科学设计局域网

　　新的应用不断出现，人们对网络所提供的服务的要求也越来越高，这促使网络运营者对设备进行必要的更新，并提高网络管理的灵活性、可维护性与可靠性，同时，也要求网络规划人员根据实际需要更为科学地设计网络。

　　目前可供选择的网络拓扑技术有数百种之多，依据网络规模的大小可将其归为三类：小型单网段网、中型分解式主干网与大型高速网。在这三类中，无论我们对哪种网络进行设计，都有一点是共通的，即在交换与路由技术的选用上应始终遵循以下原则——尽可能使用交换技术，只有在必要时才使用路由器。

　　一、小型局域网设计

　　小型局域网指的是小型单网段网络，用户数目不超过100个，服务器2~3台，一般为以太网或令牌环网。

　　小型局域网的设计，首先要考虑的问题就是网上的交通流量是否只由少数几台机器所控制，即网上的交通是否是客户/服务器模式。如果是客户/服务器模式，服务器就应比工作站具有更宽的管道，因为服务器用来存储用户的文件与应用程序，供网上大量用户访问，因此网上的交通都集中于对服务器的访问。但如果使用Windowsfor workgroups 或其他对等网络操作系统进行文件共享，网上的交通则是对等的。

　　1. 对等网络（peer to peer network）

　　在对等网络中，由于大多数文件是存放于网上各个机器之中，因此网上交通相对不那么繁忙。对于要求较高带宽的对等应用如影视会议等，则需要局域网具有较高的带宽。目前市场上有对等以太网或令牌环网交换机产品出售，这些交换机的优点是连接简单，价格便宜，管理也非常便捷，每个交换机一般有6~25个端口，其缺点是不支持虚拟网，配置比较固定。

　　2. 缓存结构

　　交换机缓存结构对网络性能的影响取决于网络结构。如果在每个交换机端口上只连接1台工作站，交换机内部缓存结构就不那么重要，只需每个端口能够缓存一定数目的数据包就可以了，一般一个端口大约要有64K字节的缓存容量。

　　3. 小型客户/服务器网络

　　小型客户/服务器网络中的工作站与服务器是由交换机连接到一起的。这种交换机一般有1~2个高速端口，如FDDI、ATM或快速以太网口，并配有8~100个普通端口。

　　其中100个端口的交换式集线器为扦槽式。目前市场上所销售的交换式集线器相当便宜，其价格与非交换式集线器已相差无几。

　　FDDI组网技术可采用FDDI、快速以太网与ATM，我们可以根据实际情况及它们的特点予以选择。FDDI是最早使用且最为成熟的技术，其缺点是价格较高，交换式集线器的实现也比较复杂。其另一个缺点是，它的MTU为4500字节长，大约3倍于以太网MTU（1514字节）的长度。对于TCP/IP的使用就更加复杂，它要把数据包分解成符合TCP/IP的尺寸，因此要求交换机所配置的高层协议了解TCP/IP，增加了交换机的成本。但FDDI最明显的优点是传输效率高，可以提供高达98%的带宽效率。

　　快速以太网的最大优点是简单、实用、价格便宜并易于普及。由于它是传统10M以太网技术的扩展，因此并不存在FDDI所面临的MTU问题，高速以太网使用光纤时传输距离可达2公里。综上所述，快速以太网是小型网络增加带宽的最佳方式。提到快速以太网，我们不能不涉及到最近才崛起的、被称之为“以太网第三次浪潮”的千兆位以太网技术。千兆位以太网的价格仅为快速以太网的3~4倍，而带宽则增加10倍。与FDDI相比，千兆位以太网还可以避免以太网与FDDI之间协议转换所带来的开销。

　　一般来讲，ATM技术不适用于小型网络，而适用于大型网络的主干。与快速以太网相比，ATM的价格要高得多，其标准也需要进一步完善。ATM的最大优点在于它是一种面向连接的技术，因此具有非常大的潜在优势。ATM传输信元较短（53字节），长度固定，适用于多种信息流的混合传送。到目前为止，它是惟一一种能够真正保证服务质量（QOS）的网络技术，适用于传输混合数据、视频和语音信息，具有能直接为桌面系统提供独占带宽等优点。

　　二、中等规模网络与分解式主干技术

　　中等规模分解式主干网的用户数量一般在100~1000个之间，多采用以太与令牌环组网技术，用一个或少数几个路由器作为网络的主干，服务器为10台左右。

　　用这种方式组成的网络优点是性能可靠，隔离性好。但由于路由器由软件驱动，故需要高性能的RISC处理机进行处理，所以造价较高。它虽能满足大型文件的传输应用，但满足不了高档多媒体桌面系统的要求，也不易于向交换式网络过渡。

　　1. 虚拟网络

　　在交换网络环境下，用户交通只在发送与目标节点之间进行传送，其它节点是不可见的。但有一点例外，当某一节点在网上发送广播或多目广播时，此时虚拟网上的所有节点都将收到这一广播信息。事实上，一个虚拟网实际上就是一个广播域。为了避免在大型交换网上进行的广播所引起的“广播风暴”，可将其进一步划分为多个小型虚拟网络。

　　虚拟网的好处是它能起防火墙的作用，并能按实际需要将功能相近或相同的用户按逻辑划分虚拟网，不同虚拟网之间的交通需要通过路由器。该种网络的特点是使用交换机并配以路由器组网，提高了网络的性能，改善了组网的灵活性。

　　2. 干线(Truk lines)连接技术

　　干线连接技术划分了三个虚拟网络VLAN1、VLAN2与VLAN3，路由器与每个虚拟网分别是标准的以太或令牌环连接。比较旧一点的路由器使用这种办法与虚拟网进行连接。这是使用旧路由器对网络扩充的一个好办法，它不仅能使网络扩充到一定规模，同时还保持了用户的已有投资，用户还可以通过该路由器与广域网相连接。

　　但是，如果网络规模较大，且要划分较多的虚拟网络，特别是在一个网中使用多个交换机的情况下，要将所有的虚拟网都按上述办法连向路由器就比较困难了。为此，一些厂商开发了虚拟网的干线连接技术，即多个虚拟网与路由器只需使用一个连接就可实现。此时的虚拟网与路由器的三个连接VLAN1、VLAN2与VLAN3可合并为一个干线连接。

　　3. ATM与局域网仿真

　　ATM与局域网仿真是典型的干线技术，该网由边界交换与局域网仿真VANE软件实现虚拟网。边界交换机负责以太信元的转换；ATM交换机与路由器之间只有一个连接，即干线连接，它可承担多个虚拟网之间的交通传输。

　　最近的测试结果表明，VANE具有非常好的兼容性，不同厂家生产的VANE产品可以相互混合使用，这在前几年是不可想像的。ATM与LANE的另一个显著的优点是可以使用虚拟电路连接将服务器分配到多个局域网中去。

　　三、大型网络的设计

　　1. 网络的瓶颈

　　从目前来看，网络的瓶颈主要有两种，其一是网络主干(tack bone)瓶颈，如采用共享技术的FDDI主干环。其二是网上路由器所形成的瓶颈。大型网络设计的主要任务就是克服网络的瓶颈，针对存在的问题，做出合适的设计方案。

　　如果用户已投入大量经费建设了FDDI共享技术的主干网，此时再重新改变网络的结构就会造成巨大的浪费。较为合理的解决方案是采用FDDI交换技术改造主干网，这样可以保护FDDI共享主干网的投资。但FDDI交换产品价格较高，管理的灵活性也较差。

　　大型网络设计的理想方案是采用ATM主干技术。ATM是建设高速信息公路的关键技术，带宽高，能并行传输语音、图像与数据，具有提供多种类型服务、管理灵活等特点，是目前惟一一种能够真正保证服务质量（QOS）的网络互连技术，代表了计算机通信技术的发展方向。

　　2. 在ATM网上运行多种网络协议（MPOA）

　　FDDI交换技术与ATM交换技术都可用于组建大型互连网络，但仍然存在着路由器的瓶颈问题。因为主干交换机与路由器之间连接管道的带宽只有155Mb/s，满足不了大型网络数据传输的要求。此外，路由设备的延迟也较大，如果信息的传输要经过多个路由器才能到达目的地，网络的延迟将会急剧增大。为了克服大型网络服务器的瓶颈，有关组织ATM论坛与IETF正制定在ATM上运行多种网络协议的标准MPOA。

　　（1）边界设备

　　边界设备也称多层交换机，它使用目标的网络地址或MAC地址在LAN网段与ATM接口之间传送信息包，从而使传统LAN交通能够在ATM上高速传输。

　　（2）ATM直连主机

　　ATM直连主机是指能够实现MPOA功能的ATM网络接口卡，允许ATM主机相互通信，并允许ATM直连主机通过边界设备与传统LAN进行通信。

　　（3）路由服务器

　　路由服务器是一个路由器或是交换机中所包含的一组功能，使用某些协议路由算法和构造表来响应MPOA系统的请求。路由服务器类似于LANE的LES，完成网络层地址对ATM地址的映射，并支持BUS的广播功能。

　　路由服务器对网络层、MAC层与ATM地址进行维护，这些信息用于相互通信的两个端点（边界设备或ATM主机）间的直接虚电路的建立。

　　MPOA的优点是其全部路由结构能作为单一路由器加以管理。因此，我们可将MPOA视为一个“虚拟路由器”，即运行于ATM上并能提供类似于多协议路由器的一组MPOA设备：边界设备类似于路由器接口卡。

　　ATM交换机类似于路由器背板，用于链接边界设备；路由服务器则类似于控制处理机，用于维护路由信息。

　　最后需要指出的是，网络设计工作中最重要的是要有灵活性，一定要根据用户的实际需要和经济情况，并考虑到网络的可扩展性，在此基础上再根据上面所介绍的组网技术与规则进行网络的设计。