實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫立

摘要 現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室各種研發(fā)工作中，可以對(duì)所研發(fā)的項(xiàng)目進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。不同于高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE8 02. lln，超高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802. llac，有著吞吐量提升的優(yōu)越性，可以解決局域網(wǎng)中業(yè)務(wù)作用信息量過大時(shí)造成的沖突。近些年來，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越被人們所重視。

【關(guān)鍵詞】超高速局域網(wǎng) 實(shí)驗(yàn)室 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化

1 前言

實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)是在實(shí)驗(yàn)室工作范圍內(nèi)將所需的獨(dú)立設(shè)備連接到一起工作的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。便于統(tǒng)一控制和管理，可以達(dá)到資源共享的同時(shí)減輕了設(shè)備維護(hù)的工作量。而超高速局域網(wǎng)絡(luò)的建立，可以提升工作效率，增大信息容量，提高速率，縮短時(shí)間，減少功耗等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而使得科研工作能夠定位更精準(zhǔn)，計(jì)算工作更精密，控制更精細(xì)，給科研工作帶來了許多便利。所以實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)絡(luò)的建立是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室建立必不可少的組成部分。

2 實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)的組建與設(shè)計(jì)

2.1 超高速局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則

局域網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)該以信息的高速處理運(yùn)算及共享為主。局域網(wǎng)絡(luò)不僅僅有對(duì)科研項(xiàng)目的控制運(yùn)算等作用外，還應(yīng)該兼有各個(gè)部門、科研小組之間的聯(lián)動(dòng)、互動(dòng)、協(xié)調(diào)作用。除了高速的運(yùn)算和信息處理外，還應(yīng)該有能夠?qū)蒲许?xiàng)目成果及資料的共享、保存及加密處理等作用。

2.2 實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)設(shè)計(jì)要求

局域網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際的科研工作成員人數(shù)，網(wǎng)絡(luò)需求量及數(shù)據(jù)吞吐量等進(jìn)行實(shí)際的考慮設(shè)計(jì)。應(yīng)該要滿足高強(qiáng)度、高速度、高質(zhì)量、多元化等局域網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)要求。其中對(duì)于所查詢的資料的圖像、聲音、數(shù)據(jù)等進(jìn)行高效的處理，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該先著重與某個(gè)單體科研項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)需求設(shè)計(jì)，在從整體上調(diào)整。此外，局域網(wǎng)應(yīng)該采取樹狀、多層分布靈活性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過三四層的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠很好的將實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)絡(luò)與外部其他網(wǎng)絡(luò)連接完成信息共享。在外部設(shè)立獨(dú)立的管控機(jī)制，便于對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一管理或斷開，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)及核心交換機(jī)等進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理。

2.3 實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

局域網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，采取OSPF路由協(xié)議及NET技術(shù)。OSPF是一種常見的鏈?zhǔn)铰酚?，由于其他的路由協(xié)議受技術(shù)限制的問題，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室這種光節(jié)點(diǎn)眾多，支鏈眾多的超高速局域網(wǎng)中并不適合。OSPF路由間的相互交換協(xié)議，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)室提供良好的全網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，便于后期的管理和維護(hù)。同時(shí)OSPF具有速度快、占用資源少、方便在多節(jié)點(diǎn)多層級(jí)的超高速網(wǎng)絡(luò)中架設(shè)等優(yōu)勢(shì)。

2.4 實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)設(shè)計(jì)接入層

為了確保網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定及流暢。在設(shè)計(jì)局域網(wǎng)寬帶資源時(shí)，應(yīng)該保證內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主干能力有一定的沉冗量，可以保證即使多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)使用時(shí)，也能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。核心設(shè)備的選取都應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)之上，剩余的部分處理功率作為備用，方便日后的升級(jí)改造或用于突發(fā)情況。

2.5 實(shí)驗(yàn)室超高速局域網(wǎng)核心服務(wù)器的選擇

實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)因其工作的特殊性，核心服務(wù)器應(yīng)該具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對(duì)大量數(shù)據(jù)的吞吐能力，穩(wěn)妥高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力等。所以在軟硬件的選擇上都要嚴(yán)格要求，處理器、內(nèi)存的選擇都要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，固態(tài)硬盤、服務(wù)器系統(tǒng)的選擇都應(yīng)該及時(shí)的更新?lián)Q代。核心服務(wù)器除了必要的穩(wěn)定運(yùn)行性，還要留有一定可拓展空間，便于日后對(duì)拓展設(shè)備。

3 建設(shè)超高速局域網(wǎng)技術(shù)關(guān)鍵及優(yōu)勢(shì)

3.1 橫向虛擬化

3.1.1 橫向堆疊技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（l）配置管理簡(jiǎn)化：將多個(gè)設(shè)備邏輯上設(shè)定為一個(gè)設(shè)備，便于管理。配置文件消除了單一網(wǎng)關(guān)，去除了多個(gè)IP地址的配置。

（2）環(huán)路避免：采用跨設(shè)備鏈路聚合，不再使用生成樹協(xié)議和VRRP協(xié)議。內(nèi)部過個(gè)超高速局域網(wǎng)的互聯(lián)，提供了充足的內(nèi)部通道寬帶。

（3）可靠性高：因物理設(shè)備通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)互相備份。當(dāng)一個(gè)成員設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過跨框聚合技術(shù)，加速L2/L3轉(zhuǎn)發(fā)流量收斂，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的迅速恢復(fù)。

3.2 縱向虛擬化

通過縱向維度的深度擴(kuò)展，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸娜龑愚D(zhuǎn)變?yōu)榇蠖?，減少管理節(jié)點(diǎn)。設(shè)備分為控制設(shè)備和擴(kuò)展設(shè)備，控制設(shè)備選取高性能框式交換機(jī)同時(shí)連接多臺(tái)擴(kuò)展設(shè)備。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化，管理節(jié)點(diǎn)減少。

3.2.1 縱向堆疊技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（l）管理平面隔離：用戶可通過專有命令直接登陸邏輯設(shè)備，進(jìn)行功能管理和配置。每個(gè)邏輯設(shè)備有單獨(dú)的配置文件，可以起到設(shè)備的重啟和加載配置。對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)備通過進(jìn)行標(biāo)識(shí)，處理各自網(wǎng)管信息。

（2）數(shù)據(jù)平面隔離：每個(gè)設(shè)備有獨(dú)立的數(shù)據(jù)平面，來支撐系統(tǒng)的運(yùn)行的硬件和軟件資源。設(shè)備硬件資源是獨(dú)享的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)平面的隔離。

（3）故障隔離：每個(gè)設(shè)備有獨(dú)立的進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，經(jīng)過資源的合理劃分，可以將設(shè)備故障控制在此邏輯設(shè)備內(nèi)，不影響其他邏輯設(shè)備，達(dá)到了故障隔離的效果。

3.3 千兆到桌面

超高速局域網(wǎng)的建立，使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)走出了LAN的狹小范圍，并承擔(dān)WAN和MAN等大規(guī)模、長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。主流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從千兆為骨干、百兆接入向萬兆骨干、千兆接入方向過渡成為必然的趨勢(shì)。組播或視頻點(diǎn)播、帶大附件的電子郵件、文件傳輸器、大容量帶寬的語音、視頻、多媒體等的應(yīng)用，極大提升了網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值。隨著全千兆交換機(jī)的普及以及應(yīng)用的不斷進(jìn)步，“千兆到桌面”已經(jīng)開始逐步實(shí)現(xiàn)。

3.4 冗余功能

冗余配置可以在故障發(fā)生時(shí)介入和承擔(dān)故障部件的工作，減少系統(tǒng)故障時(shí)間。

3.3.1 磁盤冗余

通過RAID技術(shù)將多塊硬盤按一定要求組成陣列由陣列控制器管理。同一數(shù)據(jù)在其他硬盤有備份，當(dāng)一塊硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，確保數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

3.3.2 電源冗余

通過配備雙份支持熱插拔電源，各分?jǐn)傄话氲墓β?，?dāng)某臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，正常運(yùn)行的電源會(huì)滿負(fù)荷的向服務(wù)器供電，并示警。

3.3.3 網(wǎng)卡冗余

在服務(wù)器上插了兩個(gè)網(wǎng)卡，當(dāng)某塊網(wǎng)卡出現(xiàn)故障或通道出現(xiàn)問題，所有通信工作將切換到正常的網(wǎng)卡或通道。

4 結(jié)語

為了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)科研工作的順利進(jìn)行，超高速局域網(wǎng)的建立是必不可少的，其全面、高效、共享的特性為科研工作的開展提供了便利。因此重視超高速局域網(wǎng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的應(yīng)用，方便科研工作的進(jìn)行，由此為國(guó)家研究出更多更好的科研項(xiàng)目成果。

參考文獻(xiàn)

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