淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高可用性問(wèn)題

[摘要]通過(guò)對(duì)千兆以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研究基礎(chǔ)上,在網(wǎng)絡(luò)端組建一個(gè)環(huán)形的高可用性的通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)于高可用性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇進(jìn)行相關(guān)分析,主要包括CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)分析、交換及路由技術(shù)分析以及虛擬LAN及其交換技術(shù)分析。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)高可用性 路由技術(shù) 虛擬LAN

中圖分類號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0910063-01

快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)技術(shù)是傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)的自然升級(jí),從數(shù)據(jù)鏈路層以上,它們能夠完全地兼容。這對(duì)于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),是一個(gè)很好的選擇[1,2]。以下對(duì)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性及擴(kuò)展性的討論僅僅局限在以太網(wǎng)絡(luò)(包括快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng))的范圍內(nèi)。本文對(duì)于高可用性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇進(jìn)行相關(guān)分析。

一、CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的分析

CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)包括傳統(tǒng)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)三種類型。雖然千兆以太網(wǎng)的執(zhí)行效率與普通CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)相比略有下降,但由于它的傳輸速率是普通CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的100倍,總體性能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)和快速以太網(wǎng)絡(luò)。在目前情況下,千兆以太網(wǎng)由于它的大容量及與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的良好兼容性,已經(jīng)成為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)主干的一種最佳選擇方案。

二、交換及路由技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)帶寬確定的情況下,可以通過(guò)利用交換和路由技術(shù)來(lái)提高該網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬的利用率。

(一)交換技術(shù)

1.網(wǎng)橋分段網(wǎng)絡(luò)。由于CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),在網(wǎng)絡(luò)通訊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生沖突。沖突的產(chǎn)生降低了以太網(wǎng)導(dǎo)線的帶寬,而且這種情況是不可避免的。所以,當(dāng)導(dǎo)線上的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多后,沖突的數(shù)量將會(huì)增加。在以太網(wǎng)網(wǎng)段上放置的最大的節(jié)點(diǎn)數(shù)將取決于傳輸在導(dǎo)線上的信息類型。顯而易見的解決方法是限制以太網(wǎng)導(dǎo)線上的節(jié)點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程通常稱為物理分段。

2.交換機(jī)分段網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于一個(gè)二層交換機(jī)來(lái)說(shuō),本質(zhì)是等同于一個(gè)多端口的網(wǎng)橋。它具有網(wǎng)橋的所有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)然,網(wǎng)橋和交換機(jī)還是有所區(qū)別。(1)網(wǎng)橋一般只有二端口,交換機(jī)有多端口;(2)傳統(tǒng)網(wǎng)橋是用軟件實(shí)現(xiàn)的,交換機(jī)是用ASIC硬件實(shí)現(xiàn)多種幀的轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾機(jī)制。交換機(jī)的速率更高(能實(shí)現(xiàn)線速交換);(3)網(wǎng)橋只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)Spann-Tree,交換機(jī)可在每個(gè)VLAN實(shí)現(xiàn)一個(gè)Spanning-Tree。因此在通常請(qǐng)況下,我們多選擇交換機(jī)來(lái)替代網(wǎng)橋分段網(wǎng)絡(luò)。但需要強(qiáng)調(diào)指出的是,全部由二層交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),由于交換機(jī)也不能隔離廣播,所有的廣播將在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳播。而傳統(tǒng)的局域網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(如Windows NT,Novell)的許多服務(wù)是靠廣播實(shí)現(xiàn)的,在一個(gè)大型的網(wǎng)絡(luò)中廣播也會(huì)造成大量的網(wǎng)絡(luò)流量,降低網(wǎng)絡(luò)的性能。

(二)路由技術(shù)

為了對(duì)廣播進(jìn)行控制,就必須使用路由器。在這種情況下,所有能夠接收其他廣播的節(jié)點(diǎn)被劃分為同一個(gè)廣播域或邏輯網(wǎng)段,路由器對(duì)廣播信息進(jìn)行過(guò)濾,并允許創(chuàng)建多個(gè)廣播域或邏輯網(wǎng)段。路由器可采用多種路由算法來(lái)實(shí)現(xiàn)“選路”的工作。如RIP,OSPF,EIGRP等。具體路由協(xié)議的選擇可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況而定,并且不同的路由協(xié)議之間可實(shí)現(xiàn)路由的重分布。

(三)多層交換技術(shù)

多層交換是如今的LAN交換和路由技術(shù)的一個(gè)實(shí)用性的發(fā)展。交換技術(shù)由于基本身所固有的比路由更加廉價(jià)的特性而消除了限制網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)的在擴(kuò)展性和吞吐率方面的約束,同時(shí)還為正在出現(xiàn)的新一代干兆位以太網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用構(gòu)建了基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)多層交換有許多種方法,它們都具有同一目標(biāo),但是在實(shí)現(xiàn)上又各不相同。如Ipsilon公司的通過(guò)ATM交換機(jī)實(shí)現(xiàn)虛電路IP交換,Cisco公司的標(biāo)記交換,IBM公司的ARTS(Aggregate Route-Based IP Switching)以及3Com公司的FastIP交換技術(shù)等等。

其基本步驟如下,報(bào)文進(jìn)入系統(tǒng)中OSI參考模型的第一層,即物理層接口,然后在第二層接受檢查(即送達(dá)目的MAC地址),如果不能交換則進(jìn)到第三層。在第三層,報(bào)文要經(jīng)過(guò)路徑確定(即路由計(jì)算)、地址解析(即通過(guò)查表或其他機(jī)制確定對(duì)應(yīng)第三層地址的第二層地址)以及某些特殊服務(wù)(如認(rèn)證、獲取記帳數(shù)據(jù)、變換成另一種第二層格式)。第三層處理完畢后,報(bào)文已被更新(報(bào)文頭己重寫、計(jì)數(shù)器己調(diào)整等)并準(zhǔn)備傳回到第二層。確定合適的輸出端口后,報(bào)文通過(guò)第一層傳送到物理介質(zhì)上。

三、虛擬LAN(VLAN)及其交換技術(shù)

VLAN是與LAN交換技術(shù)相關(guān)的一項(xiàng)重要而有益的應(yīng)用。從定義上說(shuō),VLAN是一個(gè)廣播域,其中的成員利用LAN交換進(jìn)行通信,仿佛共享同一物理網(wǎng)段一樣。在VLAN中,劃分在同一廣播域中的成員并沒(méi)有任何物理或地理上的限制,它們可以連接到一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中的不同交換機(jī)上。廣播分組、未知分組及成員之間的數(shù)據(jù)分組都被限定在VLAN之內(nèi)。對(duì)VLAN的另一個(gè)定義是,它能夠使單一的交換結(jié)構(gòu)被劃分成多個(gè)小的廣播域。加入一個(gè)VLAN所基于的標(biāo)準(zhǔn)可以是任意數(shù)量的、不同的因素。

通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)劃分成較小的廣播域,VLAN減少了網(wǎng)絡(luò)總體帶寬的需求。任何在子網(wǎng)內(nèi)的流量將被限制在子網(wǎng)內(nèi)。使其它設(shè)備能夠自由地處理僅僅與它們有關(guān)的數(shù)據(jù)。當(dāng)流量需要穿越VLAN時(shí),通過(guò)路由器或三層交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除非VLAN的成員是物理上分離的(如劃分交換機(jī)的端口),交換機(jī)必須有一些方法來(lái)識(shí)別分組并將其轉(zhuǎn)發(fā)到正確的VLAN上。該方法的實(shí)現(xiàn)使用了一種標(biāo)記(tag)技術(shù),每一個(gè)分組都被加上了一個(gè)標(biāo)記,用來(lái)確定該分組所屬的標(biāo)記使交換機(jī)能夠?qū)?lái)自不同VLAN上的業(yè)務(wù)流復(fù)用到相同的交換網(wǎng)絡(luò)上。這條傳遞所有VLAN數(shù)據(jù)的鏈路被稱為VLAN主干(trunk)。在VLAN交換網(wǎng)絡(luò)配置完成后,工作站發(fā)送的第一個(gè)分組將會(huì)到達(dá)一個(gè)入口交換機(jī)端口。除非成員資格的規(guī)則是基于物理端口的,否則分組的部分內(nèi)容將會(huì)被檢查并與一個(gè)VLAN配置數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容相比較。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)千兆以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分析,我們認(rèn)為千兆以太網(wǎng)由于它的大容量及與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的良好兼容性,必將成為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)主干的一種最佳選擇方案。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)施中,合理地利用交換機(jī)、路由器,特別是利用三層交換機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分段,控制網(wǎng)絡(luò)流量是一種提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的有效方法。在一個(gè)采用VLAN分段網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中。交換機(jī)之間的連接需要采用Trunking技術(shù)來(lái)保證VLAN信息的傳遞,采用三層技術(shù)實(shí)現(xiàn)VLAN的交換,這樣可以可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)主干的容量和容錯(cuò)性能。

參考文獻(xiàn):

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作者簡(jiǎn)介:

胡昌望(1976-),男,漢族,湖北人,學(xué)士,工程師,計(jì)算機(jī)專業(yè)。