一个四层大楼的网络拓扑项目设计方案.docx
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一个四层大楼的网络拓扑项目设计方案
一个四层大楼的网络拓扑项
目设计方案
第一章引言
近几年来,随着企业数据通信业务以及相关的融合业务的迅猛发展,以太网交换机作为不可或缺的关键设备不仅在数量上获得了极大的提高,而且在质量、性能等方面不断完善。
企业的信息应用正在全面走向宽带化和融合化,在这一背景下,传统的实现简单连接和数据传输功能的以太网交换机已成为过去,纵观当前整个发展趋势,我们发现以太网交换机正朝着高速化、智能化的方向前进。
首先,速度是我们衡量网络性能的一个重要标准,从而也就成为以太网交换机等设备发展的一个重要方向。
从最初的百兆到千兆再到万兆,以太网不断满足着人们快速增长的需求,给人们带来超乎寻常的体验。
目前,人们对带宽的要求正在迅速提高,如迅猛发展的存储网络必需的海量数据传输通道;大量高带宽汇聚的城域网络;不断丰富的宽带应用所需的带宽支持;大型金融机构的数据集中;企业核心业务、ERRCRM等复杂的应用扩展。
今天,千兆为骨干、百兆为接入的主流结构,将逐渐向万兆为骨干、千兆为接入的结构过渡。
其次是智能化,这里所指的智能化不仅包括交换机设备智能化的管理,还包括它们对越来越多的智能业务的支持。
随着网络部署新应用和融合多业务的需求日益迫切,单一交换机需要拥有丰富的功能以提供更多的支持,与此同时,复杂的网络环境加剧了网络管理的难度,通过智能交换设备进行网络的集中管理,不仅简化了管理步骤,而且降低了部署和维护的成本。
从目前的市场发展趋势来看,智能交换机的需求量有了明显上升,越来越多的用户更愿意将智能交换机作为设备采购的首选。
现在,越来越多的网络厂商更加注重交换设备的管理性能和功能融合,QoS、单一IR地址管理、远程控制等功能成为智能交换机不可或缺的重要特性。
为了承载远程教学、呼叫中心、视频会议、VoIP语音服务、VOD视频点播等对带宽和
时延敏感的应用,智能化的以太网交换机还提供了丰富的QoS策略,保证了关键业务的快
速、及时转发。
流量访问控制、速度限制、远程管理等智能管理特性都成为以太网交换机帮助用户提升网络运行效率的重要因素。
此外,以太网交换机越来越多地融入路由功能。
以往,大家习惯将交换机看作基于局域网技术的一种设备,认为只有在局域网上,才考虑使用交换机,如果要与广域网互连,那就是路由器的事情。
实际上,随着ASIC技术和网络处理器的不断发展成熟以及网络逐渐被IP
技术所统一,以太网交换技术已经走出了当年“桥接”设备的框架,可以应用到汇聚层和骨干层,路由器中所具有的丰富的网络接口,在目前的交换机上已经可以实现;路由器中拥有的丰富的路由协议,在交换机中也得到大量的应用;路由器中具有的大容量路由表在交换机中也可以实现。
对于整个以太网来说,它正在从企业级应用进入电信市场,出现了“电信级以太网”的概念和相关的解决方案。
电信业务的转型是电信级以太网产生的最大动力。
首先,IPTV、
三网融合等业务是当下最热门的应用,而以太网对于承载这些业务将非常胜任,在市场空间越来越广阔的今天,电信级的以太网就成为关键;其次,以太网越来越多地应用于家庭用户和企业用户的业务融合方面,打包式的业务组合是现在运营商开展的重点;最后,在IMS技术中,用以太网可以承载无线网络底层的IP传输。
总的说来,端到端的服务质量QoS可靠性、网络安全性、扩展性以及网络管理能力等是电信级以太网的主要特征。
首先,服务质量QoS方面,早期的以太网在局域网主要承载数据业务,因此不需要差异化的服务质量保证。
但是电信网络要求承载综合业务,传统以太网这种不区分流量类型的“尽力而为”机制难以保证语音和视频等实时业务的质量。
其次,在网络的安全性方面,一些基本功能开始引入电信级以太网,比如能够支持VPN和防火墙,有效隔离其承载的各种业务网等。
再者,可靠性方面,传统的以太网使用链路聚合和生成树协议进行保护,链路聚合耗费大量的线路和端口资源,在链路出现故障时恢复时间都在秒级,远远不能满足电信级网络的要求。
采用MPLSRPF等技术,以太网可以同时具备快速修复故障能力。
例如,RPR的空间重用技术、公平机制增强了传统以太网的功能,甚至可以组成环网拓扑,利用千兆或万兆以太网接口互连,组成高容量的环网链路,通过环路检测等技术实现保护倒换。
另外,网络管理方面,以太网原来主要用于小型局域网环境,其网络管理工具不足以支持公用电信网所必需的网络围管理和视野。
最后,以太网交换机的光口是以点到点方式直接相连的,不具备置的故障定位和性能监视能力,使以太网中发生的故障难以诊断和修复。
发展到现在,电信级以太网已经能够提供完善强大的网管功能,并能提供端到端的统一网管能力、集群管理能力、堆叠管理以及可视化图形管理能力。
除了常规的配置、监控、用户数据采样分析等,完善的网络管理还能自动发现网络故障,并能及时恢复,自动发现新加入的业务节点,配置端到端的业务;网管还能够测量端到端的性能,实时掌控网络的运行情况。
这些都是要建立在一个完善的网络设计上面的,所以本文将通过某企业的一个四层大楼的网络拓扑设计的探讨一下。
第二章计算机网络基础
要进行网络拓扑的设计,就要先了解一下计算机网络的基础知识。
计算机网络中不但有硬件,还有大量的软件。
2.1计算机网络概述
计算机网络,是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统、管理软件及通信协议的协调下,实现资源共享和信息传递的的巨大系统。
简单地说,计算机网络就是通过电缆、线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合。
计算机网络的发展经历了面向终端的单级计算机网络、计算机网络对计算机网络和开放式标准化计算机网络三个阶段。
计算机网络通俗地讲就是由多台计算机(或其它计算机网络设备)通过传输介质和软件物理(或逻辑)连接在一起组成的。
总的来说计算机网络的组成基本上包括:
计算机、网络操作系统、传输介质(可以是有形的,也可以是无形的,如无线网络的传输介质就是看不见的电磁波)以及相应的应用软件四部分。
2.1.1计算机网络的发展
事实上计算机网络是二十世纪60年代起源于美国,原本用于军事通讯,后逐渐进入民用,经过短短40年不断的发展和完善,现已广泛应用于各个领域,并正以高速向前迈进。
20年前,在我国很少有人接触过网络。
现在,计算机通信网络以及Internet已成为我们社会结构的一个基本组成部分。
网络被应用于工商业的各个方面,包括电子银行、电子商务、现代化的企业管理、信息服务业等都以计算机网络系统为基础。
从学校远程教育到政府日常办公乃至现在的电子社区,很多方面都离不开网络技术。
可以不夸地说,网络在当今世界无处不在。
随着计算机网络技术的蓬勃发展,计算机网络的发展大致可划分为4个阶段。
第一阶段:
诞生阶段20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。
典型应用是由一台计算机和全美围2000多个终端组成的飞机定票系统。
终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘,无CPU和存。
随
着远程终端的增多,在主机前增加了前端机(FEP)。
当时,人们把计算机网络定义
为“以传输信息为目的而连接起来,实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”,但这样的通信系统已具备了网络的雏形。
图1-1第一阶段中电子计算机代表机型IBM650小机型
第二阶段:
形成阶段20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来,为用户提供服务,兴起于60年代后期,典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET主机之间不是直接用线路相连,而是由接口报文处理机(IMP)转接后互联的。
IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务,构成了通信子网。
通信子网互联的主机负责运行程序,
提供资源共享,组成了资源子网。
这个时期,网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”,形成了计算机网络的基本概念。
图1-2第二阶段计算机网络中计算机代表机型IBM7094控制台外观
第三阶段:
互联互通阶段20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统
的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。
ARPANET起后,计
算机网络发展迅猛,各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品。
由于没有统一的标准,不同厂商的产品之间互联很困难,人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境,这样应运而生了两种国际通用的最重要的体系结构,即TCP/IP体系结构和国际标准化组织的OSI体系结构。
第四阶段:
高速网络技术阶段
20世纪90年代末至今的第四代计算机网络,由于局域网技术发展成熟,出现光纤及高速网络技术,多媒体网络,智能网络,整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统,发展为以Internet为代表的互联网。
2.1.2计算机网络的组成和分类
计算机网络的分类多种多样,主流的分类是从地理围划分的。
按这种标准可以把网络划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种,局域网一般来说只能是一个较小区域的网络,城域网是不同小地区的网络链路,广域网可以说是将不同城市之间的网络连接起来,互联网是将不同地理位置的不同类型的相对较小的网络全部连接起来的非常成熟和健全的大型网络,不过在此要说明的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上的地理区分,只能是一个定性的概念。
1.局域网(LocalAreaNetwork)简称LAN现在局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及,几乎每个单位都有自己的局域网。
所谓局域网,那就是在局部地区围的网络,它所覆盖的地区围较小,比如在同一个房屋里面几台计算机之间的相互连接,就是一个简单的局域网。
这种网络的特点就是:
连接围窄、用户少、配置简单、连接效率高,目前局域网最快的速率要
算现今的10G以太网了。
2.城域网(MetropolitanAreaNetwork)简称MAN这种网络一般来说是在一个城市,但不在同一地理小区围的计算机互联。
这种网络的连接距离可达在10100公里,它采用的是IEEE802.6标准。
MANWLAN相比扩展的距离更长,连接的计算机数量更多,在地理围上可以说是LAN的延伸。
3.广域网(WideAreaNetwork)简称WAN这种网络也称为远程网,所覆盖的围比城域网(MAN更广,它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN的网络互连,地理围可以从几百公里到几千公里。
因为距离较远,信息衰减比较严重,所以种种网络一般要租用专线,通过IMP(接口信息处理)协议和线路连接起来,构成网状结构,解决一些问题。
这种网络因为所连接的用户多,总出口带宽有限,所以用户的终端连接速率较低,通常为9.6Kbps-45Mbps,如:
邮电部的CHINAPAC和CHINADD网。
4、互联网(Internet)从地理围来说,互联网可以使全球计算机的互联,这种网络的最大的特点就是不稳定性,整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不变的变化。
它的优点优点也是非常明显的,就是信息量大,传播广,无论身处何地,只要连上互联网就可以对任何可以联网用户发出的信函和广告。
按交换方式可分为线路交换网络(CircurtSwitching)、报文交换网络(MessageSwitching)和分组交换网络(PacketSwitching)。
线路交换最早出现在系统中,早期的计算机网络就是采用此方式来传输数据的,数字信号经过变换成为模拟信号后才能在线路上传输。
报文交换是一种数字化网络。
当通信开始时,源机发出的一个报文被存储在交换器里,交换器根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文,这种方式称做存储-转发方式。
分组交换也采用报文传输,但它不是以不定长的报文做传输的基本单位,而是将一个长的报文划分为许多定长的报文分组,以分组作为传输的基本单位。
这不仅大大简化了对计算机存储器的管理,而且也加速了信息在网络中的传播速度。
由于分组交换优于线路交换和报文交换,具有许多优点,因此它已成为计算机网络的主流。
(3)按网络拓扑结构可分为星型网络、树型网络、总线型网络、环型网络和网状网络。
2.1.3计算机网络的功能与应用
计算机网络的功能主要体现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。
硬件资源共享,可以在全球围提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享,是用户节省投资,也便于集中管理和均衡分担负荷。
软件资源共享,允许互联网上的用户远程访问各大类数据库,可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务,从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮,也便于集中管理。
而用户信息交换是计算机网络为分布在各地的用户提供强有力的通信手段。
用户可以通过计算机网络传送电子、发布新闻消息和进行电子商务活动。
计算机网络应用非常广泛,下面就是三个主要应用方向:
1、企业信息网络是指专门用于企业部信息管理的计算机网络,它一般为一个企业所专用,覆盖企业生产经营管理的各个部门,在整个企业围提供硬件;软件和信息资源共享。
2、联机事务处理是指利用计算机网络,将分布在不同地理位置的业务处理计算机设备或网络与业务管理中心网络连接,以便于在任何网络节点上都可以进
行统一、实时的业务处理或客户服务
3、POS(PointOfSales)系统是基于计算机网络的商业企业管理信息系统,他将柜台上用于收款结算的商业收款机与计算机系统连成网络,对商品交易提供实时的综合信息管理与服务。
2.2计算机网络体系结构
计算机的网络结构可以从网络体系结构,网络组织和网络配置三个方面来描述,网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络,网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局,硬件、软件和通信线路来描述计算机网络,网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。
计算机网络的体系结构中最常见的是:
OSI参考模型和TCP/IP协议。
网络体系(NetworkArchitecture):
是为了完成计算机间的通信合作,把每
台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次,并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。
网络体系结构:
是指用分层研究方法定义的网络各层的功能,各层协议和接口的集合。
2.2.1分层体系结构与网络协议
网络协议时计算机网络必不可少的,一个完整的计算机网络需要一套复杂的协议集合和体系保障,组织复杂的计算机网络协议的最好方式就是层次模型。
而将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构(NetworkArchitecture)。
计算机网络由多个互联的结点组成,结点之间要不断地交换数据和控制信息,要做到有条不紊地交换数据,每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化体系。
计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的,即计算机网络体系结构的容。
2.2.2OSI参考模型
OSI(OpenSystemInterconnect)开放式体统互联,该体系结构标准定义了网络连接的七层框架,即ISO开放式系统互连参考模型。
在这一框架下进一步详细规定了每一层的功能,以实现开放时系统环境中的互联性、互操作性和应用的可移植性。
ISO为了更好的是网络应用更为普及,就推出了OSI参考模型。
提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。
根据分而治之的原则,ISO将整个通信功能划分为五个层次,划分的原则是:
1、网络中的各结点都有相同的层次;2、不同结点的同等层具有相同的功能;3、同一结点相邻层之间通过接口通信;4、每一层使用下层提供服务,并向其上层提供服务;5、不同结点的同等层按照协议实现对等层之间通信。
其容如下:
第七层应用层:
OSI中的最高层。
应用层确定进程之间通信的性质,以满足用户的需求。
应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作,而且还要做:
远程的用户代理来完成一些为进行信息交换所必需的功能。
包括:
文件传送访问和管理FTAM虚拟终端VT事务处理IP、远程数;据库访问RDA制造报文规MMS目录服务DS等协议。
第六层表示层:
主要用于处理两个通信系统换信息的表示方式。
它包括数据格式交换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。
第五层会话层:
在两个节点之间建立连接,此服务包括建立连接是以全双工还是半双工的方式进行设置,尽管可以在4层中处理双工方式。
第四层传输层:
常规数据递送,面向连接或无连接。
包括全双工或半双工、流控制和错误恢复等服务。
第三层网络层:
本层通过寻址来建立两个节点的,它包括通过互联网络来路由和中断数据。
第二层数据链路层:
再次层将数据分帧,并处理控制。
本层指定拓扑结构并提供硬件寻址。
第一层物理层:
处理OSI参考模型的最底层。
物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接,以便透明的传输比特流。
数据发送时,第七层传到第一层,接收方则相反。
上三层总称应用层,用来控制软件方面,下四层总称数据流层,用来管理硬件。
2.2.3TCP/IP参考模型
TCP/IP参考模型是计算机网络的祖父ARPANE和其后继的因特网使用的参考模型。
ARPANE是美国国防部DoD(U.S.DepartmentofDefense)赞助的研究网络。
这个体系结构在它的两个主要协议出现之后,被称为TCP/IP参考模型。
它是一组用于实现网络互联的通信协议。
Internet网络体系结构以ICP/IP为核心。
基于TCP/IP的参考模型讲些已分成四个层次,它们分别是:
网络接口层、网际互联层、传输层和应用层。
224OSI与TCP体系结构比较
OSI与TCP/IP结构的异同如图2-1所示,
1、OSI和TCP/IP的相同点就是二者曾用层结构,而且都是按功能分层,具体比较如图2-1.
2、OSI和TCP/IP的不同点:
OSI分七层,自下而上分为:
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层,而TCP/IP分四层:
网络接口层、网间网层(IP)、传输层(TCP和应用层。
严格讲,TCP/IP网间网协议只包括下三层,应用程序不算
TCP/IP的一部分。
OSI层次间存在严格的调用关系,两个(N层实体的通信必须通过下一层(N1)层实体,不能越级,而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务(这种层次关系常被称为“等级”关系),因而减少了一些不必要的开销,提高了协议的效率。
应用层
应用层
表示层
传输层
会话层
传输层
(主机对主机的通话)
网络层
Internet层
数据链路层
物理层
网络层
图2-1TCP/IP与OSI模型的比较
OSI开始偏重于面向连接的服务,后来才开始制定无连接的服务标准,而TCP/IP一开始就有面向连接和无连接的服务,无连接服务的数据对于互联网中的数据传送以及分组话音通信都是十分方便的。
OSI与TCP/IP对可靠性的强调也不相同。
对OSI的面向连接服务,数据链路层,网络层和运输层都要检测和处理错误,尤其在数据链路层采用校验,确认
和超时重传等措施提供可靠性,而且网络和运输层也有类似技术。
而TCP/IP则不然,TCP/IP认为可靠性是端到端的问题,应由应用层来解决,因此它允许单个的链路或机器丢失数据或数据出错,网络本身不进行错误恢复,丢失或出错数据的回复在源主机和目的主机之间进行,由运输层完成。
由于可靠性由主机完成,增加了主机的负担。
但是,当应用程序对可靠性要求不高时,甚至连主机也不必进行可靠性的处理,在这种情况下,TCP/IP网的效率较高。
OSI开始未考虑网络管理问题,到后来才考虑这个问题,而TCP/IP有较好的网络管理。
第三章局域网基础
随着网络的逐渐成熟,网络按照地理分类的方式,已经被人们所认可,当然,与我们联系更精密还是局域网,无论你是在家、在公司、在学校都要接触到局域网,它已经是我们生活中的一部分了。
3.1局域网概述
局域网(LAN,LocalAreaNetwork)是一种将小区域的各种通信设备互联在一起的通信网络。
3.1.1局域网的特点
局域网的特点
1.共享传输信道
2.地理围分布在局部地区
3.使用专用的通道线路,信息传输速率较高,为10-1000Mbps,通常在
100Mbps。
4.通信时间延迟较低,可靠性较好,传送误码率低,一般为10-8-10-11之间。
5.网络结构比较规,有星型总线性和环形灯。
6.底层协议简单。
7.多传输介质。
3.1.2局域网的优点
局域网的优点有:
1.能方便地共享昂贵的尾部设备、主机、硬件以及数据。
从一个站点可以访问全网。
2.便于系统的扩展和逐渐演变,各设备的位置可灵活调整和改变。
3.提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
3.1.3局域网的分类
1.按拓扑结构,可分成总线型、树形、环形和星型。
2.按使用介质分为有限网和无线网两类
有限网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网,而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。
3.1.4网络体系的分类
网络通常按层或级的方式来组织,每一层都建立在它的下层之上。
不同的网络,层的名字、数量、容和功能都不尽相同。
但是每一层的目的都是向它的上一层提供服务,这一点是相同的。
层和协议的集合被称为网络体系结构。
作为具体的网络体系结构,当前重要的和使用广泛的网络体系结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构。
OSI是开放系统互连基本参考模型OSI/RM(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)的缩写,它被分成7层,这7层分别定义了不同的功能。
几乎所有的网络都是基于这种体系结构的模型进行改进并定义的,其中物理层是位于体系结构的最底层,它定义了OSI网络中的物理特性和电气特性。
TCP/IP(TransmissionControl/InternetProtocol传输控制协议和互联
网协议)的缩写,TCP/IP体系结构是当前应用于Internet网络中的体系结构,它是由OSI结构演变而来的,它没有表示层,只有应用层、运输层、网际层和网络接口层。
3.1.5网络协议
网络协议是通信双方共同遵守的约定和规,网络设备必须安装或设备各种网络协议之后才能完成数据的传输和发送,在校园局域网上用到的协议主要有:
TCP/IP协议和IPX/SPX协议等。
(1)TCP/IP协议
TCP/IP协议是目前在网络中应用最广泛的协议,TCP/IP实际上是一个关于
Internet的标准,并
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