(NCRE)中小型网络系统总体规划与设计方法-知识点

前言

教材第二章《中小型网络系统总体规划与设计方法》相关内容在NCRE三级网络技术考试中，出现的考题相对固定，一般为3道选择题，试题分布在5~7题，占用分值3分。往年考核要点有：服务器技术、交换机技术指标、服务器系统可用性、热插拔技术、服务器集群技术等。

目录

• 核心层网络结构设计
• 路由器关键技术指标
• 全双工端口宽带
• 服务器技术
• 补充知识点

核心层网络结构设计

• 统计表明，核心层网络一般要承担整个网络流量的40%~60%。目前应用于核心层网络的技术标准主要是GE/10GE核心设备是高性能交换路由器，连接核心路由器的是具有冗余链路的光纤。
• 
• (a)是采取链路冗余的办法直接连接两台核心路由器,(b)是采取专用服务器交换机，同时采用链路冗余的办法,间接地连接到两台核心路由器的方法。（两种方案均采用链路冗余的办法）方案(a)的优点是直接利用了核心路由器的带宽,但是占用比较多的核心路由器端口,而高端路由器端口价格高,使得设备成本上升;

  方案(b)在两台核心路由器之上再增加一台连接服务器集群的交换机,其优点是可以分担核心路由器的带宽,缺点是容易形成带宽瓶颈,并且存在单点故障的潜在危险。

  成本：a>b;可靠性：a>b

• 汇聚层网络用于将分布在不同位置的子网连接到核心层网络,实现路由汇聚的功能。
• 根据实际经验总结:层次之间的上联带宽与下一级带宽之比一般控制在1 : 20。

路由器关键技术指标

• (1)吞吐量
  吞吐量是指路由器的包转发能力。路由器的吞吐量涉及两个方面的内容:端口吞吐量与整机吞吐量。端口吞吐量是指路由器的具体一个端口的包转发能力，而整机吞吐量是指路由器整机的包转发能力。路由器的包转发能力与路由器端口数量、端口速率、包长度、包类型有关。（与端口类型无关）
• (2)背板能力
  背板是路由器输人端与输出端之间的物理通道。传统的路由器采用的是共享背板的结构，高性能路由器一般采用的是交换式结构。背板能力决定了路由器的吞吐量。
• (3)丟包率
  丢包率是指在稳定的持续负荷情况下,由于包转发能力的限制而造成包丢失的概率。丢包率通常是衡量路由器超负荷工作时的性能指标之一。
• (4)延时与延时抖动
  延时是指数据包的第一个比特进入路由器，到该帧的最后一个比特离开路由器所经历的时间,该时间间隔标志着路由器转发包的处理时间。延时与包长度、链路传输速率有关。延时对网络性能影响很大。高速路由器-般要求长度为1 518B的IP包，延时要小于1 ms。
  延时抖动是指延时的变化量。由于数据包对延时抖动要求不高，因此通常不把延时抖动作为衡量高速路由器的主要指标,但是语音、视频业务对延时抖动要求较高。
• (5)突发处理能力
  突发处理能力是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的。
• (6)路由表容量
  路由器是通过路由表来决定包转发路径的。路由表容量指标标志着该路由器可以存储的最
  多的路由表项的数量。
• (7)服务质量
  路由器的服务质量主要表现在队列管理机制、端口硬件队列管理和支持QoS协议上。
  队列管理机制是指路由器的队列调度算法与拥塞管理机制。路由器应能支持区分服务(DiftServ)协议、资源预留协议(RSVP)与多协议标记交换(MPLS)
  协议。
• (8)网管能力路由器网管能力可以管理到端口、网段、IP地址或MAC地址。
• (9)可靠性与可用性典型的高端路由器的可靠性与可用性指标应该达到:
  • ①无故障连续工作时间(MTBF)大于10万个小时;!
  • ②系统故障恢复时间小于30分钟;
  • ③系统具有自动保护切换功能,主备用切换时间小于50毫秒;
  • ④SDH与ATM接口自动保护切换功能,切换时间小于50毫秒;
  • ⑤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要有热
    拔插冗余备份,线卡要求有备份,并提供远程测试诊断能力;
  • ⑥路由器系统内部不存在单故障点。

全双工端口宽带

全双工端口带宽的计算方法是:端口数x端口速率x2。

例如，一种交换机具有48个10/100BASE-TX端口与2个可扩展的1000BASE-X端口,那么在交换机满配置的情况下，其全双工端口的总带宽为(48x100x2)+(2x1 000x2)= 13. 6(Gbps)。

服务器技术

• 网络服务器性能中的系统高可用性：
  • 系统可用性=平均无故障时间÷（平均无故障时间+平均故障修复时间）平均无故障时间指服务器运行的时间，平均故障修复时间指服务器需要停机维护修复的时间.

    由上述公式可知：服务器停机时间=8760（每年8760小时）*（1-可用性）。

  • 当可用性为99.9%时，服务器停机时间=8760（1-99.9%）=8.76小时（约等于8.8小时）。
  • 当可用性为99.99%时，服务器停机时间=8760*（1-99.99%）=0.876小时（约等于53分钟）。
  • 当可用性为99.999%时，服务器停机时间=8760*（1-99.999%）=0.0876小时（约等于5分钟）。
    

    若服务器系统可用性达到99.99%,那么系统平均无故障时间(单位:分钟)约为525547

• 评价高性能存储技术的指标是存取I/O速度与磁盘容量。
• 集群系统中一台主机出现故障，它所运行的程序将立即转移到其他主机，不会影响正常服务。(影响性能)
• 大中型服务器采用RISC，操作系统使用UNIX。
• 热插拔指不断电状态下插拔，但仅限于硬盘、板卡、电源等外围设备，核心部件诸如内存、CPU、主板则不允许。
• 应用服务器的主要技术特点：
  1、应用服务器软件系统的设计在客户与服务器之间采用了B/S模式，将网络应用建立在web服务的基础上。
  2、应用服务器利用中间件与通用数据库接口技术，客户计算机使用web浏览器访问应用服务器，而应用服务器的后端连接数据库服务器。传统的C/S采用客户与服务器的2层结构，而应用服务器（B/S模式）形成了3层的体系结构。
• 对称多处理(SMP)技术可以在多CPU结构的服务器中均衡负荷,提高系统工作效率。
  

  采用对称多处理器(SMP) 技术的服务器的总体性能取决于CPU的数量 (×)

  服务器总体性能不仅仅取决于CPU数量，而且与CPU主频、系统内存、网络速度等都有关系。

• 集群( Cluster)技术是向一组独立的计算机提供高速通信线路,组成一个共享数据存储空间的服务器系统,提高了系统的数据处理能力。
• 系统高可用性可以描述为:
  

  通常用平均无故障时间(MTBF) 来度量系统的可靠性，用平均维修时间(MTBR) 来度量系统的可维护性，而系统的可用性定义为:可用性=MTBF/(MTBF +MTBR)。

补充知识点

• 网络需求详细分析主要包括：网络总体需求分析、综合布线需求分析、网络可用性与可靠性分析、网络安全性分析，以及网络工程造价估算。
• 是否需要分成3层组建的经验数据是：如果结点数为250 ~ 5000个，一般需要按3层结构来设计；如果结点为100~500个，可以不必设计接入层网络，结点直接通过汇聚层的路由器或交换机接入；如果结点数为5~250个，也可以不设计接入层网络与汇聚层网络。
• RAID是磁盘阵列技术在一定程度上可以提磁盘存储容量但是不能提高容错能力。
• 非统一内存访问(NUMA) 技术将对称多处理器(SMP) 和集群(Cluster) 技术结合起来,以获得更高的性价比。

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