帧中继网络设计

下载下载第5章帧中继网络设计帧中继是基于报文交换的数据网络。帧中继和先前的报文交换网络如 X . 2 5相比，差别在于帧中继交换的是帧而不是报文。帧中继被认为是低开销的，而其网络的快速，部分是由于不保证数据的分发而得到。帧中继因为较低的开销和可接受的性能，其作为 WA N网络解决方案与租用线路的WA N解决方案相比正在增长。良好的帧中继网络设计基于如下：使用公共网络的开销节约与业务性能需求平衡。建立在可管理环境中的扩展WA N设计。运用层次设计。实现帧中继设计，不但要考虑对拓扑增长，还要考虑对流量增长的扩展能力的设计。创建可扩展的帧中继网络设计的组件如下：坚持核心、分发和访问的三层路由器模型。整体层次设计。实现可变网络拓扑设计。处理协议广播问题。处理性能考虑。符合这些指导方针的设计，就提供了一个可扩展的、高可用性和低开销的帧中继网络设计。5.1 帧中继互联网络的层次设计帧中继设计基于永久虚连接（ permanent virtual connection, PVC） 。P V C使用数据链路连接标识（Data Link Connection Identifier, DLCI）号作为标识。多条P V C可能在单条物理通信链路上。使用这一能力，单条链路可同多个地点通信。该功能如图 5 - 1所示，路由器R 1使用两条P V C，同公共帧中继网络的另两台路由器通信。一条P V C可以分配带宽，所有定义的 P V C的总带宽与物理通信链路的实际带宽相等。这种情况下，帧中继在公共网络上形成时分多路复用（ time-division multiplexer, TDM） 。由于帧中继服务通过 P V C这一特点，层次设计在定义中更为逻辑而不只是物理的。每条P V C可保证两个带宽参数：交付信息率（ committed information rate, CIR）和过度突发（excessive burst, Be）限制。C I R是帧中继提供者保证的P V C最小吞吐量， 。过度突发限制是帧中继提供者保证的 P V C的可用带宽，上限是物理链路的最大可用量。这两个变量极大地影响了开销和帧中继网络设计。1. 帧中继扩展性扩展性在帧中继网络设计中通过层次实现而达到。使用层次允许不断地增长。但是，层次实现必须符合三层路由模型，以适合高可用性、可接受的性能和低开销的要求。这些要求可以通过仔细规划远程地点的性能需要、高可用服务等级和最小化层次的复杂性而满足。2. 帧中继管理第5章计帧中继网络设计计计105层次网络可通过将网络分区为更小单元，从而最小化管理。简化网络为可管理的模块，问题就容易解决。分区还提供对广播风暴和路由环的保护。层次设计还提供灵活的网络拓扑，允许将其他技术包括在网络设计中，使得对整个网络结构能够异构实现。虽然异构网络可以有更多的服务，但它使网络管理更加复杂。最后，在层次帧中继网络中的路由器管理减少，是因为基于层次有更少的网络连接。3. 帧中继性能层次网络设计使得网络没有广播和组播流量问题。分区的层次有更小的区域，允许帧中继网络维护整体网络性能需求。通过在区域中或层次中限制路由器的数量，可减少由于广播流量造成瓶颈的机会。5.2 帧中继网络拓扑实现帧中继网络的网络拓扑设计选择依赖于许多因素。其中有支持的协议类型、当前流量的特征和使用网络的应用程序的典型输出，良好的帧中继网络设计推荐支持每个物理接口最大从1 0条到5 0条P V C。在决定支持的P V C条数时，考虑如下因素：增强的广播协议包含的P V C条数。隔离该协议到它们自己的P V C中，因为在多协议网络中为更好地管理就需要更多的P V C。路由协议的广播更新可能耗尽带宽。路由协议更新的数目、类型和频率将决定满足服务等级所要求的P V C数量。帧中继连接的可用带宽，以广播流量来测量，可能决定有更高 C I R和过度突发限制的更多带宽的P V C。但是由于每条P V C有更多带宽，P V C的数量会减少。静态路由可以消除或减少广播数量，这样就在每条物理连接上允许更多 P V C。大型网络意味着产生大量的路由协议更新。大量更新和频率要求更多的带宽，这样就会减少每条物理链路上的可用P V C数量。帧中继网络的拓扑包括许多不同的设计形式，每种形式都有其优点和不足。设计中根据所需P V C数量等网络需求，需要使用不同的拓扑。5.2.1 帧中继星形拓扑帧中继星形拓扑如图 5 - 2所示。配置称为星形，是因为所有远程结点通过单个连接到中心结点。但是，按照这种设计，中心结点的带宽会成为问题，因为受到通过一条物理连接的远程结点连接数目的限制。同样，通过另一条路径并从远程地点重新路由数据是不可能的，因为从远程地点到网络的其他部分只有一条路径。图5-1 帧中继PVC连接单个路由器到两个路由器R1下载106计计Cisco 路由器手册下载图5-2 帧中继星形拓扑星形拓扑的一个优点是管理容易，但它的不足使得人们一般不选它作为网络设计的构造基础。这些不足包括核心路由器成为单个失效点。由于单个核心路由器连接造成的骨干性能问题，以及星形拓扑的不可扩展性。5.2.2 帧中继完全连通拓扑完全连通帧中继网络提供非常高的可用性等级。如图 5 - 3所示，完全连通网络使用 P V C连接网络中所有的帧中继点。使用完全连通网络的不足之处在于所需的 P V C数量。对于网络中的每个路由器连接都需要P V C，一个完全连通拓扑需要 n ( n - 1 ) / 2条P V C，这儿n是连接在帧中图5-3 帧中继完全连通拓扑继网络的路由器个数。例如，5个路由器形成的完全连通网络需要 5 ( 5 - 1 ) / 2即1 0条P V C。虽然帧中继网络是非广播多访问（ non-broadcast multi-access, NBMA）网络，但路由器可向每条活跃的 P V C上发送广播。这一复制过程导致对于路由更新、生成树更新和 S A P更新的过度C P U和带宽要求。在小型帧中继网络中，完全连通拓扑是种合理的设计。在大型网络中使用完全连通网络则是不良选择，这是由于如下原因：大量的P V C。由于报文和广播复制产生的C P U和带宽开销。管理的复杂性。5.2.3 帧中继部分连通拓扑将星形拓扑的易于设计和管理同完全连通拓扑提供的高可用性结合起来，形成按需求平衡的部分连通拓扑。如图 5 - 4所示，部分连通拓扑包含由远程地点支持的两个星形拓扑，部分连通拓扑对于分区实现是理想的，优点如下：图5-4 帧中继部分连通拓扑高可用性。与完全连通相比，相对低的开销。所需P V C的最小数目。在合理开销上的可接受性能。第5章计帧中继网络设计计计107下载星形路由器2星形路由器1数据必须从核心路由器之一流过，以在没有直接 P V C的部分连通拓扑地点之间通信。5.2.4 帧中继完全连通层次拓扑将完全连通拓扑运用到三层路由层次模型的整体层次设计中，由于创建可管理的网段而产生扩展和本地化流量。设计的模块化，允许网络作为整体易于扩展。如图 5 - 5所示， 层次基于穿过路由层次模型的主要连接。图5-5 帧中继完全连通层次拓扑但是，虽然该拓扑提供高冗余和模块化。它还是有报文广播复制问题。耗费的服务平衡108计计Cisco 路由器手册下载完全连通分区完全连通骨干完全连通分区也由于要求额外数目的路由器、物理链路和 P V C而失去了。5.2.5 帧中继混合连通层次拓扑在核心骨干性能之间管理平衡，并且维护低开销网络设计，就产生了混合层次帧中继网络。混合层次网络如图 5 - 6所示，使用专用租用线路作为完全连通骨干，以部分或完全连通帧中继网络作为连接到分区的网络。在图5 - 6中，可以看到使用AT M核心骨干组成租用线路分布网络。分发层使用部分连通提供网络连接。该拓扑提高可用性、骨干的高带宽和网络分段，以及简化路由器配置管理。图5-6 使用专用租用线路和分区帧中继网络第5章计帧中继网络设计计计109下载访问层分发层核心层分发层访问层5.3 广播流量问题路由协议中一般用广播作为更新网络手段，以在网络中选择两个目的地之间的最佳路径。许多路由协议基于周期更新邻居结点或者对等结点。路由器复制广播到该路由器中定义的每条活跃P V C，以传送到该P V C另一端的合作结点。图5 - 7演示了这一点。图5-7 帧中继PVC上的广播复制在管理路由协议的广播时，重要的是理解拓扑改变所需时间。在稳定的网络中，管理每个路由协议广播更新的计时器可以延长，有利于支持路由协议更新的路由器和带宽开销。另一方法是将高效路由协议如 E I G R P包含到设计中，以在帧中继网络中减少路由协议广播更新。管理广播和报文复制是极重要的考虑。完全连通网络实际增加了网络整体开销，还增加了网络整体负载。表5 - 1列出它们由路由协议产生广播流量的相应流量等级。表5-1 常见路由协议产生的相应广播流量网 络 协 议路 由 协 议相应广播流量等级A p p l e Talk 路由表维护协议（RT M P）高 增强的内部网关路由协议（E I G R P）低 N o v e l l互联网络报文交换（I P X）路由信息协议（R I P）高 服务公告协议（S A P）高 增强的内部网关路由协议（E I G R P）低 I n t e r n e t协议（I P）路由信息协议（R I P）高 内部网关协议（I G R P）高 开放式最短路径优先（O S P F）低 中间系统-中间系统（I S - I S）低 增强的内部网关路由协议（E I G R P）低 边界网关协议（B G P）无 外部网关协议（E G P）无 DECnet Phase IVD E C n e t路由高 DECnet Phase VI S - I S低 I S O无连接网络服务（C L N S）I S - I S低 I S O - I G R P高 X e r o x网络系统（X N S）R I P高 B a n y a n虚拟集成网络服务（V I N E S）路由表协议（RT P）高 顺序RT P低5.4 性能考虑许多因素影响帧中继网络的性能。我们已经讨论过网络上广播的影响。在设计帧中继网络的带宽和所需 P V C数目时，广播是主要的考虑。在开发帧中继网络设计的规划阶段，必须考虑如下几点：110计计Cisco 路由器手册下载LA N广播帧中继上的广播复制DLCI 30DLCI 31DLCI 32第5章计帧中继网络设计计计111下载要求的最大速率。C I R。多协议流量的管理。5.4.1 决定最大速率帧中继提供者使用许多标准来决定帧中继连接的费用。因此，重要的是充分理解符合业务服务需要的带宽和P V C数目。用来决定帧中继网络配置的标准有：交付突发（Committed burst, Bc） ：C I R接收和传送的交付位数。过度突发（B e） ：达到B c值后的传送位数。交付信息率（C I R） ：每条P V C允许的最大流量等级。最大数据率（maximum data rate, MaxR） ：按每秒钟位数计算的值，即( B c + B e ) / B c * C I RC I R、B c和B e取决于物理线路的实际速度，最大值不能超出链路的最大速度。另外，应用程序也有自己的标准，基于服务类型、传送方法和使用 P V C的每个应用的用法。5.4.2 交付信息率C I R是帧中继服务在物理链路上为每条 P V C提供的保证带宽。例如，在 1 2 8 K b p s物理链路上交付帧中继网络以 1 9 . 2 K b p s的C I R，在源和目的地之间的 P V C提供1 9 . 2 K b p s吞吐量。C I R是满足应用程序的服务等级能力的最有影响的标准。未能正确计算适当的 C I R等级，将导致不良性能和不能满足服务等级。过低估计C I R可产生丢弃允许（D E）帧。当P V C带宽使用开始超过C