IP网络设计系列讲座（4）:局域网设计

这是IP网络设计系列讲座的最后一部分。本讲将讨论园区局域网设计中遇到的一些问题。以太网交换机优越于传统的集线器环境的好处将首先介绍一下。应用虚拟局域网的动机已经同规划和配置虚拟局域网遇到的问题一起进行了研究。本文还将讨论确保园区网络设计具有可伸缩性和弹性的一些技术。本文还将讨论生成树协议以及如何在大型交换的网络中优化这个协议。最后，在本文的结论部分将涉及到与推出IP电话有关的设计问题。

以太网交换的好处

传统的共享的以太网是一种基带介质。这就意味着在任何一个时间只能有一个站点能够向这个介质发送数据。多个信号不能像在宽带网介质中那样成为多路复用的信号。在一个共享的以太网集线器，各个站点通过监听一对儿接收的线路来检查是否有其它站点在发送数据，用这种方法来解决访问冲突问题。以太网交换的应用取代了共享的以太网，从而产生了如下改善的运行功能:

专用的冲突域

交换机的每一个端口都在自己的冲突域中，因此，一个站点通过一台交换机的端口连接到这个局域网，而不是通过一个集线器的端口。这样，这个站点就不需要在发送数据之前通过监听是否有冲突来竞争接入到线路的权限。这将提高局域网的有效带宽。

通信过滤和转发

一台交换机像一个多口网桥一样工作，并且通过监听实况通信来了解每一个站点的MAC地址的位置。对于交换机交换的每一帧，交换机仅把通信转发到目的地MAC地址所在的端口。这台交换机据说要过滤所有其它端口的帧。这将显著减少局域网中不必要的通信，提高带宽的利用率。然而，广播帧将涌向所有的端口，这样，一个交换机据说要创建多个冲突域，但是，所有的端口仍在同一个广播域中。这通常是一种理想工作方式，因为广播时必要的，通常是局域网中的一种有效的通信手段。这与广域网有些不同。微软的Windows就使用严重依赖广播的NetBios。另一个例子是地址解析协议(ARP)。根据地址解析协议，一个地址解析协议广播必须要达到IP子网的每一个站点以便把一个目的地的IP地址解析为MAC地址。

全双工传输

传统共享的以太网以半双工的模式工作。换句话说，各个站点不能同时发送和接收数据。由于以太网基带的性质，只有一个站点能够访问这个介质并且在任何一个时间发送数据。一个共享的以太网介质上的各个站点通过监听冲突来解决通信冲突。全双工传输意味着所有的站点都能够同时发送和接收数据。在以太网中，这并不是通过监视冲突来实现的。如果这个站点附加到自己专用的交换机端口，它只是合法地关闭了冲突检测功能。这就意味着在冲突域只有两个站点:这个站点本身和这台交换机的端口。然后，每个站点都可以相互收发数据，而不必监听冲突。这种方式称作点对点的以太网。同许多网络词汇一样，全双工一直被滥用而且有些说法是不真实的。交换机厂商之间的市场营销大战促使这些厂商声称全双工作业能够使数据吞吐量提高一倍。全双工作业确实能够显著改善数据吞吐量，但是，还不能说把数据吞吐量提高了一倍，因为同一个站点不可能以线速的速度同时发送和接收应用程序的通信。

理解客户机-服务器通信流

当实施一个交换的局域网设计时，获得对客户机-服务器通信流的详细了解大概是一项最大的挑战。一个网络正在进行重新设计，要把一个共享的局域网环境转变为一个交换的局域网，以满足日益增长的带宽需求。在这种情况下，有可能收集到详细的大量有关通信状况的信息。在一个全新的网络，在网络推出之前收集这些信息是不容易的。然而，没有严格数量的通信状况分析，对通信状况进行合理的质量分析也是应该达到的。获得下列信息的合理的预测是非常重要的:什么用户在与什么服务器进行通话，通话的时间有多长，现在消耗的带宽是多少，将来消耗的带宽是多少?所有的客户机和服务器的物理位置和逻辑位置是什么。换句话说，要清楚地了解每个应用程序的客户机与服务器之间数据通道。服务器之间的通信水平是什么?再次说明一下，这与了解整个网络的全部主要通信流的需求是一致的。如果不充分理解这些通信流，介绍局域网交换机的作用也是很有限的。举一个极端的例子，假设一台服务器在远方并且必须通过一个56K的广域网线路访问这台服务器。在这种情况下，一台局域网交换机将不能显著提高性能，因为瓶颈是在广域网而不是在局域网。

高速内核

一些专有的方法与802.3ad标准的存在允许把多个连接集成为一个逻辑的高速连接。两台交换机之间的多个物理连接必须被当作一个逻辑连接对待，否则，生成树将封锁多余的连接。这种功能可以用来提供核心交换机之间的高速连接并且向高带宽服务器提供高速连接。即使在应用万兆以太网之前，就存在最多把8个以太网端口集成在一起提供高速园区干线的功能。