浅谈计算机网络高可用性问题

[摘要]通过对千兆以太网络技术及相关网络设备的研究基础上,在网络端组建一个环形的高可用性的通用计算机网络系统。对于高可用性能网络技术的选择进行相关分析,主要包括CSMA/CD网络分析、交换及路由技术分析以及虚拟LAN及其交换技术分析。

[关键词]网络高可用性 路由技术 虚拟LAN

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910063-01

快速以太网、千兆以太网技术是传统以太网技术的自然升级,从数据链路层以上,它们能够完全地兼容。这对于企业网络来说,是一个很好的选择[1,2]。以下对网络容错性及扩展性的讨论仅仅局限在以太网络(包括快速以太网、千兆以太网)的范围内。本文对于高可用性能网络技术的选择进行相关分析。

一、CSMA/CD网络的分析

CSMA/CD网络包括传统以太网、快速以太网、千兆以太网三种类型。虽然千兆以太网的执行效率与普通CSMA/CD网络相比略有下降,但由于它的传输速率是普通CSMA/CD网络的100倍,总体性能仍远远超过普通CSMA/CD网络和快速以太网络。在目前情况下,千兆以太网由于它的大容量及与传统以太网的良好兼容性,已经成为企业网络主干的一种最佳选择方案。

二、交换及路由技术

在网络带宽确定的情况下,可以通过利用交换和路由技术来提高该网络的有效带宽的利用率。

(一)交换技术

1.网桥分段网络。由于CSMA/CD网络的特点,在网络通讯过程中会产生冲突。冲突的产生降低了以太网导线的带宽,而且这种情况是不可避免的。所以,当导线上的节点越来越多后,冲突的数量将会增加。在以太网网段上放置的最大的节点数将取决于传输在导线上的信息类型。显而易见的解决方法是限制以太网导线上的节点。这个过程通常称为物理分段。

2.交换机分段网络。对于一个二层交换机来说,本质是等同于一个多端口的网桥。它具有网桥的所有优缺点。当然,网桥和交换机还是有所区别。(1)网桥一般只有二端口,交换机有多端口;(2)传统网桥是用软件实现的,交换机是用ASIC硬件实现多种帧的转发和过滤机制。交换机的速率更高(能实现线速交换);(3)网桥只能实现一个Spann-Tree,交换机可在每个VLAN实现一个Spanning-Tree。因此在通常请况下,我们多选择交换机来替代网桥分段网络。但需要强调指出的是,全部由二层交换机组成的网络是一个平面结构的网络,由于交换机也不能隔离广播,所有的广播将在整个网络中传播。而传统的局域网络操作系统(如Windows NT,Novell)的许多服务是靠广播实现的,在一个大型的网络中广播也会造成大量的网络流量,降低网络的性能。

(二)路由技术

为了对广播进行控制,就必须使用路由器。在这种情况下,所有能够接收其他广播的节点被划分为同一个广播域或逻辑网段,路由器对广播信息进行过滤,并允许创建多个广播域或逻辑网段。路由器可采用多种路由算法来实现“选路”的工作。如RIP,OSPF,EIGRP等。具体路由协议的选择可根据网络的实际情况而定,并且不同的路由协议之间可实现路由的重分布。

(三)多层交换技术

多层交换是如今的LAN交换和路由技术的一个实用性的发展。交换技术由于基本身所固有的比路由更加廉价的特性而消除了限制网络增长的在扩展性和吞吐率方面的约束,同时还为正在出现的新一代干兆位以太网络应用构建了基础。实现多层交换有许多种方法,它们都具有同一目标,但是在实现上又各不相同。如Ipsilon公司的通过ATM交换机实现虚电路IP交换,Cisco公司的标记交换,IBM公司的ARTS(Aggregate Route-Based IP Switching)以及3Com公司的FastIP交换技术等等。

其基本步骤如下,报文进入系统中OSI参考模型的第一层,即物理层接口,然后在第二层接受检查(即送达目的MAC地址),如果不能交换则进到第三层。在第三层,报文要经过路径确定(即路由计算)、地址解析(即通过查表或其他机制确定对应第三层地址的第二层地址)以及某些特殊服务(如认证、获取记帐数据、变换成另一种第二层格式)。第三层处理完毕后,报文已被更新(报文头己重写、计数器己调整等)并准备传回到第二层。确定合适的输出端口后,报文通过第一层传送到物理介质上。

三、虚拟LAN(VLAN)及其交换技术

VLAN是与LAN交换技术相关的一项重要而有益的应用。从定义上说,VLAN是一个广播域,其中的成员利用LAN交换进行通信,仿佛共享同一物理网段一样。在VLAN中,划分在同一广播域中的成员并没有任何物理或地理上的限制,它们可以连接到一个交换网络中的不同交换机上。广播分组、未知分组及成员之间的数据分组都被限定在VLAN之内。对VLAN的另一个定义是,它能够使单一的交换结构被划分成多个小的广播域。加入一个VLAN所基于的标准可以是任意数量的、不同的因素。

通过将网络划分成较小的广播域,VLAN减少了网络总体带宽的需求。任何在子网内的流量将被限制在子网内。使其它设备能够自由地处理仅仅与它们有关的数据。当流量需要穿越VLAN时,通过路由器或三层交换机来实现。

除非VLAN的成员是物理上分离的(如划分交换机的端口),交换机必须有一些方法来识别分组并将其转发到正确的VLAN上。该方法的实现使用了一种标记(tag)技术,每一个分组都被加上了一个标记,用来确定该分组所属的标记使交换机能够将来自不同VLAN上的业务流复用到相同的交换网络上。这条传递所有VLAN数据的链路被称为VLAN主干(trunk)。在VLAN交换网络配置完成后,工作站发送的第一个分组将会到达一个入口交换机端口。除非成员资格的规则是基于物理端口的,否则分组的部分内容将会被检查并与一个VLAN配置数据库中的内容相比较。

四、结语

通过对千兆以太网络技术的分析,我们认为千兆以太网由于它的大容量及与传统以太网的良好兼容性,必将成为企业网络主干的一种最佳选择方案。同时在网络设计和实施中,合理地利用交换机、路由器,特别是利用三层交换机对网络进行分段,控制网络流量是一种提高网络带宽利用率的有效方法。在一个采用VLAN分段网络的环境中。交换机之间的连接需要采用Trunking技术来保证VLAN信息的传递,采用三层技术实现VLAN的交换,这样可以可以极大地提高网络主干的容量和容错性能。

参考文献:

[1]申文超、杨波、吕国晗等,基于通用PC的千兆流归并系统[J].厦门大学学报(自然科学版),2007,S2.

[2]徐莅,用千兆网搭建企业网网管中心的设计[J].重型机械科技,2003,02.

作者简介:

胡昌望(1976-),男,汉族,湖北人,学士,工程师,计算机专业。