【文章內容簡介】 市行政中心的多媒體數(shù)據(jù)對網絡的要求，以太網絡設備正在涌現(xiàn)的QoS 標準，為用戶提供可選的 QoS 和 Cos 能力。產品的有效性和互操作性有效的產品是網絡建設的關鍵因素，千兆以太網標準于 1998 年正式形成，相應產品于草案標準時期就已在市場上露面?，F(xiàn)在基本上所有的網絡設備廠商都推出了成熟的符合標準的網絡設備。目前，千兆以太網一般用在兩層結構網絡的主干或三層結構網絡的支干帶寬。、萬兆以太網技術 萬兆以太網技術始于 2022 年 6 月 標準的正式發(fā)布。在物理層， 大體上可以分為兩種類型，一種為與傳統(tǒng)以太網連接速率為 10Gbps 的“LANPHY”，另一種為連接 SDH/SONET 速率為 的“WANPHY”；WANPHY 與 SONETOC192 幀結構的融合，可以與 OC192 電路和 SONET/SDH設備一起運行。在傳輸介質方面， 目前可以支持 9um 單模、50um 多模和 多模光纖。在數(shù)據(jù)鏈路層， 繼承了 以太網的幀格式及最大/ 最小幀長度，支持多層星型連接、點到點連接及上述拓撲的組合，充分保證對已有應用的兼容性，對上層應用沒有影響，使得升級風險極低。、骨干技術選型 隨著千兆到桌面的日益普及，萬兆以太網技術將會在匯聚層和骨干層得到廣泛的應用。萬兆以太網技術提供了更豐富的帶寬和處理能力，并保持了以太網一貫的兼容性和簡單易用、升級容易的特點。萬兆以太網的帶寬一般用在城域的骨干網或者三層結構網絡中對千兆之干網絡的合理帶寬匯聚。XX 市行政中心網絡為融合多種應用的政務網絡，對帶寬的要求十分的高，因此，我們采用萬兆以太網作為主干網絡，以滿足內部的數(shù)據(jù)交換要求。、網絡結構設計對于 XX 市行政中心網絡系統(tǒng)，良好的層次設計為網絡的可靠性、網絡性能和網絡的可擴展性都提供了良好的保障。目前，網絡面臨的是不斷增長的對性能和可擴充性的需要。除此之外，網絡還必須保證提供一些關鍵特性，例如高可用性、可管理性和靈活性等。隨著各個廠家的新產品和新技術的推出，如何設計局域網絡和如何滿足這些不斷增長的需求，已經到了重新審視的時候了。但是基本的設計原則和在第二層、第三層的交換能力并沒有明顯改變。主要變化產生在網絡設備和技術的選擇范圍更大，可以支持更多的網絡應用，并且能夠提升擴充性及可用性。新增加的功能特性應包括 QoS、多層服務、主干帶寬的提升、增加千兆端口的密度、更強的交換能力等。、一般的局域網設計 我們建設的是提供一個高性能的、具有擴充能力的，能為新興應用提供基礎環(huán)境的局域網絡。許多網絡管理員已經采用模塊化和可擴充的網絡體系結構來解決局域網絡設計的方面的挑戰(zhàn)。多層局域網絡的設計提供了很多優(yōu)點。包括：先進的擴充能力；容錯能力：部件更換，提供冗余網絡服務；可預測的流量模式：包括各種條件下（正常工作與故障條件）網絡的各種行為。與設備的冗余能力結合，如熱插拔部件，可以提供更大的靈活性和網絡增長的潛力。、層次劃分 根據(jù) XX 市行政中心需求分析，在 XX 市行政中心的設計中，將采用多層次的網絡體系結構。具體為三個層次：接入層、匯聚層、核心層。（1）核心層核心層是網絡互聯(lián)的最高層次，應具有如下能力：? 核心設備之間應該具有最高速的鏈路? 比較粗的 QoS 控制粒度? 最高的路由前綴? 為網絡其他模塊提供互聯(lián)在新行政中心內部局域網網絡系統(tǒng)中，核心層為各區(qū)域配線間匯聚層交換機以及服務器匯聚交換機之間提供互聯(lián)。（2）匯聚層匯聚層是核心層和接入層的連接模塊，主要功能如下：? 細到粗 QoS 粒度的轉換? 提供到核心的路由合并? 提供到訪問層的路由過濾新行政中心內部局域網網絡系統(tǒng)的匯聚層，主要是為各個配線間以及服務器群的中心網絡設備提供接入層設備的集中和核心層鏈路的接入。（3）接入層接入層是面向最終用戶的設備，主要功能如下：? 提供高密度的用戶端口? 提供許可控制，包括：安全控制QoS 控制采用多層網絡的設計方法，必須依賴于利用網絡的高彈性和擴充性。所謂的彈性指的是對故障的容忍度和故障情況下的恢復能力；所謂擴充性是指根據(jù)實際需要，可以在各個不同層次實現(xiàn)升級和擴充，實現(xiàn)對網絡可控的、有序的優(yōu)化。在這種體系結構內，接入層為終端用戶提供 10/100M 交換端口，并提供到網絡匯聚層的上聯(lián)鏈路。各個樓層的終端設備或局域網絡全部通過接入層進入網絡系統(tǒng)。網絡匯聚層聚集配線間內所有的接入交換機，提供千兆鏈路連接到核心層網絡中，并采用第二和第三層交換技術來劃分網段（工作組） ，提供故障或問題的隔離，使得核心網絡免于外圍故障的影響。由于匯聚層設備連接的用戶數(shù)較多，涉及的虛擬網絡（VLAN）信息較多，此次網絡方案設計將第三層交換設計在匯聚層上，以提升虛擬網絡之間的互通能力。核心網絡層連接各個不同的配線間匯聚層交換機以及服務器匯聚交換機，核心網絡設備之間提供冗余的、高帶寬的交換數(shù)據(jù)通道，形成網絡的核心結構。核心網絡中同時會有第二和第三層交換技術的存在，但第三層交換應占有主導地位。第三層交換有利于網絡的規(guī)模調整并為新的多址發(fā)送應用提供更好的性能和流量路由。同時，將服務器群通過服務器匯聚交換機連接在高交換性能的核心網絡中，結合虛網技術，為網絡提供更安全、效率更高的應用效果。根據(jù)上述論述，我們認為在 XX 市行政中心中采用核心、匯聚、接入的三層網絡結構有利于網絡的擴展和管理。同時，采用 100M 接入到桌面，千兆網絡支干，萬兆網絡主干的合理帶寬收斂。、服務器接入網絡方案 XX 市行政中心服務器數(shù)量較多，服務器承載的應用系統(tǒng)豐富，用戶訪問服務器量較大，隨著服務器的千兆接入，需要接入服務器的設備提供大量的千兆接口。如果將服務器直接接在核心交換機上，雖然可以縮短用戶訪問服務器的路徑，但需要核心交換機提供大量高速接口接入服務器群，會急劇增加核心交換機的負擔；服務器的增加直接造成核心交換機的擴容，不利于整個網絡的穩(wěn)定；考慮服務器群的安全性，我們還需要在接入服務器的核心交換機上對每一臺服務器做安全策略，進行 VLAN 劃分，將急劇的增加核心交換機的管理復雜度。因此建議服務器群采用專門的服務器匯聚交換機進行千兆匯聚，通過服務器匯聚交換機與核心交換機連接。此種組網方式的好處主要體現(xiàn)在：降低了核心交換機的負擔，使得核心交換機管理簡單；擴展性好，增加服務器只用在服務器匯聚交換機上增加接口即可，不用影響 XX 市行政中心其他網絡部分的正常運轉；安全性好，我們可以在服務器匯聚交換機上對服務器進行 VLAN 以及其他安全設置，也可以很方便的在服務器群匯聚交換機與核心交換機之間增加相應的安全設備以增加服務器群的安全性。管理容易，對服務器群的網絡管理可以在服務器匯聚交換機上進行，而不用考慮 XX 市行政中心其他部分網絡的設置。服務器匯聚交換機選擇 2 臺華為 3Com 公司高端千兆路由交換機 Quidway S6506 負載分擔工作，每臺 S6506 配置冗余電源、風扇，配置千兆接口實現(xiàn)服務器的匯聚，配置萬兆接口與核心交換機之間的連接。服務器與 2 臺服務器匯聚交換機 S6506 之間通過千兆鏈路連接，S6506 與2 臺核心交換機之間通過雙萬兆鏈路連接，提高服務器匯聚交換機到核心交換機之間的帶寬；2 臺 S6506 之間通過千兆鏈路連接并運行 VRRP 協(xié)議，將服務器根據(jù)所承載的業(yè)務系統(tǒng)不同分為兩個群組，每臺服務器均通過 GE 鏈路連接到 2 臺服務器匯聚交換機 S6506 上，通過 VRRP 協(xié)議實現(xiàn)服務器匯聚交換機的負載分擔。、網絡拓樸 依據(jù)前述分析，XX 市行政中心外網的拓撲結構如下圖所示：XX 市行政中心內網的拓撲結構如下圖所示：XX 市行政中心機要網的拓撲結構如下圖所示：、網絡可靠性設計XX 市行政中心計算機網絡的可靠運行要求，對 XX 市行政中心網絡的可靠性提出了很高的要求。特別隨著各黨政群部門的信息化、數(shù)字化辦公的逐步深入開展，可以說一旦網絡或服務器等中斷，將會使整個辦公陷于癱瘓，引起嚴重的后果。因此在網絡的設計實施中必須對網絡的可靠性進行詳盡的考慮和設計。網絡系統(tǒng)的可靠性由兩個大部分組成，即承載網絡的可靠性和應用系統(tǒng)的可靠性。應用系統(tǒng)的可靠性主要由服務器、存儲設備、應用程序、數(shù)據(jù)庫等的可靠性構成；承載網絡的可靠性則包括網絡拓撲組網結構的可靠性及組網設備可靠性，下面對本次 XX 市行政中心承載網絡的可靠性設計進行說明。、設備可靠性設計 網絡核心節(jié)點設備的可靠是確保整個網絡的有效運轉的關鍵所在。要保證XX 市行政中心的可靠性，必須要選用具備電信級可靠性的網絡設備進行組網，才能使網絡具有自動恢復能力、降低人工維護工作，達到電信級的可靠運行。要實現(xiàn)設備的可靠性，應考慮如下內容：1)網絡關鍵設備必須具有電信級可靠性；2)網絡中的關鍵設備，如核心路由器、核心交換機等，應該具備電信級可靠性：3)可靠性指標必須達到 %；4)網絡核心設備采用全分布式體系結構，路由與轉發(fā)分離；5)所有關鍵器件，如主控板、電源等都采用冗余設計，業(yè)務模塊支持熱插拔；6)網絡核心設備支持不間斷轉發(fā)，主控板熱備份。主備倒換過程不影響業(yè)務轉發(fā)，不丟包。本期采用的核心設備華為 3Com 公司的 S8500 系列高端路由交換機具有以下可靠特性：采用分布式體系結構在核心節(jié)點的高性能路由交換機 S8500 采用分布式體系結構，與集中式體系設備相比較，分布式體系設備除性能可以通過插入更多的接口處理板提高整體性能外，更為關鍵的是將管理、路由轉發(fā)、接口處理等功能分配在不同的部件上，協(xié)同工作，分布式體系可以分散故障風險、隔離故障、提供冗余配置，提高系統(tǒng)的自動恢復能力；如管理部件故障，只需要更換這部分板件，不影響其他功能。關鍵部件冗余：核心網絡設備采用分布式體系下，對設備的關鍵部件，進行冗余構造配置，保證系統(tǒng)在工作中不會全部失效。實時熱備份機制：在系統(tǒng)軟件及硬件的支持下，關鍵部件在發(fā)生故障能自動啟動備份系統(tǒng)，而且主備之間的切換要能夠實時熱倒換，即運行中即使發(fā)生設備故障切換也不會對網絡業(yè)務造成影響。熱插拔特性：核心網絡設備任意單板均支持熱插拔特性，保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要維護，或系統(tǒng)需要升級擴展時，不需要停機處理，保證網絡的 724 小時不間斷運行。冗余電源支持：核心路由器能提供冗余電源負載分擔及備份供電，保障系統(tǒng)具有可靠的能量源。散熱系統(tǒng)：網絡設備的散熱系統(tǒng)使設備能夠長時間穩(wěn)定運行而不至因為系統(tǒng)升溫過高出現(xiàn)故障，冗余風扇等散熱裝置可以增加設備的運行時間及減少故障發(fā)生。、拓撲可靠性設計 XX 市行政中心從網絡結構上保證可靠性、冗余性：1)核心節(jié)點兩臺路由交換機采用雙冗余備份方式，確保了核心網絡的可靠性與健壯性；2)采用星型的雙歸屬網絡拓撲結構，可以保證在任何一個鏈路出現(xiàn)故障時，都不會中斷全局通信，從網絡拓撲結構上確保了網絡具有很高的可靠性；3)在故障出現(xiàn)的時候，通過動態(tài)路由協(xié)議等機制，保證網絡數(shù)據(jù)自動迂回切換到連通的線路上，保證通信的正常進行。配合星型雙歸屬，網絡中采用 VRRP 來實現(xiàn)雙核心的可靠性。虛擬路由冗余協(xié)議 Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP)在國際標準 RFC3768 定義，被眾多網絡設備廠商所支持。虛擬路由冗余協(xié)議對共享多存取訪問介質（如以太網）上終端 IP 設備的默認網關 (Default Gateway)進行冗余備份，從而在其中一臺路由設備宕機時，備份路由設備及時接管轉發(fā)工作，向用戶提供透明的切換，提高了網絡服務質量。在 VRRP 協(xié)議中，有兩組重要的概念： VRRP 路由器和虛擬路由器，主控路由器和備份路由器。VRRP 路由器是指運行 VRRP 的路由器，是物理實體，虛擬路由器是指 VRRP 協(xié)議創(chuàng)建的，是邏輯概念。一組 VRRP 路由器協(xié)同工作，共同構成一臺虛擬路由器。該虛擬路由器對外表現(xiàn)為一個具有唯一固定 IP 地址和 MAC 地址的邏輯路由器。處于同一個 VRRP 組中的路由器具有兩種互斥的角色：主控路由器和備份路由器，一個 VRRP 組中有且只有一臺處于主控角色的路由器，可以有一個或者多個處于備份角色的路由器。VRRP 協(xié)議使用選擇策略從路由器組中選出一臺作為主控，負責 ARP 相應和轉發(fā) IP 數(shù)據(jù)包，組中的其它路由器作為備份的角色處于待命狀態(tài)。當由于某種原因主控路由器發(fā)生故障時，備份路由器能在幾秒鐘的時延后升級為主路由器。由于此切換非常迅速而且不用改變 IP 地址和 MAC 地址，故對終端使用者系統(tǒng)是透明的。VRRP 工作原理：一個 VRRP 路由器有唯一的標識： VRID，范圍為 0—255。該路由器對外表現(xiàn)為唯一的虛擬 MAC 地址，地址的格式為 00005E0001[VRID]。主控路由器負責對 ARP 請求用該 MAC 地址做應答。這樣，無論如何切換，保證給終端設備的是唯一一致的 IP 和 MAC 地址，減少了切換對終端設備的影響。VRRP 控制報文只有一種： VRRP 通告(advertisement)。它使用 IP 多播數(shù)據(jù)包進行封裝，組地址為 ，發(fā)布范圍只限于同一局域網內。這保證了VRID 在不同網絡中可以重復使用。為了減少網絡帶寬消耗只有主控路由器才可以周