浅析网络设备之间的连接策略

网络设备之间的连接策略（图）【IT168 专稿】网络设备大致分为集线设备和路由设备两类，而集线设备又划分为集线器和交换机。当然，交换机又可根据性能划分为多个类别。虽然不同网络所采用的设备千差万别，拓朴结构也并不相同，但集线器与交换机的连接，以及不同性能交换机之间的连接所遵循的策略却是相同的。 一、交换机连接策略 交换机的种类非常多，不同类型的交换机之间在连接时，应当有针对性地采用遵循不同的连接策略，以获得最佳的网络性能。 1. 不对称交换网络连接策略 所谓不对称网络，是指由不对称交换机构建的网络。则不对称交换机，则是指交换机拥有不同速率的端口，或者是10Mbps和100Mbps，或者是100Mbps和1000Mbps。通常情况下，高速端口用于连接其他交换机或服务器，而低速率端口则用于直接连接计算机或集线器（如图1所示）。该连接方式同时解决了设备之间以及服务器与设备之间的连接瓶颈，充分考虑了服务器的特殊地位，通过增加服务器连接带宽，可有效地防止服务器端口拥塞的问题，同时，由于交换机之间通过高速端口通讯，可使网络内所有的计算机都平等地享有对服务器的访问权限. 2. 对称交换网络连接策略 所谓对称网络，是指由对称交换机构建的网络。对称交换机，是指交换机所有端口拥有相同的传输速率。对称网络的连接策略非常简单，就是选择其中一台交换机作为中心交换机，然后，将其他所有被频繁访问的设备，如其他交换机、服务器、打印机等，都连接至该交换机，而其他设备则连接至其他交换机（如图2所示）。由于所有端口只需一次交换即可实现与频繁访问的设备的连接，因此，大幅度地提高了网络传输效率。需要注意的是，在该拓朴结构中，对中心交换机性能的要求比较高。如果中心交换机的背板带宽和转发速率较差，那么，将会影响整个网络的通讯效率。 3. 不同性能交换机连接策略 从交换机背板带宽和转发速率上看，交换机之间的性能区别很大。性能最高的交换机（通常是三层交换机）作为中心交换机（或企业交换机）位于网络的中心位置，用于实现整个网络中不同子网之间数据交换；性能稍逊的交换机（可以是三层交换机）作为骨干交换机，用于实现某一网络子网内数据之间的交换；性能最差的交换机作为工作组交换机，用于直接连接至桌面计算机，为用户直接提供网络接入，如图3所示。二、共享网络连接策略 所谓共享网络，是指由全部集线器构建的网络。在共享网络中，所有端口共享集线器的连接带宽，并且处于同一碰撞域，因此，在网络用户较多且通讯量较大的情况下，通讯效率极其低下。所以，当计算机数量较多时，建议构建交换式网络，或利用交换机作中心设备构建混合网络。 1. 10Base-T共享网络连接策略 （1）10Base-T共享网络的5-4-3规则 虽然经过集线器的放大后，信号可以传输到更远的距离，那么，是不是可以将这个距离延伸到很远很远的距离，从而根据自己的需要随意扩大网络直径呢？不是的，凡事都有个限度，集线器间的级联也不能无休止的进行下去，10Base-T网络的范围也不能无限制地扩大。否则，将由于经过的集线设备太多，到达目的地的距离太远，信号传输所使用的时间太长，使发送数据的源计算机误认为信号无法到达，从而导致通讯失败。那么，经过多少集线器，或者说经过多长的距离是被允许的呢？换句话说，什么样的拓朴结构是10Base-T网络认为可以忍受的呢？这就是5-4-3规则。不过，需要注意的是，该规则只适用于单纯由集线器而组建的10Base-T共享式网络，而由交换机所构建的网络，并不遵循这一规则。 所谓5-4-3规则，是指任意两台计算机间最多不能超过5段线（既包括集线器到集线器的连接线缆，也包括集线器到计算机间的连接线缆）和4台集线器，并且只能有3台集线器直接与计算机等网络设备连接。如图4所示即为10Base-T网络所允许的最大拓朴结构，以及所能级联的集线器层数。其中，Hub 4是网络中唯一不能与计算机直接连接的集线器。 事实上，许多人为了连接方便而在集线器间采用了过多的级联（在搭建大型机房时经常出现），使集线器级联的层数达到4层（如图5所示），虽然计算机之间的连接没有超过5段线和4台集线器，但由于所有的集线器都连接了计算机，依然仍违反了10Base-T网络5-4-3规则中只有3台集线器可以直接连接计算机的规定，从而造成网络通讯的失败。在这种情况下，如果不了解或不熟悉5-4-3规则，恐怕将无从下手去判断和排除网络故障，将一直会为“一切都是好好的，可为什么就是不通？”的问题而困扰，而这也正是我们为什么要在这里介绍“古董级”的5-4-3规则的初衷。 （2）10Base-T共享网络的连接策略 10Base-T共享网络通常只适用于小型网络，计算机数量通常不应当多于50台。事实上，集线器的端口数量通常都比较少，市面上的10Base-T集线器通常为16口。因此，当网络内的计算机数量多于16台计算机时，就必须采用级联的方式以成倍地扩展端口。由于两台集线器之间的连接需要占用两个端口，因此，当计算所需要的集线器台数时，应当将集线器连接所需要的端口数量考虑在内。 集线器连接时，应当尽量选用一台端口数量较多的集线器作为中心集线器，然后，将其他所有集线器和服务器均连接至该中心集线器（如图6所示），从而确保不会违反5-4-3规则，并便于故障的判断和排除，并有利于对网络的管理。网络内的其他计算机可以就近直接连接在各集线器上。由于集线器间、集线器与计算机之间的连接距离均可达100米，因此，该拓朴策略的网络直径最大可达300米，对于小型网络而言已经绰绰有余了. 如果网络直径的确大于300米，也可以再级联一级集线器，从而使网络直径扩大至400米（如图7所示）。但是，需要注意的是，作为中心连接设备的集线器不能直接连接任何计算机或服务器。更大的网络直径，建议选用光缆及光纤设备或选用交换设备，此时由10Base-T集线器构建的共享网络已经不能再满足需要了。2. 100Base-TX共享网络连接策略 （1）100Base-TX共享网络规则 快速以太网规则也是仅适用于单纯由集线器所组成的共享式网络。当网络中加入交换机作为集线设备后，由于将分隔原有的网段，所以，只是在每一个网段中适用该规则，而不是在整个网络中适用该规则。这么说吧，每个交换机端口就是一个网段，凡是级联至同一端口的所有集线器都处于同一网段，这些集线器的拓朴结构必须遵循快速以太网的规则。同样，级联至另一端口的所有集线器也都处于另一网段，那些集线器的拓朴结构同样要遵循快速以太网的规则。对于分别连接至交换机不同端口的集线器而言，彼此之间则无需遵循该规则。 100Base-TX快速以太网规则如下： 所有双绞线的长度不能超过100米。 一个单独的快速以太网可以有一至两个II类集线器。或者说，一个网络内不能拥有三个或三个以上相互连接的II类集线器。 连接II类集线器的上行链路电缆长度必须在5米以下。 一个单独的快速以太网只能有一个I类集线器。 I类和II类集线器在同一快速以太网中不能同时使用。 由于堆叠后的集线器堆栈可视为一个集线器，因此，如果需要提供多端口时，可采用堆叠的方式来解决这一矛盾。另外，也可采用以交换机作为中心节点的方式，把每个集线器分别连接至交换机的一个端口。 （2）100Base-TX共享网络连接策略 100Base-TX共享网络的拓朴结构非常简单，如果使用I类100Base-TX集线器，那么，在网络内只能有一台集线器（如图8所示）。由于集线器之间不能级联，而且集线器的端口数量最大为24口，因此，由I类100Base-TX集线器构建的共享网络，无论是计算机的数量（最多24台）还是网络直径（最大200米）都非常有限。 如果使用II类100Base-TX集线器，那么，在网络内只能有两台集线器（如图9所示），集线器之间通过双绞线级联，并且长度不超过5米。由于只能连接两台集线器米，而且集线器的端口数量最大为24口，因此，由II类100Base-TX集线器构建的共享网络所能容纳的计算机数量仍然非常有限（最多46台）。另外，由于，级联线不能超过5米，因此，就网络直径而言，网络直径仍然非常有限（最大205米）。 既然每个网段内只允许有一至两台集线器，而且每台集线器所能够提供的端口数量都是有限的，那么，当计算机数量多于集线器所能够提供的最多端口时，应当怎么办呢？答案只有一个，那就是堆叠。也就是说，当必须使用2台以上的集线器时，可以使用专门的堆叠电缆（如3Com产品）或普通的双绞线将其堆叠起来，将它做为一个设备来管理和使用。当然，堆叠的前提是必须选择可堆叠快速以太网集线器。 不过，问题依然没有得到完全解决，那就是，双绞线快速以太网的网络直径最大为200米，这无疑也在很大程度上限制了网络的规模和范围。也就是说，由快速以太网集线器作为集线设备而组建的局域网络，网络的最大跨度为200米，而且每台计算机距离集线器最远不得超过100米。这个问题在由双绞线构建的共享式网络中无法得到解决。因此，必须把思路再放宽些。解决这个问题最廉价的方式就是使用交换设备。即通过将集线器级联到交换机的方式，实现网络端口成倍的扩充和网络直径的进一步扩大。3. 100Base-TX与10Base-T混合共享网络 需要注意的是，真正意义上的100Base-TX集线器与10Base-T集线器是无法连接在一起的。如果大家留意一下就会发现，即使能够同时接入10Base-T与100Base-TX设备的集线器，也是被称为10Mbps和100Mbps双速集线器，而不是像交换机那样被称为10/100Mbps自适应交换机。因此，若欲实现10Mbps共享网络与100Mbps共享网络的连接，就必须借助于10/100Mbps双速集线器（如图10所示），即以双速集线器作为网络中心设备，其他10Mbps集线器、100Mbps集线器均连接至该集线器，从而实现网络中10Mbps设备与100Mbps设备之间的互连互通。 10/100Mbps双速集线器内置的10/100Mbps交换模块可实现10Mbps和100Mbps网段的桥接，使用户简单易行地从10Mbps以太网转移至100Mbps以太网。集线器的每个端口都可自动检测所连接设备的运行速率，并在10Mbps以太网和100Mbps以太网间确定端口的运行速度，之后，端口被连接到两个内置集线器之一，一个集线器在100Mbps以太网下运行，另一个则在10Mbps以太网下运行。在常规状态下，以太网和快速以太网集线器上，双速集线器端口只以半双工模式运行。双速集线器允许以太网和快速以太网设备在同一网络中相互连接，用户不必了解设备在以何种速率运行，利用快速以太网网卡，则这些设备将以100Mbps连接到双速集线器上，在快速以太网网卡可以使用的网络，仍可以连接到10Mbps集线器上。三、混合网络连接策略 所谓混合网络，是指在网络中既有交换机也有集线器，由交换机和集线器混合构建的网络。由于交换机拥有较高的传输带宽和传输效率，因此，在混合网络中，应当把其中一台性能最好的交换机作为网络的中心，其他交换机、集线器、服务器、打印机等设备都连接至该交换机，而普通计算机则连接至集线器（如图11所示）。 该方式以交换机端口将各集线器的碰撞域分割开来，有效地减少了网络碰撞冲突，大幅度提高了网络传输效率。由于服务器和打印机等各用户频繁访问的设备都连接至交换端口，拥有较高的网络带宽，从而解决了网络的传输瓶颈。四、服务器连接策略 规模稍大一些的网络通常都拥有专用服务器。由于服务器通常为网络中的所有用户提供服务，特别是Internet连接共享服务器、文件服务器和打印服务器，用户对服务器访问的次数和频率，肯定远远高于对其他计算机的访问，因此，与服务器的连接往往就会成为网络瓶颈，既无法响应众多并发用户对服务器的访问，又无法及时传输用户上传和下载的数据。在连接服务器时，应当遵循以下策略： 第一，服务器应当与中心集线设备连接在一起。无论中心集线设备采用集线器还是交换机，服务器都应当直接连接至中心集线设备，从而使网络内的每台