网络系统集成的主要设备

网络系统集成中使用的主要设备网络系统集成中使用的主要设备 一 网卡一 网卡 网卡的工作原理 网卡的工作原理 网卡工作在两个层 即物理层和数据链路层 物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号 线路状态 时钟基准 数据编码和电路等 并向数据 链路层设备提供标准接口 数据链路层则提供寻址机构 数据帧的构建 数据差错检查 传送控制 向网络层提供标准的数据接口等 功能 网卡分类网卡分类 1 按工作方式可分为 5 类 1 主 CPU 用 IN 和 OUT 指令对网卡的 I O 端口寻址并交换数据 2 网卡采用共享内存方式 即 CPU 使用 MOV 指令直接对内存和网卡缓冲区寻址 3 网卡采用 DMA 方式 ISR 通过 CPU 对 DMA 控制器编程 DMA 控制器一般在系统主板上 有的网卡也 内置 DMA 控制器 4 主总线网卡能够裁决系统总线控制权 并对网卡和系统内存寻址 LAN 控制权裁决总线控制权后 以成组方式将数据传向系统内存 IRQ 调用 LAN 驱动程序 ISR 由 ISR 完成数据帧处理 并同高层协议 一起协调接收和发送操作 这种网卡由于有较高的数据传输能力 常常省去了自身的缓冲区 5 智能网卡中有 CPU RAM ROM 以及较大的缓冲区 2 按总线可分为 5 类 1 ISA 总线网卡 2 PCI 总线网卡 3 PCI E 总线网卡 4 USB 接口网卡 5 PCMCIA 接口网卡 3 其他分类 1 从端口类型上来看 网卡还可以分为 RJ 45 端口 双绞线 网卡 AUI 端口 粗铜轴缆 网卡 BNC 端口 细铜轴缆 网卡和光纤端口网 卡 按与端口的数量分 有单端口网卡 双端口网卡甚至三端口的网卡 如 RJ 45 BNC BNC AUI RJ 45 BNC AUI 按带宽分 网卡还可以分为 10 000Mbit s 网卡 1000Mbit s 网卡 100 10Mbit s 自适应网卡和 10Mbit s 网卡 二 交换机与无线交换机与无线 APAP 交换技术交换技术 1 端口交换 1 模块交换 将整个模块进行网段迁移 2 端口组交换 通常模块上的端口被划分为若干组 每组端口允许进行网段迁移 3 端口级交换 支持每个端口在不同网段之间进行迁移 2 帧交换 1 直通交换 提供线速处理能力 交换机只读出网络帧的前 14 个字节 便将网络帧传送到 相应的端口上 2 存储转发 通过对网络帧的读取进行验错和控制 3 信元交换 ATM 采用固定长度 53 字节的信元交换 ATM 的带宽可以达到 25Mbit s 155Mbit s 622Mbit s 甚至数吉比特的传输能力 二层交换机 二层交换机 二层交换机具体的工作流程如下 1 当交换机从某个端口收到一个数据帧 先读取帧头中的源 MAC 地址 就知道源 MAC 地址的主机 是连在哪个端口上的 2 再去读取帧头中的目的 MAC 地址 并在地址表中查 相应的端口 3 如表中有与目的 MAC 地址对应的端口 把数据帧直接复制到这个端口上 4 如表中找不到相应的端口则把数据帧广播到所有端口上 当目的主机对源主机回应时 交换机 又可以学到这一目的 MAC 地址与哪个端口对应 在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播 三层交换机 三层交换机 三层交换技术具有如下特点 1 支持线速路由 2 支持 IP 路由 3 具有强大的路由功能 4 支持多种路由协议 5 自动发现功能如下 在第三层 自动发现有如下过程 1 通过侦察 ARP RARP 或者 DHCP 响应包的原 IP 地址 在几秒钟之内发现 IP 子网的拓扑结 构 2 学习地址 根据 IP 子网 网络协议或组播地址来配置 VLAN 使用 IGMP Internet Group Management Protocol 来动态更新 VLAN 成员 3 存储学习到的路由到硬件中 用线速转发这些地址的数据包 4 把目的地址不在路由表中的包送到网络上的其他路由器 5 通过侦听 ARP 请求来学习每一台工作站的地址 6 在子网之内实现 IP 包的交换 在第二层 自动发现有如下过程 1 通过硬件地址 MAC 的学习 发现基于硬件地址 MAC 的网络结构 2 根据 ARP 请求 建立路由表 3 交换各种非 IP 包 4 查看收到的数据包的目的地址 如果目的地址是已知的 将包转发到已知端口 否则将 包广播到它所在的 VLAN 的所有成员 6 过滤服务功能 7 二层 链路层 VLAN 8 三层 网络层 VLAN 三层 VLAN 可以按照如下方式划分 IP 子网地址 网络协议 组播地址 四层交换机四层交换机 第四层交换的一个简单定义是 它是一种功能 它决定的传输不仅仅依据 MAC 地址 第二层交 换 或源 目标 IP 地址 第三层路由 而且依据 TCP UDP 第四层 应用端口号 第四层交换技术相对原来的第二层 第三层交换技术具有明显的优点 从操作方面来看 第四 层交换是稳固的 因为它将包控制在从源端到终端的区间中 第四层交换机是在可用的服务器和性能基础上确定区间 交换机其他分类方式交换机其他分类方式 1 从网络覆盖范围划分 1 广域网交换机 2 局域网交换机 2 根据使用的网络传输介质及传输速度 1 以太网交换机 包括三种网络接口 RJ 45 BNC 和 AUI 2 快速以太网交换机 3 吉比特以太网交换机 4 10 吉比特以太网交换机 5 ATM 交换机 6 FDDI 交换机 7 令牌环交换机 3 根据交换机所应用的网络层次划分 1 核心层交换机 2 接入层交换机 3 汇聚层交换机 4 按交换机的端口结构划分 1 固定端口交换机 2 模块化交换机 5 按交换机是否支持网络管理功能划分 1 网管型交换机 2 非网管型交换机 三 无线无线 APAP 1997 年颁布了无线局域网标准 IEEE 802 11 标准主要有 IEEE 802 11b IEEE 802 11a IEEE 802 11g 和 IEEE 802 11n 几种 四 路由器四 路由器 路由器的工作原理 1 当数据包到达路由器 根据网络物理接口的类型 路由器调用相应的链路层功能模块 以解释处 理此数据包的链路层协议报头 2 在链路层完成对数据帧的完整性验证后 路由器开始处理此数据帧的 IP 层 这一过程是路由器的 核心功能 3 根据路由表中所查到的下一跳 IP 地址 将 IP 数据包送往相应的输出链路层 被封装上相应的链 路层包头 最后经输出网络物理接口发送出去 路由器分类 1 从性能高低上划分 可将路由器分为高 中 低端路由器 2 从结构上划分 可将路由器分为 模块化路由器 和 非模块化路由器 3 从功能上划分 可将路由器分为 骨干级路由器 企业级路由器 和 接入级路由器 4 从所处网络位置划分 可将路由器分为 边界路由器 和 中间节点路由器 路由器与三层交换机的区别 1 主要功能不同 2 适用环境不同 3 工作原理不同 五 防火墙防火墙 防火墙概述 1 内部网络和外部网络之间的所有网络数据流都必须经过防火墙 2 只有符合安全策略的数据流才能通过防火墙 3 防火墙自身应具有非常强的抗攻击免疫力 防火墙分类 1 从防火墙的软 硬件形式来分 1 软件防火墙 2 硬件防火墙 3 芯片级防火墙 2 从防火墙的技术实现来分 1 包过滤 Packet Filtering 型防火墙 2 应用代理 Application Proxy 型防火墙 3 从防火墙结构上分 1 单一主机防火墙 2 路由器集成式防火墙 3 分布式防火墙 4 按防火墙的应用部署位置可以分为 1 边界防火墙 边界防火墙是最传统的防火墙 它们位于内 外部网络的边界 所起的作用是对内 外部网络 实施隔离 保护边界内部网络 2 个人防火墙 个人防火墙安装于单台主机中 防护的也只是单台主机 3 混合式防火墙 混合式防火墙可以说就是 分布式防火墙 或者 嵌入式防火墙 六 六 UPSUPS UPS 分类 1 UPS 电源按其工作原理可分为 后备式 在线式以及在线互动式 3 种 2 UPS 从结构上可分为 直流 UPS DC UPS 和交流 UPS AC UPS 两大类 3 从备用时间分 UPS 分为 标准型和长效型两种 UPS 电源的正确使用与维护 1 UPS 不间断电源在功率选配上要有适当的余量 充分考虑功率因素 所有用电设备的功率之和 不得超过 UPS 电源功率的 80 如为 800W 的负载选配 UPS 电源 其功率应选购 1 000W 以上的 2 UPS 不间断电源应避免频繁地开机和关机 最好长时间地处于开机状态 负载开机时应逐一进 行 最好不要同时开机 3 新购的 UPS 不间断电源在使用前要对电池进行充电 因为 UPS 在销售过程中电池在不断地自放 电 其容量有很大一部分被消耗了 如果不及时进行补充电 不仅会影响正常的使用 还会缩短电 池的使用寿命 4 如果市电一直处于正常的供电之中 UPS 不间断电源就没有工作的机会 其电池就有可能长时 间浮充而损坏 5 UPS 不间断电源在使用后要立即进行恢复充电 使电池恢复到正常状态 6 如果 UPS 电源的电池为非免维护式电池 还要经常检查溶液的比重及电液量 及时补加电解液 或蒸馏水 7 UPS 电源在使用中 每月要检查一次浮充电压 单只电池的浮充电压低于 2 20V 时 则应对整 组电池进行均衡充电 8 如果用户自行配置长延时电池组时 外配的充电器应同时具有恒压和恒流功能 不应选用只有 恒压功能的充电器 以免影响电池的使用寿命 9 外接电池组至 UPS 的距离应尽量短 导线的面积应尽量大 以增大导电量 减小线路上的电能 损耗 特别是在大电流工作时 电路上的损耗是不可忽视的 10 要经常用柔软的抹布擦拭电池 以保持电池表面清洁卫生 防止灰尘通过电池的缝隙进入电 池的电解液中污染电液 使电池的性能恶化 UPS 电源的正确选择 1 UPS 的容量 1 实际负载情况 2 预留扩容 2 电池供电时间 3 UPS 的输入电压范围 4 UPS 电源保护解决方案 5 UPS 的外观 体积 重量及噪音等因素 七 存储技术与设备存储技术与设备 DASDAS 开放系统的直连式存储 Direct Attached Storage 简称 DAS 已经有近四十年的使用历史 随着用 户数据的不断增长 尤其是数百 GB 以上时 其在备份 恢复 扩展 灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理 员 直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO 读写和存储维护管理 数据备份和恢复要求占用 服务器主机资源 包括 CPU 系统 IO 等 数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机 库 数据备 份通常占用服务器主机资源 20 30 因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进 行 以免影响正常业务系统的运行 直连式存储的数据量越大 备份和恢复的时间就越长 对服务器硬件的 依赖性和影响就越大 直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用 SCSI 连接 带宽为 10MB s 20MB s 40MB s 80MB s 等 随着服务器 CPU 的处理能力越来越强 存储硬盘空间越来越大 阵列的硬盘数量越来越多 SCSI 通道将会 成为 IO 瓶颈 服务器主机 SCSI ID 资源有限 能够建立的 SCSI 通道连接有限 无论直连式存储还是服务器主机的扩展 从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集 Cluster 或存储阵 列容量的扩展 都会造成业务系统的停机 从而给企业带来经济损失 对于银行 电信 传媒等行业 7 24 小 时服务的关键业务系统 这是不可接受的 并且直连式存储或服务器主机的升级扩展 只能由原设备厂商提供 往往受原设备厂商限制 1 服务器在地理分布上很分散 如商店或银行的分支 2 存储系统必须被直接连接到应用服务器 如 Microsoft Cluster Server 或某些数据库使用的 原始 分区 上时 3 包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用 它们需要直接连接到存储器上 群件应用和一些邮件 服务也包括在内 SAS 即串行连接 SCSI 是新一代的 SCSI 技术 和现在流行的 Serial ATA SATA 硬盘相同 都是采用 串行技术以获得更高的传输速度 并通过缩短连结线改善内部空间等 SAS 是并行 SCSI 接口之后开发出的全 新接口 此接口的设计是为了改善存储系统的效能 可用性和扩充性 并且提供与 SATA 硬盘的兼容性 SAS Sever Attached Storage 意为服务器连接存储 或称 DAS Direct Attached Storage 存储产品是 作为计算机的附属部分 采用直接连接存储结构 将存储设备通过 SCSI 接口或光纤通道直接连接到一台计算机 上 其缺点是服务器成为网络瓶颈 存储容量不易扩充 服务器发生故障时 连接在服务器上的存储设备中 的数据不能被存取 网络连接式存储 网络连接式存储 NASNAS NAS 的优点 NAS 是一种采用直接与 网络介质相连的特殊设备实现数据存储的机制 由于这些设备都分配有 IP 地址 所以客户机通过充当数据网关的服务器可以对其进行存取访问 甚至在某些情况下 不需要任何中间 介质客户机也可以直接访问这些设备 第一 NAS 适用于那些需要通过网络将文件数据传送到多台客户机上的用户 NAS 设备在数据必须长 距离传送的环境中可以很好地发挥作用 第二 NAS 设备非常易于部署 可以使 NAS 主机 客户机和其他设备广泛分布在整个企业的网络环境 中 NAS 可以提供可靠的文件级数据整合 因为文件锁定是由设备自身来处理的 第三 NAS 应用于高效的文件共享任务中 例如UNIX 中的 NFS 和 Windows NT 中的 CIFS 其中基于 网络的文件级锁定提供了高级并发访问保护的功能 SAN 英文全称 英文全称 Storage Area Network 即存储区域网络 即存储区域网络 它是一种通过光纤集线器 光纤路由器 光纤 交换机等连接设备将磁盘阵列 磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网 SAN 由三个基本的组件构成 接口 如 SCSI 光纤通道 ESCON 等 连接设备 交换设备 网关 路 由器 集线器等 和通信控制协议 如 IP 和 SCSI 等 这三个组件再加上附加的存储设备和独立的 SAN 服务 器 就构成一个 SAN 系统 SAN 提供一个专用的 高可靠性的基于光通道的存储网络 SAN 允许独立地增加 它们的存储容量 也使得管理及集中控制 特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候 更加简化 而且 光纤接口提供了 10 km 的连接长度 这使得物理上分离的远距离存储变得更容易 SAN 存储区域网络 的优点 1 可实现大容量存储设备数据共享 2 可实现高速计算机与高速存储设备的高速互联 3 可实现灵活的存储设