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一、中小型网络系统总体规划与设计方案

网络关键的设备选型

路由器技术指标

性能指标综述

吞吐量

背板能力

丢包率

时延抖动

突发处理能力

路由表容量

服务质量

网管能力

可靠性和可用性

1 吞吐量

指路由器的包转发能力，涉及两个内容：端口吞吐量和整机吞吐量，与路由器端口数量、端口速率、包长度、包类型有关。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。

2 背板能力

是路由器输入输出之间的物理通道，高性能路由器采用交换式结构，决定着路由器的吞吐量。

3 丢包率

是衡量路由器超负荷工作时的性能指标之一。

4 延时和延时抖动

高速路由器要求长度为1518B的IP包延时小于1ms，语音、视频业务对延时抖动要求较高。

5 突发处理能力

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 服务质量

表现在队列管理机制、端口硬件队列管理、支持QoS协议上，其中队列管理机制指队列调度算法和拥塞管理机制。

7可靠性与可用性

高端路由器可靠性与可用性指标：

无故障连续工作时间大于10万小时；

系统故障恢复时间小于30分钟；

所有的自动切换在50ms内完成。

高性能路由器一般采用交换式结构，目前用于核心层网络的技术标准是GE/10GE。核心设备是高性能交换路由器，连接核心路由器的的是具有冗余链路的光纤。

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MTBF÷（平均无故障时间MTBF+平均故障修复时间MTBR）

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）。

网络服务器

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。

大中型服务器采用RISC，操作系统使用UNIX。

热插拔指允许用户在不断电状态下插拔，但仅限于硬盘、板卡、板块等外围设备（更换存在故障的外围设备），核心部件诸如内存、CPU、主板则不允许。

服务器相关技术

RAID

RAID独立磁盘冗余阵列，将多个独立的磁盘组成一个整体，提高存取速度，提高系统可靠性。可以提高磁盘存储容量，但是不能提高容错能力。

RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘）从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据备份技术。

Cluster

cluster集群，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，同时如果一台主机出现了故障，它所运行的程序将立即转移到其他主机。cluster集群就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供网络资源。在集群中当服务器中一台主机出现故障后，程序立即转移到其他主机中运行，一台主机出现故障时虽不会使整个网络无法工作，但仍然会影响系统的性能。

RISC和CISC是CPU的技术参数。RISC指精简指令集计算机系统，CISC与RISC相反，指的是复杂指令集计算机系统。

应用服务器

应用服务器的主要技术特点：

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（Browser/Server）浏览器/服务器模式，将网络应用建立在web服务的基础上。是web兴起后的一种网络结构模式，web浏览器是客户端最主要的应用软件，这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。

客户机只要安装一个浏览器，如Chrome、Safari、Microsoft edge、internet explorer，服务器安装SQL Server、Oracle、Mysql数据库。浏览器通过Web Server同数据库进行数据交互。

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。

另外，既然B/S是浏览器/服务器模式，用浏览器访问了，就不需要客户端程序了，需要客户端程序的是C/S（客户机/服务器）。

交换机技术指标中的全双工端口带宽

交换机的总带宽等于各个端口带宽之和。如果是全双工端口的话，其端口带宽要按照2倍带宽计算。

对于诸如10/100Mbps这样的10Mbps/100Mbps自适应端口，其带宽按照最高速率：100Mbps计算。

寻找例题

网络系统分层设计中层次之间上联带宽与下联带宽的比例一般控制在1:20。

二、IP地址规划技术

1 IP地址规划

子网掩码有两种表示形式：一种是类似255.255.255.0的子网掩码形式，其中二进制1表示网络号，二进制0表示主机号；另一种是类似/24的前缀形式，表示前24位是网络号。

将子网掩码转换成二进制形式，左侧连续的1的个数就是前缀形式所对应的数字。

/xx采用的是前缀形式，/xx表示前xx位是网络号，那么对应的子网掩码也就是前半部分由xx个1组成，剩余部分用0凑齐32位（子网掩码与IP地址一样，长度是32bit）。

IPV6地址共有128位，前缀48位说明前48位是网络号，那么主机号有128-48=80位。

IPV6能够容纳的主机地址数量=2^主机号位数

IPv4能够容纳的主机地址数量=(2^主机号位数)-2

2 IPv4

直接广播地址是主机号全为1的IP地址

主机号是IP地址的网络号置0

子网内最后一个可用IP地址：广播地址的前一位

子网内第一个可用IP地址：网络地址加1

3 CIDR地址聚合

要将三个地址块聚合，只需要确认三个地址块中左侧完全相同的部分，利用子网掩码或前缀将其标记为网络号，并将不同部分标记为主机号并且全部置0即可。

两个或三个地址块聚合，需要确定地址中有多少位是相同的，得到/xx,可得聚合后的地址前缀是/xx，聚合后的地址是前xx位不变，剩余部分全部置0。

4 NAT

NAT是网络地址映射，工作原理是源主机发出数据包访问Internet所发出的数据包（状态a）在路过NAT设备时，其源地址（S）和源端口号（逗号后的数字）将会被替换成另外的一个公网IP和另一个端口号（状态b），并在NAT转换表中记录，然后把数据发往Internet。当收到来自Internet的反馈信息时（状态c），数据包途经NAT设备，此时NAT设备将会查询NAT转换表，将目的地址（D）和目的端口号转换为表中对应的IP地址和端口号（状态d），实现NAT网络地址映射。

简单点说，a转换成b，c转换成d，且ad之间的源S和目的D互换，bc之间的源S和目的D互换。

5 IPv6

IPv6长度128位，有三种表示方法：

冒号十六进制法

每2Byte一组，每组4个十六进制数，一共8组，例如：21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A。

前导零压缩法

每组左侧连续的0可以省略，但每组至少包含一个数，例如：

21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A。

双冒号法

如果IPv6地址中存在连续的多组全0部分，那么该部分可以直接用两个冒号::表示，例如21DA::02AA:000F:FE08:9C5A。由于IPv6地址共8组，已写5组，可知双冒号位置省略了3组0，且双冒号在一个地址中只允许出现一次。

（2023年 3月1日 20:43首次发布）