园区网设计方案的选择.doc

园区网设计方案的选择第 14卷第 6期交通与计算机 vol. 14No. 61996年 12月 Computer and Communications December. 1996园区网设计方案的选择 3李振业 (大连海事大学大连 116026)网网络互连路由器交换器园区网一词源于“Campus N etwork”,最早泛指大学的校园网。随着计算机网络技术的发展和信息需求的扩大 ,校园网采用的技术已广泛应用于具有一定规模的企事业单位,它涉及一个单位多栋楼宇范围内的计算机系统的互连 ,这种局域网 (LAN s)的互连构成园区网的基本形式。摘要针对园区网设计中技术方案的选择进行了讨论。首先是对当今流行的四种高速网络技术进行对比 ,阐明园区网采用各种方案的可能性 ;然后通过对网络互连设备的介绍 ,着重强调交换技术对园区网设计带来的影响和变化。关键词园区网光纤数据分布接口异步传输模式快速以太网高速局域园区网建设是一项高技术的工程项目 ,既要有总体规划的论证 ,也要有技术方案的设计 ,还要考虑今后网络技术的发展和当前的市场状况。本文主要围绕设计的技术方案进行讨论。 1总体设计方案与高速网络技术正如大多数园区网用户在开发需求中所述,其总体目标一般是建立一个主干网 ,下连多个有线子网甚至还有无线子网 ,使整个企业或院校的计算机都在网上运行 ,实现信息共享和通信。园区网的最佳拓扑结构 ,是与企业或院校范围内的计算机资源以及各相关部门的实际分布和信息传输方式有关。一般说来,具有相当规模的园区网 ,按层次结构划分为二级 :一级为高性能的主干网 (Backbone) ,包括园区网络控制中心及主干网连接的各主要建筑物的主结点 ;二级应为主结点下的各部门的计算机局域网、协同工作组子网 ,以及连接到子网上的各类工作站和服务器。在当前网络需求迅速增长 ,网络技术日益更新的形势下 ,用户要求网络应能达到与桌面 PC一样的高性能 ,因此建成一个高速、可靠的主干网成为园区网建设的重点。主干网的成功与否取决于整个园区网结构性能的优劣和投资效益的高低 ,而性能和效益的主要指标应包括对网络传输速率的要求 ,所采用技术的先进成熟程度以及对现有设备的投资保护等。目前国内外流行的高速网络技术主要有四种 ; (1)FDD I(光纤分布数据接3收稿日期 : 1996-09-18缺点,还有在共享速率上面临着多媒体信息传送带来的挑战问题。缺点,还有在共享速率上面临着多媒体信息传送带来的挑战问题。第 6期李振业 :园区网设计方案的选择口), (2)ATM (异步传输模式 ), (3)Fast Eth2 ernet (快速以太网 ), (4) 100VG2A nyLAN (100兆快速局域网 )。 FDD I是目前最为成熟的高速网络技术,它采用双环结构 ,当环路上有一个结点发生错误之后 ,能提供快速的系统恢复功能 ;它具有 100M bp s的速率和 100km的跨度 ,广泛用于连接服务器的骨干网 ,同时还可通过集线器与高速桌面设备连接。 FDD I.CDD I (铜线分布数据接口 )的主要优势在于冗余性、容错性和内置的网络管理 ,适合构筑园区网的主干网,尤其是大中型企业和院校的信息系统。FDD I具有结构灵活、开放性好、易扩充等优点,但也有技术难度大、价格偏高的高,技术风险大,从近来相继出现的其它高速网络技术看, A TM能否成为今后园区网唯一的主流技术令人怀疑。除非园区网规模较大、技术和资金力量雄厚、要求起点高的单位立即采用,否则应采取审慎和逐渐过渡的作法。快速以太网是10B ase2T以太网的最直接和最简单升级,它与10兆以太网不同之处仅在于速率提高了十倍,仍使用传统以太网的CSM A .CD (载波监听多重访问.冲突检测)存取方案和相同的帧结构,无需转换协议和上层软件(如SNM P) ,是以太网的自然进度。快速以太网的典型产品有100B ase2T。采用网络分段和星型的拓扑结构,兼容原有A TM来源于广域网 (WAN )信息传输和交换技术 ,但它改变了目前数字交换采用的同步转移模式 (STM ),采用所谓统计复用方式 ,即任何呼叫不再等待固定时隙 ,只要时隙一空闲 ,任何允许接入的传送都能占用。在 A TM中数据是以固定长度 (53字节 ,其中数据为 48字节 )的信元形式进行传送 ,因此交换的效率很高 ,尤其可处理图象、视频、语音等时间敏感的多媒体数据。作为 A TM基础的信元交换技术能提供高速可调节的速率 ,从 25M bps到 2Gbp s,使用局域网仿真 (LAN E)和 Classical IP协议同现有的网络兼容 ,允许建立虚拟网络 (VLAN ),可广泛应用于桌面系统、主干网和广域网。 A TM的诸多优势使它在今后的网络技术发展中将起主导作用 ,这一点已被人们所公认。但 A TM的一系列标准及实现技术仍在逐步制定和完善之中 ,过早地大规模采用这种技术 ,费用必然10M bps的布线 ,支持全双工方式 ,使实际的传输速率能达 200M bp s;具有价格低廉、升级方便、易于向 A TM过渡的优点 ;其 100兆的速率对需要高速吞吐量的服务器接口尤具吸引力 ,已成为人们普遍认可的高速桌面网络技术。但由于其未改造的传统以太网弊病和受传输距离的限制 ,以及在带宽管理、服务质量保证等方面缺少辅助的功能等 ,目前还难以担负起较大型园区主干网的角色。 100V G2A nyLAN是与 100B ase2T同时出现的另一种快速局域网技术。它采用总线访问按需优先协议 (D PAM 2Demand Prority AccessM ethod)的管理方法 ,不使用冲突检测和令牌环传送 ,这样可以消除冲突和传输延迟 ,使实时性强的语音、视频传输获得较高优先级 ,合理均衡分配时间段 ;能处理以太网和令牌环网的长帧结构 ,可以运行在大多数类型的传输缆线上 ;其性能与 100B ase2T差别不大 ,各有所长。但由于它使现有以太网升级需改变已有网络拓扑结构 ,故在国内采用 交通与计算机第 14卷的较少。纵观园区网的现在和将来 ,各种设备必然购于不同时期和多个厂家 ,这些型号各异的计算机其内部硬件结构和所运行的操作系统及通信协议互不相同 ,如 IBM的 SNA , D EC的 Decnet, Apple的 Talk, NOV ELL的 IPX ,它们在各自的领域内自成体系 ,互不兼容。为了实现园区内各类计算机连网 ,必须采用开放的、统一的网络协议和接口标准。国际标准化组织 ( ISO )制定了开放系统互连 (O S I)的通信协议参考模型 ,但至今未能真正实现;而具有公开技术和协议文本特色的TCP.IP (传输控制协议.网络互连协议) ,已,成为事实上的传输模式和速率的设计要求。中继器(R ep eater)是功能简单的网络互连设备,运行在O S I最低层(物理层)上,它连接的只能是同一类型的局域网,仅起到信号放大和整形作用,是同种网络的延长和扩展。由于其连接简单,性能较低,互连的设备和区域有限,使用的已越来越少。桥接器(B ridge)也称网桥,为早期网络互连重要设备,是在O S I第二层(数据链路层)上实现互连的存贮转发设备。通信效率高、子网,没有路由选择和隔离“广播风暴”的作用。连接容易,但由于它工作在介质存取控制(M A C)协议中,互连的网络逻辑上仍为一个工业标准 择,被誉为异种机互连领域的,是目前实现异种网互连的唯一选“无冕之王”。同时应该看到 ,微机在园区网占有较大比重 ,绝大多数 PC都支持 N ovell的 N etW are,因此 IPX也将成为园区网内并存的通信协议。总之用户必须注意网上计算机对通信协议的支持,向主流系统靠拢 ,顺利向统一标准化过渡,否则必然带来一系列不兼容的麻烦。 2网络互连与交换技术早期的网络互连规模不大、技术单一 ,互连设备相对简单 ,主要有网络适配器、中继器、桥接器、路由器和网关等。它们分别运行在 OSI网络参考协议的不同层次上 ,可根据所连网络的类型和规模加以选择。网络适配器 (A dapter)又叫网卡 ,是计算机外连必不可少的部件。网卡上有收发器、介质访问控制逻辑和设备接口。网卡市场发展很快 ,当前八位的网卡逐步被淘汰 ,具有“连发式”的网卡受到青睐。网卡的选择不仅与计算机的总线类型与传输介质有关 ,还应符合路由器 (Router) ,顾名思义它具有路由选择功能 ,能按网络地址决定数据帧的最佳传输路径。路由器实现网络互连是发生在 OSI的第三层 (网络层 )上,它具有平衡负载、阻止“广播风暴”、控制网络流量以及提高系统容错的能力 ,从而能使不同厂家和规格的设备以及不同协议的网络之间进行非常有效的网络互连 ;同时 ,路由器还是局域网与广域网之间进行互连的关键设备。网关 (Gatew ay)运行在 OSI从第四层 (传输层 )到第七层 (应用层 )之间 ,是网络层以上互连设备的总称。互连的层次越多 ,互连的代价就越大 ,它能够连接差别更大的异构网。在园区网范围内 ,除非为解决与已有的各种大中小型计算机的互连 ,否则很少用网关的方案。传统的局域网 ,包括以太网、令牌环网和 FDD I等,都是让使用者共享带宽的。这种共享介质的传输方式 ,是在单一时间段内只有一个使用者拥有传输能力。若使用人数增加 , 继放大和对网络上碰撞进行集中检测的。但中继器连接工作站为总线方式,而集线器连继放大和对网络上碰撞进行集中检测的。但中继器连接工作站为总线方式,而集线器连所引起的局域网络性能;它能提供高的总和带宽、大吞吐量、低延迟和极其低廉的端口价第 6期李振业 :园区网设计方案的选择每个人的平均使用带宽必然下降 ,于是为提高传输速率 (即带宽 )的新技术应运而生。一种方法是前述介绍的 FDD I,快速以太网 ,其主要特征是提高自身的速率机制 ,即由原来的 10M bps提高到 100M bp s;另一种途径是采用网络分段与交换方式 ,使“多点连一线”变成“分段连接” ,使“共享一线”变成“多线专用”。显然 ,网络分段能使整个网络的拥塞得到分解和控制 ;交换方式由大家都挤一条单行道 ,变成都在各自单行道上行驶 ,从而网络的速率将大幅度提高。集线器和交换器就是适应这种需求发展起来的。集线器 (H ub )类似中继器 ,也是用于中今关键性的带宽问题,它将中继互连的网域分为更小的冲突网域,提高了因为网络拥塞接工作站是星型结构,其本身就具有交换设备的特征 ,近年来 10B ase2T为其典型产品。集线器除了连接工作站之外 ,还可连接服务器或者再接集线器 ,因此近年来发展很快 ,形成从低档到高档的系列产品。交换器 (Sw itch)采用通信中由来以久的交换技术 ,它与桥接器同属一类网络设备 ,都运行在 OSI的第二层协议上。交换器按每个数据帧的 MAC地址相对简单地决策信息的转发 ,并不考虑隐藏更深的其它信息 ;它与桥接器不同的是交换器转发延迟很小 ,利用专门设计的集成电路 ,可使交换器以线路速率在所有端口并行转发信息 ,提供比传统桥接器高级得多的操作性能。交换器能够经济地将网络分成小的冲突区域 ,为每个工作站提供更高的带宽 ,允许共享型和专用型的局域网段作带宽调整 ,以减轻局域网之间信息流通的“瓶颈”现象。现在已有不少的以太网、快速以太网、 FDD I和 A TM的交换技术产品 ,它们具有连接简化、低价、高性能和端口密集的特点 ,交换器已逐渐成为网络互连的重要角色。在以往的网络设计中 ,不可避免地是采取路由器为中心的策略 ,交换技术出现后 ,网络设计的重心逐渐转移到交换器上 ,人们不得不重新考虑和调整以路由技术为中心的设计方案和建网规划。应当指出 ,交换和路由并不能相互取代 ,它们的作用有较大的差别 ,交换器是专用设备 ,它的出现主要用于解决当格,因此日益受到人们的重视。路由器运行的 OSI层次比交换器高 ,可以区分不同的网络协议 ,能在许多网段之间定义逻辑边界 ,提供“防火墙”服务 ,限制了它不支持协议的数据发送和扩散。路由器能选择最佳信息转发路径,使信息的保密性加强 ,带宽利用率提高 ,对网络有更多的控制功能。由于路由器具有流量决策和网络管理的特征 ,可视为具有更高智能的通用设备。路由器不足之处是它必须执行多帧操作 ,增加了延迟 ,使其在园区范围内各子网间传输速率降低 ,从而使得路由器将逐渐移至园区网的外围 ,因此 ,网络设计者应区分两种设备的不同功能 ,使两项技术结合起来建设高性能的园区网络。随着网络互连设备的竞相出现和功能扩大,集线器也从一般的布线盒逐渐登上“大雅之堂” ,成为数据中心里共享或交换式局域网配置和管理的关键性设备。集线器有共享式和交换式两种 ,有堆叠式和机架式之分 ,也有无管理功能的“傻 H ub”和有管理功能的“智 交通与计算机第 14卷中,超级集线器和广泛技术支持和容错特性 版) , 1994,2美 Frank J. DerflerJr计算机互连大全(第3, 提供了一个强有力的集成和迁移的平台。. sign. Abstract: Thisarticlemainlydiscussestheselectionoftechiqueincampusnetworkde2 Through the comparison among four update high2speed network techniques, this arti2 cledescribesthepossibilitiesofsomeschemes. Afterintroducingsomekindsofnetworkcon2 nection epuipment, it stresses the influencesof switch technologyon campusnetworkde2 sign. Key words: campus network; FDDI; ATM ; fast Ethernet; LOOVG2AnyLAN ; net2 work connection; router; sw itch (上接第 4页)ing and Task2Specific A rchitectures. IEEE EX2 库的建立和完善等工作仍在进一步的开发和PERT OCT. 1994: 24 34. 研究之中。21林尧端 ,张钹 ,万纯一 .专家系统原理与实践 .北京:清华大学出版社 , 1988, 4.参考文献 1 Dean A llemang. Combining Case2Based Reason2 Abstract: ThispaperdiscussestheapplicationofAItechniquesbasedoncasereasoning fortheoveralldesignofportalcrane, a