企業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

摘要：該文闡述了江蘇工業(yè)企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想以及選用的計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品。重點(diǎn)介紹了發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)效率、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全、構(gòu)建信息化平臺(tái)中應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題以及采取的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；千兆以太網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)14-20852-03

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

選用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要具有先進(jìn)性，但也要注意實(shí)用成熟和安全可靠，要防止出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)剛剛建成技術(shù)就已落后的情況；同時(shí)也要注意防止由于技術(shù)過(guò)于先進(jìn)，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有人用過(guò)或應(yīng)用甚少，使得出現(xiàn)問(wèn)題難以解決。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、開(kāi)發(fā)工具、應(yīng)用軟件都應(yīng)選擇具有較長(zhǎng)的生命周期，保護(hù)用戶的投資效益。

1.1 網(wǎng)絡(luò)安全性

由于企業(yè)網(wǎng)的特殊性，網(wǎng)絡(luò)的安全性在本次網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中是比較重要的，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須保證萬(wàn)無(wú)一失的安全性，并對(duì)各個(gè)部門的信息要有嚴(yán)格分離保護(hù)的辦法，防止網(wǎng)絡(luò)黑客非法入侵。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)配備全面的病毒防治和安全保護(hù)功能。

1.2 易管理易操作性

必須采用智能型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，保證全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、路由器）均可用一套統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理；網(wǎng)管軟件要求界面為圖形界面；所有站點(diǎn)重新分配網(wǎng)段、虛網(wǎng)的重新配置、所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重新配置均可通過(guò)網(wǎng)管軟件由網(wǎng)管站實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)布線的設(shè)計(jì)要求便于管理和維護(hù)，當(dāng)某條鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，必須可以在主設(shè)備間或配線間內(nèi)重新配置。

1.3 技術(shù)先進(jìn)性

當(dāng)今世界，通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異，我們的方案應(yīng)該適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的潮流，既要保證網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性，同時(shí)又要確保各項(xiàng)技術(shù)的成熟性。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)化

計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備資源的共享，把不同廠商的設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行互連。在一個(gè)復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，必然有多個(gè)廠商的硬件及軟件，為了保證用戶的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有互操作性、可用性、可靠性、可擴(kuò)充性、可管理性，需要建立一個(gè)開(kāi)放式、遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1.5 可擴(kuò)展性

由于用戶業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必然隨之不斷擴(kuò)大，為此，目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)必然為今后的擴(kuò)充留有足夠的余地，以保護(hù)用戶的投資，并且不影響原有用戶的工作。

1.6 可用性

由于本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的時(shí)效性、可靠性要求較高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的可用性。我們的方案要充分考慮用戶的費(fèi)用情況，不但理論上可行，更重要的是實(shí)際上可用，最好地適應(yīng)用戶的需要。

1.7 兼容性

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有良好的兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)與不同類型的子網(wǎng)的無(wú)縫連接。

1.8 可靠性

為使網(wǎng)絡(luò)可靠地運(yùn)行，我們方案中要選用高品質(zhì)的產(chǎn)品，把故障率降到最小。

1.9 冗余性

在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮為網(wǎng)絡(luò)留有適當(dāng)?shù)娜哂喽龋布O(shè)備應(yīng)具備一定的冗余模塊，以提高網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)能力。

1.10 容錯(cuò)性

設(shè)備容錯(cuò)性：所選用設(shè)備必須具有全容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，一臺(tái)設(shè)備中單個(gè)電源、單個(gè)風(fēng)扇的故障不影響設(shè)備工作，單個(gè)模塊的故障不影響其它模塊的正常工作；設(shè)備應(yīng)具有熱修復(fù)能力，即當(dāng)設(shè)備的某些部件發(fā)生故障時(shí)，可以帶電更換而不影響設(shè)備其它部件工作，新更換部件可直接投入工作而不必重新引導(dǎo)整個(gè)設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容錯(cuò)：不能因某臺(tái)設(shè)備的故障而影響到整個(gè)主干網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行；任意一條鏈路的中斷不能使得主干網(wǎng)絡(luò)的任何部分中斷工作。

2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型

2.1 交換以太網(wǎng)技術(shù)

交換以太網(wǎng)是新近發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它在保證與以太網(wǎng)協(xié)議兼容的前提下，提高網(wǎng)絡(luò)利用率，減少網(wǎng)絡(luò)資源爭(zhēng)奪造成的沖突，使網(wǎng)絡(luò)性能大幅度提高，以滿足各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊蟆?/p>

交換以太網(wǎng)從產(chǎn)生發(fā)展到今天在技術(shù)上分為兩種：靜態(tài)交換和動(dòng)態(tài)交換。

靜態(tài)交換：將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)網(wǎng)段，網(wǎng)絡(luò)管理員可以通過(guò)網(wǎng)管平臺(tái)分配各個(gè)網(wǎng)段的負(fù)載，即網(wǎng)絡(luò)管理員可以只利用鼠標(biāo)就可將工作站從資源爭(zhēng)奪緊張的網(wǎng)段移到其它沖突較少的網(wǎng)段上。

靜態(tài)交換使得網(wǎng)絡(luò)管理員不必到現(xiàn)場(chǎng)接插線路，而是在網(wǎng)管平臺(tái)面前輕松地改變網(wǎng)絡(luò)配置，以調(diào)整各網(wǎng)段間的負(fù)載。靜態(tài)交換需要網(wǎng)絡(luò)管理員的監(jiān)測(cè)才能進(jìn)行被動(dòng)地調(diào)整，而且每個(gè)網(wǎng)段上、網(wǎng)段之間的介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制沒(méi)有改變，網(wǎng)絡(luò)性能沒(méi)有根本地提高。

動(dòng)態(tài)交換：動(dòng)態(tài)交換是在高速總線上支持多對(duì)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行。它不需人工干預(yù)實(shí)時(shí)地將獨(dú)占帶寬分配給一對(duì)節(jié)點(diǎn)；而其它節(jié)點(diǎn)間也可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。動(dòng)態(tài)交換在總線內(nèi)部改變了以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制，使得網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸以獨(dú)占的方式進(jìn)行，就好象在兩個(gè)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)之間有獨(dú)立的傳輸電纜一樣，使網(wǎng)絡(luò)效率大大提高。

動(dòng)態(tài)交換分為端口交換和網(wǎng)段交換兩種。端口交換適用于高速節(jié)點(diǎn)如服務(wù)器、多媒體工作站的連接，它連接節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不多，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有很高的傳輸速率；網(wǎng)段交換適用于沒(méi)有特別速率要求的工作站網(wǎng)段，交換的高性能體現(xiàn)在網(wǎng)段之間、網(wǎng)段與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸上。同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，動(dòng)態(tài)交換被不斷加進(jìn)新的性能，如對(duì)虛網(wǎng)的支持和對(duì)數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)的支持等。

2.2 FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口技術(shù)）

FDDI網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是用光纖構(gòu)成的反向旋轉(zhuǎn)的雙環(huán)形拓樸結(jié)構(gòu)，用令牌傳遞的協(xié)議方式傳遞數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)上速率達(dá)到100Mb/s。由于光纖介質(zhì)具有高的傳輸性能和具有容錯(cuò)機(jī)制，適用于在較長(zhǎng)距離（20公里）內(nèi)工作。FDDI協(xié)議使用可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包傳遞信息。由于較少受傳輸距離限制，所以它特別適用于園區(qū)網(wǎng)絡(luò)或較長(zhǎng)距離的局域主干網(wǎng)絡(luò)。但FDDI進(jìn)一步推廣受到較高的價(jià)格的影響，另外目前受到新型的ATM技術(shù)的挑戰(zhàn)。

2.3 快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）技術(shù)

快速以太網(wǎng)具有100Mb/s的數(shù)據(jù)通信速率。由于它與10base-T局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)控制機(jī)制和電纜聯(lián)接分布結(jié)構(gòu)相兼容。故而在需要提高局域網(wǎng)通訊速率應(yīng)用的同時(shí)，則從技術(shù)上經(jīng)濟(jì)上都具有較強(qiáng)的吸引力。目前通常采用10/100的網(wǎng)絡(luò)適配卡來(lái)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率10/100的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。100base-T也使用載波偵聽(tīng)多重訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)技術(shù)（CSMA/CD）作為訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)算法。其特點(diǎn)是具有不確定的延時(shí)和其通過(guò)量依賴于有最少的網(wǎng)絡(luò)碰撞和試圖重發(fā)的有效的信道利用。但當(dāng)遇到頻繁的發(fā)送碰撞和重發(fā)的重負(fù)荷時(shí)，其通訊效率將會(huì)下降到理論設(shè)計(jì)速率50%以下。目前解決這種傳輸速率下降的技術(shù)措施，即向每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供專用的快速網(wǎng)段，可以減輕采用算法引起的問(wèn)題。但必須要增加快速以太網(wǎng)交換機(jī)各個(gè)交換端口的網(wǎng)絡(luò)交換能力。把負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移給交換機(jī)來(lái)完成。由于100base-T能夠與10base-T網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的反向兼容性，以及在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)方便性和建網(wǎng)費(fèi)用較低，因而近期在局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃中較為廣泛地被采用。

快速以太網(wǎng)的另一種技術(shù)是100VG-Anylan（IEEE 802.12標(biāo)準(zhǔn)），它使用較為復(fù)雜的令牌傳遞算法。要求用100VG-Anylan適配卡來(lái)裝備工作站，并需配備相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件。其工作速率也達(dá)到100Mb/s。其通訊協(xié)議采用被稱為按需優(yōu)先級(jí)訪問(wèn)方法（DPAM）。在共享傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)絡(luò)中，傳遞話音或視頻信息等對(duì)延時(shí)敏感的通訊時(shí)，顯示出按需優(yōu)先級(jí)訪問(wèn)算法優(yōu)于載波偵聽(tīng)多重訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)的訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)算法。它能較好地利用帶寬。在線路結(jié)構(gòu)上需要四對(duì)線路同時(shí)被利用。這種技術(shù)是由HP公司開(kāi)發(fā)和支持的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這種按需優(yōu)先級(jí)訪問(wèn)算法是一種新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，目前應(yīng)用較少，且缺少對(duì)其產(chǎn)品的診斷技術(shù)，性能價(jià)格比不及100base-T技術(shù)。

快速以太網(wǎng)與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)相比，此外它還具備以下優(yōu)點(diǎn)：

快速以太網(wǎng)和普通以太網(wǎng)一樣遵循CSMA/CD協(xié)議，現(xiàn)有的10BaseT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以相當(dāng)簡(jiǎn)便地升級(jí)到快速以太網(wǎng)，保護(hù)用戶原有的投資，與其它新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，更方便地使現(xiàn)有的10Mbps LAN無(wú)縫連接到100Mbps LAN上；

100BaseT集線器和網(wǎng)絡(luò)接口卡，只需要比10BaseT同樣的設(shè)備多花少量費(fèi)用就可提供比普通以太網(wǎng)高10倍的性能。因此，100BaseT具備較高的性能價(jià)格比；

快速以太網(wǎng)(100BaseT)已得到IEEE任命標(biāo)準(zhǔn)為802.3u，并得到了所有的主流網(wǎng)絡(luò)廠商的支持。

2.4 千兆以太網(wǎng)技術(shù)

千兆以太網(wǎng)是相當(dāng)成功的10Mbps以太網(wǎng)和100Mbps快速以太網(wǎng)連接標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展。IEEE已批準(zhǔn)千兆位以太網(wǎng)工程IEEE 802E TaskForce。

千兆位以太網(wǎng)和已充分建立的以太網(wǎng)與快速以太網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)完全匹配。最初的以太網(wǎng)規(guī)范由幀格式定義，且支持CSMD/CD協(xié)議、全雙工、流控制和由IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的管理項(xiàng)目，千兆位以太網(wǎng)將使用所有這些規(guī)范。

千兆位以太網(wǎng)使用和管理和快以太網(wǎng)相同，所不同的僅僅是比快速以太網(wǎng)快十倍與當(dāng)前的高帶寬需求應(yīng)用程序相協(xié)調(diào)的額外特性，而且和日益增強(qiáng)的服務(wù)器和臺(tái)式計(jì)算機(jī)的功能相匹配。

3 層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(Network Structure)模型設(shè)計(jì)

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，我們?nèi)杂孟率鰧哟谓Y(jié)構(gòu)建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的概念模型（如圖1）。

3.1 核心層Core

核心層應(yīng)該是一個(gè)高速的交換骨干網(wǎng)，其設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是追求高速，其次才考慮那些系統(tǒng)開(kāi)銷較大的功能，如訪問(wèn)表、過(guò)濾器等。

3.2 分支層Distribution

分支層是核心層的邊界，它將影響核心層高速的因素局限在一個(gè)較小的范圍，處理工作組訪問(wèn)，定義廣播/組播域，劃分虛擬網(wǎng)等。

3.3 訪問(wèn)層Access

最終用戶的網(wǎng)路接入點(diǎn)。它可以共享、獨(dú)享或交換帶寬的方式為用戶提供入網(wǎng)的接口。

4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

4.1 減少時(shí)延

本工程是要解決各個(gè)內(nèi)部的局域網(wǎng)建設(shè)問(wèn)題，其目的是要設(shè)計(jì)一個(gè)高速的交換局域網(wǎng)。從理論上將，數(shù)據(jù)包穿過(guò)路由器的時(shí)延要比穿過(guò)交換機(jī)的時(shí)延大得多，這是因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)包穿過(guò)路由器時(shí)，路由器要對(duì)此數(shù)據(jù)包作第三層的處理，而數(shù)據(jù)包穿過(guò)交換機(jī)時(shí)，僅需第二層處理。故在設(shè)計(jì)本方案時(shí)，應(yīng)盡量減少路由模塊，采用Router Server/Centralized Routing技術(shù)方案為宜。

4.2 支持VLAN

有人說(shuō)過(guò)，“網(wǎng)路交換技術(shù)的靈魂是VLAN”，因?yàn)閂LAN能帶來(lái)諸如廣播控制、網(wǎng)路安全、性能提高、管理容易等優(yōu)點(diǎn)。VLAN劃分的技術(shù)通常有如下三種方式：

Port Basis：交換機(jī)或路由器的一個(gè)或多個(gè)端口劃分在一個(gè)VLAN之中。這種技術(shù)又稱為Segment_based VLAN；

Network Address Basis：這種方式是以網(wǎng)絡(luò)層的地址為劃分VLAN的基礎(chǔ)，由此可用不同的網(wǎng)路協(xié)議劃分不同的VLAN；

User_Defined Basis：這種方式更靈活，既可按網(wǎng)路協(xié)議劃分VLAN，又可按MAC地址劃分VLAN。

目前，第一種（Port Basis）方式CAJUN、CISCO、3COM、BAY都支持，第三種方式MADGE支持。

4.3 支持多媒體應(yīng)用

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的應(yīng)用除了對(duì)帶寬的要求外，已不存在多大的問(wèn)題，而一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的應(yīng)用則需要多加考慮。網(wǎng)路設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)考慮設(shè)備應(yīng)支持將交換機(jī)第二層的廣播地址和第三層的D類IP廣播地址建立映照關(guān)系的協(xié)議，以支持多媒體應(yīng)用環(huán)境下的組播應(yīng)用。Cisco采用CGMP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)多媒體組播應(yīng)用。

4.4 負(fù)載均衡

與LAN相比，廣域網(wǎng)帶寬遠(yuǎn)小于LAN，為了充分有效地利用廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的帶寬，讓數(shù)據(jù)流合理地分配到2條線路或兩臺(tái)設(shè)備上，是保證該網(wǎng)能成為高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。

4.5 系統(tǒng)熱備份

設(shè)備之間的冗余備份應(yīng)該是自動(dòng)進(jìn)行的，不需要系統(tǒng)管理員的外界干預(yù)。在VLAN/ELAN之內(nèi)則采用Spanning Tree實(shí)現(xiàn)鏈路熱備份；在ATM LANE上使用SSRP(Simple Server Redundancy Protocol)實(shí)現(xiàn)ATM局域網(wǎng)仿真服務(wù)的容錯(cuò)備份。

5 結(jié)論

組建一個(gè)完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并非易事。有諸多相關(guān)問(wèn)題需要考慮。如所建立的網(wǎng)絡(luò)能否滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)應(yīng)用需求；是否能滿足今后業(yè)務(wù)增長(zhǎng)需要；若新增硬件和軟件是否能方便地接入網(wǎng)絡(luò)；采用什么樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；選擇什么樣的硬件服務(wù)平臺(tái)和軟件服務(wù)平臺(tái)；選擇什么樣的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)才能使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、安全、易于管理；網(wǎng)絡(luò)建成后的生命周期有多長(zhǎng)等等。當(dāng)然還要考慮當(dāng)前的有效投入；如何保護(hù)投資效益；盡量節(jié)省開(kāi)支；如何充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的作用與功能等等諸多方面的問(wèn)題。

總之，正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)原則必須來(lái)自于對(duì)現(xiàn)有組網(wǎng)條件和實(shí)際業(yè)務(wù)需求的理智分析和研究。

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