《网络基础》-第12章

第12章网络规划与设计12.7主机代管12.8大型局域网的规划12.9网络生命周期小结上一页返回12.1使用交叉双绞线连接两台计算机假设拥有一间个人工作室，并且使用两台计算机工作，因为要让两台计算机能共享文件、打印机和连上互联网，所以就想将两台计算机用网络连接起来。如果两台计算机都安装有10BASE-T或100BASE-TX的网卡，就可以通过一条交叉双绞线将两台计算机连接起来，如图12-1所示。下一页返回12.1使用交叉双绞线连接两台计算机使用交叉双绞线连接计算机的考虑：①节省了购买集线器的费用。②如果两台计算机的网卡都支持全双工传输模式，则通过交叉双绞线所形成的就是全双工传输连接。③用来连接两台计算机的交叉双绞线长度不能超过100m。④只能用来连接两台计算机，无法再进行扩充。上一页返回12.2使用集线器或交换机连接多个结点假设有6个人的团队，仅占用一间办公室，内部并没有任何隔间，所有人都在同一个房间内，且每人桌上都有一台工作计算机（共6台）。为了方便共用文件及备份数据，另外还加了一台共用的服务器，如图12-2所示。下一页返回12.2使用集线器或交换机连接多个结点1．带宽如果网络上的数据传输量不大，网络使用率不高（例如，只是共享一些文件与打印机，偶尔连上互联网而已），那么通过集线器将6台计算机与服务器直接连接起来即可。反之，如果网络上的数据传输量大或是网络使用率高（例如，计算机之间常常会传送大型文件），可改用交换机将6台计算机与服务器连接起来。上一页下一页返回12.2使用集线器或交换机连接多个结点2．传输距离10BASE-T的局域网，最多可以串接4台集线器，两台计算机间的传输线路最长可达500m（途中经过4台集线器时）；但100BASE-TX的局域网，最多只能串接2台集线器，两台计算机间的传输线路最长只到205m（途中经过2台集线器，集线器之间的连线再加上两台计算机连接集线器的连线，总长不能超过205m）。如果以交换机来连接计算机，则无此限制，只需注意每段连线不超过100m即可。如果交换机与集线器混杂相接，则集线器串接部分的传输长度仍然受205m的限制，交换机串接部分则不受限制，如图12-3所示。上一页下一页返回12.2使用集线器或交换机连接多个结点3．预留传输端口如果目前只需要连接5台计算机，但一个月后还要新增2台计算机，那就建议选择一台具备8个传输端口的集线器（或交换机）。如果选择一台5个传输端口的集线器（或交换机），那么一个月后还是要重新买一台8个传输端口的集线器（或交换机），才能将7台计算机都串联起来。换句话说，如果一台8传输端口集线器与另一台5传输端口集线器互接，则两台集线器就只剩下8+5-2=11个传输端口可用，如图12-4所示。上一页返回12.3使用集线器连接多个局域网集线器除了可以用于直接连接计算机外，也可以用来串联更大的局域网，延长局域网的传输距离与涵盖范围，如图12-5所示。使用集线器连接多个局域网的规划如下所述。1．带宽如果图12-5所使用的是10BASE-T的集线器，那么4个局域网之间的连通带宽就只有半双工的10Mb/s可用；如果使用的是100BASE-TX的集线器，那么4个局域网之间的连通带宽也只有半双工的100Mb/s可用。下一页返回12.3使用集线器连接多个局域网2．传输距离以图12-5所示的内容为例，假设4个局域网都是用100BASE-TX集线器直接连接计算机，并且这4个局域网又通过集线器连接起来，那么所形成的大型局域网中，任两台计算机之间的线路总长不得超过

205

m。如果这个局域网都是以交换机直接连接计算机，该局域网再通过交换机传输端口直接连上中央的集线器，则无205m限制，但需注意每段连线不得超过100m。上一页返回12.4使用交换机连接多个局域网在10BASE-T或100BASE-TX网络中，如果计算机通过交换机连接起来，那么就等于所有计算机都直接接到网桥上（因为两台计算机之间的数据传输，都不会外传到其他不相干的计算机），所以在10BASE-T或100BASE-TX网络上，都直接把交换机当作网桥来使用，如图12-6所示。下一页返回12.4使用交换机连接多个局域网通过交换机将各个局域网连接起来，除了可以形成更大的局域网，延长局域网的传输距离与涵盖范围之外，还可以进一步隔离各局域网络之间的数据传输，使各局域网内的数据传输不会干扰到其他局域网，如图12-7所示。利用交换机连接多个局域网的规划考虑如下。1．带宽以图12-7所述内容为例，假设中心是一台100BASE-TX的交换机，如果大多数的数据传输都在局域网内进行，4个局域网之间的数据传输量不大，换句话说，也就是各局域网对外的数据传输流量不超过100Mb/s时，那么整个网络的运行状况还可以维持在流畅的阶段。上一页下一页返回12.4使用交换机连接多个局域网2．兼容性100BASE-TX交换机可以同时支持10BASE-T与100BASE-TX两种传输规格，允许其上的传输端口各自采用10Mb/s或100Mb/s的传输速率。旧网络标准与新网络标准的相互连接，大大扩增了兼容性。3．传输距离注意：每段连线不超过100m。上一页返回12.5利用路由器分割网络与网桥（或L2交换机）相比，路由器（或L3交换机）多了能查看信息包内通信协议报头的能力，因此可以担任OSI第三层的路由工作，可以根据IP（或IPX或其他可路由通信协议）网络地址将局域网分割成数个子网。在下列三种情况下用到路由器。1．过滤广播信息包，提高网络传输效益2．连接广域网3．串联不同种类的局域网返回12.6LAN与WAN的连接12.6.1连上互联网访问互联网资源连上互联网的目的是获取互联网资源，如浏览网页、收发电子邮件、阅读新闻组文章。12.6.2连上互联网提供网络服务如果要架设对外提供服务的网络服务器，那么配发动态IP地址的拨号连接、线缆调制解调器连接与计时制ADSL连接就不适用了，只剩下固接式ADSL连线与专线连线可以选择。除了在局域网上架设网络服务器外，许多网络公司也提供了主机代管服务，由网络公司负责包办网络服务器的安置与维护工作。下一页返回12.6LAN与WAN的连接12.6.3串联局域网如果只是想通过广域网传输技术串联两个或多个距离较远的局域网，那就不一定要连上互联网。许多ISP都提供这种纯专线的连接服务，可以通过这种专线服务连接分隔两地的局域网。不但北京与天津两地的局域网可以连接起来，有些ISP公司甚至还提供了可以连到海外的对接连接服务。许多大专院校校园或大工厂的厂区也需要通过广域网传输技术串联分布在各处的局域网。根据带宽需求与构建成本，来选择是要布设双绞线还是光纤传输线路。有时候两个局域网之间无法直接串联起来，是因为两边有着实际上的布线困难，例如相隔一条河流或一条大马路，这时就可以考虑以无线网络传输技术来串联这两个局域网。上一页返回12.7主机代管许多公司或个人自行架设网站，并且希望网站所能使用的传输带宽很高，但却不希望花太多钱在专线与相关网络连接设备上。为了迎合客户这种需求，许多ISP（互联网服务提供者）公司还提供了主机代管服务，即客户将它的服务器主机放置在ISP的交换机房内，由网络公司负责服务器的安置与维护工作。主机代管的特点如下。1．降低网站构建成本2．享用超高的连接带宽3．空调系统4．不断电系统的保护5．机房内有专人监看服务器的运行返回12.8大型局域网的规划12.8.1工作组将数台或数十台计算机通过集线器或交换机连接起来所形成的局域网，称为网络工作组规模的局域网，如图12-9所示。根据工作组所连接的结点数，可以将工作组细分成两类：①小型工作组：工作组所连接的计算机少于20台。②大型工作组：工作组所连接的计算机超过20台。下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.2传输主干在大型的网络系统中，负责连接所有网络工作组的核心线路称为网络传输主干。常见的传输主干构建方式有两种，分别是分布式传输主干与集中式传输主干。1．分布式传输主干分布式传输主干是一种由各个网络工作组互连所形成的传输主干，如图12-10所示。2．集中式传输主干通过一台专门的传输主干交换机来连接所有的网络工作组便形成了集中式传输主干，如图12-11所示。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.3工作组与传输主干的规划对于三五十人的中小企业来说，常占有较大的地方，空间上也有较大的变动，但多半还是以同一层楼居多，最大的特点就是隔间多，且职务分工较细。面对这样的状况，必须深入了解全公司企业的需求。首先小型网络的基本功能一定要有，不管是文件共用还是资源共享都得一应俱全；其次现代企业的互联网需求迫切，团队运行又依赖于信息系统；服务器要备份，即多准备一台。很显然，必须考虑的因素较多。就网络的实际运行情况来说，大型局域网也是由许多的网络工作组所组成的。同部门的成员在同一个工作组内使用网络，工作组之间则通过传输主干连接起来，如图12-12所示。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.4工作组交换机的最大带宽100BASE-TX交换机的最大传输带宽为100Mb/s×传输端口数/2。这个估算值，是厂商设计工作组交换机时所参考的带宽上限值。以一个8端口的工作组交换机来说，如果同一时间其中4台计算机分别传送数据给另外4台计算机，交换机内部的数据总传输流量便高达100×8/2=400Mb/s。但是，对许多网络使用率不高的小型工作组来说，很少会同时有一半的计算机传输数据给另一半计算机的极端忙碌情况。专门为这种小型网络工作组设计的交换机，内部的最大带宽就远低于这个上限值，成为传输性能与制造成本之间的折中方案。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.5传输主干交换机的最大带宽如果将数台工作组交换机全都连接到某一台带宽更大的交换机，由这台交换机负责所有工作组之间的数据传输，这台交换机便是传输主干交换机。由于传输主干交换机要负责转递所有工作组交换机所传来的数据，所以在设计这种高级的交换机时，就要假设所有的传输端口都有可能同时传送与接收数据，因此传输主干交换机的带宽上限值为：100Mb/s×传输端口数/2×2（假设所有传输端口都同时进行传送与接收，故再乘以2。）上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.6构建高带宽的网络传输主干对于100BASE-TX网络来说，L2交换机扮演着网桥的角色。因为任意两台交换机之间只能有一条固定的传输路径，所以交换机之间只能以星状或树状拓扑串联起来，而无法以网状拓扑串联起来，如图12-13所示。将以太网限制在星型拓扑下，可以让两个结点之间的传输路径只有一条，传输时就不必根据选径路由机制来传递信息包。其缺点是如果两个结点之间的唯一传输路径上有某条传输线段或集线器出现故障，那这两个结点就无法互传数据了。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划如果B与C之间的连线出现故障，这时所有的网桥会通过BPDU信息包重新协调，启动C与D之间的连接，重新产生一个可用的星状拓扑网络，如图12-15所示。尽管支持802.1D标准的交换机在实际布线时可以采用环状或网状拓扑，但交换机之间经过协调后还是会去用掉其中几条连线，重新形成星状拓扑来维持以太网的正常运行。如果采用分布式传输主干，随着加入传输主干的交换机数量增多，传输主干所能涵盖的传输范围也更广，所能连接的网络结点也更多，但整个传输主干的总带宽却没有因而扩增。随着带宽需求的增高，所有的数据传输流量将被拥塞在某几台交换机上，较大地降低整个传输主干的运行性能，如图12-16所示。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划以图12-16的分布式传输主干来看，A与D互传数据，就会占用掉整个传输主干（线段x+y+z）的带宽，这时如果B与C互传数据，则所有的数据都会阻塞在y线段上，因而降低了网络传输效益。如图12-17所示的集中式传输主干，A与D互传数据时，仅占用线段x+w的带宽，这时如果B与C互传数据，则使用线段y+z的带宽，并不会使传输拥塞，由此看来集中式传输主干所能承载的数据传输量显然高。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划随着带宽需求的增高，采用集中式传输主干将可以获得更高带宽，也可改善传输延迟状况。具备传输负载平衡功能的交换机，可以通过多条平行的传输线将两台交换机串接起来，显著提高两台交换机之间的传输带宽。以图12-18为例，在传输负载平衡机制的帮忙下，两条100Mb/s全双工连线可以当作1条200Mb/s的全双工传输连线使用，使得两台交换机之间的总数据传输量可高达400Mb/s（由左至右的200Mb/s+由右至左的200Mb/s）。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.7传输距离上的考虑对于100BASE-TX的网络来说，集线器到计算机之间的传输线不能超过100m。假设有一个新落成的大楼，每层楼都有120×120m见方的空间，那么集线器的最好摆设位置自然就是每层楼的中央处。如果不巧每层楼的中央处刚好是梁柱，或因其他因素而无法摆设网络连接设备，那么就得在每层楼的两边各设置一个布线柜来安置网络连接设备，以确保网络传输范围可以遍及办公室各处，如图12-19所示。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划如果各楼层以集中式传输主干连接，也要考虑到传输距离的问题。假设办公室在19楼，与地下室之间的垂直距离虽然没有超过100m，但两个楼层的布线柜之间的实际布线距离却已经超过100m，也就无法以100BASE-TX连线串接这两个布线柜，这时就得换用100BASE-FX光纤连线，或是将传输主干交换机安置在中间楼层（如9楼）的布线柜里，这样可使传输主干交换机直接通过100BASE-TX连接各楼层的网络工作组交换机，如图12-20所示。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.8成本效益上的考虑虽然较快的网络传输技术构建费用较高，但却可以带来更好的传输效益，因此我们建议在合理的成本考虑下尽可能采用较好的传输技术。如果网络使用率不高，可以通过集线器将网络工作组内的计算机连接起来。以后随着网络使用率的升高，只需以交换机换掉原有的集线器，整个网络工作组的可用带宽便可大幅提高。当然，如果两者的价差有限，就无需多此一举。上一页下一页返回12.8大型局域网的规划12.8.9服务器专区服务器专区指的就是一台直接连接到传输主干的网络服务器。如果将所有网络服务器跟传输主干交换机放在一起，就可以在此集中掌握、查看、管理与维护网络资源。举例来说，当架设一台电子邮件服务器供全公司员工使用，便可以将这台邮件服务器直接连上传输主干交换机，以确保全公司各处都能通过顺畅的网络连接访问这台邮件服务器。上一页返回12.9网络生命周期12.9.1网络流程周期网络流程周期由下述5个阶段组成：

需求规范。

通信规范。

逻辑网络设计。

物理网络设计。

实施阶段。由上述5个阶段组成的生命周期又叫做一个流程，因为每一项工作是从一个阶段“流到”下一个阶段，具体的网络流程周期如图12-21所示。下一页返回12.9网络生命周期12.9.2网络循环周期网络循环周期是从网络流程周期演变而来。它克服了网络流程周期的不灵活性。变化管理是网络循环周期的指导性原则。与网络流程周期不同的是，网络循环周期能够快速适应新的需求；通过几次重复所有阶段来实现；每次循环将产生一个新的版本。网络循环周期由4个阶段组成，如图12-22所示。上一页下一页返回12.9网络生命周期网络循环周期有以下4个阶段。

构思与规划阶段。

分析与设计阶段。

实施与构建阶段。

运行与维护阶段。上一页下一页返回12.9网络生命周期12.9.3网络开发过程设计过程需要一份关于硬件、软件、连接和服务的详细说明书，以确保满足每个项目各自的独特需求。在网络计划者已经分析和确定以下事项后才开始进行设计。

现有的网络体系结构。

新的需求。

设计目标和约束。上一页下一页返回12.9网络生命周期通常，网络开发过程由以下一系列阶段组成。

需求分析。

现有的网络体系分析，即通信规范分析。

确定网络逻辑结构，即逻辑网络设计。

确定网络物理结构，即物理网络设计。

安装和维护。网络流程周期和网络循环周期都可以用图12-23的过程来描述。换句话说，图12-21所描述的过程只是定义了网络生命周期的各个阶段。上一页下一页返回12.9网络生命周期下面介绍网络开发过程的各个阶段，应说明的是，并不是所有的项目都需要所有这些阶段及其输出，小型项目可以跳过一些阶段，或将它们结合起来。只要理解了开发网络项目的各个阶段，在实际开发过程中就可以灵活运用了。1．需求分析需求分析是开发过程中最关键的阶段，也是经常被忽略的阶段。这是因为需求提供了网络设计应该达到的目标，但是很多时候甚至用户自己也不清楚具体需求是什么，或者需求渐渐增加而且经常发生变化，这就给从多方面搜集和整理信息的工作带来了很大的困难。上一页下一页返回12.9网络生命周期收集需求信息不仅要和不同的用户、经理和其他网络管理员交流，而且需要把交流所得信息归纳解释。收集需求信息是一项费时的工作，也是一个不能立即提供一个确定结果的过程。它为网络设计提供了下述依据。

能够更好地评价现有的网络体系。

能够更客观地做出决策。

提供完美的交互功能。

提供网络的移植功能。

合理使用用户资源。上一页下一页返回12.9网络生命周期不同的用户有不同的网络需求，收集需求考虑如下：

业务需求。

用户需求。

应用需求。

计算机平台需求。

网络需求。在需求分析阶段应该尽量明确用户的需求。最后，需要注意的是需求分析的输出是产生一份需求说明书。需求说明正式通过后，开发过程就可以进入下一个阶段了。上一页下一页返回12.9网络生命周期2．现有的网络体系分析当需要将某一网络改进或升级时，必须分析该网络的体系结构和性能。分析阶段是对需求阶段的补充。需求分析是告诉网络设计者将要做的工作；而网络体系分析则是使网络设计者掌握网络现在所处的状态和情况。网络分析阶段应该提供的通信规范说明文档内容如下：

现有网络的逻辑拓扑图。

反映网络容量、网段及网络所需的通信容量和模式。

详细的统计数据、基本的测量值和所有其他直接反映现有网络性能的测量值。

Internet接口和广域网提供的服务质量报告。

限制因素列表清单，例如，使用线缆和设备等。上一页下一页返回12.9网络生命周期3．确定网络逻辑结构在确定网络的逻辑结构阶段，需要描述满足用户需求的网络行为及性能，详细说明数据是如何在网络上阐述的。此阶段不涉及网络元素的具体物理位置。网络设计者利用需求分析和现有网络体系分析的结果来设计逻辑网络结构。上一页下一页返回12.9网络生命周期此阶段最后应该得到一份逻辑网络设计文档，输出的内容包括以下几点。

逻辑网络设计图。

IP地址方案。

安全方案。

具体的软件、硬件、广域网连接设备和基本的服务。

招聘和培训网络员工的具体说明。

对软件、硬件、服务、员工和培训费用的初步估计。上一页下一页返回12.9网络生命周期4．确定网络物理结构确定网络物理结构阶段的任务是如何实现给定的逻辑网络结构。在这一阶段，网络设计者需要确定具体的软件、硬件、连接设备、布线和服务。如何选择和安装设备，由网络物理结构这一阶段的输出作依据，所以网络物理结构设计文档必须尽可能详细、清晰，输出的内容如下：

网络物理结构图和布线方案。

设备和部件的详细列表清单。

软件、硬件和安装费用的估算。

安装日程表，详细说明服务的时间以及期限。

安装后的测试计划。

用户的培训计划。上一页下一页返回12.9网络生命周期5．安装和维护（1）安装安装阶段的主要输出是网络本身。一个好的安装阶段应该产生如下输出：

更新的逻辑网络图和物理网络图。

对线缆、连接器和设备做了清晰的标识。

为以后的维护和纠错带来方便的记