【文章內(nèi)容簡介】 ， 在新的一代Inter中將得到進一步的推廣和發(fā)展 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 拓撲設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)拓撲是一種邏輯關(guān)系的反映 ， 體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的布局 ， 代表著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點和規(guī)模 ， 形象地描述網(wǎng)絡(luò)的組成和結(jié)點的分布特征 。 拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是為科學地設(shè)計網(wǎng)絡(luò)線路路由 ， 合理部署網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的數(shù)據(jù)交換及信息服務(wù)設(shè)備 ， 為建設(shè)目標的規(guī)劃提供技術(shù)依據(jù) 。 拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計一般采用三層結(jié)構(gòu)的層次型設(shè)計方法 ， 這種方法基于模塊化和層次化的設(shè)計模式 ， 技術(shù)性能成熟 ， 常用于校園網(wǎng) 、 園區(qū)網(wǎng) 、 企業(yè)網(wǎng)乃至大型省際網(wǎng)的設(shè)計 。 三層結(jié)構(gòu)分別為核心層 、 分布層和訪問層 ， 其層次關(guān)系 、 設(shè)備配置及結(jié)構(gòu)功能如下： 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 核心層：代表網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的核心部位 ， 處于網(wǎng)絡(luò)層次的最高層 ， 具有管理整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的功能 。 該層部署有連接外部網(wǎng)絡(luò)的邊界路由器 ， 與內(nèi)部區(qū)域連接的主干交換機 ， 信息服務(wù)器等高端設(shè)備 。 核心層通過寬帶主干線路 ， 連接各個園區(qū)主節(jié)點 。 為園區(qū)間的信息交流提供高速交換通道 。 對外經(jīng)過邊界路由器提供與外部網(wǎng)絡(luò)的連接通道 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 分布層：位于網(wǎng)絡(luò)層次的中間層 ， 實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)區(qū)域結(jié)點的接入 ， 完成各區(qū)域的信息匯集 。 在分布層設(shè)置有互連交換設(shè)備 ， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 ， 將各區(qū)域之間的流動信息匯集傳輸?shù)胶诵膶?， 同時與訪問層相連 ， 形成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的傳輸中樞 。 訪問層：代表了網(wǎng)絡(luò)層次的最底層 。 配備樓宇級交換機 、 樓層交換機等低端連接設(shè)備 ， 通過建筑物之間互連 ， 以及建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)化布線 ， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶終端的接入 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 以上三層組成網(wǎng)絡(luò)的總體邏輯結(jié)構(gòu) ， 各層的功能相對獨立 ， 但數(shù)據(jù)交換又相互聯(lián)系 。 局部的信息在本層交換完成 ， 高層結(jié)構(gòu)則實現(xiàn)全局數(shù)據(jù)和外部信息的交流 。 根據(jù)各層信息流量的分布特征及其網(wǎng)絡(luò)線路負載狀態(tài) ， 配置合理的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和信息服務(wù)器 ， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的均衡分配和高速交換處理 ， 提高系統(tǒng)的整體運行效率 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 校園網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)實例 這里分析 3個不同規(guī)模校園網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 。 校園網(wǎng)一般采用典型的星型結(jié)構(gòu) 。 通過星型的中心結(jié)點 (核心層 )， 利用寬帶光纜線路連接校區(qū)的不同區(qū)域(分布層 )， 在建筑物內(nèi) (訪問層 )采用結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)提供用戶終端的接入 ， 從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輻射延伸至整個校區(qū) 。這種開放性的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)運行規(guī)模的需求 ， 靈活地實現(xiàn)技術(shù)升級 ， 為聯(lián)網(wǎng)環(huán)境提供較大的擴充空間 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 1. 一般配置的校園網(wǎng)結(jié)構(gòu) 對一般配置的校園網(wǎng)絡(luò) (如圖 101所示 )， 接入用戶的規(guī)模大約在 1000戶左右 。 在核心層 (中心機房 )部署一臺主干路由交換機 ， 承擔整個校區(qū)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換任務(wù)；在分布層設(shè)置 10臺樓宇交換機 ， 用于校園建筑樓群與核心主干交換機連接 ， 形成網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域；在訪問層配置 50臺接入交換機 ， 連接樓宇內(nèi)各個建筑單元 ， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶終端的接入 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 建筑樓群的樓宇交換機與中心機房的主干交換機之間采用 1 Gb/s光纜連接 ， 樓宇內(nèi)使用雙絞線 100 Mb/s連接到用戶終端 。 網(wǎng)絡(luò)提供 WWW、 電子郵件 、 域名解析 、 數(shù)據(jù)庫 、文件傳輸?shù)确?wù)項目 。 配備訪問服務(wù)器和邊界路由器 ，分別提供撥號訪問和 100 Mb/s光纖專線兩種網(wǎng)絡(luò)接入方式 。 網(wǎng)管工作站負責監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)的運行 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 圖 101 一般配置校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖 ?WWW 、 DNS 、 E m a i l 、 F I P 、 P r o x y 、 D a t a b a s e訪問服務(wù)器遠程用戶?接入交換機主干交換機樓宇交換機SS樓宇交換機接入交換機S樓宇交換機接入交換機網(wǎng)管工作站圖書館系統(tǒng)邊界路由器C ER N ET光纖雙絞線? ?第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 2. 較高配置的校園網(wǎng)結(jié)構(gòu) 較高配置的校園網(wǎng)絡(luò) (如圖 102所示 )，其用戶接入規(guī)模在 3000戶左右。由于聯(lián)網(wǎng)區(qū)域和用戶規(guī)模的擴大，核心層結(jié)構(gòu)與一般配置的校園網(wǎng)不同，在核心層設(shè)置兩臺主干交換機，均衡負載整個校園網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的流量。采用雙路 1 Gb/s光纜冗余連接方式，以提高主干線路的安全可靠性。另外，分布層設(shè)置的樓宇交換機增加至 14臺，訪問層的接入交換機增加至 100臺。除此之外，其他拓撲結(jié)構(gòu)沒有實質(zhì)性的改變。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 圖 102 較高配置校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖 ?WWW 、 DNS 、 E m a i l 、 F I P 、 P r o x y 、 D a t a b a s e訪問服務(wù)器遠程用戶?接入交換機主干交換機樓宇交換機SS樓宇交換機接入交換機S樓宇交換機接入交換機網(wǎng)管工作站圖書館系統(tǒng)邊界路由器C ER N ET光纖雙絞線?接入交換機樓宇交換機S??第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 3. 高配置校園網(wǎng)結(jié)構(gòu) 高配置校園網(wǎng) (如圖 103所示 )， 其用戶接入規(guī)模在4000戶以上 。 為了滿足接入的需求 ， 在核心層進一步增強了結(jié)構(gòu)配置 ， 同時部署 3臺主干交換機 ， 選用高可靠性的環(huán)行結(jié)構(gòu) ， 實現(xiàn)了分布式地均衡承載整個校園網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的流量 。 采用雙路 1～ 10 Gb/s光纜冗余連接方式 ， 以提高主干線路運行環(huán)境的安全性 。 另外 ，在分布層設(shè)置的樓宇交換機增加至 30臺 ， 訪問層的接入交換機增加至 150臺 。 主干網(wǎng)設(shè)備的無阻塞交換容量至少應(yīng)為 200 Gb/s， 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 以提供足夠的處理能力 ， 滿足高速端口之間的無丟包線速交換 。 邊界路由器考慮選用 100 Mb/s或者 1 Gb/s以太網(wǎng)接口以適應(yīng)外部網(wǎng)絡(luò)訪問的高速帶寬需求 。 除此變化之外 ， 其他拓撲結(jié)構(gòu)與另外兩種結(jié)構(gòu)基本相同 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 圖 103 高配置校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖 ?WWW 、 DNS 、 E m a i l 、 F I P 、 P r o x y 、 D a t a b a s e訪問服務(wù)器遠程用戶?接入交換機樓宇交換機S網(wǎng)管工作站圖書館系統(tǒng)邊界路由器C ER N ET光纖雙絞線S樓宇交換機接入交換機?接入交換機樓宇交換機S樓宇交換機接入交換機?接入交換機樓宇交換機SS主干路由交換機??第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 資源共享定理 從系統(tǒng)的角度分析 ， 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行就是系統(tǒng)資源 (如軟件系統(tǒng) 、 硬件設(shè)備 、 信息傳輸通道等 )被訪問用戶共享使用的過程 。 因此 ， 科學地計算資源的需求量 ，合理籌劃和部署系統(tǒng)資源 ， 充分發(fā)揮資源效能是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重要內(nèi)容之一 。 這里 ， 對于分析資源的有效利用有兩個十分重要的定理 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 1. 大數(shù)定理 (The Law of Large Numbers) 當大量的用戶共享系統(tǒng)資源時 ， 系統(tǒng)的總?cè)萘恐皇歉鱾€用戶的平均負載之和 ， 而不是每個用戶的峰值的累計 。 這就是大數(shù)定理的平滑效應(yīng) (如圖 104所示 )。按照大數(shù)定理進行系統(tǒng)設(shè)計 ， 可以有效提高資源的利用率 。 2. 比例尺定理 (The Law of Scale) 如果一個系統(tǒng)的吞吐量增加 m倍 ， 系統(tǒng)的總?cè)萘恳苍黾?m倍 ， 那么 ， 系統(tǒng)的響應(yīng)速度將提高 m倍 ， 而系統(tǒng)的利用率不變 (如圖 105所示 )。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 負載峰值平均值時間圖 104 大數(shù)定理的平滑效應(yīng) 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 T(mr， mC)=T(r， C)/ m 其中 ， C為資源容量； T為響應(yīng)時間； r為輸入負載 (信息 )量； m為倍數(shù) 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 圖 105 比例尺定理效應(yīng) CmCT( r , C )T( m r , m C )rmr第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 網(wǎng) 絡(luò) 建 設(shè) 局域網(wǎng)組網(wǎng)的主流技術(shù) 1. 交換技術(shù) 由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展 ， 以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的商品化 ， 使得以交換技術(shù)為依托 ， 以交換機為主要連接設(shè)備的組網(wǎng)技術(shù) ， 逐步得到廣泛的應(yīng)用 。 這種技術(shù)系統(tǒng)性能先進 ， 適合不同規(guī)模 。 其中 ， 最具有典型代表意義的就是支持第三層協(xié)議交換機的推廣使用 ， 將網(wǎng)絡(luò)層的部分功能融入其中 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 在交換機中實現(xiàn)了路由協(xié)議的功能 ， 不但增強了局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信功能 ， 而且為局域網(wǎng)提供了新的管理控制手段 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 2. 千兆以太網(wǎng)技術(shù) 千兆以太網(wǎng)標準的推廣使用 ， 帶動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展 ， 其配套產(chǎn)品系列化以及合理的性能價格比 ，為寬帶網(wǎng)絡(luò)的推廣應(yīng)用奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ) 。 我們知道 ， 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸是通過交換機來完成的 ， 而交換機根據(jù)其承擔任務(wù)的不同而劃分成不同的性能檔次 。 因此 ， 根據(jù)數(shù)據(jù)交換處理負載程度不同的原則 ， 需要科學合理地為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點配備性能適用的設(shè)備 ， 達到均衡傳輸負載的目的 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 局域網(wǎng)絡(luò)以星型拓撲結(jié)構(gòu)為主 ， 網(wǎng)絡(luò)核心層是全網(wǎng)絡(luò)信息匯集交換的中心 ， 具有數(shù)據(jù)流量大 、 訪問頻率高的特點 。 因此 ， 核心層中至少配備有一臺性能相對較高的交換機 ， 具有較快的數(shù)據(jù)交換處理速度 ， 同時兼有路由功能 ， 以承擔全網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換的任務(wù) 。該交換機一般稱之為主干交換機或主干路由交換機 。 對于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò) ， 根據(jù)承擔分布層數(shù)據(jù)處理任務(wù)的需要 ， 可參照等距離的原則 ， 結(jié)合用戶結(jié)點的規(guī)模 ， 配備兩臺或兩臺以上主干交換機 ， 以均衡承載網(wǎng)絡(luò)主干線路的訪問流量 。 核心層中的主干交換機一般要求配備 1 Gb/s光纖接口功能 ， 完成光纜線路與分布層的交換機相連 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 分布層主要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)不同區(qū)域的連接訪問 ，提供各聯(lián)網(wǎng)區(qū)域級信息的匯集功能 ， 負責將區(qū)域之間的流動數(shù)據(jù)匯總連接到核心層 。 分布層需要配備園區(qū)級交換機 。 這種交換機分布在各個聯(lián)網(wǎng)園區(qū)內(nèi) 。 根據(jù)它所承擔的任務(wù) ， 從理論上講 ， 其性能應(yīng)該比主干核心交換機低一個性能檔次 ，屬于中等性能的交換機 。 園區(qū)交換機通過光纜線路與核心層的主干交換機以星型結(jié)構(gòu)相連 ， 其傳輸速率仍以 1 Gb/s為主 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 訪問層提供各園區(qū)內(nèi)建筑物之間和建筑物內(nèi)網(wǎng)絡(luò)用戶的接入環(huán)境 。 這一層中的交換機要求配備到建筑物 ， 各個建筑物的交換機通過光纜與園區(qū)級交換機相連 ， 這種交換機稱之為樓宇交換機 。 對于樓宇而言 ，各樓層還需配備樓層交換機 ， 實現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)連接延伸到用戶桌面 。 訪問層的交換機具有兩個特點：一是交換設(shè)備數(shù)量多 ， 要求滿足容納所有接入用戶；二是單臺交換設(shè)備的數(shù)據(jù)交換流量有限 ， 可以配置性能較低的交換設(shè)備 。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 通常 ， 結(jié)合樓宇的結(jié)構(gòu)化布線建設(shè) ， 建筑物內(nèi)的交換機之間采用級聯(lián)或堆疊的方式相連 ， 而園區(qū)級交換機采用光纜線路以星型結(jié)構(gòu)連接 ， 交換設(shè)備之間的傳輸速率為 100～ 1000 Mb/s， 而提供用戶接入的傳輸速率可達到 100 Mb/s。 第 10章 網(wǎng)絡(luò)工程 3. 子網(wǎng)規(guī)劃 局域網(wǎng)是基于以太網(wǎng)協(xié)議的一種共享資源的網(wǎng)絡(luò)模式 ， 為了避免計算機之間的通信沖突 ， 采用CSMA/CD協(xié)議工作方式 ， 以保證數(shù)據(jù)的正常傳輸 。 但是 ，