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第六章 网络物理设计

第六章 网络物理设计. 在确定了建设一个什么样的网络之后，下一步就 要选择合适的网络介质和设备来实现它。网络物理设 计的任务就是要选择符合逻辑性能要求的传输介质、 设备、部件或模块等，并将它们搭建成一个可以正常 运行的网络。. 本章重点. 6 ． 1 物理设计的原则 6 ． 2 传输介质选型 6 ． 3 设备选型 6. 4 结构化综合布线设计与施工. 6 ． 1 物理设计的原则. 1 ．所选择的物理设备至少应该满足逻辑设计的基本 性能要求，同时还需要考虑设备的可扩展性和冗余性 等因素。 2 ．从网络设备的可用性、可靠性和冗余性的角度去

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第六章 网络物理设计

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  1. 第六章 网络物理设计 在确定了建设一个什么样的网络之后，下一步就 要选择合适的网络介质和设备来实现它。网络物理设 计的任务就是要选择符合逻辑性能要求的传输介质、 设备、部件或模块等，并将它们搭建成一个可以正常 运行的网络。

  2. 本章重点 6．1 物理设计的原则 6．2 传输介质选型 6．3 设备选型 6. 4 结构化综合布线设计与施工

  3. 6．1 物理设计的原则 1．所选择的物理设备至少应该满足逻辑设计的基本 性能要求，同时还需要考虑设备的可扩展性和冗余性 等因素。 2．从网络设备的可用性、可靠性和冗余性的角度去 考虑。 3．所选择的设备还应该具有较强的互操作性。 4．在进行结构化综合布线设计时，要考虑到未来20 年内的增长需求。 5．情况不明朗时一定要进行充分的实地考察。

  4. 6．2 传输介质选型 传输介质是指连接两个网络节点的物理线路，用 于网络信号传输。传输介质通常分为有线介质和无线 介质。有线介质包括同轴电缆、双绞线、光缆等，无 线介质包括红外线、电磁波、通信卫星等。

  5. 铜 芯 绝缘层 屏蔽层 护套 6．2．1同轴电缆 同轴电缆是传统以太网使用的传输介质，它由中 心导体，绝缘材料层，网状织物构成的屏蔽层以及外 部隔离材料层组成。

  6. 同轴电缆的参数指标 主要电气参数： ① 同轴电缆的特性阻抗 ② 同轴电缆的衰减 ③ 同轴电缆的传播速度 ④ 同轴电缆直流回路电阻

  7. 铜芯 护套 导线直径 双绞线对 6．2．2 双绞线 双绞线（ Twisted pair，T P）是由两根具有绝 缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定 密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根 导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的 电波抵消。

  8. 双绞线规格 适用网络 长度/使用线对数 最高传输速率 3类 10Base-T 100m/1对 10Mbps 4类 10Base-T，100Base-T4 100m/1对，100m/4对 16Mbps 5类 10Base-TX，100Base-TX 100m/2对 100Mbps 超5类 100Base-TX，1000Base-T 100m/2对，25m/4对 125Mbps，998Mbps 6类 不成熟，标准还在制定之中 双绞线类型 双绞线按屏蔽特性可分为非屏蔽双绞线（ Unshiielded Twisted Pair，UTP，也称无屏蔽双绞 线）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）

  9. 识别双绞线 • “AMP SYSTEMS CABLE E138034 0100 24 • AWG (UL) CMR/MPR OR C(UL) PCC FT4 • VERIFIED ETL CAT5 O22766 FT 0307” • AMP：代表公司名称。 • 0100：表示100 Ω。 • 24：表示线芯是24号的（线芯有22、24、26三种规格）。 • AＷG：AWG表示美国线缆规格标准。 • UL：表示通过认证的标记。 • FT4：表示4对线。 • CAT 5：表示5类线。 • 022766：双绞线的长度点，FT为英尺缩写。 • 0307：表示生产日期为03年第7周。

  10. 双绞线性能参数详解 （1）衰减：衰减（Attenuation）是沿链路的信号损失度量。 （2）近端串扰：近端串扰NEXT损耗（Near-End Crosstalk Loss）是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。 （3）直流电阻：直流环路电阻会消耗一部分信号并转变成热量 ，它是指一对导线电阻的和。 （4）特性阻抗：对双绞线电缆而言，则有100Ω、120Ω及150Ω 几种。 （5）衰减串扰比（ACR）：在某些频率范围，串扰与衰减量的 比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。 （6）信噪比：信噪比（SNR Signal-Noice ratio）描述了通讯 信道的品质。

  11. 6．2．3 光纤 1．多模光纤和单模光纤 单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能传输一路信号，传输频带宽，传输容量大。 多模光纤是在多个给定的工作波长上，能以多个模式（多路信号）同时传输的光纤。 2．折射突变型光纤和折射渐变型光纤 以折射突变型光线作为传输媒介时，发光管以小于临界角发射的所有光都在光缆包层界面进行反射，并通过多次内部反射沿纤芯传播。 折射渐变型光纤的反射层由多种透明涂层构成。特定的非均匀折射率可以使多束光线以更单一的方式传输到对端。

  12. 光缆的种类和用法 1．室外光缆 室外光缆用于建筑群间布线或远程通信布线，也可 用于干线布线。一般都是全锴装结构，具有抗拉伸、抗 侧压、防水性能好等特点。

  13. 2．室内光缆 室内光缆主要用于室内布线，如条线、水平布线和 尾纤等。室内光缆有别于室外光缆，它具有柔软、全介 质、方便插接（可带FC/SC等）、阻燃（或不延燃）以 及一定的机械强度和耐环境特性等优点。

  14. 6．2．4 无线介质 • 红外线 • 红外线是一种波长较长的光波，具有热感功能，较 • 早应用于近距离无线传输。 • 微波 • 微波曾在无线通信领域得到广泛应用，目前，它也 • 是WLAN的主要传输介质。 • 卫星通信 • 卫星通信指的是通过人造同步地球卫星作为中继站 • 的微波通信，主要优缺点与微波通信类似。最大的优点 • 是传输距离远，并且通信费用与距离无关。缺点是造价 • 高、时延大。

  15. 6.3 设备选型 • 网卡 • 集线器 • 交换机 • 路由器 • 服务器 • 无线局域网设备选型

  16. 6．3．1 网卡选型 • 网卡（Network Interface Card，NIC）是主机与其他主机或网络设备交换数据的接口，是主机的硬件组成部分之一。网卡工作在数据链路层，同时又是局域网的接入层设备。

  17. 以太网卡的接口类型与选型 • AUI接口（粗缆接口） • BNC接口（细缆接口） • RJ-45接口（五类双绞线） • 双口网卡（RJ-45和BNC接口） DGE-550SXPCI千兆位以太网光纤网卡 DFE-530TX10/100M PCI快速以太网卡 DGE-550TPCI千兆位以太网服务器铜缆网卡 DFE-550TXPCI快速以太网网卡 DFE-550FXPCI快速以太网网卡

  18. 以太网卡的安装与调试 Ping 127.0.0.1（自环地址）或Ping 202.207.160.206

  19. 网卡性能指标 • 传输速率 • 接口 • 总线类型 • 即插即用 • BootROM插座 • 指示灯

  20. 6．3．2 集线器 • 经过几十年的发展，集线器在外形结构、接口类型、端口数量等方面都产生了很多变化，产品非常丰富。 • 1．基本型集线器 • 2．智能型集线器（Intelligent HUB） • 3．模块式集线器 • 4．堆叠式集线器（Stackable HUB）

  21. 集线器产品选择 选择集线器时应该注意以下原则： （1）带宽 （2）端口数 （3）LED指示灯 （4）是否可以堆叠 （5）外形尺寸 （6）端口类型 （7）综合考虑品牌和性价比因素。

  22. 6．3．3交换机 • 从规模应用对交换机分类可以将交换机分为企业 • 级交换机、部门级交换机和工作组级交换机。 • 企业级交换机 • 部门级交换机 • 工作组级交换机

  23. 交换机的种类 从广义来看，交换机可分为两大类：局域网交换机和广域网交 换机。 广域网交换机主要用于国家、省市骨干传输网络，提供通信基 础平台，比如ATM（异步传输模式）、SDH（同步数字光纤网 络）、ADSL（非对称数字用户环路）、ISDN（综合服务数字网 络）、HCF（混合光纤同轴电缆）等交换机。 局域网交换机根据使用的网络技术不同，又分为：以太网交换 机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、令牌环交换机FDDI 交换机、ATM交换机。

  24. LAN交换的特点 • 性能价格比较高；交换机仅比集线器贵3到5倍 • 可以创建虚拟线路 • 管理网络方面更加有弹性 • 减少冲突的数量 • 与802.3布线系统兼容

  25. 三种交换方法 • 存储-转发交换机接受整个数据帧，在转发到目的地之前，计算并校验数据帧末尾的CRC值 • 直通(Cut-through)在接受并读取了数据帧的目的MAC地址后就开始转发数据帧。优点：降低延迟；缺点：会转发错误数据 • 自由分段交换—在转发数据帧之前，需要检查该数据帧是否是冲突的帧。通常由于某些网络要求数据帧必须大于64字节，因此，该方式下一般将过滤掉小于64字节的数据帧。优点：减少转发的错误数据帧；缺点：增加延迟

  26. 交换机的性能指标 1．MAC地址表容量 2．背板带宽 3．生成树标准（Spanning Tree） 4．流量控制方式 5．VLAN能力 6．端口聚合功能（Port Trucking） 7．支持的协议和标准 8．部件冗余性 9．网管能力

  27. 背板带宽 背板带宽是交换机接口处理器或交换模块和数据背板 总线间所能吞吐的最大数据量。它标志着一个交换机 总的吞吐能力。通常，背板带宽（全双工模式下）至 少等于“端口数 * 端口速率 * 2”。 • 包转发率 包转发率指每秒转发数据包的数量，单位为Mpps（百 万包/每秒）。通常为几Mpps到几百Mpps。

  28. 端口类型 端口类型指交换机上的端口是以太网、令牌环、FDDI还是ATM等。固定端口交换机只有单一类型的端口，中高端模块化交换机提供不同介质类型的模块，实现以太网、令牌环、FDDI等的互连。 • 端口速率 端口速率指交换机端口提供给数据资源设备独享的带宽，体现了交换机端口每秒吞吐多少数据包的能力。通常有10Mbit/s、100Mbit/s、10/100Mbit/s自适应、1000Mbit/s、万兆位/s。 • 端口密度 是指一台交换机所支持的最大端口数量。端口密度是在所有模块插槽都插满模块的情况下计算出来的。选用模块不同，端口密度值也不同。

  29. 冗余模块 冗余模块用在模块化的交换机上，用以提高设备的容错能力，避免模块失效引起系统崩溃。常用的冗余模块包括超级引擎模块、交换矩阵模块和电源模块，它们都是影响系统能否正常工作的重要模块。 • 堆叠能力 堆叠能力包括堆叠的带宽、堆叠的层数两个重要指标。只有同类的交换机才能互相堆叠在一起，不同类型的交换机其堆叠端口、堆叠线缆和堆叠协议都不相同，只能级连，不能堆叠。有两种堆叠连接方式，一种是从堆叠矩阵中心堆叠模块引出线缆到各交换机（带宽约几Gbit/s），另一种是交换机之间互相连接起来（带宽约1Gbit/s）。堆叠的层数为4到9台不等。

  30. 能否使用光纤 如果布线中必须选用光纤，则需要选择光纤接口交换机（价格较高），或加装光纤模块，或加装双绞线与光纤的转发器。 • VLAN数量 考虑对VLAN的支持能力和支持数量。目前大多数交换机都支持1000个以上的VLAN。 • MAC地址数量 MAC地址数量是指交换机的CAM表中可以最多存储多少个MAC地址，存储的MAC地址数量越多，数据转发的速度和效率就越高。此指标数值通常为几千到几万。

  31. 三层交换能力 • 交换机有无三层交换能力，或是否可以通过软件升级达到此能力。 • 三层包转发率，能否实现线速的三层交换（具有二层交换相同的交换速率）。 • 交换机所支持的路由协议类型，能否支持广泛的协议。 • 交换机还有其他一些指标，比如CPU主频、延时、平均无故障时间、缓存类型和缓冲区大小等，在此不再说明，必要时参考相关说明书。

  32. 交换机的选型 交换机选型基本原则 （1）品牌选择。 （2）扩展性考虑。 （3）“量体裁衣”策略。 （4）性价比高、质量可靠。

  33. 核心网络骨干交换机是宽带网的核心，应具备：核心网络骨干交换机是宽带网的核心，应具备： （1）高性能，高速率。 （2）便于升级和扩展。 （3）高可靠性。 （4）强大的网络控制能力，提供QoS（服务质量）和网 络安全，支持RADIUS、TACACS+等认证机制。 （5）良好的可管理性，支持通用网管协议，如SNMP、 RMON、RMON2等。

  34. 汇聚和接入层交换机选型要求： （1）灵活性。提供多种固定端口数量,可堆叠、易扩展。 （2）高性能。作为大中型网络的二级交换设备，应支持 1000Mbps高速上连（最好支持链路聚合FEC/GEC），以 及同级设备堆叠。当然还要注意与核心交换机品牌的一致 性。如果用作小型网络的中心交换机，要求具有较高背板 带宽和三层交换能力。 （3）在满足技术性能要求的基础上，最好价格便宜，使 用方便，即插即用，配置简单。

  35. （4）具备一定的网络服务质量和控制能力（802.1x）以（4）具备一定的网络服务质量和控制能力（802.1x）以 及端到端的QoS（服务质量）。 （5）如果用于跨地区企业分支部门通过公网进行远程上 连的交换机，还应支持虚拟专网VPN标准协议。 （6）支持多级别网络管理。

  36. 6．3．4 路由器 路由器由硬件和软件组成。硬件由处理器、内存、接 口、控制端口等物理硬件和电路组成；软件由路由器的 IOS操作系统和运行配置文件组成。路由器（Router）在 实际应用中只有两种主要的类型： 1．内部路由器：工作在园区网内部，主要实现子网 路由与包过滤。 2．边界路由器：提供园区网到广域网或Internet的连 接。

  37. 路由器的端口 • 局域网端口： • AUI端口：即粗缆口，连接10Base-T以太网络。 • RJ45端口：双绞线以太网端口，在路由器中，10Base-T网的RJ-45 端口标识为“ETH”，100Base-TX 网的RJ-45端口标识为“10/100bTX”。 • SC端口：光纤端口，连接快速以太网或千兆以太网交换机，以“100b FX”或“1000b FX”标注。

  38. 广域网端口： • 高速同步串口：可连接DDN、帧中继、X.25、E1等。 • 同步/异步串口：用于Modem或Modem池的连接，实现远程计算机通过公用电话网拨入网络。 • ISDN BRI端口：用于ISDN线路通过路由器实现与Internet或其他远程网络的连接，可实现128Kbps的通信速率。 • 配置端口： • AUX端口：该端口为异步端口，主要用于远程配置、拨号备份、Modem连接。支持硬件流控制。 • Console端口：该端口为异步端口，主要连接终端或支持终端仿真程序计算机，在本地配置路由器。不支持硬件流控制。

  39. 路由器的选择 如何选择路由器，主要从实际需求（包括：路由器的 类型、路由器的配置），路由器的性能指标，用户成本， 可扩展性，服务支持，品牌因素等几个方面考虑。

  40. 路由器的性能指标 • 全双工线速转发能力 • 吞吐量 • 背板能力 • 路由表能力 • 丢包率 • 时延及时延抖动 • 突发量能力 • 服务质量 • 网管能力 • 可靠性和可用性

  41. 全双工线速转发能力（包转发能力），以最小包长和最小包间隔在路由器端口上双向传输同时不引起丢包。全双工线速转发能力（包转发能力），以最小包长和最小包间隔在路由器端口上双向传输同时不引起丢包。 • 设备吞吐量，设备整机包转发能力，每秒转发包数。高速路由器的包转发能力至少达到20Mpps以上 • 端口吞吐量，端口包转发能力，使用pps：包每秒来衡量。 • 背靠背帧数，以最小帧间隔发送最多数据包不引起丢包时的数据包数量。该指标用于测试路由器缓存能力。有线速全双工转发能力的路由器该指标值无限大。

  42. 路由表能力 。高速路由器应该能够支持至少25万条路由，平均每个目的地址至少提供2条路径。 • 丢包率，指路由器在稳定的持续负荷下，由于资源缺少而不能转发的数据包在应该转发的数据包中所占的比例。 • 时延，指数据包第一个比特进入路由器到最后一个比特从路由器输出的时间间隔。高速路由器， 要求对1518字节及以下的IP包时延均都小于1ms。 • 时延抖动，时延变化

  43. QoS能力 • 队列管理机制，指路由器拥塞管理机制及其队列调度算法。 • 端口硬件队列数,保证优先级。 • 分类业务带宽保证，体现路由器是否能对各种业务等级作带宽保证。 • RSVP是资源预留协议，用于端到端路径上资源的预留。 • IP Diff Serv，区分服务是对IP服务质量分级，是对QoS的一种简化。 • CAR，承诺接入速率，是一种接入控制。按照与用户签订的协议，对超出承诺速率的数据包做不同处理：丢弃或标记；又称为标记颜色。

  44. 冗余能力，接口、插卡、电源、系统板、时钟板、设备冗余等。保证设备的可靠性与可用性。无故障连续工作时间，故障恢复时间。 • 热插拔组件 • 网管，网管程度体现设备的可管理性与可维护性。

  45. 6．3．5 服务器 所谓服务器，就是计算机网络中一种为客户机提供各 种服务的计算机。它在网络操作系统的管理与控制下，与 其相连的硬盘、磁带、打印机及专用通信设备提供给网络 上的客户机共享，也能为网络用户提供集中计算、数据库 管理和Web应用等服务。

  46. 服务器的SUMA 服务器的核心技术可以用四个字母表示： SUMA—即可扩展性（Scalability）、 可用性（Usability）、 易管理性（Manageablity）、 高可靠性（Availability）。

  47. 服务器的分类 1．按硬件结构分类 IA（Intel Architecture）服务器 高端服务器 2．按应用类型分类 应用服务器 通信服务器 Internet/Intranet服务器 计费服务器 3．按应用规模分类 入门级 部门级 企业级

  48. 高性能服务器的选购原则 MPASS原则： M——可管理性（Management） P——性能（Performance） A——可用性（Availability） S——服务（Service） S——节约成本（Saving Cost）

  49. 服务器的性能与配置 1．运算处理能力 （1）选择既能满足当前需求又能满足未来需求的处理器 ① 满足当前需求的处理器性能。处理器的GHz级别是衡量处理器计算速度的关键指标。 ② 满足未来需求的处理器可扩展性。 ③ 增强系统故障承受能力的多处理器特性。多个处理器一起使用可以增强系统的可用性及性能。

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