第二章 中小型网络系统总体规划与设计方法

知识点：

• 路由器技术指标
• 网络系统分层设计（上下级之比、核心层设计）
• 交换机技术指标（总带宽计算方法）
• 网络服务器性能（系统高可用性）
  
  

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2.1 基于网络的信息系统基本结构

1. 网络运行环境
   （1）机房和设备间、配线间
   机房放置核心路由器、交换机、服务等核心设备的场所
   设备间和配线间应考虑到环境温度、适度、防雷击、防静电、放电磁干扰和光纤等
   （2）电源供电
     提供UPS系统供电。电源供电的突然中断或故障会造成网络系统的关键设备体制工作，回造成网络系统瘫痪，或者重要数据的丢失。
   
   
2. 网络系统
   （1）网络传输基础设施
     包括根据距离、带宽、电磁环境与地理环境要求完成的室内结构化成绩系统、建筑物结构化布线系统、城域网主干光缆系统、广域网传输路线、微波通信系统和卫星通信系统等。
   （2）网络设备
     包括路由器、交换机、网关、网桥、集线器、中继器、收发器、网卡、Modem和远程通信服务器等。
   
   
3. 网络操作系统
   目前主流的网络操作系统主要有：

• Windows NT Server 和 Windows 2003/2008/2012
• NetWare 操作系统
• UNIX 操作系统
• Linux 操作系统企业版

4. 网络应用软件开发与运行环境
5. 网络管理与网络安全系统

2.2 网络系统组件工程的阶段划分

网络需求详细分析：

• 网络总体需求分析
• 综合布线需求分析
• 网络可用性与可靠性分析
• 网络安全分析
• 网络工程造价估算

2.3 网络结构与拓扑型设计方法

必须采用分层的设计思想：核心层、汇聚层和接入层架构

1. 是否需要分成三层组件的经验数据是：

• 节点数为 250~5000个，一般需要按3层结构来设计
• 节点数为 100~500个，可以不必设计接入层网络，结点直接通过汇聚层的路由器或交换机接入
• 节点数为 5~250个，也可以不设计接入层和汇聚层网络
  
  

2. 核心层网络结构设计：（选择题考点）

• 核心层网络一般要承担整个网络流量的 40%~60%
• 技术主要采用 GE/10GE
• 核心设备是高性能交换路由器（三层交换机）
• 连接核心路由器是具有冗余链路光纤（可以备份）
  注：第一层：物理层；第二层:数据链路层；第三层：网络层；第四层：运输层；第五层：应用层。

3. 服务器集群接入到核心层的两种设计方案

a. 服务群直接接入核心路由器
b. 服务器群通过（接入层）交换机接入核心路由器
分析：
（1）a成本高于b
（2）b有单点故障的问题
（3）b中交换机容易形成带宽瓶颈，也就是数据传输的瓶颈。

4. 汇聚层网络结构设计

• 将分布在不同位置的子网连接到核心层，实现路由汇聚功能，扩展端口密度
• 技术：采用多个并行 GE/10GE 交换机堆叠方式来扩展密度
• 由一台交换机使用端口通过管线向上级联，将汇聚层与接入层合并成一层。
  
  

5. 接入层网络结构设计（会算）

• 将终端用户计算机接入到网络中，方便分配与规划带宽，有利于均衡负载，提高网路效率
• 技术主要采用双绞线
• ==层次之间的上下级联带宽比 1：20
  注：例如，一个接入交换机 24个10/100M端口，上联带宽：（24×100）/20= 120M；预留余量带宽200M，如果有10个相同的接入交换机，那么总的上联带宽可以选择 2G。

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2.4 网络关键设备选型

1. 网络关键设备的基本选择

• 产品系列与厂商的选择
• 网络的可扩展性考虑（主干设备一定要有余量扩展）
• 网络技术先进性考虑（避免过渡性技术和产品）
  
  

2.5 路由器选型的依据

1. 路由器分类————根据路由器背板交换能力划分

• 高端路由器一般用于核心层主干
• 企业级路由器一般用于汇聚层
• 低端路由器一般用于接入层
  背板交换能力 > 40Gbps 称为高端路由器，< 40Gbps 称为中低端路由器
  
  

2. 路由器的关键技术指标（重点）

• 吞吐量：指路由器（整机端口）的包转发能力。

  • 吞吐量涉及两个方面的内容：端口吞吐量和整个及其的吞吐量
  • 包转发能力与端口的端口数量、端口速率、包长度、包类型有关。

• 背板能力：决定了路由器的吞吐量

  • 传功路由器：一般共享背板的结构
  • 高性能路由器：一般采用交换式结构

• 丢包率：衡量路由器超负荷工作时的性能指标

  • 稳定持续负荷状态下的转发包丢掉的概率

• 延时与延时抖动：数据包的流动时间与变化量

  • 延时：第一个比特进入路由器，到该帧的最后一个比特离开路由器所经历的时间。该时间间隔标志着路由器转发包的处理时间
  • 延时与包长度、链路传输速率有关
  • 高速路由器一般要求 1518 B 的IP包，延时要小于 1ms
  • 延时抖动：延时的变化量

• 突发处理能力：以最小帧间隔发送数据包而不引起丢失的最大发送速率来衡量

• 路由表容量：可以存储的最多路由表项的数量，路由器是通过路由表来决定包转发路径。

• 服务质量：主要表现在队列管理机制、端口硬件队列管理和支持 Qos 协议上

• 网管能力：配置、记账、性能、故障与安全管理

• 可靠性与可用性：设备的冗余、热插拨组件、无故障工作时间、内部中标精度方面

  • 路由器冗余表现在：接口冗余、电源冗余、系统板冗余、时钟板冗余、整机设备冗余
    
    

3. 典型高端路由器的可靠性与可用性指标应该达到（出考题）

• 无故障连续工作时间（MTBF）大于10万小时
• 系统故障恢复时间小于30分钟
• 系统具有自动保护切换功能，主备用切换时间小于 50 ms
• SDH 与 ATM接口自动保护切换功能，切换时间小于 50 ms
• 支持热插拨、支持备份、并提供远程测试诊断能力
• 路由器内部不存在单故障点
  
  

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2.6 交换机分类与主要技术指标

1. 交换机分类

• 技术分类：10 M交换机、快速交换机与 GE 交换机
• 内部结构：固定端口交换机与模块化交换机
• 应用规模：企业级、部门级与工作组级交换机
  
  

2. 交换机的主要指标（重点）

• 背板带宽：代表交换机数据处理能力
• 全双工端口的总带宽：端口数 × 端口速率 × 2（考点）
  • 例如，一种交换机具有 48 个 10/100 BASE-TX端口与两个可扩展的 1000 BASE-X端口，那么在交换机满配置的情况下其全双工端口的总带宽为（48×100×2）+（2×1000×2）=13.6 Gbps
• 帧转发速率：指交换机每秒转发的帧的最大数量
• 延时：帧的精力时间
• 交换方式：不同模块和协议
• 模块式或固定端口配置：可扩展性配置和支持
• 支持VLAN：是否基于端口的和基于 MAC 或 IP
  
  

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2.7 网络服务器的分类

1. 从应用角度分类

• 文件服务器：权限分配与磁盘管理
• 数据库服务器：C/S模式（服务器端和客户端）
• 网络服务：DNS、FTPWWWEMAIL
• 应用服务器：主要采用B/S模式（浏览器服务器模式），CAD服务器、VOD、IP、多媒体

2.网络服务器从主机硬件角度的分类

• 基于 CISC 处理器的 Intel 结构（IA）的PC服务器
• 具有 RISC 结构处理器的服务器
• 小型服务器
• 大中型计算机和超级服务器都采用 RISC 结构处理器，操作系统采用UNIX

3. 按照网络应用规模分类

• 基础级服务器 —— 1个CPU，配置低
• 工作组级服务器 —— 1 ~ 2个CPU，支持热插拨和备用电源
• 部门级服务器 —— 2 ~ 4个CPU，采用 SMP 技术
• 企业级服务器 —— 4 ~ 8个CPU，采用 SMP 技术，支持双通道等容错、冗余

4. 服务器采用相关技术

• 对称多处理（SMP）：可以在多 CPU 结构的服务器中均衡负荷，因此在多 CPU 结构的服务器中是否采用对称多处理技术是十分重要的一个指标
• 集群技术(Cluster)：**如果一台主机出现故障，它所运行的程序将转移到其他主机，提高可靠性、可用性、容灾性。**
• 独立磁盘冗余阵列（RAID）技术：提高硬盘的存储能力（I/O的读写能力）和吞吐量，通过磁盘容错处理，提高系统的可靠性
• 热插拔功能：能允许用户在不切断电源的情况下，更换故障的硬盘、板卡等部件
  
  

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2.8 网络服务器性能

1. 运算处理能力（50% 定律）
   
   
2. 磁盘存储能力
   
   

3. 系统高可用性(考点选择)

系统高可用性能	每年停机时间
99.9 %	<= 8.8 h
99.99 %	<= 53 min
99.999 %	<= 5 min

系统高可用性 = 平均无故障时间（MTBF）/（平均无故障时间(MTBF) + 平均修复时间(MTBR)）


4. 可管理性：管理界面和远程监控管理能力
5. 可扩展性：处理器扩展能力和存储设备扩展