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[2007-12-22]
 
一、网络布线升级的必要性

  目前已经实现网络化的企业,通常已经通过百兆交换机连接到桌面以使得整个企业跨度到了100兆,但是随着企业规模的扩大,以及网络多媒体应用的增多(如语音和视频会议需求和网上视频培训等),对交换机之间、以及交换机到服务器之间带宽的要求越来越高,原有带宽已经成为制约网络传输的瓶颈。于是,将骨干网络提升至千兆便成为了目前企业升级的重点。具体而言网络升级会由以下几个因素导致。

  1.公司业务扩大,联网工作站数量增加,网络规模需要扩大,出现带宽不足的问题。

  2.企业的网络应用需求增加(例如应用了新的财务软件、数据仓库、ERP、呼叫中心、CRM电子商务等),造成并发数据量增大,突发性操作频繁,对原有网络的安全性、实时性提出挑战。

  3.对网络安全、网络管理的需求。为了保证各部门之间的沟通和安全性,提出对划分VLAN、隔离广播风暴以及加强用户管理的需求时需要升级你的网络设备。

  二、如何设计升级环境

  桌面系统之间百兆的传输速度已经足以满足目前的多媒体应用,而桌面系统的扩充至需要堆叠更多的百兆交换机即可。因此事实上此类升级的重点在于骨干网络的升级。即将网络的核心交换机由原来的快速以太网交换机更换为千兆以太网交换机,即可将网络主干提升至千兆。然后就是将交换机与服务器之间的连接升级至千兆,这就是我们常说的核心层的升级。接着与核心层连接的交换机应当具备千兆口和百兆口,与核心层交换机进行千兆连接,与桌面机进行百兆连接,当然对于网络要求较高的环境到桌面机的速度也可为千兆。

  (一)升级思路

  1.做好负载评估

  在升级网络布线系统时,负载评估是非常重要的工作。我们首先要计算网络节点的数量,然后要考虑网络应用对数据量传输的需求。而且设计时要具备前瞻性,布线系统的平均目标生命周期为15年与主要建筑物的整修周期一致。在这段时间内,系统的计算机硬件、软件都将发生重大的变化。网络的吞吐量、可靠性和安全性的要求肯定都要增加。因此在网络升级的设计上过度地节省资金是一个不明智的做法。

  在制定网络详细技术指标时应考虑以下一些关键因素:数据量需求,包括所有应用的混合数据流流量大小和峰值负载持续时间;用户的数量和可能的增长速度;用户的位置及他们之间的最长距离;与当前和今后计算机及软件的升级可能;电缆布线的可用空间;安全性要求,例如防止数据泄密等。

  2.设计线缆布置

  我们传统的布线通常采用架空地板走线的方式,它将所有管道(空调、供水等)、电缆都聚集在地板和地面之间。此类布线方式有着明显的缺陷,不仅电源线缆和数据线会相互干扰,而且一旦漏水(如地板渗漏或空调管漏水),线缆和设备都不可避免地受影响,可能导网络中断、设备的宕机,甚至损毁等后果。

  而且底部走线在维护线缆时,要将机柜挪开再打开地板,非常麻烦,废弃线缆由于拆卸不便,遗留在地板下面,给机房的维护工作带来极大的不便。同时考虑到架空地板会增加布线整体造价,一般防静电地板每平方米投资在300~400元。

  考虑到这些不便,建议在升级布线系统时考虑采用桥架上走线方案。即通过在机房屋顶结构上打眼、焊接等方式安装桥架,各种线缆通过空中分布到机柜。这种方式与底部布线方案比较,虽然在安全性、散热、维护性等方面有所改进。但这种布线方式可能会影响建筑的整体结构,而且桥架安装会导致机房施工周期比较长(如600平方米的桥架机房需要近半个月的时间施工),而且如果不选用标准化部件布线成本也不容易控制。在选择桥架布线时一定要选择对建筑影响小,且使用标准化部件的布线产品。例如:APC NetShelter的机柜直接在机柜顶部建立上走线系统,可以不对机房建筑结构造成任何影响。采用标准化工程设计,免工具安装使安装过程变得简单、快速。

  3.线缆是否需屏蔽

  我们的双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线,在升级布线时是否需要采用屏蔽系统同样需要考虑。使用屏蔽系统主要是为了满足信息安全性和抵抗电磁干扰。随着企业中电子设备的增多,电磁信号的密度和强度都在逐渐增加,严重时就会影响整个网络系统的正常运行。屏蔽系统在传输的抗干扰方面(尤其是在高频的情况下)有很大的优势。所以对于周围电磁干扰比较强烈的地区,应首先考虑屏蔽系统,在升级线缆前应当在企业环境中进行测试,当外界电磁场强超过3V/m时,就应考虑屏蔽系统或光纤布线系统。

  但是屏蔽布线也会比非屏蔽布线价格高出很多,单就线缆来讲,就会高出近一倍。而如果想实现屏蔽系统,除了线缆外,模块、配线架等连接件都需要使用屏蔽的,同时还需辅以金属桥架和管道,否则将很难实现屏蔽效果,当然处于成本考虑可以只在干扰大的区域进行非屏蔽布线。选择这种布线方式,应当找质量信誉较好的产品和实力强的安装公司,否则安装不当不但达不到屏蔽的效果,还会造成更大的干扰。

  采用屏蔽线路的另外一个原因是特殊行业的需求,例如在医疗行业中为了防止网线中的信号对精密仪器产生影响,就需要采用屏蔽布线(主要是在CT室和核磁室,这些设备对信号的反应非常敏感)。4.设计网络逻辑拓扑

  网络的逻辑拓扑结构,即我们常说的令牌网,总线网或是星形网。我们在设计网络逻辑结构时需要根据具体需求来选择。

  令牌环是环形网络的典型应用一个例子是令牌环局域网,其最大的问题在于在简单的环形网中,网络中任何部件的损坏都将导致系统出现故障,这样将阻碍整个系统进行正常工作。如果选用这种结构切记选择高级结构的环形网,可以很大程度上改善了这一缺陷。

  总线形网络目前已经成为局域网的标准。其最大的问题就是碰撞。连接在总线上的设备通过监察总线上传送的信息来检查发给自己的数据。当两个设备想在同一时间内发送数据时,以太网上将发生碰撞现象,在大量数据访问时这个问题尤为严重。

  星形网的组成通过中心设备将许多点到点连接,可以在不影响系统其他设备工作的情况下,非常容易地增加和减少设备。

  目前的实际应用中,网络的物理拓扑结构一般都采用星形连接,星形连接在将用户接入网络时具有更大的灵活性。当系统不断发展或系统发生重大变化时,这种优点将变得更加突出。

  5.干线网和支线网设备布置

  在目前的网络建设中,通常使用干线电缆将网络的多个网段连接在一起,这样可以在不增加布线的情况下使网络在更大的区域内提供服务。使用主干线将核心交换机连在一起,作为一个单元进行工作的高速链路。如果干线发生故障,单独的子网将可以继续独立的进行工作。干线电缆可以使用超5类或者7类双绞线电缆或光缆。当然对于大中型网络来讲,推荐使用光纤干线电缆。建议将核心交换机集中在一个单独的房间内。在这种情况下,主干线的长度最短,干扰最小,核心设备维护也更为方便。

  6.选择何种线缆

  在传输速率要求超过155Mbit/s和需要更长传输距离的应用中,光纤通常是最佳选择。光纤具有体积小、耐用等优点,但目前它的成本要比其他类型的电缆高。在大多数网络中,一般都采用光缆作为干线,而使用双绞线来连接支线网络。然而,随着通信速率的提高和设备价格的下降,使用光纤直接到桌面的网络数量也在不断增长。对于那些由于受安装时间、空间或其他限制而不易安装双绞线的系统来说,无线局域网可以作为一种可替代的方案。在无线局域网中使用无线电波替代物理连接来实现信号的传输,它们特别适合于在老建筑物中网络的安装。

  (二)具体部件升级

  1.使服务器具备千兆能力

  在目前的主流C/S(客户机/服务器)模式中,在网络应用升级后对服务器需求的提高是最为明显的,因此首先需要使服务器具备千兆网服务能力,即使服务器与企业核心网络设备连接速度达到千兆,这需要考虑两个因素,即网线和网卡。网线可采用超五类双绞线或六类双绞线,其都支持千兆连接,而且造价相对较低,相应的尽量为服务器选择双绞线端口的网卡,以节约投资。

  在应用需求提升较多的情况下原来的服务器往往难以胜任繁重的网络访问需求,但完全替换服务器是相当不经济的。因此,还应当采用服务器集群技术或负载均衡技术,新添加服务器与原有服务器有机地组织在一起,分担繁重的网络服务任务,对稳定需求较高的环境还可以实现服务器冗余。

  注意:由于在网络中,80%的访问是针对服务器的,因此绝大部分访问服务器的数据流量都需要依靠骨干网络传输。甚至千兆连接也无法满足要求。这种情况可以考虑采用光纤聚合技术,将多个千兆连接绑定在一起,成倍地提高骨干连接的带宽,以适应网络需求。

  2.网络骨干的升级

  准备将快速以太网升级至千兆以太网时,首先应当考虑将核心交换机的升级,当然就是采用千兆以太网交换机(如Cisco Catalyst 4000系列或Catalyst 6500系列)。然后,升级骨干交换机,骨干交换机要求拥有千兆端口,根据具体网络需求不同骨干交换机可全为千兆口(如Cisco Catalyst 3550-12G),也可以只是与核心交换机连接的采用千兆口与桌面系统使用百兆口连接(如Cisco Catalyst 3550-24-EMI),如图所示。

  连接示意图3.其他网络设备的升级

  考虑到成本的节约和实际应用的需要,连接桌面机、IP电话终端设备,通常使用百兆接入,这样既可以保护占绝大多数的边缘网线的投资,还可以使原来的百兆骨干交换机降级为边缘交换机使用。因此,边缘交换机基本上均为不对称交换机,即拥有1-2个千兆口与核心或骨干交换机连接,同时拥有百兆口与桌面机连接,因此在设计百兆网络的时候就需要考虑交换机应具备模块升级功能,为以后升级到千兆做好准备。而桌面机几乎不用做任何调整,平滑升级。

  三、升级时的注意事项

  1.系统的冗余能力

  对于千兆网络的骨干系统,如果骨干网络设备出现问题会造成企业网络的整体瘫痪,所以我们要考虑骨干网络设备的稳定性,因此在选购设备时应当将具备容易能力的设备优先,可以考虑在服务器上使用双网卡进行网络冗余,很多公司的网卡都有该项功能,例如Intel公司的千兆服务器网卡Express Pro 1000 Server Adapter,该网卡具有其独特的AFT(Adapter Fault Tolerance)即网卡容错功能,服务器中的两片网卡可设定为互为备份方式,当服务器与交换机之间的链路一中的任一环节(网卡,网线及交换机端口)发生故障时,另一链路自动起动,保证网络的不间断运行,AFT技术支持NETWARE和WINDOWS NT内核的网络操作系统。

  如果网络中有千兆交换机还可以考虑配合双网卡实现冗余,如上边我们提到的使用Intel的千兆双网卡就可以配合Intel的ExpressGigabitSwitch千兆交换机用Spanning Tree方式连接,将服务器中的两片网卡分别接到两台交换机上,在主干交换机之间又形成互为备份的关系,既任何一台交换机发生故障时,网络仍可正常运行。

  小知识:

  交换机的连接方式,我们的交换机连接通常有两种方式菊花链和星型。

  所谓菊花链就是将交换机一个个地串接起来,每台交换机都只与自己相邻的交换机进行连接。这种连接方式,堆叠的交换机数量越多,通信时需要转发的次数也就越多。数据的多次转发,会大量占用每台交换机的背板带宽,并有可能使堆叠端口成为传输瓶颈,影响传输速率。而且由于所有的交换机之间都只有一条链路,只要有其中任何一台交换机、连接的端口或级联线缆发生故障,都会导致整个网络通信的中断。如果采用此类连接方式,可以在首尾交换机之间再连接一条线缆作为链接冗余,这样当某一台交换机发生故障时,冗余线缆立即被激活,从而提高网络的稳定性。

  星型连接方式,是指采用一台具有多个千兆端口的交换机作为堆叠中心,其他交换机通过堆叠模块与该交换机连接在一起。这种连接方式单台交换机级联端口或线缆损坏不会影响到整个网络,但是如果堆叠中心交换机损坏则会直接导致整个系统瘫痪。但是当堆叠中心交换机性能较高时,这种堆叠效率更高。

  2.系统的扩充能力

  在骨干网络达到千兆后,并不代表我们需要考虑系统的扩充能力,在千兆网络不做改变的情况下,边缘网络同样可能在不远的一段时间内面临着升级,在桌面机数量增多的时候就会面临边缘交换机升级问题。这就需要在我们设计整个系统升级的时候考虑到边缘交换机的扩充能力。因此在选购设备时需要考虑选购堆叠能力强的设备,如Intel 510T系列可扩充堆叠的交换机,其通过特殊设计的矩阵式堆叠模块 MSM1000M使得最多7个交换机可堆叠在一起,每个堆叠可形成多达196个10/100M接入端口。堆叠中的交换机连接带宽为2.1G的带宽,可以避免传统的交换机通过100M双绞线串接而形成的瓶颈问题。每个堆叠的总背板带宽为16.8G,吞吐量为5.6G。

  3.综合布线的距离问题

  由于骨干网络是千兆网,所以在布线时要求较高,稍有不慎可能导致网络连接速度直线下降。对于距离较远的布线,例如建筑物间的布线通常采用多模光纤或单模光纤。由于单模光纤可以非常好地支持千兆以太网,1000Base-LX的有效传输距离为2km,如果初次布线建议采用。但如果原有布线已经采用了多模光纤,就应当小心地进行确认了。62.5/125μm的多模光纤的传输距离为220m,50/125μm多模光纤的传输距离为550m,当超出以上距离时,就应当考虑添加放大设备或者重新布线。

  如果核心交换机最远距离不超过100m,则可以利用原来的超五类或六类布线系统,以1000Base-T设备接入千兆网络,这样的开销最低。建议在垂直布线系统中选用多模光纤,在水平布线系统中选用六类非屏蔽双绞线。需要注意的是,虽然五类线也支持千兆,但设备总体费用会增高,反而不如重新铺设超五类或六类线缆更经济。

  小知识:

  如何测试光纤的物理参数,光纤网络安装完成之后正式投入运营之前,我们需要对它的链路传输特性进行验证,特别是链路的衰减特性、连接器的插入损耗、回波损耗等特性的测量至关重要。

  衰减,衰减是光在光沿光纤传输过程中光功率的减少。光纤损耗(LOSS)是指光纤输出端的功率Pout与发射到光纤时的功率Pin的比值。损耗是同光纤的长度成正比的,所以总衰减不仅表明了光纤损耗本身,还反映了光纤的长度。因为光纤连接到光源时不可避免地会出现额外的损耗。为排除这种连接损耗,需要对测量进行两次。即对要测量的光纤测量一次,再取同种光纤的一小段作为参考光纤测量一次,然后从第一个测量结果中减去第二个测量结果,这样可保证了测量的准确性。

  回波损耗,反射损耗又称为回波损耗,它是指在光纤连接处,后向反射光相对输入光的比率的分贝数,回波损耗愈大愈好,以减少反射光对光源和系统的影响。改进回波损耗的方法是,尽量选用将光纤端面加工成球面或斜球面是改进回波损耗。

  插入损耗,插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后,其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。插入损耗愈小愈好。插入损耗的测量方法同衰减的测量方法相同。

  4.升级前要做总体规划

  网络升级前一定要先做好整体的规划和设计,首先要根据应用确定核心交换机需要的背板带宽和数据吞吐能力,能够满足当前大数据量转发和路由的需要,同时应当具备一定的富裕空间,在未来应用需求提高时,避免因服务能力不足而更新设备;服务器应当实现或具备集群服务的能力,能够负载分担和冗余能力,即可提高对数据请求的响应速度,减少客户等待时间,也能保证整个系统的稳定性;骨干交换机与中心交换机之间应当建立多条链路,实现负载均衡和冗余。

  总结:

  在我们考虑整体升级时要将几个指标作为优先考虑的因素。首先是系统可靠性,由于核心网络是整个企业网络的核心结构,其重要性不言而喻,一旦瘫痪则影响巨大。所以对这类设备和线路应当将可靠性放在第一位,无论是品牌的选择,还是设备的配置,都将可靠性作为第一位考虑;第二性能,作为核心网络节点,核心交换机、汇聚交换机必须能够提供完全无阻塞的多层交换性能;第三可管理性,一个网络可管理程度的高低直接影响着运行成本和运行质量。因此,所有的节点都应是可网管的,而且网络管理系统应当尽量简洁实用,能够对网络的业务流量、运行状况等进行全方位的监控和管理;第四可扩展性,这点在边缘交换机方面体现尤为明显,需要具备更强的堆叠能力,可以轻松扩容。第四安全问题,在局域网络中安全问题同样重要,除了核心交换机,桌面接入交换机,汇聚层的交换机也应考虑安全问题,例如访问控制、带宽控制等,控制不良业务对整个骨干网络的侵害。


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