一、网络系统结构与设计的基本原则

宽带城域网的关键技术

p1 p2 p3

设计一个宽带城域网涉及“三个平台一个出口”，即网络平台、业务平台、管理平台和城市宽带出口。

宽带城域网：

宽带城域网划分为三个层次：核心层、汇聚层、接入层。

核心层承担高速数据交换的功能，提供高速分组转发、提供QoS（服务质量）保障、提供至Internet的路由服务，负责汇集各个汇聚层的数据连接至主干网络。

将多个汇聚层连接起来；

为整个城域网提供一个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境；

提供宽带城域网的用户访问Internet所需要的路由服务；

保证QoS的主要技术有RSVP资源预留，Diffserv区分服务，MPLS多协议标记交互。

汇聚层承担路由与流量汇聚功能，负责数据的分组、汇聚、转发，并对本地流量（接入层的用户流量）进行路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理、IP地址转换等功能。

接入层负责用户接入及本地流量控制，解决"最后一公里"的问题。

直白点说，核心层负责数据流量的城际到Internet的相关功能，接入层负责用户的接入（网络入户），汇聚层负责本地流量控制相关业务，以及数据从接入层到核心层的上传下达业务，且仅有相邻层次才可能发生数据的交互工作，不可能跨层次通信。

宽带城域网对汇聚层及其以上设备采取带外管理，而对汇聚层以下采取带内管理。

利用传统的电信网络进行的网络管理成为“带内”，利用IP网络和协议进行管理的称之为“带外”。带内网络管理利用数据通信网（DCN）或公共交换电话网（PSTN）拨号；带外网络管理利用网络管理协议（SNMP）。

ADSL技术：

ADSL非对称（上行下行带宽不一致）数字用户线，利用电话线实现网络接入，能够同时提供电话和网络服务（即上网时电话并不占线，早期的拨号上网业务是上网时电话占线），上行速率在64Kbps-640Kbps之间，下行速率在500Kbps-7Mbps之间，用户可以根据需要选择上行下行速率。

QoS:

QoS是服务质量，具体表现在延时（从源主机发出数据包开始，数据包送达目的主机，再到源主机接收到目的主机的反馈信息截止的总耗时）、抖动（延时的变化）、吞吐量、包丢失率（丢包率）。

QoS表现在延时、抖动、吞吐量和丢包率几个方面，采用的技术有RSVP、DiffServ和MPLS。

EPON。PON是无源光纤网，PON与ATM结合得到APON技术，与以太网结合得到EPON技术，属于网络的传输技术，而非QoS的保障技术。

构建宽带城域网的基本技术

光以太网：

光以太网是利用光纤的带宽优势，结合以太网成熟的技术，为新一代的宽带城域网提供技术支持。常见的光以太网有10Gbps以太网（10GE）以及RPR（弹性分组环）。

光以太网需要具备以下特征：

能够根据用户的需求分配带宽；

具有认证和授权功能；

提供计费功能；

支持VPN和防火墙，保证网络安全；

支持MPLS协议，提供分级的QoS服务；

能够方便快速灵活的适应用户和业务的拓展；

光以太网设备与线路符合电信网络99.999%的高运行可靠性

RPR技术：

RPR采用双环结构，即两个同心圆的环形拓扑结构，RPR环将顺时针方向传输的光纤环叫做外环，逆时针方向传输的光纤叫做内环。

采用自愈环设计思想，能够在50ms以内实现"自愈"功能。

RPR的相邻节点最大距离（单根裸光纤最大长度）100km。两个RPR结点之间的裸光环最大长度为100公里。

沿顺时针传输的光纤环叫做外环，沿逆时针传输的光纤叫做内环，外环和内环的功能是完全一样的，内环与外环都可以传输数据分组与控制分组，平时主环工作，副环待命，一旦主环故障，副环将在50ms内隔离故障节点和光纤段，接替主环进行工作

RPR带宽利用率高，环中每个节点都执行SRP公平算法，故障出现后能在50ms（记住这个数字，网络上的故障恢复时间大多都是这个数值）恢复工作，并且提供QoS。

RPR数据帧要由目的节点从环中收回。

RPR用统计复用的方法传输IP分组。

网络接入技术：

三网融合指的是计算机网络、电信通信网和广播电视网。

网络接入技术大体可以分为数字用户线（xDSL）接入、光纤同轴电缆混合网（HFC）接入、光纤接入、宽带无线接入。

其中：

xDSL:

xDSL是利用现有的电话网络实现网络接入，能够同时提供电话和网络接入服务。其中HDSL是对称（上行下行带宽一致）的，其他均为非对称（上行下行带宽不一致），且各技术的带宽是经常考察的内容。

HFC:

HFC是利用现有的有线电视网络实现网络接入，常考的内容包括其带宽、使用光纤和同轴电缆、使用Cable Modem、双向传输等。

光纤接入技术：

光纤接入技术常考的内容包括带宽最大10Gbps、中继距离最大100km、以OC-3为基准计算带宽或者算OC-12的带宽，并且EPON经常会到其他题目中扰乱视线。

宽带无线接入技术：

宽带无线接入技术主要包含WLAN（无线局域网其中最著名的就是Wi-Fi）、WMAN（无线城域网）以及Ad hoc（两个分支是WSN和WMN）。其中802.11b的带宽是1、2、5.5、11Mbps，802.11a提供54Mbps带宽。

VDSL:

VDSL上行速率、下行速率分别是2.3Mbps和51Mbps。

OC-3：

OC-3的带宽是155.520Mbps，OC-12的带宽是622.080Mbps，由此可得出带宽的倍数关系。9.954Gbps的带宽即9954Mbps， 9954÷155.520=64，而3×64=192，所以此带宽是OC-192标准提供的带宽。

记住OC-3的带宽，题目中需要计算的带宽，根据OC-xx(数字)，根据具体数字，(xx/3)*OC-3(带宽)即可。

Cable Modem：

Cable Modem 利用频分多路复用方法FDM将信道分为上行信道和下行信道，传输方式分为对称式和非对称式;

Cable Modem的传输速率可以达到10~36Mbps;

HFC通过Cable Modem把用户计算机与有线电视同轴电缆连接越来，形成有线电视网。

二、中小型网络系统总体规划与设计方案

路由器技术指标

吞吐量：指包转发能力，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。

背板能力：是路由器输入输出的物理通道，高性能路由器采用交换式结构，决定着路由器的吞吐量。

丢包率，衡量路由器超负荷工作能力的指标之一。

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。

突发处理能力：以最小帧间隔发送而不引起丢失的最大发送速率。

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。

可靠性与可用性：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。

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÷（平均无故障时间+平均故障修复时间）

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。

热插拔指不断电状态下插拔，但仅限于硬盘、板卡等外围设备，核心部件诸如内存、CPU、主板则不允许。

服务器相关技术

RAID：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。

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。

RISC和CISC是CPU的技术参数。

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，将网络应用建立在web服务的基础上。

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计算。

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。

（2023年 2月28日 16:30首次发布）