換，可由軟件和固件實現(xiàn)。以太網(wǎng)交換機是支持以太網(wǎng)接口的多端口網(wǎng)橋。交換機使用硬件實現(xiàn)過濾、學習和轉發(fā)數(shù)據(jù)包。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型42．數(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)交換機內部的MAC地址表查找，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到相應端口。優(yōu)點：不存儲數(shù)據(jù)包，延遲小，交換速度快。缺點：當網(wǎng)段發(fā)生故障，出現(xiàn)殘幀和巨幀時，交換機會將這些錯幀傳播到與它相連的網(wǎng)段上，從而大大降低網(wǎng)絡性能。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型5（2）存儲轉發(fā)式將數(shù)據(jù)包存儲在交換機緩沖區(qū)，檢測數(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，通過查表將數(shù)據(jù)包發(fā)送到相應的輸出端口；如果數(shù)據(jù)包錯誤，則丟棄該數(shù)據(jù)包，處理下一個數(shù)據(jù)包。優(yōu)點：提高了網(wǎng)絡鏈路的利用率。缺點：數(shù)據(jù)處理時延大；大部分交換機采用存儲轉發(fā)交換模式。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型6[圖6-1]模塊化交換機和固定配置交換機第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型73．第2層交換機2層交換機對數(shù)據(jù)包的轉發(fā)，主要是MAC地址查表。MAC地址查表功能較簡單，一般由交換機中的硬件芯片處理，因此速度相當高，只需幾十

s。如果交換機收到一個不認識的數(shù)據(jù)包，交換機會向每一個端口廣播。接收端口回應后，交換機就會學習新的地址，并把它添加到內部MAC地址表中。2層交換機功能單一，價格便宜，往往用做接入層交換機。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型84．第3層交換機3層交換機工作過程為“一次路由，多次交換”。3層交換機可以隔離廣播數(shù)據(jù)包。3層交換機大大減少了“拆包/打包”的工作，因此3層交換機的速度大大高于路由器。3層交換機適用于有多個子網(wǎng)，且不同子網(wǎng)之間需

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

交換機。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型9[案例]三層交換機工作原理第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型105．第4層交換機4層交換機進行數(shù)據(jù)包轉發(fā)時，不僅依據(jù)MAC地址（第2層）或源/目標主機IP地址（第3層），而且依據(jù)TCP/UDP（第4層）端口號。4層交換機功能：數(shù)據(jù)包過濾。負載均衡。服務質量。高可靠。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型11第3層、第4層交換機正在逐步取代速度較慢、價格昂貴的傳統(tǒng)路由器。線速路由交換機：組成：I/O線路卡，交換引擎和路由處理機。每個端口接一塊I/O線路卡，它由專用硬件構成，負責數(shù)據(jù)包的進出排隊和路由識別；交換引擎負責數(shù)據(jù)包的轉發(fā)；路由處理機負責路由計算、服務質量等。交換機與路由器之間的差別逐步淡化。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型126．模塊化交換機與固定配置交換機模塊化交換機提供了一系列的擴展模塊。100M/1000M/10G以太網(wǎng)模塊；VoIP語音模塊；流量控制模塊等。模塊化交換機大部分為3層或4層交換機。模塊化交換機一般作于網(wǎng)絡匯聚層、核心層。固定配置交換機成本低，用于網(wǎng)絡接入層。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型137．交換機技術參數(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；包轉發(fā)速率；MAC地址表大?。还ぷ鲗樱?、3、4層）；數(shù)據(jù)轉發(fā)模式（直通、存儲轉發(fā)）；網(wǎng)絡管理等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型14（1）背板帶寬背板帶寬標志了交換機總的數(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。交換機背板帶寬計算：背板帶寬=單個端口速率×端口數(shù)×2（全雙工）（2）包轉發(fā)速率包轉發(fā)速率（也稱為通吐量）單位為pps（包/秒）第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型158．交換機產(chǎn)品中低端交換機生產(chǎn)廠商很多高端交換機生產(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)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型169．在網(wǎng)絡設計中布置交換機的基本原則可通過增加交換機引擎來提升交換機處理速度。使用交換機或路由器對網(wǎng)絡進行合理分段，這是解決網(wǎng)絡過分擁擠的最好方法。當數(shù)據(jù)包10分鐘內平均碰撞率超過37%時，網(wǎng)絡性能會急劇下降。小于10%的數(shù)據(jù)包碰撞率是可以接受的。50%的網(wǎng)絡帶寬利用率是較為優(yōu)化的網(wǎng)絡環(huán)境。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型17[案例]交換機第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型Cisco交換機JuniperM160交換機186.1.2路由設備1．路由器的主要功能路由器是網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)包轉發(fā)設備。路由器主要功能是網(wǎng)絡協(xié)議轉換和數(shù)據(jù)包路由。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型192．路由器的硬件組成路由功能可以由“服務器+路由軟件”實現(xiàn)，但是運行效率很低。硬件路由器是一臺專用計算機，它由CPU，內存，閃存（相當于硬盤），主板等部件組成。中高端路由器為模塊化結構低端路由器為非模塊化結構第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型20[圖6-2]Cisco路由器產(chǎn)品第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型213．路由器性能指標（1）吞吐量吞吐量與路由器端口數(shù)量、端口速率、數(shù)據(jù)包長度、路由計算模式、測試方法等有關。吞吐量是指在不丟包的情況下,單位時間內通過路由器的數(shù)據(jù)包數(shù)量。（2）丟包率路由器在輕負載條件下（吞吐量10%時），丟包率一般小于0.1%；在重負載條件下（吞吐量80%時），丟包率一般小于0.3%。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型22（3）時延時延原因：傳輸信道造成的鏈路傳輸時延網(wǎng)絡設備中的隊列時延。數(shù)據(jù)業(yè)務對時延抖動不敏感。（4）路由表容量路由器容納的路由條目數(shù)量。（5）其他指標連接認證，VPN，QoS，IP語音，冗余協(xié)議，網(wǎng)管，冗余電源，熱插拔組件等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型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，用交叉線進行連接。（3）AUX（輔助）接口用于遠程Modem撥號，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)服務單元接口卡等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型24（5）NM（網(wǎng)絡模塊）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；語音服務模塊；模擬撥號模塊；入侵檢測模塊；報警控制器模塊等。（6）AIM（高級集成模塊）接口AIM插槽用來安裝1～2個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)字語音模塊等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型25[案例]路由器物理接口第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型266.1.3安全設備1．防火墻設備硬件防火墻是一臺專用計算機，它包括CPU、內存、硬盤、網(wǎng)卡等部件，一般采用機架式結構。防火墻中安裝有網(wǎng)絡操作系統(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：包過濾程序、代理服務器程序、路由程序等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型27[圖6-4]防火墻外觀與內部結構第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型飛塔防火墻28企業(yè)級防火墻軟件：以色列CheckPoint微軟公司ISAServer國外硬件防火墻：飛塔防火墻Juniper（瞻博）公司NetScreenLinkTust（安氏）公司FireWallCisco公司ASA、PIX等國內防火墻廠商：天融信公司、深信服、華為3COM公司等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型296.1.4服務器設備1．PC服務器PC服務器與PC在軟件上完全兼容。PC服務器的要求：高性能（如多CPU，大容量內存等）；高I/O吞吐量（如SAS接口，RAID等）；很好的可靠性（如連續(xù)運行，熱插拔等）。PC服務器NOS：WindowsServer、Linux、FreeBSD等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型30PC服務器國外廠商：IBM、HP、Dell等國內主要廠商：浪潮、曙光、聯(lián)想等。PC服務器的類型：機箱式機架式刀片式等第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型31[圖6-4]機箱式PC服務器主要用于小型企業(yè)網(wǎng)絡，或用于網(wǎng)絡接入層和匯聚層第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型32[圖6-5]機架式PC服務器第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型33[案例]刀片式PC服務器第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型342.集群計算機系統(tǒng)2009年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，世界500強計算機中，有379臺超級計算機采用集群結構，占76％的比例。集群結構是超級計算機的主流體系結構。集群技術將多臺相互獨立的計算機（大多采用PC服務器），通過高速網(wǎng)絡組成一個完整的服務器系統(tǒng)，并以單一系統(tǒng)的模式加以管理，使多臺服務器像一臺機器一樣工作。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型35集群系統(tǒng)可以提供高性能的不停機服務。使用多臺PC服務器組成一臺超級計算機的設計方案，比設計一臺專用超級計算機便宜很多。“天河1號”集群計算機性能：2560個計算節(jié)點，6144個3.0GHz的IntelXeon處理器，2560片4870X2顯卡，內存總容量98TB，點對點通信帶寬40Gbit/s，峰值計算速度達每秒鐘2570萬億次。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型36[圖6-6]集群計算機第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型373．服務器性能指標系統(tǒng)響應速度；作業(yè)吞吐量；并發(fā)訪問處理能力；可用內存；磁盤讀寫時間等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型384．服務器選型分析服務器選型與以下問題相關：與業(yè)務類型相關，不同業(yè)務的開銷不同，對服務器性能的要求也不同。與服務器配置相關，如CPU核心數(shù)，CPU主頻，內存大小等。用戶操作的不確定性。在線用戶數(shù)，用戶并發(fā)會話數(shù)，用戶會話等待時間等，目前尚不能給出一個合理的模型。其他：操作系統(tǒng)開銷，網(wǎng)絡系統(tǒng)開銷，服務器軟件開銷，網(wǎng)絡鏈路性能等。第六章網(wǎng)絡設備選型6.1常用網(wǎng)絡設備選型391.1網(wǎng)絡工程概述網(wǎng)絡工具軟件(參考)[案例]網(wǎng)絡虛擬實驗軟件BOSON6.2網(wǎng)絡設備的互聯(lián)第40頁共99頁6.2.1交換機設備的級聯(lián)交換機級聯(lián)的目的是延長網(wǎng)絡傳輸距離。級聯(lián)的連接方式：星型級聯(lián)、總線級聯(lián)[圖6-7]交換機級聯(lián)模式6.2網(wǎng)絡設備的互聯(lián)第六章網(wǎng)絡設備選型總線級聯(lián)星型級聯(lián)41總線級聯(lián)的優(yōu)點是可以延長網(wǎng)絡傳輸距離，但是級聯(lián)層次越深，最后一級交換機到達中心交換機的信號延遲越大。星型級聯(lián)的優(yōu)點是可以保證網(wǎng)絡帶寬，但是網(wǎng)絡傳輸距離受到了限制。6.2網(wǎng)絡設備的互聯(lián)第六章網(wǎng)絡設備選型總線級聯(lián)星型級聯(lián)426.2.2交換機設備的堆疊交換機堆疊模式可以實現(xiàn)網(wǎng)絡端口和容量的擴展。不是所有交換機都支持堆疊。堆疊需要專用的堆疊電纜和堆疊模塊。疊堆中的交換機必須是同一品牌。交換機最多可堆疊至8層。堆疊模式：菊花鏈堆疊星型堆疊6.2網(wǎng)絡設備的互聯(lián)第六章網(wǎng)絡設備選型431．菊花鏈堆疊模式菊花鏈堆疊是用專用電纜，將多臺交換機以環(huán)路方式串接起來。菊花鏈堆疊