网络关键设备选型

核心层网络结构设计

核心层网络是整个网络系统的主干部分，是设计与建设的重点。目前核心层主要采用GE/10GE技术标准，使用高性能交换路由器作为核心设备，并通过具有冗余链路的光纤进行连接。整个网络40%-60%的流量都需要由核心层承载。

核心层连接方案：

  • 方案一 ：如图a所示，采用链路冗余的方式直接连接两台核心路由器。优点是直接利用核心路由器的带宽，缺点是占用较多核心路由器端口，增加设备成本。

  • 方案二 ：如图b所示，在两台核心路由器之上增加一台专用服务器交换机，采用链路冗余间接连接到两台核心路由器。优点是可以分担核心路由器的带宽，缺点是可能形成带宽瓶颈，存在单点故障的潜在风险。

汇聚层与接入层网络结构设计

汇聚层网络可以将位于不同位置的子网连接到核心网络，实现路由汇聚功能。网络分层设计有利于带宽规划和负载衡，提高网络效率。实践表明：

  • 不同层次间上联带宽与下级带宽比为1:20

  • 同层次间上联与下带宽比为1:1

路由器的关键技术指标

路由器分类

根据性能可分为：

  • 高端路由器 （背板交换能力大于40Gbit/s）

  • 中端路由器 （或企业级路由器，背板交换能力低于40Gbit/s）

  • 低端路由器

主要技术指标

  1. 吞吐量 ：包括端口吞吐量和整机吞吐量。端口吞吐量是指路由器某一端口的包转发能力，整机吞吐量是指路由器整体的包转发能力。

  2. 背板能力 ：背板是路由器输入端与输出端之间的物理通道，决定了路由器的吞吐量。高性能路由器一般采用交换式结构，而传统路由器多采用共享背板结构。

  3. 延时与延时抖动 ：

    • 延时是数据包的第一个字节进入路由器，到最后一个字节离开路由器所经历的时间，受包长度和链路传输速率影响。

    • 延时抖动是延时的变化量，虽然一般不作为衡量高速路由器的主要指标，但对语音、视频业务较高。

  4. 丢包率 ：在稳定负荷下，由于包转发能力限制造成的包丢失概率，常用于衡量路由器超负荷工作性能的指标。

  5. 突发处理能力 ：以最小帧间隔发送数据包而不引起丢失的最大发送速率来衡量。

  6. 服务质量（QoS） ：主要表现在队列管理机制、端口硬件队列管理和支持QoS协议。

  7. 路由表容量 ：路由器用来决定包转发路径的主要依据，路由表容量指路由器可以存储的最大路由表项数量。

典型高端路由器的可靠性与可用性指标

典型高端路由器的可靠性与可用性指标应包括以下几点：

  • 无故障连续工作时间（MTBF） ：大于10万小时。

  • 系统故障恢复时间 ：小于30分钟。

  • 自动保护切换功能 ：主备用切换时间小于50毫秒。

  • 接口自动保护切换功能 ：SDH与ATM接口切换时间小于50毫秒。

  • 单故障点 ：路由器系统内部应不存在单故障点。

  • 主要部件热拔插 ：主处理器、主存储器、交换矩阵、电源、总线管理器与网络管理接口等主要部件需具备热插冗余备份，线卡要求有备份，并提供远程测试诊断能力。

网管能力

路由器的网络管理能力表现在网络管理员可以通过网络管理程序和通用网络管理协议（如SNMPv2）对网络资源进行集中管理与操作。

交换机全双工端口总带宽的计算

交换机分类

  • 按技术类型 ：可分为10Mbit/s Ethernet交换机、Fast Ethernet交换机与1Gbit/s的GE交换机。

  • 按内部结构：可分为模块式交换机与固定端口交换机。

  • 按应用规模 ：可分为企业级交换机、部门级交换机与工作组级交换机。

交换机的主要技术指标

交换机的主要技术指标包括：

  • 背板带宽

  • 全双工端口总带宽

  • 交换方式

  • 帧转发速率

  • 延时

  • 模块式或固定端口配置

  • 支持VLAN能力

全双工端口总带宽的计算公式如下： 全双工总带宽=端口数×端口速率×2

网络服务器选型

网络服务器分类

  • 按应用领域 ：可分为Internet通用服务器、数据库服务器、文件服务器与应用服务器。

  • 按网络应用规模 ：可分为基础级服务器、工作组级服务器、部门级服务器与企业级服务器。

  • 按硬件体系结构 ：可分为基于CISC处理器的PC服务器、基于RISC结构处理器的服务器与小型机服务器。

基于RISC结构处理器的服务器相较于PC服务器，CPU处理能力提高了50%-75%。各种大型、中型计算机和超级服务器通常采用RISC结构处理器，并使用UNIX操作系统，因此称为UNIX服务器。

服务器采用的相关技术

  • 热拔插技术

  • 集群（Cluster）技术

  • 高性能存储与智能I/O技术

  • 对称多处理（SMP）技术

  • 应急管理端口（EMP）技术

  • 非一致内存访问（NUMA）技术

  • 服务处理器与Intel服务器控制（ISC）技术

  1. 热插拔 热拔插功能可在不断电的情况下更换故障硬盘、板卡等部件，大幅提高系统应对突发事件的能力。高端应用的磁盘镜像系统提高了磁盘的热拔插功能，缩短故障修复时间。如果系统有两个电源，热拔插功能也可在不断电的情况下更换故障电源。

  2. 集群技术 集群（Cluster）技术显著提高了系统的数据处理能力。它通过高速通信线路将一组独立计算机连接起来，形成共享数据存储空间的服务器系统。如果其中一台主机出现故障，其所运行的程序会立即转移到其他主机上，从而提高服务器的可用性和可靠性。

  3. 高性能存储 存储能力是衡量服务器性能与选型的重要指标。高性能存储技术的主要评估指标包括磁盘容量和存取I/O速度。通过改善并行读写能力，可以提高磁盘存取速度和吞吐量，同时通过磁盘容错处理提高系统的可靠性。

B/S模式应用服务器

B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式）是WEB兴起后的一种网络结构模式，WEB浏览器是客户端主要应用软件。该模式将系统功能核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护与使用。客户端只需安装一个浏览器（如Chrome、Safari、Microsoft Edge等），服务器则安装SQL Server、Oracle、MySQL等数据库。浏览器通过Web Server与数据库进行数据交互。

网络服务器性能

服务器性能主要表现在以下几个方面：

  • 磁盘存储能力

  • 运算处理能力

  • 高可用性

  • 可扩展性

  • 可管理性

系统的高可用性可以用以下公式描述： 系统高可用性=MTBF+MTBRMTBF​ 其中，MTBF为平均故障时间，MTBR为平均修复时间。

高可用性指标示例：

  • 99.9% → ≤8.8小时

  • 99.99% → ≤53分钟

  • 99.999% → ≤5分钟

注意事项 RAID可以提高磁盘存储容量，但不能提高容错能力。