网络规划指南



“网络规划”对于录课系统来说非常重要,好的系统必须要有健全的网络基础环境才能发挥最佳效果,本章节教导您说明如何规划或改善客户的网络环境。



计算网点

规划网络架构前,您需要先计算网络环境里有多少个“网点”,网点指的就是需要网络连接的设备数目,一台 SES 工作站需要一个网点,FL、MTS 与 iFS 主机各需要一个网点,iCam、STB、Livebox 等设备也个别需要网点。

规划客户的网络前务必要先计算清楚需要的网点数目,在过去网点还分为 100Mbps 或 1,000Mbps 两种,但随着时代进步,建议你全部以 1,000Mbps(1Gbps) 的网点进行规划设计较为方便。



网络架构(星状/树状拓朴)

以现今技术而言,最适合的网络架构是“星状拓朴(Star Topology)”,也就是所有电脑或设备都连接至单一个网络交换器(Switch),如下图所示。

网络架构(星状/树状拓朴)

在星状拓朴结构中,网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点(又称中央转接站,一般常指网络交换器)上,由该中央节点向目的节点发送信息。中央节点运行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,负担也比其他各节点重得多。在星状网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。



星状拓朴结构的优点

以下是星状拓朴结构的优点:

  • 网络结构简单,便于管理、维护、调校与测试。
  • 控制简单,添加或删除某个站点非常容易。
  • 集中管理,可方便地提供服务和网络重新配置。
  • 每个站点直接连到中央节点,容易检测和隔离故障。


星状拓朴结构的缺点

以下是星状拓朴结构的缺点:

  • 线路利用率不高,一条线路只被该线路上的中央节点和某一个节点使用。
  • 中央节点负荷太重,而且当中央节点生成故障时,全网将不能工作,对中央节点的可靠性和冗(ㄖㄨㄥˇ)余度要求太高。
  • 安装和维护费用高,需要大量电缆(网络线)。

所谓冗余度,就是从安全角度考虑多余的一个量,这个量就是为了保障仪器、设备或某项工作在非正常情况下也能正常运转。

整体来说,星状拓朴结构相对简单,便于管理,建置容易,是局域网路普遍采用的一种拓朴结构。采用星状拓朴结构的局域网路,一般使用双绞线或光纤作为传输介质,符合综合布线标准,能够满足多种宽带须求。

星状拓朴结构的扩展 - 树状拓朴:

树状拓朴

星状拓朴扩大就成为树状拓朴,以上就是树状拓朴的架构示意图,最中间的网络交换器有三个分支网络交换器,每个分支网络交换器下又有第二级的分支设备。

分支节点嵌套分支节点,用来对网络的槼模进行扩大,这就是星状拓朴的扩展形态“树状拓朴”。

我们也可以举个例子,把上图简单的理解为:中间一台网络交换器是公司的核心网络交换器,另外三台交换器分别代表了 3 家分公司。如果将来公司壮大,又开了 2 家分公司,需要扩展网络的话,可以直接拉两条线到中心那台网络交换器上即可,不用影响到其他 3 家分公司,可扩展性非常强。



网络设备

一般常见的网络设备为集线器(Hub)与网络交换器(Switch)。



集线器(HUB)

HUB 有两大特性:广播与半双工。

广播是指,当 A 电脑要透过 HUB 送数据给 B 电脑的时候,A 送出来的数据其实连接在这台 HUB 上的电脑都会收到,但是只有 B 电脑会将数据收起来,其他电脑则是将封包丢掉。

半双工是指,收数据或送数据不能同时,你一次只能做其中一种。

由于 HUB 是这种特性,所以当 HUB 连接非常多电脑时,网络就开始变慢。



网络交换器(Switch)

交换器和集线器(HUB)看起来一样,但实际上差别很大,价位也不同。首先 Switch 并不一直广播,而且是全双工的。主要是 Switch 会记录封包中的 MAC 位址所以当电脑 A 发送数据给电脑 B 时,其他电脑并不会也收到数据,而且这个时候别的电脑也可以同时互相发送数据。

虽然 Switch 有上述的好处,但是要发送的数据封包里每一个都必须经过 Switch 判断决定要送往哪一台电脑,所以会有一些延迟,因此有时候电脑数少于五台,用 HUB 反而感觉比 Switch 快。



少于 5 个网点时

根据以上理论,网点数目少于 5 个时,使用市售的集线器(Hub)即可。



少于 24 个网点时

网点数目少于 24 个时,建议您规划一台无网管型网络交换器(如下图所示),根据本公司实验室测试,在实际高带宽影音长时间传输下,市面上的集线器(Hub)或少于 24 端口的网络交换器可能会发生网络封包碰撞严重或带宽太大,造成网络设备重启的情形。在此,强烈建议您使用 24 端口网络交换器较安全。

24端口网络交换器

如果您考虑到未来扩充性或是网络方便管理,建议您可以购买【网管型】网络交换器(如下图所示)。

24端口【网管型】网络交换器


多于 24 个网点时

网点数目多于 24 个时,建议您规划一台 48 端口网管型网络交换器(如下图所示),或者使用多台网络交换器连接在一起,常用的两个连接方式是串接(Link)与堆栈(Stack)。

48端口网管型网络交换器


串接(Link)

除了集线器与集线器、集线器与交换器之间可透过串接的方式来扩充连接端口,另外不同厂牌或不同型号的交换器也可透过串接的方式扩充连接端口。因此,“串接”通常是用来解决不同厂牌交换器互相连接的最有效方法。

以下为几种交换器的串接方式:



使用双绞线串接

交换器的串接可透过一般的连接端口或是 Uplink 连接端口,当相互串接的连接端口分别为一般连接端口与 Uplink 连接端口时,连接网络线需使用平行线。而当相互串接的连接端口均为一般连接端口或 Uplink 连接端口时,连接网络线需使用跳线。无论是何种传输速度,交换器之间的线材长度与交换器到电脑的线材长度相同,均可达到 100 公尺。所以若是串接三台交换器,则整体网络环境可延伸长达 400 公尺。

  • 使用 Uplink 串接
    Uplink 连接端口是专门用来与其他交换器连接,可透过平行线与其他非 Uplink 的连接端口连接。现今有越来越多的交换器将一般连接端口兼具 Uplink 的功能,利用一个 MDI/MDI-X 开关来切换,甚至于不需要开关直接侦测。
  • 使用一般连接端口串接
    若交换器没有 Uplink 也没有自动侦测功能,只有一般连接端口,此时需透过跳线来串接交换器。


使用光纤串接

由于当前光纤的价格仍高且需要熔接设备,因此较常使用在核心或骨干的交换器串接。所有具备光纤功能的交换器其光纤连接端口有两个,一个为发送、一个为接收。因此也需 2 条光纤来连接。一端接在发送端,另一端则接在另一部交换器的接收端。

光纤的线材可分为单模光纤与多模光纤两种,在使用光纤串接交换器时需注意交换器的光纤连接端口、串接线材以及在内部网络布线所使用的光纤需为相同类型,以免造成传输上的障碍。举例而言,若内部网络布线使用为多模光纤则交换器光纤连接端口则需为 1000Base-SX 的标准,串接线材也需使用多模光纤。若内部网络布线使用为单模光纤则交换器光纤连接端口则需为 1000Base-LX/LH 的标准,串接线材也需使用单模光纤。

此外,多模光纤还可分为 62.5/125μm 和 50/125μm 两种,除了上述的连接端口、光纤类型外还需要注意光纤的线径才可以。相互连接的交换器,其光纤连接端口必须均为多模或均为单模,不可一边为多模光纤,另一边为单模光纤,如此将串接不起来。



端口汇聚(Port Trunking)

Trunk 是端口汇聚的意思,就是通过配置软件的设置,将 2 个或多个物理端口组合在一起成为一条逻辑的路径从而增加在交换器和网络节点之间的带宽,将属於这几个端口的带宽合并,给端口提供一个几倍於独立端口的独享的高带宽。Trunk 是一种封装技术,它是一条点到点的链路,链路的两端可以都是交换器,也可以是交换器和路由器,还可以是主机和交换器或路由器。基于端口汇聚(Trunk)功能,允许交换器与交换器、交换器与路由器、主机与交换器或路由器之间通过两个或多个端口并行连接同时传输以提供更高带宽、更大吞吐量,大幅度提供整体网络能力。以下是端口汇聚的示意图:

端口汇聚(Port Trunking)

一般情况下,在没有使用 Trunk 时,使用百兆以太网的双绞线时,这种传输介质的特性决定在两个互连的 100Mbps 交换器,带宽仅为 100Mbps,这样就形成了网络主干和服务器瓶颈。要达到更高的数据传输率,则需要更换传输媒介,使用千兆光纤或升级成为千兆以太网,这样虽能在带宽上能够达到千兆,但成本却非常昂贵(可能连交换器也需要换掉)。如果使用 Trunk 技术,把四个端口通过捆绑在一起来达到800M带宽,这样解决了成本和性能之间的矛盾。

Trunk (端口汇聚)是在交换器和网络设备之间使用比较经济的方法增加带宽,如服务器、路由器、工作站或其他交换器。这种增加带宽的方法在当单一交换器和节点之间连接不能满足负荷时是比较有效的。

Trunk 的主要功能就是将多个物理端口(一般为 2-8 个)绑定为一个逻辑的信道,使其工作起来就象一个信道一样。将多个物理链路捆绑在一起後,不但提升了整个网络的带宽,而且数据还可以同时经由被绑定的多个物理链路传输,具有链路冗余的作用,在网络出现故障或其他原因断开其中一条或多条链路时,剩下的链路还可以继续工作。

Trunk 功能常用于交换器之间的级联,通过牺牲端口数来给交换器之间的数据交换提供捆绑的高带宽,以提高网络速度,突破网络瓶颈,进而大幅提高网络性能。

此外,Trunk 可以提供负载均衡以及系统容错能力。由于 Trunk 可即时平衡各个交换器端口和服务器介面的流量,一旦某个端口出现故障,它会自动把故障端口从 Trunk 组中撤销,进而重新分配至其他 Trunk 端口的流量,从而实现系统容错。



堆栈(Stack)

堆栈也是常见扩充网络端口的方式,提供堆栈功能的交换器可以透过“专用”的堆栈缆线来连接。通常堆栈的带宽是交换器连接端口速率的几十倍,多部交换器的堆栈是借由一组具有多个连接母模块的背板以及单连接的子模块装於交换器中,相互连接而成,但并不是所有的交换器均支持堆栈,这取决于交换器的品牌与型号。此外,堆栈不仅需要专用的堆栈缆线外,也需要专用的堆栈模块。并且若欲使用于同一堆栈的交换器建议选购同一厂牌及型号,避免购买後因 GBIC 模块槼格而无法堆栈。

如欲扩充连接端口的数目最快速、最便捷的方法即为堆栈交换器。堆栈交换器的优点包括下列两项:

  • 便于管理
    同一堆栈中的多部交换器可视为一台交换器来管理。只需赋予一个 IP 位址即可透过该 IP 位址管理堆栈中所有交换器,进而简化管理上的进程与难度,大大节省管理成本。
  • 高密度的连接端口
    不同品牌的交换器所支持的堆栈层数并不相同,这需要视各厂牌的槼格而定。一般而言,最少可以堆栈 2 层,有些甚至可达32层,端视该交换器的槼格而定。以一台 32 端口的交换器而言,最多堆栈 8 层则可提供超过 200 个连接端口。


堆栈与串接的差别

串接是透过交换器的某个端口与其他交换器相连,如:利用交换器的Uplink到另一个的普通端口;而堆栈是透过交换器的背板连接起来的,它是一种创建在芯片上的连接,如:2 个 24 端口的交换器堆栈起来的效果就象是一个48端口的交换器,最大的优点是不会生成瓶颈的问题。

串接可透过一条双绞线在任何网络设备厂商的交换器之间、集线器之间,或交换器与集线器之间完成。而堆栈只有在相同品牌的设备,且此设备也必须具有堆栈功能。串接只需单一双绞线或其他媒介;堆栈需要专用的堆栈模块和堆栈缆线,而这些设备可能需要单独购买。交换器的串接在理论上是没有个数限制的(注意:集线器的串接会有个数限制),而堆栈则在各个厂商的型录上会标明最大堆栈数目。

多个设备之间串接会生成带宽瓶颈。例如,两个1,000Mbps的交换器通过一条双绞线串接,则它们的串接带宽为1,000Mbps。这样不同交换器之间的电脑若要相互传输数据,都只能透过此 1,000Mbp 带宽;而两个交换器透过堆栈连接在一起,堆栈缆线将能提供高于1G甚至10G的背板带宽,大大地降低瓶颈。现在很多交换器支持 Port Trunking,透过这种技术,可使用多条双绞线在两个交换器之间进行串接,这样可以倍增串接带宽。



串接(Link)的优点

以下是串接(Link)的优点:

  • 直接可用网络线或光纤 uplink 串接,扩充容易
  • 速度上支持有 10/100/1000/10,000 等


串接(Link)的缺点

以下是串接(Link)的缺点:

  • 无容错,上层交换器故障,则下层全挂


堆栈(Stack)的优点

以下是堆栈(Stack)的优点:

  • 逻辑上是为单一交换器,具单一管理介面,可一次控管多台交换器
  • 具容错功能


堆栈(Stack)的缺点

以下是堆栈(Stack)的缺点:

  • 必须使用专属的堆栈用排线、堆栈端口
  • 堆栈交换器的厂牌机型必须相同


有线网络规划重点整理

以下是网络规划的重点整理:

  • 遵照星状拓朴规范,所有设备都连接至单一台网络交换器。
  • 无论槼模大小,最好使用 24 端口网络交换器。
  • 24 条网络线以下的环境,使用无网管的网络交换器,或【网管型】网络交换器更佳。
  • 超过 24 条网络线的环境,务必使用【网管型】网络交换器,最好用一台 48 端口搞定。
  • 如果要扩充网络端口,记得一定要用有堆栈(Stack)功能的网络交换器或使用端口汇聚(Port Trunking)以拓朴架构连接各台网络交换器。