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網路規劃指南



「網路規劃」對於錄課直播系統來說非常重要,好的系統必須要有健全的網路基礎環境才能發揮最佳效果,本章節教導您說明如何規劃或改善客戶的網路環境。



計算網點

規劃網路架構前,您需要先計算網路環境裡有多少個「網點」,網點指的就是需要網路連接的設備數目,一台 SES 工作站需要一個網點,FL、MTS 與 iFS 主機各需要一個網點,iCam、STB、Livebox 等設備也個別需要網點。

規劃客戶的網路前務必要先計算清楚需要的網點數目,在過去網點還分為 100Mbps 或 1,000Mbps 兩種,但隨著時代進步,建議你全部以 1,000Mbps(1Gbps) 的網點進行規劃設計較為方便。



網路架構(星狀/樹狀拓樸)

以現今技術而言,最適合的網路架構是「星狀拓樸(Star Topology)」,也就是所有電腦或設備都連接至單一個網路交換器(Switch),如下圖所示。

網路架構(星狀/樹狀拓樸)

在星狀拓樸結構中,網路中的各節點通過點到點的方式連接到一個中央節點(又稱中央轉接站,一般常指網路交換器)上,由該中央節點向目的節點傳送資訊。中央節點執行集中式通信控制策略,因此中央節點相當複雜,負擔也比其他各節點重得多。在星狀網中任何兩個節點要進行通信都必須經過中央節點控制。



星狀拓樸結構的優點

以下是星狀拓樸結構的優點:

  • 網路結構簡單,便於管理、維護、調校與測試。
  • 控制簡單,添加或刪除某個站點非常容易。
  • 集中管理,可方便地提供服務和網路重新配置。
  • 每個站點直接連到中央節點,容易檢測和隔離故障。


星狀拓樸結構的缺點

以下是星狀拓樸結構的缺點:

  • 線路利用率不高,一條線路只被該線路上的中央節點和某一個節點使用。
  • 中央節點負荷太重,而且當中央節點產生故障時,全網將不能工作,對中央節點的可靠性和冗(ㄖㄨㄥˇ)餘度要求太高。
  • 安裝和維護費用高,需要大量電纜(網路線)。

所謂冗餘度,就是從安全角度考慮多餘的一個量,這個量就是為了保障儀器、設備或某項工作在非正常情況下也能正常運轉。

整體來說,星狀拓樸結構相對簡單,便於管理,建置容易,是區域網路普遍採用的一種拓樸結構。採用星狀拓樸結構的區域網路,一般使用雙絞線或光纖作為傳輸介質,符合綜合佈線標準,能夠滿足多種寬頻需求。

星狀拓樸結構的擴展 - 樹狀拓樸:

樹狀拓樸

星狀拓樸擴大就成為樹狀拓樸,以上就是樹狀拓樸的架構示意圖,最中間的網路交換器有三個分支網路交換器,每個分支網路交換器下又有第二級的分支設備。

分支節點嵌套分支節點,用來對網路的規模進行擴大,這就是星狀拓樸的擴展形態「樹狀拓樸」。

我們也可以舉個例子,把上圖簡單的理解為:中間一台網路交換器是公司的核心網路交換器,另外三台交換器分別代表了 3 家分公司。如果將來公司壯大,又開了 2 家分公司,需要擴展網路的話,可以直接拉兩條線到中心那台網路交換器上即可,不用影響到其他 3 家分公司,可擴展性非常強。



網路設備

一般常見的網路設備為集線器(Hub)與網路交換器(Switch)。



集線器(HUB)

HUB 有兩大特性:廣播與半雙工。

廣播是指,當 A 電腦要透過 HUB 送資料給 B 電腦的時候,A 送出來的資料其實連接在這台 HUB 上的電腦都會收到,但是只有 B 電腦會將資料收起來,其他電腦則是將封包丟掉。

半雙工是指,收資料或送資料不能同時,你一次只能做其中一種。

由於 HUB 是這種特性,所以當 HUB 連接非常多電腦時,網路就開始變慢。



網路交換器(Switch)

交換器和集線器(HUB)看起來一樣,但實際上差別很大,價位也不同。首先 Switch 並不一直廣播,而且是全雙工的。主要是 Switch 會記錄封包中的 MAC 位址所以當電腦 A 傳送資料給電腦 B 時,其他電腦並不會也收到資料,而且這個時候別的電腦也可以同時互相傳送資料。

雖然 Switch 有上述的好處,但是要傳送的資料封包裡每一個都必須經過 Switch 判斷決定要送往哪一台電腦,所以會有一些延遲,因此有時候電腦數少於五台,用 HUB 反而感覺比 Switch 快。



少於 5 個網點時

根據以上理論,網點數目少於 5 個時,使用市售的集線器(Hub)即可。



少於 24 個網點時

網點數目少於 24 個時,建議您規劃一台無網管型網路交換器(如下圖所示),根據本公司實驗室測試,在實際高頻寬影音長時間傳輸下,市面上的集線器(Hub)或少於 24 埠的網路交換器可能會發生網路封包碰撞嚴重或頻寬太大,造成網路設備重啟的情形。在此,強烈建議您使用 24 埠網路交換器較安全。

24埠網路交換器

如果您考慮到未來擴充性或是網路方便管理,建議您可以購買【網管型】網路交換器(如下圖所示)。

24埠【網管型】網路交換器


多於 24 個網點時

網點數目多於 24 個時,建議您規劃一台 48 埠網管型網路交換器(如下圖所示),或者使用多台網路交換器連接在一起,常用的兩個連接方式是串接(Link)與堆疊(Stack)。

48埠網管型網路交換器


串接(Link)

除了集線器與集線器、集線器與交換器之間可透過串接的方式來擴充連接埠,另外不同廠牌或不同型號的交換器也可透過串接的方式擴充連接埠。因此,「串接」通常是用來解決不同廠牌交換器互相連接的最有效方法。

以下為幾種交換器的串接方式:



使用雙絞線串接

交換器的串接可透過一般的連接埠或是 Uplink 連接埠,當相互串接的連接埠分別為一般連接埠與 Uplink 連接埠時,連接網路線需使用平行線。而當相互串接的連接埠均為一般連接埠或 Uplink 連接埠時,連接網路線需使用跳線。無論是何種傳輸速度,交換器之間的線材長度與交換器到電腦的線材長度相同,均可達到 100 公尺。所以若是串接三台交換器,則整體網路環境可延伸長達 400 公尺。

  • 使用 Uplink 串接
    Uplink 連接埠是專門用來與其他交換器連接,可透過平行線與其他非 Uplink 的連接埠連接。現今有越來越多的交換器將一般連接埠兼具 Uplink 的功能,利用一個 MDI/MDI-X 開關來切換,甚至於不需要開關直接偵測。
  • 使用一般連接埠串接
    若交換器沒有 Uplink 也沒有自動偵測功能,只有一般連接埠,此時需透過跳線來串接交換器。


使用光纖串接

由於目前光纖的價格仍高且需要熔接設備,因此較常使用在核心或骨幹的交換器串接。所有具備光纖功能的交換器其光纖連接埠有兩個,一個為傳送、一個為接收。因此也需 2 條光纖來連接。一端接在傳送端,另一端則接在另一部交換器的接收端。

光纖的線材可分為單模光纖與多模光纖兩種,在使用光纖串接交換器時需注意交換器的光纖連接埠、串接線材以及在內部網路佈線所使用的光纖需為相同類型,以免造成傳輸上的障礙。舉例而言,若內部網路佈線使用為多模光纖則交換器光纖連接埠則需為 1000Base-SX 的標準,串接線材也需使用多模光纖。若內部網路佈線使用為單模光纖則交換器光纖連接埠則需為 1000Base-LX/LH 的標準,串接線材也需使用單模光纖。

此外,多模光纖還可分為 62.5/125μm 和 50/125μm 兩種,除了上述的連接埠、光纖類型外還需要注意光纖的線徑才可以。相互連接的交換器,其光纖連接埠必須均為多模或均為單模,不可一邊為多模光纖,另一邊為單模光纖,如此將串接不起來。



埠彙聚(Port Trunking)

Trunk 是埠彙聚的意思,就是通過配置軟體的設置,將 2 個或多個物理埠組合在一起成為一條邏輯的路徑從而增加在交換器和網路節點之間的頻寬,將屬於這幾個埠的頻寬合併,給埠提供一個幾倍於獨立埠的獨享的高頻寬。Trunk 是一種封裝技術,它是一條點到點的鏈路,鏈路的兩端可以都是交換器,也可以是交換器和路由器,還可以是主機和交換器或路由器。基於埠彙聚(Trunk)功能,允許交換器與交換器、交換器與路由器、主機與交換器或路由器之間通過兩個或多個埠並行連接同時傳輸以提供更高頻寬、更大吞吐量,大幅度提供整體網路能力。以下是埠彙聚的示意圖:

埠彙聚(Port Trunking)

一般情況下,在沒有使用 Trunk 時,使用百兆乙太網的雙絞線時,這種傳輸介質的特性決定在兩個互連的 100Mbps 交換器,頻寬僅為 100Mbps,這樣就形成了網路主幹和伺服器瓶頸。要達到更高的資料傳輸率,則需要更換傳輸媒介,使用千兆光纖或升級成為千兆乙太網,這樣雖能在頻寬上能夠達到千兆,但成本卻非常昂貴(可能連交換器也需要換掉)。如果使用 Trunk 技術,把四個埠通過捆綁在一起來達到800M頻寬,這樣解決了成本和性能之間的矛盾。

Trunk (埠彙聚)是在交換器和網路設備之間使用比較經濟的方法增加頻寬,如伺服器、路由器、工作站或其他交換器。這種增加頻寬的方法在當單一交換器和節點之間連接不能滿足負荷時是比較有效的。

Trunk 的主要功能就是將多個物理埠(一般為 2-8 個)綁定為一個邏輯的通道,使其工作起來就像一個通道一樣。將多個物理鏈路捆綁在一起後,不但提升了整個網路的頻寬,而且資料還可以同時經由被綁定的多個物理鏈路傳輸,具有鏈路冗餘的作用,在網路出現故障或其他原因斷開其中一條或多條鏈路時,剩下的鏈路還可以繼續工作。

Trunk 功能常用於交換器之間的級聯,通過犧牲埠數來給交換器之間的資料交換提供捆綁的高頻寬,以提高網路速度,突破網路瓶頸,進而大幅提高網路性能。

此外,Trunk 可以提供負載均衡以及系統容錯能力。由於 Trunk 可即時平衡各個交換器埠和伺服器介面的流量,一旦某個埠出現故障,它會自動把故障埠從 Trunk 組中撤銷,進而重新分配至其他 Trunk 埠的流量,從而實現系統容錯。



堆疊(Stack)

堆疊也是常見擴充網路埠的方式,提供堆疊功能的交換器可以透過「專用」的堆疊纜線來連接。通常堆疊的頻寬是交換器連接埠速率的幾十倍,多部交換器的堆疊是藉由一組具有多個連接母模組的背板以及單連接的子模組裝於交換器中,相互連接而成,但並不是所有的交換器均支援堆疊,這取決於交換器的品牌與型號。此外,堆疊不僅需要專用的堆疊纜線外,也需要專用的堆疊模組。並且若欲使用於同一堆疊的交換器建議選購同一廠牌及型號,避免購買後因 GBIC 模組規格而無法堆疊。

如欲擴充連接埠的數目最快速、最便捷的方法即為堆疊交換器。堆疊交換器的優點包括下列兩項:

  • 便於管理
    同一堆疊中的多部交換器可視為一台交換器來管理。只需賦予一個 IP 位址即可透過該 IP 位址管理堆疊中所有交換器,進而簡化管理上的程序與難度,大大節省管理成本。
  • 高密度的連接埠
    不同品牌的交換器所支援的堆疊層數並不相同,這需要視各廠牌的規格而定。一般而言,最少可以堆疊 2 層,有些甚至可達32層,端視該交換器的規格而定。以一台 32 埠的交換器而言,最多堆疊 8 層則可提供超過 200 個連接埠。


堆疊與串接的差別

串接是透過交換器的某個埠與其他交換器相連,如:利用交換器的Uplink到另一個的普通埠;而堆疊是透過交換器的背板連接起來的,它是一種建立在晶片上的連接,如:2 個 24 埠的交換器堆疊起來的效果就像是一個48埠的交換器,最大的優點是不會產生瓶頸的問題。

串接可透過一條雙絞線在任何網路設備廠商的交換器之間、集線器之間,或交換器與集線器之間完成。而堆疊只有在相同品牌的設備,且此設備也必須具有堆疊功能。串接只需單一雙絞線或其他媒介;堆疊需要專用的堆疊模組和堆疊纜線,而這些設備可能需要單獨購買。交換器的串接在理論上是沒有個數限制的(注意:集線器的串接會有個數限制),而堆疊則在各個廠商的型錄上會標明最大堆疊數目。

多個設備之間串接會產生頻寬瓶頸。例如,兩個1,000Mbps的交換器通過一條雙絞線串接,則它們的串接頻寬為1,000Mbps。這樣不同交換器之間的電腦若要相互傳輸資料,都只能透過此 1,000Mbp 頻寬;而兩個交換器透過堆疊連接在一起,堆疊纜線將能提供高於1G甚至10G的背板頻寬,大大地降低瓶頸。現在很多交換器支援 Port Trunking,透過這種技術,可使用多條雙絞線在兩個交換器之間進行串接,這樣可以倍增串接頻寬。



串接(Link)的優點

以下是串接(Link)的優點:

  • 直接可用網路線或光纖 uplink 串接,擴充容易
  • 速度上支援有 10/100/1000/10,000 等


串接(Link)的缺點

以下是串接(Link)的缺點:

  • 無容錯,上層交換器故障,則下層全掛


堆疊(Stack)的優點

以下是堆疊(Stack)的優點:

  • 邏輯上是為單一交換器,具單一管理介面,可一次控管多台交換器
  • 具容錯功能


堆疊(Stack)的缺點

以下是堆疊(Stack)的缺點:

  • 必須使用專屬的堆疊用排線、堆疊埠
  • 堆疊交換器的廠牌機型必須相同


有線網路規劃重點整理

以下是網路規劃的重點整理:

  • 遵照星狀拓樸規範,所有設備都連接至單一台網路交換器。
  • 無論規模大小,最好使用 24 埠網路交換器。
  • 24 條網路線以下的環境,使用無網管的網路交換器,或【網管型】網路交換器更佳。
  • 超過 24 條網路線的環境,務必使用【網管型】網路交換器,最好用一台 48 埠搞定。
  • 如果要擴充網路埠,記得一定要用有堆疊(Stack)功能的網路交換器或使用埠彙聚(Port Trunking)以拓樸架構連接各台網路交換器。

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