问答题 阅读以下说明,根据要求回答问题。
[说明]
Z省图书馆是一家日均接待读者达2000多人次的综合性省级公共图书馆,建筑总面积25000平方米,设有20个不同类型借阅室,1000个阅览座位,总藏书量约有350万册。作为一家面向社会公众开放、提供图书、报刊借阅和参考咨询等多功能的学术性服务机构,近期就数字化图书馆建设工作提出了以下网络应用需求(部分)。
1.高速、可靠网络传输需求:数字化图书资源的高速传输需要高性能、高可靠的网络,并且网络基础架构可以适应数字图书馆未来5~8年的发展需求。
2.网络安全需求:保证馆内网络免受病毒侵害、黑客攻击,保证馆内各种网络接入的身份认证。各种电子期刊、文摘等数据库可为馆外(校外)的教师、学生和提供安全、高速的访问。
3.无线接入需求:无线网络覆盖,读者使用自己的移动PC接入图书馆网络进行检索资料、查阅书目,解决图书馆阅读位和检索终端机数量的限制。管理人员移动接入,便于库存清点、新书查询等。
4.数据中心建设需求:内容管理,海量信息存储、数据加工,以及重要数字资源的备份容灾等,要求数据中心提供可靠、安全的服务器接入网络,以及高性能的存储网络和多样备份容灾方案。
承接该建设项目的设计单位经过10天的实地调查研究,经相关规划设计师多方论证,为该图书馆提供了一套较完整的网络建设设计方案。其中,该图书馆网络基础架构如图1所示。
问答题 无线网络技术的发展和笔记本电脑的普及使图书馆无线接入具备很多优势,而良好的无线局域网(WLAN)规划设计不仅可以保证较好的服务质量,也可以减少AP的使用数量,从而节约成本。结合你的网络规划设计经验,请简要说明在进行图1所示数字图书馆WLAN规划设计时需考虑的主要因素。
【正确答案】①考虑AP覆盖区域(或AP的定位)。不同射频带和吞吐量变化而造成的波传播特征、自由空间路径损耗和衰减、信号多路径效应等是影响WLAN覆盖范围的关键因素。 ②考虑频率干扰(或频率分配)问题。需要考虑2.4GHz无绳电话、3m内的微波炉、蓝牙设备(如PDA)等使用2.4GHz自由频段设备的干扰,以及网络内部(或外部)其他AP的干扰; ③考虑用户移动性需求。需要考虑用户在移动中所要求的保持高带宽和低时延、无缝漫游等需求; ④考虑网络负载能力。需要考虑WLAN中的主要应用业务,根据用户数目及其最小带宽需求来计算AP数目,并预留冗余空间; ⑤合理借助自动化工具进行规划设计。通过自动化工具以辅助确定AP位置、频道分配、功率输出设置及其他配置属性
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对WLAN规划设计时所考虑因素的理解。本题的解答思路如下。 无线网络技术的发展和笔记本电脑的普及使图书馆无线接入具备很多优势。例如,图书馆学术报告厅网络接口有限,无线接入将为演讲者、听众、来访嘉宾提供极大方便,充分展示数据图书馆的专业性;现代化的图书馆在库存清点、新书查询方面将大量装备手持终端设备,无线网络可为各种手持设备提供无处不在的网络接入;图书馆书库、办公区楼层跨度大,一些旧馆属具有标志性的历史建筑,不适合架设网络,而无线网络不受束缚,方便提供网络接入等。 WLAN规划设计的目的是:使无线接入设备能覆盖所有期望覆盖的区域,并具有足够承担预期负载的能力。WLAN不同于传统的有线网络,噪声和干扰、建筑物结构、无线设备的摆放位置及其参数的设置都对WLAN的信号质量和传输速率等性能有很大影响,因此,WLAN的规划设计必须通过实际的测量才能达到理想效果。在进行WLAN规划设计时需考虑以下因素,并遵循相应的原则,其中,接入点(AP)的定位和频率分配是WLAN规划设计的两个重要方面。 ①考虑用户移动性需求。在进行AP规划时需要考虑用户在移动中所要求的保持高带宽和低时延的需求。用户的移动需求大致分为:用户在整个覆盖区域内移动时应始终与WLAN保持良好连接;②用户不定时接入WLAN,例如参加会议的人员在会议茶歇阶段查看电子邮件。第1种需求需要跨越WLAN进行无缝漫游,满足这种需求的WLAN应加大接入点密度;第2种需求属于间断性的无线连接,接入点密度可相对小些。 ②考虑AP覆盖区域。WLAN的覆盖范围除了受不同射频带和吞吐量变化而造成的波传播特征影响之外,还会因为自由空间路径损耗和衰减而受到限制。信号被反射并回送的多路径效应也是影响覆盖范围的重要因素之一。AP覆盖区域应根据接收到的信号强度确定。首先设定一个信号强度阈值,凡是信号强度不低于这个阈值的区域确定为AP的覆盖区域。接着进行实地测量,形成AP的覆盖区域图。然后根据定位原则进行调整,直到满足需求为止。通常先在用户密度高的区域进行AP的布置,然后再布置用户密度低的区域。在空旷的户外,可采用对称圆形和球形来划定AP覆盖区域;在规则的狭长或矩形建筑物内可采用线形或矩形将AP对称分布。但由于室内建筑结构的复杂性(如金属防盗门、铝合金门窗等),应当在初步选择AP位置后再进行仔细地测量,以确保所布置的AP能覆盖所有区域。 ③考虑网络负载能力。WLAN的规划设计不仅要从覆盖范围的角度考虑,还要考虑其负载能力,以保证服务质量。在部署WLAN之前需要考虑WLAN最常使用的是哪种通信,是信息检索、电子邮件、Web通信或是对速度要求较高的流媒体点播等应用程序;是需要速度为54Mbps的802.11a和802.11g,还是只需要速度为11Mbps的802.11b等。WLAN的实际速度要低于其宣称的速度,并且随着通信距离的增加,其速率将显著下降,因此安装足够的AP不仅是为了支持所有用户的连接,也是为了能达到用户所需要的连接速度。WLAN将可用的吞吐量分割成若干份,而不是为每个接入设备独立提供专线速度,而且通过电波传输数据时还会有50%左右的损耗,在规划设计无线网络吞吐量时需要根据用户数目及其最小带宽需求来计算AP数目,并且多预留一些空间。 ④考虑频率干扰(或频率分配)问题。由于802.11b和802.11g使用的是2.4GHz的自由频段,因此对WLAN干扰最严重的是2.4GHz无绳电话,其次为3m内的微波炉,再次是蓝牙设备(如笔记本电脑和PDA)。这些干扰会导致WLAN中出现不明AP、数据传输中断、数据传输时延大等现象。另外,还可能会遇到来自网络内部(或外部)其他AP的干扰。理想情况下,2.4GHz环境中的频道1、6和11不会与同一频道相邻,它们之间不会相互干扰,但实际应用中需要一定量的良性蜂窝覆盖重叠,便于用户漫游(重叠覆盖率为20%~30%最佳)。而802.11a的12个非重叠频道可以在很大程度上缓解频道分配带来的问题。但这一标准还未像802.11b和802.11g那样普及,这一频段的相关应用服务并不多。 ⑤合理借助自动化工具进行规划设计。以上提及的相关因素都要从无线站点勘察着手,通过站点勘察评估和规划无线基础设施的射频环境及设置AP,确保WLAN正常工作。从便携式WLAN硬件工具箱到提供站点覆盖区域详细视图的规划软件都能够帮助完成站点勘察,使部署WLAN的工作能顺利进行。通过站点勘察规划工具可以确定AP位置、频道分配、功率输出设置及其他配置属性,它们以用户密度和吞吐量等参数作为标准,但现实规划中还必须考虑诸如混凝土外墙和金属门之类的建筑物信号衰减级别。通常,自动化规划工具都是针对厂商自己的无线交换机和AP建立的,缺少通用性。但不管使用何种工具,仍然需要手工进行站点勘察,这是勘察工具无法替代的。 良好的WLAN规划设计不仅可以保证较好的应用服务质量,也可以减少AP的使用数量,从而节约成本,但前提是必须先经过充分的实地勘测。
问答题 针对Z省图书馆的网络应用需求,可从设备级(如硬件设备冗余、双主控引擎、冗余电源等)、网络级等方面规划设计图1所示网络的高可用性。请列举出图1所示网络可采用的网络级高可用技术(或协议)。
【正确答案】①以太网链路聚合等物理链路冗余技术; ②RPR、RRPP等环网技术; ③STP、SmartLink等二层路径冗余技术; ④VRRP、HSRP、GLBP、ECMP、动态路由快速收敛等三层路径冗余技术; ⑤快速故障检测技术(如BFD); ⑥不问断转发技术(如GR); ⑦路径可用检查(如L3 Monitor)等
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对待建设网络高可用性相关技术的理解。本题所涉及的知识点如下。 对待建设网络进行高可用性规划设计时,在设备级可采用的高可用技术主要有:硬件设备冗余、双主控引擎、单板热插拔、冗余电源、冗余风扇、设备之间状态热备份等。 在网络级可采用的高可用技术主要有:以太网链路聚合等物理链路冗余技术,RPR、RRPP等环网技术,MSTP、SmartLink等二层路径冗余技术,VRRP/HSRP/GLBP、ECMP、动态路由快速收敛等三层路径冗余技术,快速故障检测技术(如BFD),不间断转发技术(如GR),路径可用检查(如L3 Monitor)等。
问答题 不同体系的网络存储系统,支持不同的数据复制方法。数据复制的方式和方法很多。图2给出了图1中图书馆数据中心与分馆灾各中心基于存储区域网(SAN)的数据复制示意图。请简要说明图2中标号①~⑤所进行的操作,并说明这种数据复制方法的透明性。
【正确答案】①应用服务器产生的数据传输到本地SAN交换机1; ②SAN交换机1将数据写向本地存储设备1,并通过传输网络将数据传输到远程存储系统的SAN交换机2,并写向存储设备2; ③存储设备1和存储设备2分别向SAN交换机1和SAN交换机2返回写确认信息; ④SAN交换机2的确认信息传至SAN交换机1; ⑤SAN交换机1接收到来自存储设备1和存储设备2关于同一个数据的写确认信息后,向相应的应用服务器返回确认信息 透明性:对应用平台、服务器平台和存储设备都透明
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对基于SAN的数据复制工作原理的理解。本题的解答思路如下。 基于主机的数据复制、基于存储设备的数据复制和基于存储区域网(SAN)的数据复制是3种常见的远程数据复制技术。不同的数据复制方法在组织方式、性能及与存储结构的相关性等方面各有不同,可根据应用的需要灵活选择。 基于主机的数据复制工作在主机的卷管理层,通过运行于备份服务器中卷管理软件的远程数据复制功能,将业务系统的源数据复制到备份中心,建立数据的远程备份。这种方式的数据复制需要占用主机的CPU资源,对主机的性能有一定的影响。若复制的数据是通TCP/IP网络传输,可能会由于丢包率高而导致数据复制的性能较差,常常被应用于小规模存储环境内。当数据复制局限在一个部门内部时,备份管理简单,数据传输速度快;缺点是不利于备份系统的共享。该备份方式对操作系统、应用等不透明。 基于存储设备的数据复制是指本地和远程备份中心的存储设备(一般指磁盘阵列)通过高速专用链路(如ESCON、FICON等)互连,嵌入在存储设备中的智能数据复制软件,将主机对磁盘的写操作实时地复制到远端存储设备上,从而实现业务系统的数据逻辑卷与备份系统数据逻辑卷的一致性。根据环境的不同,基于存储设备的数据复制可以选择同步或异步方式。这种数据复制方式不占用主机和网络资源,且连接两存储设备的往往是高带宽网络,因此其性能较高,且具有对应用、操作系统和服务平台透明等优点。其不足主要体现在存储设备的兼容性不好。这是因为该方式下复制代理嵌入在存储设备的控制器内,不同厂家的存储设备在复制代理的设计和实现上存在差别,目前尚无统一的标准,所以要求存储设备来自同一厂商才能构建该模式的数据复制。该备份方式对操作系统和应用透明,对存储设备不透明。 基于SAN的数据复制是指待复制的数据通过存储区域网在相关服务器和后台存储设备之间高速传输。在这种方式下,服务器通过存储网络直接同存储设备交换数据,从而释放了宝贵的LAN和服务器资源。通常基于存储区域网的数据复制使用同步复制,在图2所示的数据复制过程中: ①数据中心的应用服务器产生的数据传输到本地SAN交换机1; ②SAN交换机1将数据写向本地存储设备1,并通过传输网络将数据传输到远程存储系统(如远程容灾中心)的SAN交换机2,并写向存储设备2; ③存储设备1和存储设备2分别向SAN交换机1和SAN交换机2返回写确认信息; ④SAN交换机2的确认信息发送给SAN交换机1; ⑤SAN交换机1接收到来自存储设备1和存储设备2关于同一个数据的写确认信息后,向相应的应用服务器返回确认信息,数据复制操作完成。 基于SAN的数据复制,除具有基于存储设备的数据复制的所有优点外,对存储设备的兼容性没有任何要求,是一种具有高性能、高可靠性的数据复制方法。该备份方式对应用平台、服务器平台和存储设备都透明。
问答题 设计单位项目组在讨论图1中存储扩展方案时,规划师们提出了基于IP、SONET和WDM 3种连接技术的建设思路。请结合你的网络规划设计经验,并结合表1从协议使用方式、性能、可靠性、可扩展性、扩展距离等方面对这3种存储扩展技术进行了比较分析,以将表1中空缺处的内容填写完整。
{{B}}表1 三种存储扩展技术比较{{/B}}
比较项 基于IP的扩展 基于SONET的扩展 基于WDM的扩展
协议使用方式 封装
性能(延时、抖动等)
可靠性 不可预测
可扩展性 不好
扩展距离 广域网距离 广域网距离
【正确答案】①封装和映射 ②使用 ③低 ④中等 ⑤好 ⑥好 ⑦好 ⑧城域网距离
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对各种存储扩展方案技术对比的理解。本题的解答思路如下。
近年来,各大存储厂商和国际存储组织正在积极探索基于高速广域网的跨地域SAN互连,构建存储广域网SWAN(Storage Wide Area Network),并基于SWAN实现数据的远程镜像、远程备份和文件共享等。存储网络工业协会SNIA(Storage Networking Industry Association)称这种方法为存储扩展(也称为存储距离扩展),并提出了与此相对应的存储扩展模型,称为多站点块存储模型。该模型主要描述的是两个或多个地理位置上分散的数据站点之间,根据业务应用对性能、复制数据量的大小、数据备份的方式等要求的不同,通过高速广域网实现在主机逻辑卷、SAN交换构架之间或存储设备之间的扩展。
存储扩展本质上是FC协议和通用网络协议之间的相互作用。通常,协议之间的相互作用有3种基本形式,分别是“使用”、隧道封装和映射。其中,“使用”是指一种协议直接使用另一种协议提供的功能为本协议的实现服务,如TCP与IP之间就是使用关系;隧道封装则是将一种协议直接作为另一种协议的负载进行封装,此时,进行协议转换的设备不需要理解内层被封装协议的语法、语义和同步等信息;映射是一种比隧道封装方式复杂的协议关系,它不是简单的协议封装,而是将内层协议的部分或者全部逻辑功能映射到外层协议对应的功能层次上,此时,内层协议对外层协议不再透明。映射方式可以实现内外层协议的融合,充分利用两种协议的优点为传输提供服务。
目前,存储扩展主要是基于IP、SONET和WDM 3种连接技术。其中,基于IP的存储扩展是通过IP网作为连接异地两个光纤SAN的隧道,并将光纤通道协议帧封装在IP数据包中传输。
基于SONE的存储扩展是通过通用成帧规程(GFP)透明地将FC协议适配到SOENT,从而减少SAN数据映射到SOENT的协议层次。GFP是一种先进的数据业务适配通用协议和映射技术,它提供了多种不同协议映射到传输网络的灵活及有效的机制。
基于WDM(波分复用)的存储扩展通过WDM连接在一起的多个SAN构成一个更大范围的SAN,共用同一Internet存储名字服务器,是一种高带宽的城域网存储扩展方法。在WDM的环行拓扑结构中可以支持多个SAN的互连与数据交换。
表2从协议使用方式、性能、吞吐率、可靠性、可扩展性、安全性、扩展距离等方面对以上3种存储扩展技术进行了比较。
{{B}}表2 三种存储扩展技术比较{{/B}}
比较项 基于IP的扩展 基于SONET的扩展 基于WDM的扩展
性能(延时、抖动等) 中等
吞吐率
可靠性 不可预测
可扩展性 不好
安全性 中等
扩展距离 广域网距离 广域网距离 城域网距离
由于存储扩展本质上是FC协议和通用网络协议之间的相互作用,因此从提高各方面效率的角度考虑,在实现相同功能的前提下,应该选择协议层次简单的方法。相对而言,基于WDM的存储扩展协议关系最为简单,且具有较高的存储扩展效率和性价比,常应用于城域网范围内的存储扩展。
基于透明GFP(GFP-T)映射技术可以高效地将FC协议映射到SONET上传输,并能充分利用SONE高可靠性、强大和快速的自愈能力,构建长距、高性能、高可靠的存储扩展。因此这种存储扩展方式适用于对存储扩展距离和性能要求都比较高的应用场合。
基于IP的存储扩展具有操作方便、使用成本低、技术成熟、支持广泛等优点,可广泛应用于数据量不太大、对实时性和可靠性要求不是很严格的一般性存储扩展场合。