導(dǎo)言
一個優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是建立一切成功的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文是四篇講座文章的第一篇，重點(diǎn)介紹基于ip的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，因為ip實(shí)際上已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的桌面協(xié)議。高級ip網(wǎng)絡(luò)支持的應(yīng)用在本質(zhì)上已經(jīng)日益變得多元化。ip已經(jīng)同傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用一起成為語音、視頻和多媒體等實(shí)時應(yīng)用的一種傳輸機(jī)制。由于當(dāng)前應(yīng)用有許多不同的性質(zhì)，ip互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計從來沒有像現(xiàn)在這樣具有挑戰(zhàn)性。 本文討論在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)該遵循的一些基本原則。以后的文章將介紹用來熟練地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的具體的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)。
需要一個設(shè)計計劃
大多數(shù)ip互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)從設(shè)計方面說都屬于兩大類之中的一類。一類顯然是設(shè)計非常好的網(wǎng)絡(luò)，另一類只是臨時批湊起來的網(wǎng)絡(luò)。這兩類網(wǎng)絡(luò)明顯的區(qū)別顯示了良好的設(shè)計的重要性。一個設(shè)計良好的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是在下面的每一個領(lǐng)域都有可預(yù)見性和一致性:
性能
在主要網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)方面能夠保持不變的高水平性能。這些參數(shù)可能包括應(yīng)用程序響應(yīng)時間和響應(yīng)時間的變化。
彈性
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該為其支持的應(yīng)用程序提供一個有彈性的平臺。一個高度專用的網(wǎng)絡(luò)比需要滿足所有的應(yīng)用程序的99%的可用性目標(biāo)，并且能夠滿足重要任務(wù)應(yīng)用程序“零關(guān)機(jī)時間”的要求。理想的情況是，任何一個連接的失敗或者客戶機(jī)至服務(wù)器之間的任何一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障都不應(yīng)該導(dǎo)致客戶機(jī)與服務(wù)器之間通信進(jìn)程的丟失。自動繞過故障啟用備份線路的功能應(yīng)該在極短的時間內(nèi)完成，這個時間的間隙應(yīng)該足以把當(dāng)前通信進(jìn)程的影響降低到最小的程度。這個間隔時間稱作“收斂時間”，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的時間長度來確定(如一個連接的丟失)，直到網(wǎng)絡(luò)上的每一臺設(shè)備都知道這個變化。一個設(shè)計良好的網(wǎng)絡(luò)總是一直保持較低的收斂時間。
可伸縮性
一個具有可伸縮性的網(wǎng)絡(luò)能夠充分支持網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容，而不需要進(jìn)行重大的重新設(shè)計。在用戶數(shù)量的增長方面，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或者站點(diǎn)的數(shù)量必須能夠滿足可能增加新的應(yīng)用程序和這些應(yīng)用程序可能消耗更多的帶寬的需求。要獲得對你的網(wǎng)絡(luò)的伸縮性的認(rèn)識，你需要回答下列問題:如果用戶數(shù)量增加一倍、節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加一倍、并且有需要一倍帶寬的應(yīng)用程序，你該怎么辦?一個具有伸縮性的網(wǎng)絡(luò)能夠容納這種增長和變化，而不需要對基礎(chǔ)設(shè)置進(jìn)行全面修改?；A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用的技術(shù)不必為了容納這些變化而進(jìn)行重新設(shè)計。新的用戶和節(jié)點(diǎn)可以用一個簡單的構(gòu)建模塊的方式添加到一個可伸縮的網(wǎng)絡(luò)中。例如，新的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該簡單地把新的網(wǎng)段或者模塊與作為網(wǎng)絡(luò)核心和骨干的現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。應(yīng)該采用根據(jù)需要適當(dāng)?shù)卦黾泳钟蚓W(wǎng)和廣域網(wǎng)帶寬的方式來容納增加的帶寬。在增加網(wǎng)絡(luò)路由器和交換機(jī)的內(nèi)存和處理能力等網(wǎng)絡(luò)壽命周期之間，某些運(yùn)營的升級也許還是必要的。然而，不應(yīng)該做的事情是，在網(wǎng)絡(luò)的壽命周期內(nèi)，不應(yīng)該為了支持計劃之中的增長而對這個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全面的修改。這就是一開始就要有一個網(wǎng)絡(luò)計劃的根本原因之一。
運(yùn)行成本
成本是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程之中最基本的推動因素。這是一個不可回避的事實(shí)。網(wǎng)絡(luò)不僅必須要滿足某些技術(shù)規(guī)范，而且必須在設(shè)計和應(yīng)用上更劃算。擁有一個網(wǎng)絡(luò)的主要成本通常是服務(wù)提供商提供的廣域網(wǎng)的費(fèi)用。那是幀中繼、atm、租賃線路或者isdn技術(shù)的費(fèi)用。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的特點(diǎn)是權(quán)衡性能和可用性的成本。例如，要保證優(yōu)化的應(yīng)用程序平臺可能需要更多的帶寬，然而，這里有一個臨界點(diǎn)，超過了這個限度去購買更多的帶寬就不劃算。
同樣，備份線路或者isdn可以用來在客戶機(jī)與服務(wù)器的通道之中保證網(wǎng)絡(luò)的彈性，一旦主要數(shù)據(jù)通道出現(xiàn)故障，即可立即啟用保證線路暢通。這種備份技術(shù)必須與主要連接線路的速度相同以避免在發(fā)生故障時降低服務(wù)質(zhì)量。對于用戶來說，在發(fā)生故障時降低服務(wù)質(zhì)量是否可以容忍是一個經(jīng)濟(jì)性的決策。
一個設(shè)計良好的網(wǎng)絡(luò)不僅運(yùn)行起來節(jié)省成本，而且還應(yīng)該保持相對一致的運(yùn)行成本。能夠說明運(yùn)行成本的一致性和可預(yù)見性的重要性的例子之一是就是技術(shù)支持的成本問題。擁有網(wǎng)絡(luò)的成本的第二大組成部分(僅次于廣域網(wǎng)成本)就是技術(shù)支持的成本。這也是最容易忽略的一個成本要素，主要是因為技術(shù)支持的成本很難量化。
例如，為了減少atm服務(wù)提供商收取的廣域網(wǎng)的費(fèi)用，可以決定采用一種私人管理的應(yīng)用atm的方式。雖然這樣做毫無疑問可以減少廣域網(wǎng)成本，但是，這樣做會導(dǎo)致技術(shù)支持費(fèi)用的增加。要為一個專用atm網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支持需要一個具有相當(dāng)水平的技術(shù)人員。雇用和保留一個這樣的技術(shù)人員是很昂貴的。然而，如果在公司內(nèi)部沒有這種技術(shù)人員，使用外部人員提供技術(shù)支持的費(fèi)用將更高，例如使用外部的技術(shù)顧問或者使用第三方填補(bǔ)這個空缺以保證系統(tǒng)每天的順利運(yùn)行。
設(shè)計目標(biāo)
在設(shè)計開始的時候制定一個明確的設(shè)計目標(biāo)是必不可少的。這些目標(biāo)與用來評估網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一些參數(shù)有關(guān)。關(guān)鍵的性能參數(shù)必須要確定下來，并且為這些參數(shù)分配目標(biāo)值。這些性能的目標(biāo)最終是由應(yīng)用程序的要求規(guī)定的。
要以有意義的方式分配這些目標(biāo)，應(yīng)用程序必須知道數(shù)量和質(zhì)量的水平。必須評估應(yīng)用程序消耗的帶寬以便提供必要的容量來滿足性能目標(biāo)。必須清楚地了應(yīng)用程序包對數(shù)據(jù)包丟失、數(shù)據(jù)包延遲和各種延遲的敏感性。這在支持多種應(yīng)用程序的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中是特別重要的。數(shù)據(jù)包丟失對于使用udp協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)用程序的影響比對需要可靠連接的tcp協(xié)議應(yīng)用程序的影響還要嚴(yán)重
一個優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是建立一切成功的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文是四篇講座文章的第一篇，重點(diǎn)介紹基于ip的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，因為ip實(shí)際上已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的桌面協(xié)議。高級ip網(wǎng)絡(luò)支持的應(yīng)用在本質(zhì)上已經(jīng)日益變得多元化。ip已經(jīng)同傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用一起成為語音、視頻和多媒體等實(shí)時應(yīng)用的一種傳輸機(jī)制。由于當(dāng)前應(yīng)用有許多不同的性質(zhì)，ip互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計從來沒有像現(xiàn)在這樣具有挑戰(zhàn)性。 本文討論在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)該遵循的一些基本原則。以后的文章將介紹用來熟練地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的具體的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)。
需要一個設(shè)計計劃
大多數(shù)ip互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)從設(shè)計方面說都屬于兩大類之中的一類。一類顯然是設(shè)計非常好的網(wǎng)絡(luò)，另一類只是臨時批湊起來的網(wǎng)絡(luò)。這兩類網(wǎng)絡(luò)明顯的區(qū)別顯示了良好的設(shè)計的重要性。一個設(shè)計良好的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是在下面的每一個領(lǐng)域都有可預(yù)見性和一致性:
性能
在主要網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)方面能夠保持不變的高水平性能。這些參數(shù)可能包括應(yīng)用程序響應(yīng)時間和響應(yīng)時間的變化。
彈性
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該為其支持的應(yīng)用程序提供一個有彈性的平臺。一個高度專用的網(wǎng)絡(luò)比需要滿足所有的應(yīng)用程序的99%的可用性目標(biāo)，并且能夠滿足重要任務(wù)應(yīng)用程序“零關(guān)機(jī)時間”的要求。理想的情況是，任何一個連接的失敗或者客戶機(jī)至服務(wù)器之間的任何一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障都不應(yīng)該導(dǎo)致客戶機(jī)與服務(wù)器之間通信進(jìn)程的丟失。自動繞過故障啟用備份線路的功能應(yīng)該在極短的時間內(nèi)完成，這個時間的間隙應(yīng)該足以把當(dāng)前通信進(jìn)程的影響降低到最小的程度。這個間隔時間稱作“收斂時間”，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的時間長度來確定(如一個連接的丟失)，直到網(wǎng)絡(luò)上的每一臺設(shè)備都知道這個變化。一個設(shè)計良好的網(wǎng)絡(luò)總是一直保持較低的收斂時間。
可伸縮性
一個具有可伸縮性的網(wǎng)絡(luò)能夠充分支持網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容，而不需要進(jìn)行重大的重新設(shè)計。在用戶數(shù)量的增長方面，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或者站點(diǎn)的數(shù)量必須能夠滿足可能增加新的應(yīng)用程序和這些應(yīng)用程序可能消耗更多的帶寬的需求。要獲得對你的網(wǎng)絡(luò)的伸縮性的認(rèn)識，你需要回答下列問題:如果用戶數(shù)量增加一倍、節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加一倍、并且有需要一倍帶寬的應(yīng)用程序，你該怎么辦?一個具有伸縮性的網(wǎng)絡(luò)能夠容納這種增長和變化，而不需要對基礎(chǔ)設(shè)置進(jìn)行全面修改?；A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用的技術(shù)不必為了容納這些變化而進(jìn)行重新設(shè)計。新的用戶和節(jié)點(diǎn)可以用一個簡單的構(gòu)建模塊的方式添加到一個可伸縮的網(wǎng)絡(luò)中。例如，新的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該簡單地把新的網(wǎng)段或者模塊與作為網(wǎng)絡(luò)核心和骨干的現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。應(yīng)該采用根據(jù)需要適當(dāng)?shù)卦黾泳钟蚓W(wǎng)和廣域網(wǎng)帶寬的方式來容納增加的帶寬。在增加網(wǎng)絡(luò)路由器和交換機(jī)的內(nèi)存和處理能力等網(wǎng)絡(luò)壽命周期之間，某些運(yùn)營的升級也許還是必要的。然而，不應(yīng)該做的事情是，在網(wǎng)絡(luò)的壽命周期內(nèi)，不應(yīng)該為了支持計劃之中的增長而對這個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全面的修改。這就是一開始就要有一個網(wǎng)絡(luò)計劃的根本原因之一。
運(yùn)行成本
成本是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程之中最基本的推動因素。這是一個不可回避的事實(shí)。網(wǎng)絡(luò)不僅必須要滿足某些技術(shù)規(guī)范，而且必須在設(shè)計和應(yīng)用上更劃算。擁有一個網(wǎng)絡(luò)的主要成本通常是服務(wù)提供商提供的廣域網(wǎng)的費(fèi)用。那是幀中繼、atm、租賃線路或者isdn技術(shù)的費(fèi)用。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的特點(diǎn)是權(quán)衡性能和可用性的成本。例如，要保證優(yōu)化的應(yīng)用程序平臺可能需要更多的帶寬，然而，這里有一個臨界點(diǎn)，超過了這個限度去購買更多的帶寬就不劃算。
同樣，備份線路或者isdn可以用來在客戶機(jī)與服務(wù)器的通道之中保證網(wǎng)絡(luò)的彈性，一旦主要數(shù)據(jù)通道出現(xiàn)故障，即可立即啟用保證線路暢通。這種備份技術(shù)必須與主要連接線路的速度相同以避免在發(fā)生故障時降低服務(wù)質(zhì)量。對于用戶來說，在發(fā)生故障時降低服務(wù)質(zhì)量是否可以容忍是一個經(jīng)濟(jì)性的決策。
一個設(shè)計良好的網(wǎng)絡(luò)不僅運(yùn)行起來節(jié)省成本，而且還應(yīng)該保持相對一致的運(yùn)行成本。能夠說明運(yùn)行成本的一致性和可預(yù)見性的重要性的例子之一是就是技術(shù)支持的成本問題。擁有網(wǎng)絡(luò)的成本的第二大組成部分(僅次于廣域網(wǎng)成本)就是技術(shù)支持的成本。這也是最容易忽略的一個成本要素，主要是因為技術(shù)支持的成本很難量化。
例如，為了減少atm服務(wù)提供商收取的廣域網(wǎng)的費(fèi)用，可以決定采用一種私人管理的應(yīng)用atm的方式。雖然這樣做毫無疑問可以減少廣域網(wǎng)成本，但是，這樣做會導(dǎo)致技術(shù)支持費(fèi)用的增加。要為一個專用atm網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支持需要一個具有相當(dāng)水平的技術(shù)人員。雇用和保留一個這樣的技術(shù)人員是很昂貴的。然而，如果在公司內(nèi)部沒有這種技術(shù)人員，使用外部人員提供技術(shù)支持的費(fèi)用將更高，例如使用外部的技術(shù)顧問或者使用第三方填補(bǔ)這個空缺以保證系統(tǒng)每天的順利運(yùn)行。
設(shè)計目標(biāo)
在設(shè)計開始的時候制定一個明確的設(shè)計目標(biāo)是必不可少的。這些目標(biāo)與用來評估網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一些參數(shù)有關(guān)。關(guān)鍵的性能參數(shù)必須要確定下來，并且為這些參數(shù)分配目標(biāo)值。這些性能的目標(biāo)最終是由應(yīng)用程序的要求規(guī)定的。
要以有意義的方式分配這些目標(biāo)，應(yīng)用程序必須知道數(shù)量和質(zhì)量的水平。必須評估應(yīng)用程序消耗的帶寬以便提供必要的容量來滿足性能目標(biāo)。必須清楚地了應(yīng)用程序包對數(shù)據(jù)包丟失、數(shù)據(jù)包延遲和各種延遲的敏感性。這在支持多種應(yīng)用程序的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中是特別重要的。數(shù)據(jù)包丟失對于使用udp協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)用程序的影響比對需要可靠連接的tcp協(xié)議應(yīng)用程序的影響還要嚴(yán)重