计算机网络互连技术（共10篇）
计算机网络互连技术 篇1
计算机网络互联技术受很多因素的影响,它可以真实的说明人们对计算机互连技术的要求,说明计算机网络互连技术未来的发展趋势,目前,计算机网络互连技术在发展过程中表现出以下几点。
1 计算机网络互连技术的发展现状
我国计算机网络互连技术的发展取得了可喜的成绩,但是依然存在一些问题,这是影响计算机网络互连技术的主要因素,下面是以计算机网络互连技术为主题展开的研究。
1.1 计算机网络内部的研究
计算机网络的功能是实现用户之间的信息交流,网络互连技术中有很多因素会影响到计算机网络的互连功能,比如命名方式、寻址方法以及路径选择等,命名方式对实现用户之间的互连功能有着直接的联系;寻址方法决定着计算机网络地址结构,选择最佳路径;路径选择也是影响网络资源状态的一个因素,通过研究计算机网络内部可以改善其中的工作关系。现在我国计算机路径选择的常用方式是源点路径。
1.2 计算机网络内网间互连的研究
计算机网络内网间的互连有着很大的透明性,因此在很多情况下限制了网关的功能,我国互联网采用端点互连的方式和逐步求精来解决这个问题,使用这两种方式使得我国互连网取得了快速发展,通过处理网关中出现的问题,可以改善通信软件的质量,由于在现阶段,该因素对我国计算机网络发展有着很大的影响,所以很有必要对其进行研究。
1.3 网关功能的研究
网关功能与互联网有着密切的联系,互联网功能的强度决定着软件的复杂程度。计算机网络对互连要求很高,它的不同用户结点支持网间的功能与互连介质的质量会影响到网关功能,网关功能比较复杂,因而加大了网关功能的研究成本,也会影响它的使用效果;但是若网关的功能比较简单又会出现网间透明性下降的现象,软件功能也会受到牵连,用户使用难度也会加大,因此,计算机网络中网关功能很重要,要想提高网关的使用效率就必须对网关进行研究,以保障其可持续发展,但是现阶段我国还没有一种方式可以有效的处理这个问题,无法对所有影响问题的因素进行深入分析与系统研究。
1.4 网络安全的研究
计算机网络安全是实现其功能的主要前提,但是现在科技手段越来越多,因此影响计算机网络安全的因素也越来越多。首先,是人为因素,很多计算机网络安全管理人员素质不高,这就出现很多管理人员利用自己的工作便利对网络信息恣意篡改的现象,而且现在黑客人数在不断增长,他们实施了很多犯罪行为;其次是计算机网络传输过程中的问题,计算机系统不够完善,其自身的防护措施不完善,因此造成很多数据信息在传输过程中损坏、丢失的现象;计算机网络具有开放性特征,该特征有效的实现了资源的共享,同时自身又存在保密效果较差的问题,局域网协议以及软件有待完善,导致系统病毒对网络形成攻击,影响了软件的使用。
2 计算机网络的互连技术趋势
2.1 计算机网络互连技术的内容
在计算机网络内部主要采取的是分层结构的形式,网络互连技术现在着重考虑四个方面,下面将对其进行具体的分析:
(1)物理方面的网络互连,是针对硬件设施的连接,这种连接方式在现代计算机网络中非常普遍,主要是通过物理方面的连接来进一步实现信号之间的相互传递,将使得网络传输的距离更远,中继器设备互连的范围更广。
(2)链路方面的网络互连,主要是利用连接器来实现网络互连,通常也叫做网桥,是在逻辑链路方面使有关数据和信息之间能够互相传递,这种互连方式能够有效的增加通信信号的强度,采用比较简单的方式来进一步实现寻址和对路由器的合理选择,也能够针对具体的子网来对其进行恰当的选择。此外,这种互连方式还可以及时发现计算机网络中存在的问题,并为计算机互连提供有效的数据传输路径,提高计算机的网络安全。
(3)网路层面的互连,通过路由器等将网络数据信息储存或转发出去,发挥计算机网络的互连功能。路由器在网络中比较常用,其对流量、差错等可以进行很好的控制,网路互连的功能可以提高计算机的使用效率,保证其更好的为用户服务。
(4)高层互连,高层是指在传输层及以上的连接器,在高层互联网中的链接器中网关比较复杂,与互联网的帧、报文、分组等有着密切的联系,总之,不同类型的网络在高层链接中使用不同的方式。
2.2 网络互连的核心技术
整个计算机网络体系结构需要与之对应的协议建立联系,同时需要满足标准化和规范化的要求,这样才能保证互联网的有效使用。根据具体的网络互连方式和所处环境,制定相应的互联技术方案,像网桥、路由器和中继器等设备,这些网络联系全部都是根据不同的方式来运行。另外,互联网中存在很多应用程序,但都可以很好的兼容,应用层都处在用户和网络联系的主界面上,我们在实际生活和工作中使用互联网,可以将实现用户的交互功能作为网络操作的重要发展方向,现今的社会处于不断发展的趋势下,必须运用一定的协议对网络应用程序给予一定的约束作用,使网络更加趋向于标准化,维护正常的网络秩序,真正意义上实现互联网的交互功能。
3 结语
计算机网络技术的迅速发展对人们的日常生活和工作有着很大的影响,人们越来越离不开计算机网络,因此,必须提高计算机网络功能的运行效率,继续推进整个网络体系结构的标准化进程,加强在计算机网络互连技术方面的研究,通过具体分析采取恰当的方法对网络计算机功能不断进行完善,适应社会发展对互联网互连技术的需求。
参考文献
[1]张甫辉.对于计算机网络互连技术的探讨[J].中国新通信,2014(19).
[2]王刚,胡健.TDD-LTE网络浅析及工程建设问题研究[J].邮电设计技术,2014(09).
[3]陈亮,翟品.计算机远程网络通讯技术探讨[J].硅谷,2014(04).
计算机网络互连技术 篇2
班级:计算机科学与技术07101班
一、课程的性质、目的和任务(黑体小三)《计算机网络工程实践》课程设计是计算机科学与技术专业的一门专业实践课，其主要内容是规划、设计和实现一个中小型网络，课程设计所涉及的工作过程主要包括网络方案的设计、网络方案的实现。通过本课程设计，学生可以了解计算机网络工程设计的一般过程，明确计算机网络设计与建设的基本原则，熟悉计算机网络需求分析的目标、任务与方法，掌握计算机网络设计的通用方法，熟悉常用网络设备的使用方法，并学会撰写规范的计算机网络设计方案说明书。
本课程设计要求学生查询有关Internet接入技术、常用局域网技术，在本课程的设计过程中，要求学生撰写一份课程设计报告(4000字以上)，课程设计主题必须是与课程设计内容相关的学习内容，并由指导教师确定或审定。
本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，独立实践的机会，将理论和实际有机的结合起来，锻练学生的分析、解决实际问题的能力。从而提高学生网络工程的应用能力，使学生可以提高学生分析问题和解决问题的能力和团队协作的能力。
1．课程目标设计
1、能力目标
（1）能理解并熟悉常见中小型企业的网络系统集成方案；
（2）能独立完成中小型网络设计前需求分析方案的设计，并正确分析需求分析结果；
（3）能根据需求分析结构，独立完成中小型网络的设计方案；（4）能根据中小型网络设计方案，独立完成方案的组网与实施；（5）能根据项目需求，依据国家相关规定，协助完成网络标书的写作；
2、知识目标
（1）掌握网络规划需求分析的方法与技巧；（2）掌握逻辑网络设计的方法；（3）掌握物理网络设计的方法；（4）理解网络标书的格式及书写方法；（5）知道网络招标的流程；
（6）掌握常见网络系统集成实施中的关键技术。
3、素质目标
(1)培养良好的逻辑表达和沟通能力。(2)培养良好的文案能力；(3)培养团队协作意识； 4.其他目标
(1)成本与利润的意识；(2)网络安全防范的意识；
(3)网络冗余及可靠性保障的意识；(2)独立分析和解决问题的能力
二、网络规划、设计与实现的主要方法和过程
对网络进行规划设计时，一般从以下几个方面进行。
1、需求分析
选择一家中小规模的网络，首先要选择一家中小规模的网络，通过实地调查等形式了解企业的组织结构、网络建设的背景，明确网络需求和网络性能的评价标准。具体地，包括网络建设的目的与原则、投资规模、现有网络的问题与不足等；网络系统中所包含的信息点的数量、分布及信息流量、应用程序的类型及对QoS的要求、是否需要提供广域网接入和网络安全上的考虑因素等。
（1）用户需求
目前办公网络主要功能实现办公网络内部资源共享。办公网络可共享的资源的主要有硬盘、光驱、应用程序、驱动程序以及重要的数据等。对于办公网络的安全主要涉及的是内部网络共享资源的安全，保护这些重要数据信息的完整性、可用性、保密性和可靠性。
（2）技术目标
统一性、完整性、经济实用性、可靠性与有效性、扩展性与先进性、安全性。
安全性：保证办公网络具有信息安全的功能，主要包括：设备的安全性、应用级的安全性、网络级的安全性、数据级的安全性。由于办公网络用户离 不开与外界进行交流，在享受Internet的服务的同时，防范网络病毒、木马等系统和数据的破坏，防止黑客入侵造成数据丢失或泄密等。
统一性：规划设计办公网络，应统一进行规划，统一设计，分步实施，以方便办公网络的后期管理。
完整性：保证整个办公网络的系统功能、数据安全、网络管理等方面应有充分的保证。
经济实用性：每个公司在组建自己内外计算机网络的时候，都需要考虑如何最有效的利用网络资源，使有限的硬件设施获得最优的可用带宽，保证建成的网络安全和规范，并且易于维护、扩展和高效使用。因此,在设计中要采用先进的、成熟的、实用性强的技术和性价比高网络产品，不盲目的追求设备的高档、技术的超前，以免造成不必要的资金浪费，从而使系统具有较强的实用性。
可靠性与有效性：规划设计时必须从系统结构、设计方案、设备选型、厂商的技术服务与维修响应能力、设备备件供应能力等多方面考虑，尽可能减少故障发生的可能性，缩小影响面。同时还须考虑与现有办公设备和事务处理的整合。
扩展性与先进性：进行网络规划设计时应具有较好的扩展性，以降低系统扩展的投入成本，并能充分满足信息技术高速发展的需要。能适应近3-5年内的业务增长和突发性事件的需要，确保各级系统的可扩充性和先进性，并注意设备的冗余设计以及网络的负载均衡。（3）网络应用
Web、FTP、E-Mail、VOD。
2、逻辑设计
网络设计分逻辑设计和物理设计。逻辑设计主要是逻辑拓扑设计，考虑连通哪些站点，地址如何分配和网络技术选型等。物理设计是逻辑设计的物理实现，主要包括网络设备选型和结构化综合布线设计等。
（1）整体结构设计
根据需求分析，以层次化的网络设计方法，选择合适的网络技术，设计一个性能价格比相对优化的网络解决方案，该网络要实现各种资源的兼容性，网络 3 整体安全性、先进性、可靠性，后续网络的可扩展性、易管理性、高有效带宽等。主要包括: 组网技术的选择，子网的划分与隔离，共享资源的配置，应用服务器的设置，IP地址规划等，综合布线系统的规划(工作区子系统，水平子系统，主干子系统，设备间子系统，建筑群子系统，管理子系统，需要考虑机房的安全、布局等等)。
（2）局部网络结构设计
3、物理设计
主要是：布线、交换机与路由器配置（1）网络中心的设计（2）每栋楼设计 4.网络设计方案的编写
以通用的网络方案编制规范撰写一个相应的书面文档，在该文档中要包括需求分析(网络建设的目标与原则)、主干技术的选择、工程总体设计(拓朴结构、功能设计、硬件与软件选择、结构化布线等)、网络管理与安全、投资预算和设备清单。
5、网络设计方案的实现
6、测试
（1）确定测试范围（对哪个网段测试）（2）确定测试内容（连通性、性能、故障）
三、设计（或上机）内容和基本要求
1、认识传输介质(光纤、双绞线、同轴电缆或无线介质)、综合布线设备(指信息插座、端口设备、跳接设备、适配器、信号 传输设备、电气保护设备和支持工具等)和其他有关的布线辅助材料或设备(如桥架、金属槽、管或塑料槽、管等。2、3、4、了解令牌网和FDDI的国际标准，掌握以太网家族中的快速以太网、千兆位以太网乃至最新的万兆位以太网； 掌握常用的网络设备如交换机，路由器等
掌握以太网接入、调制解调器接入，了解线缆调制解调器接入、数字用环路XDSL技术接入(如高速HDSL、非对称ADSL、超高速VDSL等)和综合业务 数字网络ISDN接入等。
5、6、选择一家中小规模的网络，通过实地调查等形式了解企业的组织结构、网络建设的背景，明确网络需求和网络性能的评价标准
根据需求分析，以层次化的网络设计方法，选择合适的网络技术，设计一个性能价格比相对优化的网络解决方案。包括逻辑网络拓扑设计、逻辑网络地址规划、网络可靠性设计、网络安全性设计、物理网络设计
7、以通用的网络方案编制规范撰写一个相应的书面文档，在该文档中要包括需求分析(网络建设的目标与原则)、主干技术的选择、工程总体设计(拓朴结构、功能设计、硬件与软件选择、结构化布线等)、网络管理与安全、投资预算和设备清单。
四、参考设计题目：
1.规划设计一个拥有200个机位的网吧。要求从以下几个方面进行设计: 1).需求分析(目的,特点,策略).2).网络规划设计 ①结构选型(拓朴结构).②Internet接入.③硬件选择(型号,配置).④软件选择(系统软件,管理软件,应用软件).⑤传输介质.3).可行性论证.①传输速度.②用户接口(客户机,操作系统,应用软件,协议).③管理能力(技术, 安全)④投资费用(软件,硬件,安装,布线,培训,维护等).⑤成本回收等.2.某中学校园网规划方案的设计 设计要求如下： 1).建立办公自动化系统
办公楼共有40个信息点。要求通过校园网连至INTERNET，达到100M到桌面，并对财务科，人事科等科室进行单独子网管理。2).建立考试监控系统
共有教学楼3座，120个信息点。
（1）综合教学楼一个，60个信息点。其中有10个实验室，每个实验室配置1台PC和1个投影仪（此处无须上网）；20个教室，其中一个教室2个摄像机。
（2）普通教学楼1：40个信息点，共20个教室，其中一个教室2个摄像机。
（3）普通教学楼2：20个信息点，共10个教室，其中一个教室2个摄像机。
3).建立综合多媒体教室
信教中心：共120个信息点。有两个多媒体教室，每个教室60台PC。要求可网管，通过校园网上连至INTERNET，达到100M到桌面。
4).为了满足教职工的需要，提高教职工教学条件和水平，大力发展网上教 6 学，优秀科目科件制作等。将教职工宿舍区的PC通过校园网上连至INTERNET，达到10M到桌面，以后可扩展到100M。
5).学校校园网建设所需PC和投影仪由校方自行选择和安装。学生宿舍由于高中阶段学习生活的特殊性，不进行任何布置。3.企业网(园区网)设计
每一个企业网(园区网)都有自己的特殊性，包括企业网(园区网)的环境和功能需求，这就要求必须针对这些特殊性进行专门的规划与设计。
1).规划和设计企业网(园区网)的主要步骤: 首先，在规划和设计企业网(园区网)前必须进行详细的需求调研，搞清楚用户现有的网络状况以及建网目标。限于网络方面的专业技术水平，用户往往无法清楚地对需求进行描述，这就需要设计人员揣摩用户的意图，通过各种方式了解用户的需求。
有了需求以后，下一步就是对系统进行分析，对企业网(园区网)中的主要技术进行选型，根据先进性和实用性相结合，经济性和可扩展性相结合，按可靠性、安全性、可管理性、可维护性的原则进行设计。具体包括主干网技术选型、主干网拓扑结构、Internet接入方式、广域网互连方式、一些组网关键技术等。
接着是进行详细的设计。首先是设备的选型，设备选型必须在满足功能的前提下，遵循相关的设计原则；然后是VLAN的规划、IP的规划、路由的规划；接着是进行可靠性、安全性的具体规划以及网络的管理规划等。
最后，需要进行综合布线系统设计和机房设计。2).企业网(园区网)在规划过程中应遵循的原则。
（1）标准化及规范化：采用开放的标准网络通信协议，选择符合工业标准的网络设备、通信介质、网络布线连接件及其相关器件器材。工程实施遵照国家电信工程实施标准进行。
（2）先进性与成熟性：按照生命周期的原则，系统设计的基本思想，符合技术发展的基本潮流，使布线系统在其整个生命周期内保持一定的先进性。选择合理的网络拓扑结构，网络工程中所用的设备、器材、材料以及软件平台应选择与网络技术发展潮流相吻合的、先进的、有技术保证的、得到广大 7 用户认可的厂家产品。
（3）安全性与可靠性：为了保证整个网络系统安全、可靠地运行，首先必须在总体设计中从整体考虑系统的安全性和可靠性。在网络设计阶段以及在工程实施各个阶段都必须考虑到所有影响系统安全、可靠性的各种因素。工程实施完成后，必须按照标准进行严格的测试。4.高校校园网的网络规划与设计.高校校园网络的规划设计有多种解决方案，依学校的类型规模和性质的不同，以使网络的设计方案有所不同，体现在技术、应用上更是不同。学校教师的教学、科研工作和学生的学习生活对一个高速的、资源丰富的和应用多方面的校园网络的需求是迫切的、必需的，也是网络规划与设计者的目标。
设计与规划高校校园网要求:
1)．设计的校园网方案的设计应符合近、中和长期发展规划
依据学校规模大小，结合学校教学科研的内容及其发展的需要，制定一个在未来十年中的近期、中期及长期的建设规划，以保持网络建设的延续性，并保护先前的投资(含各种硬件、软件及信息资源)，能融入不断涌现的新技术和新应用。
2)．合理利用I P地址资源
IP(Internet protocol互联网协议)地址是在Internet上的站点及相关设备的地址，它是由Internet指定数字委员会(IAAA)确定的，确保了它在世界上的唯一性。在IPv4技术应用于互联网的今天，IP地址资源到2010年将近枯竭，在Ipv6技术应用之前，我们要合理使用IP地址资源。当申请到一个建网的IP地址之后，必须合理地划分子网，每个子网中的IP地址要合理使用，既要满足当今的需要，也要预留将来网络扩展时所需，以便有足够的各类服务器连入Internet。
3)．注重需求分析
校园网络的规划设计是一个系统建立和优化的过程，建设网络的根本目的是在Internet上进行资源共享与通信。要充分发挥投资网络的效益，需求分析成了网络规划设计中的重要内容，它提供了网络设计应到达的目标，并有助于设计者更好地理解网络应该具有的性能；结合学校的办学规模、管理需求和师生对教学科研的需要，确立一个性能较高的网络计算平台.8
同时，经过系统的需求分析，网络的设计者还能更好地作出决策，评价现有的网络，提供移植的功能及给所有校内师生更为合适的资源。
4)．合理选择组网技术
目前，可用于校园LAN（局域网）的技术有Ethernet（以太网）、Fast Ethernet（快速以太网）、Gigabit Ethernet（千兆位以太网）、Token-Ring（令牌环网）、FDDI（光纤分布式数据接口）和ATM（异步传输模式）。从网络应用、维护、安全和扩展方面而言，Fast Ethernet和ATM在实际应用中得到了广泛的采用。同时，Gigabit Ethernet技术已成为大型Fast Ethernet的升级目标。ATM是一种快速分组交换技术，它在WAN（广域网）上体现的强大功能和在LAN上的成功应用，均以事实说明了它的技术的先进性。在ATM中，不同速率的各种数据，如语音、图像、视频都被分成标准的53字节的信元，以光纤作为传输通道，避免了以太网中的“广播风暴”，提升了网络的整体性能。
5)．校园网络的设计模式
一个良好的设计方案除体现出网络的优越性能之外，还体现在应用的实用性、网络的安全性、易于管理性和未来的可扩展性。因此，设计时要考虑以下问题：
① 要适应未来网络的扩展和拓扑结构的变化。
② 要能为特定的师生用户或用户组提供访问路径。
③ 要保证网络能不间断地运行。
④ 当网络扩大和应用增加时，变化的网络结构要能应付相应的带宽要求。
⑤ 使用频率较高的应用能够支持网上大多数的师生用户。
⑥ 能合理地分配用户对网内、网外的信息流量。
⑦ 能支持较多的网络协议，扩大网络的应用范围。
⑧ 支持IP的单点传送和多点广播数据流。
要达到以上这些设计要求，分层的设计功能及星型、树型和交叉型的拓扑结构应给予足够的重视.6)．网络硬件的选择
除网络上的工作站使用普通的PC机外，主机的选择应使用专业的高性能服务器。连接介质的选择分两部分，第一部分为各交换机（switch）之间（楼与楼 9 之间，楼层之间）及网络出口干线选择光纤，第二部分为从访问层的交换机到用户的PC桌面选择超五类双绞线。如今，交换机的价格已是很低了，应尽可能选择交换机而不用集线器。网络连接的关键设备是路由器（Router），无论是Internet接入，异地网络连接还是大型网络广播域的划分，都离不开路由器。数据存储设备，除可选择大容量硬盘外，还可选磁带机、磁盘阵列、光盘阵列，这些外存设备，均可用于储存海量网络数据，如图书资料，多媒体素材及课件学生学籍和成绩管理等。
7)．ISP的选择
选择ISP（Internet Service Provider，Internet服务提供商）对不同类型的校园网络至关重要。经过近十年的发展，目前在我国形成了以CSTNET（中科院的科学技术网）、CERNET（国家教育部的教育与科研网）、ChinaNet（中国电信网）和ChinaGBN(中国金桥网)为主的四大网络体系，伴随着IT与通信技术的不断发展和社会的广泛需求，近年来ChinaUNICOM(中国联通)、CRC(铁通)、CNC(中国网通)、JiTong(吉通)的接入服务也快速地增长。由于中国的互联网服务商以各自网络体系的发展为主，不同种类的大网之间缺乏协调机制，作为校园网络，无论师生有哪些需求，都离不开以教学、科研为主的信息资源，90%的教育资源都集中在CERNet上，故校园网络在选择ISP时，就要重点考虑CERNet。
8)．网络操作系统的选择
网络操作系统(Net Operation System)的选择关系到网络的应用、安全和管理。目前常用的网络操作系统有：Unix、Linux、Netware、Windows 2000 Server/Advanced Server /Datacenter Serve。综合以上这些网络操作系统的特点与对网络应用的支持，选择一个或几个适合于校园网内各子网服务器的操作系统，以适合各类应用、安全控制和管理。
5.基于_________(如:科来网络分析系统)系统的网络性能测试与分析分析。
1)网络性能测试与分析的主要要求
一个网络系统性能好坏的技术包括吞吐量、报文平均延迟时间、系统的平均响应时间、系统的报文平均队长、最大工作站数、网络吞吐量的最大距离和可靠性等。从应用系统的设计和网络系统的维护、管理角度来看，用户关心的技术指标是：网络吞吐率（S）、介质利用率（U）和延迟时间（D）。
网络测试监控通过直接对实际运行中的网络系统的各种性能指标或与之相关的量进行直接的测试，从而对网络系统的性能进行评价的方法。为了使测试值具有代表性，可以选择网络系统在比较接近条件的正常运行期间进行测试，例如要测试负载条件下的性能，就应该选择在每天网络使用最繁忙的时间内进行测试。
对网络性能进行测试和分析时，首先确定测试范围（对哪个网段测试）；其次是确定测试内容或测试参数（连通性、性能、故障）。
在测试中主要测试网络的流量组成、协议分布和用户行为。网络流量分析是指捕捉网络中流动的数据包，并通过查看包内部数据以及进行相关的协议、流量分析、统计等来发现网络运行过程中出现的问题，流量分析一般有以下主要功能(1)流量监控和分析
流量监控包括对不同粒度的分析对象的流量趋势分析，并可设置报警阈值。可制定监控策略，获取指定时间内分析对象的平均流量、最大流量、平均包数、最大包数、平均Session数、最大Session数等，应可定制流入/流出或双向两种统计方式。流量监控应支持丰富的统计图表，提供基于监控策略的横向和纵向数据分析和比较。提供对不同应用层协议、TOS和IP的TopN(前N个)等数据。通过对各种分析对象进行流量分析，可以清楚地描述出各分析对象的网络带宽的最大占用者，以便于进行以后的网络管理和用户跟踪。可根据摊分策略对分析对象之间流量进行费用分摊，可以组合不同的分析对象制定摊分策略，根据不同设备出口设定费率、针对用户类型分类统计、根据摊分对象的流量和费用做统计排名等。
(2)异常流量侦测
提供实时流量分析，发现了异常，可在实时中对该异常的策略进行有针对的观测。可针对IP、IP对、AS、AS对、IP段、IP段对、全网的协议、Tos等进行单双向流量和包的TopN实时显示。(3)记录、存储功能
包括对指定网络流量连续记录和存储，以及对系统访问、侵入过程的进行记录分析。以便于事后进行故障重现，更有效的故障排除。防止偶发性故障再次发生，甚至恶化。
11(4)异常报警
当流量超过阈值并持续一定时间后，以及侦测到异常流量等情况时，可以及时采取措施维护网络的性能。
在测试过程一般采用主动测试或被动测试多网络性能的相关技术指标进行测试:
2)网络性能测试与分析的主要内容(1)、网络设备测试(2)、子系统测试(3)、网络测试(4)、全网性能测试(5)、网络安全测试 3)、测试方式:(1)、主动测试
主动测试是在选定的测试点上利用测试工具有目的地主动产生测试流量注入网络，并根据测试数据流的传送情况来分析网络的性能。(2)、被动测试
被动测试是指在链路或设备（如路由器和交换机等）上对网络进行监测，而不需要产生流量的测试方法。4)、测试参数选取原则
（1）参数必须是具体而明确的。
（2）参数本身可以对高层应用产生影响，且用户可以感知。
（3）参数的定义不依赖于具体的网络技术与拓扑，并用与具体网络无关的术语进行描述。
（4）参数的测试具有可重复性，在相同条件下测试多次应得到相同的测试结果。（5）参数的测试结果对于采用相同技术的网络不应该表现出差异性，对采用不同技术的网络应该表现出差异性。
（6）参数的选择应避免引入人为的性能目标。(7)网络性能的五项基本技术指标: 可用性(availability)响应时间(response time)网络利用率(network utilization)网络吞吐量(network throughput)网络带宽容量(network bandwidth capacity)5)、测试的不确定性与误差分析
(1)、对于测试来说最重要的就是准确可靠，因此在设计测试方法或选择测试工具之前应该尽量避免进行假设，尤其是带有不确定性的假设。
(2)对结果进行误差分析的一个主要方式就是分析结果中的不合理值。6)、测试结果的统计方法
(1)对测试结果的统计分为两个方面：统计方式和统计方法。（2）对结果的统计方式实际上就是对结果进行抽样。
(3)对测试结果的统计方法就是对测试结果进行统计的不同算法以及对结果的表示方法。
(4)对测试（采样）值的表示可以采用统计分布方法 7)、测试方法(1)、基于SNMP 基于SNMP的流量分析就是通过SNMP协议访问设备获取MIB库中的端口流量信息，获得设备端口的实时或者历史的流入/流出带宽、丢包、误包等性能指标，从而对网络设备端口的整体流量进行分析，典型工具有MRTG(Multi RouterTraffic Grapher)。
(2)、基于网络探针（Probe）
基于网络探针方式的数据抓包、分析和统计等功能一般都在网络“探针”上以硬件方式实现，分析的结果存储在探针的内存或磁盘之中，具体的前端展现依赖与之对应的专门软件。因此具有效率高、可靠性高、高速运行不丢包的特点。本种方式可深入的对网络2层、3层甚至7层的特性进行详细分析。常见的产品有福碌克的Opyiview，Agilent的 NetMetrix 及其Probes，NetScout 的nGenius Performance Manager 及其Probes等。(3)、基于实时抓包分析
基于实时抓包的分析分析技术提供详细的从物理层到应用层的数据分析。但该方法主要侧重于协议分析，而非用户流量访问统计和趋势分析，仅能在短时间内对流经接口的数据包进行分析，无法满足大流量、长期的抓包和趋势分析的要 求。常见的产品有NAI 的Sniffer Pro，免费的tcpdump、ethereal等。(4)、基于流（Flow）的流量分析
目前基于流的分析技术主要有两种：sFlow和NetFlow。sFlow是由InMon、HP和Foundry Networks联合开发的一种网络检测技术，它采用数据流随机采样技术，可以适应超大网络流量（如大于10Gbps）环境下的流量分析分析，让用户详细、实时地分析网络传输流的性能、趋势和存在的问题。
6、计算机网络实验室综合布线系统的设计与测试。
7、计算机网络实验室网络方案的设计与实施。
8、锐捷26系列路由器在校园网中的应用.9、基于校园网的网络安全管理及维护
10、三层交换机在校园网中的应用。
五、设计地点及时间安排：
地点:计算机网络分室 时间:2009年下学期第1周
六、学生分组安排
根据需要学生以组为单位进行课程设计（一般每组不得超过4人）。
七、课程设计说明书的编写规范
1． 写出不少于4000字的课程设计说明书。
2． 课程设计说明书应包括首页、摘要、关键字、前言、正文、结束语、参考文献等几个部分。其中参考文献按参考文献表上的著作按论文中引用顺序排列，期刊论文按如下格式著录：
[序号]、作者、文章题目、期刊名（外文可缩写）、年份、卷号、期数、页码。
著作按如下格式著录：
[序号]、著作者、书名、出版地、出版社、出版日期顺次列出。如：1 江北.场论.北京： 科学技术出版社，2000年2月
3．课程设计首页格式按统一标准制定格式（已给各班班长）,论文题目应能概括整个论文最重要的内容，简明、恰当，一般不超过25个字。4．文章摘要或设计总说明书及其关键词
摘要又称内容提要，它应以浓缩的形式概括研究课题的内容、方法和观点，以及取得的成果和结论，应能反映整个内容的精华，突出论文的创造性成果和新见解。摘要以300－500字为宜；撰写摘要时应注意以下几点：(1)用精炼、概括的语言来表达，每项内容不宜展开论证或说明；(2)要客观陈述，不宜加主观评价； 4．正文部分一般有如下几个方面的内容： 1.需求分析 2.方案设计 3.方案的实施 4.附录或参考资料
八、考核办法：
本课程设计要求学生查询有关Internet接入技术、常用局域网技术，在本课程的设计过程中，要求学生撰写一份课程设计报告(4000字以上)，课程设计主题必须是与课程设计内容相关的学习内容，并由指导教师确定或审定。
本课程设计实践性、应用性强，突出能力考核，采用形成性评价、总结性评价和综合性评价相结合的方式进行评价，对学生课程知识目标和能力目标达到情况进行的综合测试。结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神，总结报告以及学习态度综合考评。成绩分优、良、中、及格和不及格五等。课程设计单独计算学业成绩（设计成绩不及格要求重修），设计完成后学生按规定提交课程设计报告书，课程设计要求学生独立完成，若发现课程设计内容雷同者均判为不及格。
计算机网络互连技术 篇3
关键词：高阶互连网络；组合交换器；交换级连接模式；路由算法
中图分类号：TP393 文献标识码：A
Research on FC-Switch and Its Routing Algorithm
in TH-1A Interconnect Network
CAO Ji-jun， WANG Ke-fei， LIU Lu， ZHANG Lei
（College of Computer， National Univ of Defense Technology， Changsha， Hunan 410073， China）
Abstract： This paper proposed FC-Switch， which is a nova combined switch， defined its switch-level connection pattern and primarily analyzed its performance. Moreover， four routing algorithms for the FC-Switch were discussed， and the experiments on TH-1A network testing platform was carried out. Experiments result shows that the FC-Switch can achieve a good performance by correctly choosing switch-level connection pattern and the routing algorithm.
Key words： high radix interconnect network； combined switch； switch-level connection pattern； routing algorithms
互连网络是高性能计算机系统的重要部件，互连网络的性能直接决定着高性能计算系统的整体性能.高带宽和低延迟一直是互连网络设计者追求的主要目标.高性能计算机系统的互连网络可以采用标准互连和专用互连，Top500[1]中最高端的计算系统偏向于采用专用互连网络，即通过定制设计突破通信瓶颈以获得更高的计算性能，这种技术选择特点将在未来面向艾级计算（Exaflops，每秒1018次浮点运算）的高性能计算系统设计中得到延续.
Kim和Dally[2-3]的研究结果表明，在大规模高性能互连网络中，使用高阶交换（High Radix Switch）技术将减小网络直径和报文传输跳步数，从而可获得更低的报文传输延迟；此外，由于高阶交换网络使用更少的交换芯片和互连链路，所以网络成本和功耗将显著降低.然而，设计高阶交换芯片面临着多方面的挑战——首先，随着交换芯片端口数的
增加，硬件逻辑设计变得越来越复杂，单芯片的功耗也越来越高.其次，对于多种可选的交换结构而言，芯片实现所需要的缓冲区大小和仲裁调度逻辑复杂度等都随着芯片端口数的增长而呈现平方增长.再者，根据ITRS[4]预测，未来10年单芯片封装的引脚容量将增长缓慢，这将使得交换芯片的端口数增长受到ASCI工艺技术的限制.
因此，将现有的低阶交换（Low Radix Switch）芯片组合成为高阶交换模块，是实现高阶交换网络的另外一种可选的解决方案.这种方案可超越当前ASCI工艺技术的限制并大大缩短高阶交换网络（使用高阶交换芯片或高阶交换模块的互连网络）的设计和制造时间.在学术界，瓦伦西亚理工大学的Duato教授对组合交换器及其交换级连接模式（Switch-level Connection Pattern，SCP）展开了具有开创性和代表性的研究[5-7].在实际构建的系统中，由国防科学技术大学研制的“天河一号”（TH-1A）高性能计算机中的高速互连网络采用特定组合交换器及其交换级连接模式，从而突破了通信瓶颈，为系统实测试性能位居2010年下半年TOP500榜首做出了重要贡献.
1 C-Switch简介
定义1 C-Switch[6]也称为组合交换器（Combined Switch），它由多个小互连交换器（Internal Switch，内部交换器）构成.C-Switch向外提供的交换端口是各个内部交换器内部互连后剩余的端口.
上述定义仅仅指出了由内部小交换器构造C-Switch的基本原理，并没有给出C-Switch内部交换器的数量及它们之间的交换级连接模式.实际上，合理选择内部交换器的数量、交换级连接模式和路由算法需做多方面的权衡（tradeoff），如下所述.
1）交换延迟（Switch Delay）：为了获得较低的内部延迟，需要实现所有内部交换器的全连接.然而，随着内部交换器数目的增加，内部交换器之间的路由将占用大量端口.若内部交换器之间不采用全连接方式，则C-Switch的内部平均延迟将变大，而且可能会出现延迟不均匀的情况.
2）交换带宽（Switch Bandwidth）：由多个内部交换器构成C-Switch时，需要合理选择内部交换器之间的交换级连接模式，并合理分配外部端口和内部端口的比例，从而使得带宽均衡，避免内部路径出现带宽瓶颈以影响C-Switch的总体通信性能.
3）组合代价（Combined Cost）：假设C-Switch的所有内部交换器端口总数为P，而且C-Switch的内部端口总数为W，则比值W/P一定程度上反映了从多个低阶的单芯片交换器构成一个高阶的多芯片交换器C-Switch的代价.为了降低代价，需要将内部交换器更高比例的端口设计为C-Switch的外部端口.
根据系统设计追求的目标不同，构建C-Switch可以采用不同的交换级连接模式.例如，为了追求较低的组合代价，相关研究者提出了一种特殊的C-Switch——T-Switch.
定义2 T-Switch[6]也称为双子组合交换器（Twin Switch），它是由两个同构的内部交换器构成的组合交换器.T-Switch向外提供的交换端口是这两个内部交换器内部互连后剩余的端口.
T-Switch由两个内部小交换器构成.如何合理设计两个内部交换器的交换级连接模式并选择连接两个内部交换器的内部端口？对于该问题，Duato教授及其研究团队已做了深入研究，见文献[5-7].
T-Switch的组合代价比较低，但是其带宽性能较差.实际上，许多高性能计算系统互连网络设计都以高带宽低延迟为追求目标.为此，本文提出一种新型的组合交换器——FC-Switch，并针对FC-Switch的交换级连接模式提出了4种路由算法.基于“天河一号（TH-1A）”互连网络测试平台，对本文提出的4种路由算法的性能进行了对比测试.
2 FC-Switch研究与分析
本节将从交换级连接模式、特性分析和路由算法等3个方面对FC-Switch进行深入的研究.
2.1 交换级连接模式
定义3 FC-Switch也称为全互连交换器（Full Connected Switch），它是由偶数个同构的内部交换器构成的组合交换器，每个内部交换器使用一半数量的端口进行内部互连，另外一半的剩余端口向外提供交换端口.
上述定义简单地给出了FC-Switch的基本构造方法，关于FC-Switch的交换级连接模式的更严格描述见定义4.
定义4 FC-Switch由n（n为偶数）个内部交换器组成，第i个内部交换器标记为NRi（0≤i≤n-1）.NRi所处位置分为第0级和第1级，其中NR0， NR1，…， NRn/2-1为第0级内部交换器，而NRn/2， NRn/2+1， …， NRn-1为第1级内部交换器.每个内部交换器包含m（m为偶数）个双向端口.内部交换器NRi的第k个端口标记为（NRi）k，其中k∈{0，1，…，m-1}.处于不同级的任意内部交换器NRi和NRj一定有端口相连，假定NRi和NRj分别为第0级和第1级内部交换器，则NRi提供第（m/2），（m/2）+1，…，m-1为内部互连端口，NRj提供第0，1，…，（m/2）-1为内部互连端口，而且连接的端口对数目为（m/2）/（n/2）.处于同一级的任意内部交换器NRi′和NRj′一定没有端口相连.
注意，由于影响FC-Switch带宽和延迟的因素为各个内部交换器之间端口连接数目，各个端口性能相同，而具体连接哪个端口并不重要，所以定义4明确了任意内部交换器NRi和NRj端口是否互连以及连接数目，但是并没有明确定义具体由哪些端口对间实现互连，这是合理的.
定理1 由端口数目为m（m为偶数）的内部交换器构建FC-Switch的最小阶数为2m，而且构建这种FC-Switch共需要4个内部交换器.
实际上，对于两个端口数为m的内部交换器而言，每个将m/2个端口彼此相连，其余共m个端口成为外部端口，这种连接方式虽然符合FC-Switch的交换级连接模式（定义4），但是与单交换器相比，这种连接模式并没有增加外部端口数，反而增加了交换延迟，实际中并不会出现这种FC-Switch.因此，构成FC-Switch的最小内部交换器数目为4，而每个NR的m/2个端口组合成为外部端口，该FC-Switch共有m/2×4=2m个外部端口.
定理2 由端口数目为m（m为偶数）的内部交换器构建FC-Switch的最大阶数为m2/2，而且构建这种FC-Switch共需要m个内部交换器.
为了获得最大阶数的FC-Switch，任意NRi与和它处于不同级的每个NRj都有且仅有1对端口相连.所以该FC-Switch共有2×m/2=m个内部交换器，每个NR的m/2个端口组合成为外部端口，故该FC-Switch共有m2/2个外部端口.
例如，图1，图2和图3分别是由4个、8个和16个16端口的内部交换器构成的FC-Switch，它们分别向外提供32×32，64×64和128×128的交换能力.其中，32外部端口和128端口的FC-Switch分别是由16端口内部交换器构成的最低阶数和最高阶数的FC-Switch组合交换器.
2.2 特性分析
结论1 假设FC-Switch由n（n为偶数）个内部交换器组成，每个内部交换器包含m（m为偶数）个端口，则FC-Switch的外部端口数（阶数）和内部端口数均为（n×m）/2.
根据FC-Switch的定义，其每个内部交换器的一半端口用来内部互连，另一半端口成为外部端口，而FC-Switch的内部交换器共有n×m个端口，所以其外部端口数（阶数）和内部端口数均为（n×m）/2.
结论2 FC-Switch的组合代价为50%，阶数增加因子（Radix Increment Factor，RIF）为100%.
文献[5]用阶数增加因子（Radix Increment Factor，RIF）反映特定交换级连接模式的扩展性能，RIF定义为用作FC-Switch外部端口数占内部交换器总端口数的比值.由结论1可知，结论2成立.
2.3 路由算法
这样一来，FC-Switch成为构建大规模高速互连网络系统的基本单元.在构建大规模互连网络系统时，我们考虑FC-Switch的如下应用场景，即将FC-Switch的处于同一级的所有外部端口连接计算节点，而将FC-Switch的处于另外一级的所有外部端口通过光纤或电缆连接交换机，以实现网络的系统级扩展.因此，在研究FC-Switch的路由算法时，我们只能考虑FC-Switch连接计算节点间通信的路由算法.为了获得较高的性能，路由算法设计的基本原则包括：1）最短路径原则，即保证网络路径延迟最小；2）流量均衡原则，即保证网络带宽得到充分的利用.
显然，要保证FC-Switch中计算节点间网络路径延迟最小，则连接在FC-Switch的同一内部交换器的节点间直接交换，其网络跳步数为1，而连接在FC-Switch的不同内部交换器上的节点需要借助第二级内部交换器的中转，其网络跳步数为3.
网络流量均衡是针对特定流量模式而言的.通常意义的网络流量均衡是以均匀流量模式（Uniform Dataflow Pattern）为假定条件的，即所有计算节点间的通信概率是相等的.FC-Switch采用确定性路由（Deterministic Routing），可以依据目的节点或源节点的节点号分配流量，以达到均衡流量的目的.
设计FC-Switch路由算法时分配流量可以根据源节点或目的节点号，而分配流量的时机可以是第0级交换器出口或第1级交换器入口.因此，FC-Switch的路由算法可以分为4种，见表1.
为了方便起见，假定计算节点表示为cnx，其中x为计算节点的编号.假定cn[x-y]（x 2.3.1 Src-0Out-Routing路由算法 路由分两种情况：1）如果NRi=NRj，从cnx直接路由（Hop=1）到cny.2）如果NRi≠NRj，从cnx需要3跳路由到cny——①根据cnx编号，从NRi的m/2个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRk；②根据cnx编号，从NRk的m/n个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRj；③直接路由到cny. 图4给出了Src-0Out-Routing路由算法的示例.在图示64×64的FC-Switch中，从cn[0-7]到cn28的流量以带箭头粗线条给出.cn[0-7]输出的流量分别从NR0的端口0-7输入到FC-Switch，然后根据源节点号不同分别从NR0的端口8-f均匀输出到FC-Switch的第1级内部交换器.从每个第1级内部交换器中选择到NR3的输出端口时，仍然根据源节点号从两条可选路径中均匀选择.从NR3到cn28时从确定的端口输出即可. 2.3.2 Dest-0Out-Routing路由算法 路由分两种情况：1）如果NRi=NRj，从cnx直接路由（Hop=1）到cny.2）如果NRi≠NRj，从cnx需要3跳路由到cny——①根据cny编号，从NRi的m/2个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRk；②根据cny编号，从NRk的m/n个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRj；③直接路由到cny. 图5给出了Dest-0Out-Routing路由算法的示例.在图示64×64的FC-Switch中，从cn3到cn[24-31]的流量以带箭头粗线条给出.cn3输出的流量从NR0的端口3输入到FC-Switch，然后根据目的节点号不同分别从NR0的端口8-f输出到FC-Switch的第1级内部交换器.从每个第1级内部交换器中选择到NR3的输出端口时，仍然根据目的节点号从两条可选路径中均匀选择.从NR3到cn[24-31]时从确定的端口输出即可. 2.3.3 Src-1In-Routing路由算法 路由分两种情况：1）如果NRi=NRj，从cnx直接路由（Hop=1）到cny.2）如果NRi≠NRj，从cnx需要3跳路由到cny——①根据cnx编号，从到达NRk的m/n个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRk；②根据cnx编号，从NRk的m/n个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRj；③直接路由到cny. 图6给出了Src-1In-Routing路由算法的示例.在图示64×64的FC-Switch中，从cn[0-7]到cn28的流量以带箭头粗线条给出.cn[0-7]输出的流量分别从NR0的端口0-7输入到FC-Switch，由于cn[0-7]对应的第1级内部交换器为NR4，所以根据源节点号不同分别从NR0的端口9和B输出到FC-Switch的第1级内部交换器NR4.从NR4内部交换器中选择到NR3的输出端口时，仍然根据源节点号从两条路径中均匀选择.从NR3到cn28时从确定的端口输出即可. 2.3.4 Dest-1In-Routing路由算法 路由分两种情况：1）如果NRi=NRj，从cnx直接路由（Hop=1）到cny.2）如果NRi≠NRj，从cnx需要3跳路由到cny——①根据cny编号，从到达NRk的m/n个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRk；②根据cny编号，从NRk的m/n个可选端口中选择1个作为输出端口，从而到达NRj；③直接路由到cny. 图7给出了Dest-1In-Routing路由算法的示例.在图示64×64的FC-Switch中，从cn3到cn[24-31]的流量以带箭头粗线条给出.cn3输出的流量从NR0的端口3输入到FC-Switch，由于cn[24-31]对应的第1级内部交换器为NR7，所以根据目的节点号不同从NR0的端口C和E输出到FC-Switch的第1级内部交换器NR7.从NR7内部交换器中选择到NR3的输出端口时，仍然根据目的节点不同从两条路径中均匀选择.从NR3到cn[24-31]时从确定的端口输出即可. 可见，各种算法在处理同一内部交换器所连接的计算节点间流量时，都采用相同的直接路由策略（Hop=1）.各种算法的差异主要体现在连接于不同内部交换器上计算节点间的路由策略——*-0Out-Routing和*-1In-Routing路由算法分别从第0级内部交换器的输出端口和第1级内部交换器输入端口进行路径选择；Src-*-Routing和Dest-*-Routing路由算法分别根据源节点编号和目的节点编号选择路径（此处*表示通配符）. 3 性能测试与分析 实际上，图1和图2所示FC-Switch的两种交换级连接模式在“天河一号”（TH-1A）互连网络[8]中都得到了实际应用.“天河一号”高性能计算系统互连网络的交换芯片采用90 nm工艺制造，其端口数目为16，每个端口绑定了8条高速SERDES通道（High Speed SERDES，HSS），所以端口双向数据传输带宽达到160 Gbps，单芯片总吞吐率达到2.56 Tbps. 为了比较FC-Switch组合交换器中上述4种路由算法的性能，我们选择64×64的FC-Switch作为实验平台.在实验中，我们将W-Switch的32个端口连接32个终端节点，每个终端节点包含两个12核的Intel处理器（Intel（R）Xeon（R）CPU E5-2692 V2@2.20 GHz）.节点网卡使用PCIE 2.0接口8通道（Lane）并行数据传输.网络性能测试使用IMB-MPI测试测序（Intel（R） MPI Benchmark Suit V3.2.4）. 3.1 单向链路覆盖率分析 首先，我们分析4种路由算法的单向链路覆盖情况，因为路由的单向链路覆盖情况反映了负载的均衡性. 定义5 单向链路覆盖率：任意计算节点间通信所经过的内部单向链路总和占全部单向链路的比率. 定理3 假设FC-Switch由n（n为偶数）个内部交换器组成，每个内部交换器包含m（m为偶数）个端口，则Src-0Out-Routing和Dest-0Out-Routing路由算法的链路覆盖率为1，Src-1In-Routing和Dest-1In-Routing路由算法的链路覆盖率为3/4+1/（2n）. FC-Switch第0级内部交换器所连接的节点间的路由路径不经过第1级内部交换器的外部端口，所以在统计FC-Switch中路由算法单向链路覆盖率时，将其排除在外.各种路由算法对各种链路的覆盖情况通过过程见表2. 可见，以64×64的FC-Switch为例，*-0Out-Routing路由算法的单向链路覆盖率为1，而*-1In-Routing路由算法的单向链路覆盖率为81.25%. 3.2 带宽及延迟性能测试 利用IMB-MPI测试程序对上述4种路由算法的性能进行测试.测试过程中，IMB-MPI程序对长度小于65 536字节数据的测试次数为1 000次，长度为65 536， 524 288， 4 194 304字节数据的测试次数分别为640， 80和10次.为了尽量降低测试环境微观变化对测试结果的影响，每次更换节点的路由表时都在线进行（无需重启计算节点或网卡）.测试结果如图8所示. 可见，*-0Out-Routing的两种路由算法的性能相当，*-1In-Routing两种路由算法的性能也相当.与采用*-1In-Routing路由算法相比，采用*-0Out-Routing路由算法时FC-Switch可以获得更优的带宽和延迟性能.同时可见，各种路由算法性能的实际对比测试结果与3.1节对各种路由算法单向链路覆盖率的理论分析结果一致，即：若算法的链路覆盖率较高，则其实测性能较优. 4 结 论 本文提出了一种新型的组合交换器FC-Switch，详细描述了FC-Switch的交换级连接模式，初步分析了FC-Switch的性能.基于FC-Switch交换级连接模式，进一步深入研究了FC-Switch的4种路由算法（Src-0Out-Routing， Src-1In-Routing， Dest-0Out-Routing， Dest-1In-Routing），并在“天河一号”（TH-1A）实际网络测试平台上，对这4种路由算法的性能进行了对比测试.研究结果表明，通过合理选择交换级互连模式及路由算法（*-0Out-Routing），FC-Switch可获得高带宽低延迟的优良性能. 参考文献 [1] MEUER H， SIMON H， STROHMAIER E， et al. TOP500 supercomputer sites[EB/OL]. [2012-05-15]. http：//www.top500.org. 1网络互连的定义 网络互联是利用网络连接介质和网络连接设备把分布在不同地区、不同地理位置上的独立网络连接在一起, 形成一个更大的网络。其主要的目的就是使得网络上的资源能够信息交换和共享。 根据覆盖地理范围的大小, 网络互联的不同类型可分成以下4种。 (1) 局域网之间的互连 (LAN-LAN) 。 局域网与局域网的互连是实际中最为常用的一种互连形式, 其互连结构有以下两种方式。 (1) 同构网互连。既是指具有相同协议的局域网的互连。使用网桥就可以实现多个局域网的互连, 但是这种互连比较简单。 (2) 异构网互连。既是指具有不同网络协议, 但是能共享介质的局域网之间的互连。这种互连也可以通过网桥实现。 (2) 局域网与广域网之间的互连 (LAN-W A N) 。 局域网与广域网的互连应用广泛, 可通过路由器或网关实现互连。 (3) 广域网之间的互连 (WAN-WAN) 。 (4) 通过广域网实现的局域网之间的互连 (L A N-W A N-L A N) 。 两个分布在不同地区的局域网通过广域网实现的互连。 网络互联不论是哪种类型的, 每个网络都是互连网络的一部分, 是一个子网。子网设备、子网操作系统、子网资源和子网服务将成为一个整体, 使互连网上的所有资源实现共享。 2网络互连的层次 根据OSI/RM参考模型的层次划分标准来划分网络互联的层次, 网络互联可以分为4个层次。与之划分对应的互连设备有中继器、网桥、路由器、网关和交换机。其中, 实现物理层的互连是中继器, 实现数据链路层的互连是网桥, 实现网络层的互连是路由器, 实现网络高层的互连是网关, 实现链路层或网络层的互连是交换机。 3网络连接设备 在连接计算机与计算机, 或是工作站与服务器的时候, 需要一些必须的连接介质之外, 还必须有一些中介连接设备。这些中介连接设备主要有以下几种类型。 (1) 网络物理层互连设备。 (1) 中继器。 为了在一定范围内保证数据传输的完整性, 不让信号变得越来越弱, 这个时候中继器的作用就显现出来了。中继器的作用就是把接收到的弱信号, 进行再生并放大并与原来的数据保持一样。但是, 中继器没有检测错误和纠正错误的功能, 如果数据是错误的, 经过中继器后还是错误。 (2) 集线器。 集线器与中继器的主要区别就在于集线器能够提供多端口服务, 也可以把集线器成为一种特殊的中继器。在网络传输介质间的中, 集线器作为央结点, 它克服了介质单一通道的缺陷。按结构的不同来划分集线器, 集线器可分为3种类型:交换式集线器、共享式集线器以及可堆叠共享式集线器。 第一种类型是交换式集线器。交换式集线器采用一个纯粹的交换系统来替代传统的共享介质中继网段。 第二种类型是共享式集线器。共享式集线器提供了所有连结点的站点间共享一个最大频宽。 第三种类型是堆叠共享式集线器。它是共享式集线器中的一种, 当它们级连在一起时, 可看作是网中的一个大集线器。 (2) 数据链路层互连设备。 (1) 网桥。 网桥是连接两个独立局域网的存储转发设备, 它可以连接体系结构相同或者相似的网络系统的连接, 是独立局域网之间连接的一个桥梁, 因此, 网桥也被称作桥接器。其主要作用就是:在地里范围上扩展其距离, 同时, 它也是扩展网络和通信的主要的手段。同时又能选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质, 并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。 根据网桥连接的覆盖范围的大小来划分, 网桥可分成两种类型, 一种类型是本地网桥, 另外一种类型是远程网桥。其中, 本地网桥是指在传输介质允许长度范围内互连网络的网桥;远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的远程桥, 通过远程桥互连的局域网将成为城域网或广域网。 (2) 交换机。 交换机在外观上很像集线器, 连接方式也相近, 所以又叫作交换式集线器。由于交换机技术的迅速的发展, 在功能上交换机也越来越强, 因此把交换机进行了分类, 比如, 有企业级、部门级、工作级到桌面级等等。 (3) 网络层互连设备。 逻辑网络就是指一个独立的网络或者是一个子网。而把逻辑上分开的网络进行连接使用的设备就是路由器。路由器从不关注网络使用的硬件设备, 只管接受信息, 不管是源站发送的, 或者是其他路由器发送到, 但是, 路由器要求使用与网络层协议必须相同的软件。另外, 路由器还具有识别网络地址和选择路径的功能。使用路由器可以使数据从一个子网传输到另外一个子网, 并且能在网络互联环境中建立起非常灵活的连接, 在连接不同子网的时候, 可以使用完全不同的数据分组和介质访问的方法来完成。 (4) 应用层互连设备。 在网络中, 网关设备主要用在连接类型不同, 同时协议差别又非常大的网络。其功能主要体现在OSI参考模型的最高层, 它将协议进行转换, 然后将数据重新分组, 目的是能在不同类型的网络系统中进行数据通信。目前, 网关已成为网络上每个用户都能访问大型主机的通用工具。 摘要：介绍了网络互联的定义和目的, 且根据覆盖范围的不同, 对网络联系进行了分类, 并对划分的类型进行了详细的介绍。然后, 根据OSI/RM参考模型的层次划分标准, 把网络互联可以分为四个层次, 并且对这四个层次都进行了简单的介绍, 同时, 还对相应的设备进行了简单的介绍, 最后对网络物理层互连设备中的两种设备中继器和集线器, 数据链路层互连设备中的两种设备网桥和交换机, 网络层互连设备以及应用层互连设备等进行了详细的介绍, 为了解网络互联技术提供了良好的基础。 关键词：定义,类型,层次,设备 参考文献 [1]李环.计算机网络技术及应用[M].北京:中国铁道出版社, 2012. [2]刘永华.计算机网络技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2009. 关键词：Lonworks 以太网 RTL8019as 80C51单片机 随着互联网的发展，在使用计算机进行互联的同时，各种智能家电、工业控制、智能仪器仪表、数据采集都在逐步趋向网络化。但由于以太网在实时性和可靠性的先天不足，各种现场总线技术应运而生；更因为其彻底的开放性、分散性和完全可互操作性等特点，正成为未来新型工业控制系统的发展方向。以太网以其应用的广泛性和技术的先进性，逐渐垄断了商用计算机的通信领域和过程控制领域的上层信息管理与通信。为实现上层管理网络与下层控制网络的集成，在实际中必须实现现场总线与以太网互联。 Lonworks现场总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络。Lonworks现场总线在网络通信方面具有突出优点，如网络物理层支持多种通信介质，支持多种网络拓扑结构等。目前使用Lonworks技术的产品广泛应用于工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。本文提出的适配器连接方案，能将LON控制网与以太网无缝连接，实现透明传输。 图1 互连适配器的电路框图 1 互连适配器硬件电路设计 适配器使用的主要芯片为神经元芯片TMPN3150、51单片机89C51RD和以太网控制器RTL8019as。主要分为Lonworks控制模块、协议转换模块和以太网通信模块。其中，协议转换由单片机内部软件完成。 1．1 Lonworks控制模块 Lonworks控制模块主要完成对LON网数据的管理并向单片机传输数据，其核心是神经元芯片。神经元芯片与其他设备的互连是通过其11个I／O口，编程人员可以定义多个引脚为输入／输出对象。用户程序可通过io＿in和io＿out（）访问这些I／O对象，并在程序执行期间完成输入／输出操作。本文设计的适配器采用Neuron芯片预定义的并行I／O对象，实现了高数据速率和全双工工作方式。 并行I／O对象利用Neuron的11个I／O口进行通信。其中IO0～IO7为双向数据线，IO8～IO10为控制信号线。借助令牌传递握手协议，并行I／O口可外接处理器，实现Neuron芯片与外接各类微处理器之间的双向数据通信。并行口的速率可达3．3Mbps，工作方式有三种，即主模式、从A模式和从B模式。不同的模式下，IO8～IO10这三根控制信号线的意义不同。本文应用从A模式?与单片机连接如表1所示。 表1 Neuron芯片与单片机的连接 从A模式中，Neuron芯片为从机，51单片机为主机。主机与从机间的.数据传输通过虚拟的写令牌传递协议（Virtual Write Token－Passing Protocol）实现。主机和从机交替地获得写令牌，只有拥有写令牌的一方可以写数据（不超过255字节），或者不写任何数据传送一个空令牌。传送的数据要遵从一定的格式，即在要传送的数据前面加上命令码和传送的数据长度。命令码有CMD＿XFER（写数据）、CMD＿NULL（传递空令牌）、CMD＿RESYNC（要求从机同步）、CMD＿ACKSYNC（确认同步）四种，最后以EOM字节结束。写数据和传递空令牌的格式分别如表2、表3所示。 表2 写数据的格式 表3 传递空令牌的格式 1．2 以太网通信模块 以太网通信模块由51单片机和RTL8019as组成。以太网控制器RTL8019as由台湾Realtek公司生产，100脚PQFP封装。它支持8／16位数据总线及16个I／O基地址选择，使用Ne2000兼容的寄存器结构。它有一块16K字节的RAM，地址为0x4000～0x7fff。实际上它是双端口RAM，可以同时被网卡读／写和用户读／写，相互之间不影响。网卡读写比用户读写的优先级高。RAM分页存储，每256字节称为一页。将前12页作为发送缓冲区（0x4000～0x4bff），后52页作为接收缓冲区（0x4c00～0x7fff）。 以太网的介质访问控制、CRC校验及数据帧的接收和发送都由网卡自动完成，只需将IP包加上目的MAC地址和源地址，再通过远端DMA接口对RTL8019as内部RAM进行读写即可。网卡的地址线共20根。用到的网卡地址为十六进制的0240H～025FH，基地址为0240H，从地址240H～25FH。地址线的A19～A5是固定的000000000010010，只需5根地址线即可。所以RTL8019as输入输出地址共32个，地址偏移量为00H～1FH（对应于240H～25FH）。对于8位操作方式，32个地址中只有18个有用：00H～0FH共16个寄存器地址，10H为DMA地址，1FH为复位地址。本适配器采用轮询方式，不使用中断。故RTL8019as与单片机的连接如表4所示。 表4 RTL8019as单片的连接 表5 单片机发往RTL8019as的数据格式 本适配器使用UDP传送数据，同时支持ICMP的回应应答和回应请求报文（Ping命令），单片机发往RTL8019as的数据帧格式如表5所示。 用单片机实现UDP协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在IP首部中不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“0”即可。 1．3 互连适配器的硬件电路设计 由于P89C51RD2只有四个8位I／O口，无法同时与RTL8019as 和TMPN3150通信，故使用P0口作为数据总线。P2．5作为片选信号，高电平为RTL8019as，低电平为TMPN3150。图1给出了互连适配器的电路框图。其中3150和RTL8019as复用同一条8位数据线，依靠P2．5进行片选。当P2．5高电平时，RTL8019as地址（1XXXXX）有效，被选中。Max232作为单片机的下载线，互联适配器也可使用RS232口与计算机通信。 图2 适配器工作流程图 2 互连适配器的软件设计 适配器的软件编写包括两部分：一部分是TMPN3150上用Neuron C语言编写；另一部分是在P89C51上用C51语言开发TCP／IP协议栈和与TMPN3150、RTL8019as的通信软件，可读性强，可方便地移植到其他51核心单片机上。 2．1 适配器的初始化 P89C51单片机和TMPN3150之间先建立握手信号，即HS信号有效（由TMPN3150的固件自动实现）；然后，主机发送一个CMD＿RESYNC命令，要求从机同步，而从机接收到这个信号后，则发送CMD＿ACKSYNC，表示已同步，可以通信了。RTL8019在通信前要先读取93C46的内容并设置内部寄存器的值（配置寄存器CONFIG1～4，网络节点地址），再由89C51对RTL8019的页0与页1相关寄存器进行初始化，即可正常工作。 2．2 适配器工作流程 考虑到LON网主要作为监控网络，特别在楼宇自动化中的监控，由LON网发往以太网的数据较多，应首先保证其优先权。且89C51RD只有1024字节的内存，无法处理大的以太网帧。经过实验比较，在最后具体实现时，选择LON最大为每帧64字节，尽量做到每收10个LON帧，发一个以太网帧，流程如图2所示。 (本网网收集整理) 2．3 服务器监控软件的设计 1行动导向教学法的含义 行动导向教学法源自于德国, 是德国实行双元制职业教育的成功案例, 指的是通过在实际的教学中营造一种工作氛围的方式, 在课程的教学中实施目标教学的方法, 在教学的过程中遵循以人为本、因材施教的原则, 在学生的水平存在明显差异的情况下采用分层教学的方式, 引导学生在学习的过程中做到心、手、脑并用, 做到教、学、做结合, 以此来增强学生的学习信心, 培养学生的学习兴趣、提高学生解决问题的能力、满足不同层次的学生的需求的一种教学手段[1]。 2行动导向教学法在《网络互连技术》课程教学中应用的重要性 第一, 顺应新课改的要求。新课程标准要求学校进行课程改革, 增强课堂中学生的主体地位, 强化教师的引导作用。行动导向教学法在《网络互连技术》课程教学中的应用在很大的程度上提升了学生在课堂上的主体地位, 满足了不同层次学生的学习需求, 因此行动导向法的应用在很大程度上顺应了新课改的发展要求。 第二, 提高学生的能力。行动导向教学法在平常的课堂中营造出一种工作的氛围, 根据不同学生的学习需求制定不同的教学方案, 在很大程度上激发了学生的自主学习的能力, 提高了学生解决实际的能力, 增强了学生应用信息技术的能力。 第三, 维持院校的可持续发展。行动导向法在顺应新课改的要求下提升了学生的实际能力, 提高了教学质量, 为院校赢得了一个很好的教学成绩和社会声誉, 有利于维护院校的可持续发展。 3行动导向教学法在《网络互连技术》课程教学中的应用策略 (一) 建设科学的教材 《网络互连技术》是计算机网络教学中的一种, 知识具有更新快的特点, 所以在实际应用行动导向教学法的时候, 首先要保证教材的更新。《网络互连技术》的教材大多是以思科的网络互连为主, 但是目前国内许多单位的网络建设采用的是华为等设备, 所以《网络互连技术》在教材中不仅要设置思科组网的解决方案, 同时还要设置一些华为组网技术的实际案例, 以增强教材和实际生活的联系, 从而提高学生解决实际问题的能力[2]。 (二) 建立真实的实验平台 传统的《网络互连技术》的教学模式就是课堂教学, 对于实际操作过程中的难点学生没有办法亲自体会, 也就难以理解, 同时这种传统的课堂枯燥乏味, 没有办法激发学生的学习积极性。所以行动导向教学法在《网络互连技术》课堂教学中的应用要打破传统的课堂教学模式, 对《网络互连技术》学习中相关的实验室进行重新的规划, 建设一个以真实的网络运行模式为基础的真实的实验平台, 根据学生的兴趣与能力, 将学生编入不同的功能区, 在提高学生学习积极性的同时, 提高学生解决实际网络问题的能力[3]。 (三) 完善课堂教学过程 在行动导向教学法中要充分体现学生的主体地位, 发挥教师的主导作用, 注重对学生解决实际问题能力的培养, 通过引导学生完成某一个任务入手, 引导学生进行学习, 可以保证在提高学生实际能力的同时完成教学任务。因此《网络互连技术》的课堂教学可以遵循这样的过程:任务展示、完成任务演示、布置学生的实践任务、对学生完成任务的情况进行测试和验收、总结任务。在这个过程中, 以真实的网络工程为背景, 建立课堂教学的实训环境, 让学生深入其中, 理解自己完成任务需要掌握的知识, 明白自己在完成任务的过程中出现的问题并提出相应的解决措施。从演示到实际操作, 也就完成了知识从理论到实践的转化, 实现了课堂目的, 提高了课堂效率。 (四) 科学合理的评价体系的建立 在建立评价体系的过程中要遵循三个原则, 一是理论与实践相结合的原则, 也就是在评价的过程中既要有理论知识的测评, 也要有实际能力的测评;二是结果与过程相结合的原则, 也就是在评价的过程中既要重视学习结果的评价, 也要注重在学习过程中的表现;三是自评与互评相结合的原则, 也就是在评价的同时要注重学生的自我评价, 同时也要注重别人对学生的评价。 4结语 行动导向教学法在《网络互连技术》课堂教学中的应用要从教材设计、课堂设计和评价体系建立三个方面来进行, 能够有效的提高课堂效率, 激发学生的学习兴趣, 提升学生解决实际问题能力。 摘要：行动导向教学法是随着新课标的实施, 在教育工作者对课程模式的探讨下出现的一种新的教学方法。行动导向教学法的原则是:以活动为导向, 以能力为本位, 它充分体现了学生的自主学习能力, 提高了学生解决问题的能力, 提高了学生信息技术的应用水平。本文结合《网络互连技术》的课程教学探讨了行为导向教学法在《网络互联技术》课程教学中应用的重要性和应用策略。 关键词：行动导向教学法,《网络互联技术》,重要性,策略 参考文献 [1]苏咏梅, 王振宇.电工电子专业课实施行动导向教学的实践研究[J].教育与职业, 2010, (5) :135-137. [2]张照枫, 赵尔丹.以行动导向教学法开展高职专业课教学的实践研究[J].青年文学家, 2011, (8) :51, 53. 关键词：吉林电台,录音棚,网络互连,网络存储 “吉林电台录音棚的网络互连和网络存储改造工程”项目属于网络存储技术、存储网络化管理技术、分布式文件系统和网格计算技术领域。该项目将音频工作站、模拟数控调音台、环绕声混响效果器、NAS网络存储通过网络连接实现了录音工程的参数自动化控制及工程文件、音频资料的网络存储和远程调用。该项目的主要特点有:实现“自动混音”功能, 不受同时手动调整音频参数的数量限制, 提升录音工程的参数控制准确性;解决了工作站本地存储及移动存储设备空间紧张的难题, 降低了存储成本, 提升了重要资料存储的安全性;通过WEB界面管理, 简单易用;共享方便, 可通过不同操作系统服务器/pc机同时提供存储容量。此方案大幅提升了录音工程的可操作性和音频数据存储的安全性。 随着网络通讯技术的发展, 音频设备可以通过网络连接进行互联互通, 同时, 网络存储技术在我台录音棚的应用, 使音频工程师在任何时间、任何地点, 通过任意可连网的音频工作站连接到云端进行方便的存取数据、调用音频素材, 重要的是, 外出录音时还可以在线上传工程文件进行重要资料的远程备份。 为了实现录音棚音频设备之间的网络互连, 将工作站上运行的音频软件Pro tools通过ip协议和hui协议与Solid State Logic matrix调音台进行网络连接, 在工作站上安装的matrix Java软件可以让任何外部设备编组插入到控台的任意一路, 在音频软件pro tools里可以以插件形式控制外部硬件设备, 进行音频的前期录音和后期制作。Solid State Logic matrix调音台可以和工作站的Pro tools软件效果器参数进行实时联动, 对调音台进行精准细致的参数控制。所谓“自动混音”是将旁白、音乐、音效等多种音源和参数的混合处理过程。自动混音即Automation, 对于工作站的效果器参数设定变化的记录及播放。现有的一些器材具有自动功能, 它可以使精细的混音操作变得十分方便。虽然, 一些保守的混音师无视这些有利条件, 坚决抵抗自动混音功能, 个别人认为这些自动的操作会破坏他们充沛的创作灵感。在多轨录音和混音工程中, 音频工程师的双手不可能同时控制那么多需要进行混音调整的轨道旋钮和推子, 如果有了自动混音功能的实现, 就可以分期将各音轨的混音动作记录下来, 最后一起播放, 甚至还能进行自动混音的编辑修整, 让音频工程师的混音更加精确。例如:在同一轨前后录进了旋律吉他和节奏吉他, 就可以利用自动混音功能, 在节奏吉他时记录温和的吉他多重效果, 而到旋律吉他时, 可以切换到强劲的失真效果。音频工程师有效的利用自动混音功能, 可以记录同一轨中不同的效果器变化。因此, 就可以方便的反复使用内建效果器。 NAS (Network Attached Storage :网络附属存储) 技术现在已经非常成熟, 它是一种专用数据存储服务器, 也可称之为“网络存储器”。数据备份系统使用NAS (Network Attached Storage) 网络附属存储, 通过双绞线通道连接到一群服务器上, 基于NAS架构的存储、备份系统, 可实现服务器和存储系统之间的任意连接, 通过一个安全、高速的网络将多个存储系统和服务器连接起来, 从而形成了以数据而不是以服务器为中心的网络。在Unix/Windows NT局域网内的多台工作站可以通过网络支持协议 (如NFS、CIFS、FTP、HTTP等) 进入相同的文档。经过OSI三层网络的部署, NAS可以在MAC osx中自动识别或作为磁盘映射成为一个音频的中央储备设备。也就是可以作为一个私人的在线云盘。NAS兼容性对于在混音工程上联合工作的音频工程师是非常重要的特性, 在我台的大型音乐录音厅和中小型录音棚, protools录音工程可以上传到一个带有网络连接的中央储存设备里, 音频工程师可以通过自己的工作站连接到同一个网络一起工作, 时间缓冲区的功能时与NAS功能相联系的, 例如音频工程师可以通过wifi从工作站的time capsule加载了一个36 轨的工程文件, 一旦所有的数据被缓冲到内存后, 工程运行起来非常顺畅。 “吉林电台录音棚的网络互连和网络存储改造工程”项目从实施到应用已过去半年, 目前运行情况良好, 得到使用者的一致好评。 光互连根据传输介质的不同可以分为两类:波导光互连与自由空间光互连。 1.1 波导光互连的原理 携带数据的光由二极管激光器发射出来, 进入光束传输介质集成光波导中, 由于光波导的外层折射率大于芯层折射率, 此时光的入射角恰好满足全反射的条件, 光束发生全反射从而沿着光波导进行传播直到被另一端的光探测器接收到, 这样就实现了光互连的效果。 1.2 自由空间光互连的原理 在数据发送端有发射端调制光发送器负责发送携带数据信号的光束, 当光束通过光学器件时, 在光学器件的影响下光束发生转折或传输受控后到达数据的接收端, 接收端的光探测器将接收到的携带数据的光信号转换成为电信号, 并进行处理, 构成各种拓扑结构的互联方式, 从而实现光的宽频带和独立传播无干扰的特性, 使得数据的传输速率、互连度及互连密度大大的提高, 实现三维空间的光通信。 1.3 WDM技术的原理 上面介绍了光互连的原理, 但是要想将其应用于网络中使其发挥其优点还需借助一种技术——波分复用技术, 即WDM技术。光分复用技术是使用光纤将光进行光频分复用。在光的传输系统的发送端采用复用器将不同波长的光信号组合起来并将信号合并于一根光纤中进行传播, 接收端接收光后使用解复用器将不同波长的光信号分离出来并将其分别处理, 实现网络的光交换和恢复。 2. 高性能计算机光互连网络体系结构 虽然光互换技术等的发展迅速, 但是由于高性能计算机系统的高要求, 基于光互连网络的体系结构等的技术研究的需求仍十分迫切。高性能计算机光互连网络体系结构是指目前光互连交换网络中的关键部分, 包括:可扩展的互连网络的拓扑结构、报文缓存、路由策略、仲裁策略、聚合通信机制等等。下面以基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系结构为例, 依次对这几个方面进行分析。 2.1 基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的拓扑结构 在高性能计算机的系统结构中, 其互联网络一般采用的是层次式的互连性拓扑结构, 如胖树结构, 以其为例。该系统一共有64个计算结点, 各个结点内有4—32个SMP, 其中16个SMP构成一个SMP簇, 每个SMP簇是按胖树结构来构成系统内部的互连网络的。结点间的互连链路从叶结点开始向根节点延伸的过程中逐渐增多, 就连向根部伸展的枝杈也不断变粗。SMP簇中的16个SMP可以直接的传递信息和数据, 不同的SMP簇之间的信息和数据的传递是通过叶结点和中心交换结点来完成的。因此, 胖树结构具有许多的优点:低延迟、可扩展连接、高宽带等, 但是目前的互联网的性能有限, 想在高性能计算机内全采用胖树结构而使其发挥优势仍然是个难题。 2.2 基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的路由策略 该体系的路由交换结点是根据波长分离器进行设计的。波长分离器可以综合空分和波长光的路由, 因此具有波长路由的选择功能, 是该系统的核心器件。波长分离器可看成是具有多个可输入输出的2×2光交换设备。通过波长分离器可使特定波长聚集进入上层的路由节点中, 其他波长不能进入只能留在原来那一层内。这样就实现了不同波长的光的分离的目的。其优点是在同层次上可以实现波长的重复使用, 大幅度减少了整个系统所需的波长信道的数量。 2.3 基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的通信机制 互联网的处理器间的通信分为:超叶结点的内部通信和超叶结点之间的通信, 其中内部通信是由基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的拓扑结构以及通信的机制来决定的, 而结点之间的通信是由光互连网络的特定波长信道实现通信的。其通信机制大致为:每两个超叶结点之间的通信需要其互为兄弟结点才能够实现, 即第一层子树的结点只能和一层次子树的结点进行通信。 2.4 基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的报文缓存和仲裁策略 基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的仲裁策略是由Hybrid MAC协议来实现仲裁访问的。Hybrid MAC协议有两种形式:A类是控制报文, 只有几十个字节的报文, 数据很少, 一般是存储器一致性控制报文, 用于预约访问控制和一些延迟要求高的小信息;B类是数据报文, 数据很多, 如存储数据块报文, 它比A类大几个数量级, 可达到几万字节, 因此可用于传输大尺寸的报文。Hybrid MAC协议对这两种类型的报文都支持。Hybrid MAC协议采用的策略是包括基于预分配和预约的混合策略, 因此可实现低延迟和没有冲突的通信。仲裁过程的实现是这样的:在每个通道上, 预约控制报文 (RCP) 与存储数据块报文 (MDP) 是共同传输的。其中RCP以广播方式进行传输, 其每个预约项都明确的标明了这次通信的波长通道、报文大小以及目的结点, 而且控制报文传输周期的发送。存储数据块报文是在数据报文的传输周期的内分槽发送的, 其中各个槽最多可同时在C个波长信道上进行数据的发送。在此期间, 只要求数据报文在传输周期内发送完即可, 其存储的数据块长度可以发生改变。每个结点都存在一个光接收器阵列, 该阵列可接受几乎所有波长的信号, 因此MDP可在任何可以使用的波长信道上进行传播。在结点发送RCP前必须等待预约周期的到来, 预约周期中, 在信道上结点会广播自己的预约的消息, 接着数据报文的传输周期内就可以传输存储数据块地报文了。因此基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系具有明显的双模态特性。 3. 基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的性能分析 首先, 胖树拓扑结构的采用以及光互连代替电互连链路, 使得有足够的点到达点链路带宽, 可以充分的发挥出胖树拓扑结构的优点;层次式结构可以在不增加整个系统的波长信道的总数的前提下也可获得优良的可扩展的性能;底层超叶结点的设计可以大幅度的节省信息的传递时间, 减轻了网络的负担。 其次, 互联网的延迟性能良好。波长分离器的特殊设计以及波长路由的寻址实现使得数据传输的速率可视为光速, 因而延迟性能良好。 再次, 采用空分复用技术和波分复用技术增强了整个系统的可扩展性。波长分离器允许同一层次的波长通道的重复使用, 因而大幅度的减少了整个系统所需的波长信道的数量, 因而系统的可扩展性增强了。 最后, 双模态特性不必采用可调光收发器, 也不浪费专用的控制信道, 从而实现了低延迟和没有冲突的处理器之间的通信。 摘要：互联网带动了所有行业、所有科学的飞速发展, 然而由于各种科学的发展需要功能更强大的网络, 很多时候需要高性能的计算机才能进行数据的处理和研究。因此将传统的电互连改进为光互连以带动互联网的发展成为目前的研究热点。本文先是介绍了光互连的分类和原理、波分复用技术的原理, 为下文的内容做铺垫, 然后就高性能计算机光互连网络体系结构进行详细的阐述, 最后对基于波长分离器的高性能计算机光互连网络体系的性能进行分析。 关键词：高性能计算机,光互连网络,结构分析 参考文献 [1]王景存, 王沁, 张晓彤.高性能光互连机群网络接口卡的设计与实现[J].计算机工程, 2006, (06) . [2]齐星云, 陈永然, 窦文华.基于SOA光开关的高性能计算机全光互连网络[J].华中科技大学学报, 2007, (03) . [3]齐星云, 窦强, 陈永然.BOIN:一种新型无缓存高性能计算机光互连网络[J].电子学报, 2008, (11) . [4]花嵘, 傅游, 卫文学.光互连技术的发展与现状[J].山东科技大学学报, 2002, (12) . 网络互连保证了网络通道的正常访问, 信息化资源的共享建设保证了网络资源的丰富多彩, 两者在网络建设中缺一不可。该文从广西中医药大学校园网建设的实际情况出发, 针对目前多校区的网络互连方式和信息化资源共享问题进行了探讨与研究。 1 现状与问题 1.1 现状 广西中医药大学现有教学校区2个, 附属中学1个, 直属医院2个, 附属医院8个, 制药厂1个, 各校区与附属单位均有自己的公共网络出口。学校非常重视计算机网络信息化的发展, 各教学校区与附属单位的网络建设如今已初具规模, 保证了各部门网络通道的畅通, 能够顺利访问公共网络的各种优秀资源, 对于各部门的信息化发展均发挥了有效的作用。 计算机网络资源共享的技术如今已非常成熟, 如WEB技术、FTP技术、即时通讯、流媒体技术等等, 我校也充分地利用了这些先进的技术建设了一些颇有成效的信息资源系统, 而且也取得了良好的效果。学校以教学校区为主, 和各信息化建设公司合作建设了校园信息化平台, 如今已建成了多个信息管理系统。现已全面展开使用的有教务管理系统、邮件系统、FTP平台、财务系统、公文系统、校园主页、精品课程等以及围绕教学和办公建立的多个内网信息化管理平台。 1.2 问题 1) 多校区与附属单位网络未互连:在网络建设的过程中, 由于各附属单位与教学校区的网络建设的时间段不一致和其它一些原因, 各区域的网络建设并没有整体宏观的全面规划, 未做到互连统一, 以至于如今的各个校区与附属单位网络均各自为政, 未有效连接成为一个整体, 许多内部的优秀资源未能共享, 如公文系统仅能在教学区收发公文, 在各直属医院不能直接收取, 此外, 在各校区与附属单位中, 仅有一个教学校区接入了教育网, 教育网的优秀资源在其它区域未能共享。此种种现象都是因为未实现多校区互连导致的问题, 此外有部分教师并不在学校住宿, 使用的是其它公共网络, 无法连接到校园网中获取内网资源, 尤其是我校一些精密的医学仪器设备, 这些设备自身已提供了网络接口, 目前只能供内网用户使用, 但是却无法通过网络让更多的用户来使用, 利用率相对低下。 2) 资源共享对服务器的需求数量上升:根据《教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见》 (教高[2011]8号) 精神, 为持续推进国家精品开放课程的内涵建设和深入发展, 我校正在筹备建设一批中医药精品视频公开课, 以弘扬中医药发展, 提高我校信息化建设水平。视频课程资源都需要以WEB的方式公开访问, 需要WEB服务器和流媒体服务器, 虽然多个公开课可以共享一台服务器, 但这样会带来安全隐患和维护的难度, 一个资源受到安全威胁, 其它资源也会受影响, 服务器维护难度也会增大, 不利于资源迁移。学校现有服务器数量有限, 不能为各个公开课提供单个服务器的需求。 3) 视频资源对硬盘空间需求急剧上升:视频资源是WEB方式中占用硬盘空间的巨头, 虽然目前硬盘的空间越做越大, 有些单块硬盘空间已达到1TB或2TB, 但是在单个服务器硬盘空间不够的情况下如何对硬盘容量进行扩充是一个值得研究的问题。 2 解决方案 2.1 网络互连方案 资源共享的根本是各异地网络需互连互通, 异地网络互连有两种方式, 专线连接和VPN连接。专线连接可以自行铺设光缆或租用现有ISP线路, 如果两区域距离较短, 可自行铺设光缆节省费用, 如果距离较长, 则自行铺设光缆成本太高, 可以租用现有ISP线路, 需承担租赁费用, 同时需要在线路两端配置转发路由。使用专线连接适合多个区域实现长久的、稳定的网络互连, 相应的费用也颇高。 VPN即虚拟专用网络 (Virtual Private Network) , 其功能是在公用网络上建立专用网络, 进行加密通讯[1]。有了数据加密, 就可以认为数据是在一条专用的数据链路上进行安全传输, 就如同专门架设了一个专用网络一样, 但实际上VPN使用的是互联网上的公用链路, 因此VPN称为虚拟专用网络, 其实质上就是利用加密技术在公网上封装出一个数据通讯隧道。有了VPN技术, 用户无论身处哪个角落, 只要能上互联网就能利用VPN访问内网资源。VPN相当于是在异地网络之间利用公共网络临时创建一个安全通道实现互连, 可以随时建立与撤销, 其网络速度取决于公网速度, 稳定性取决于接入的公共网络环境, 适合于少量用户与内网连接。 由上分析可知, 我校多个校区与附属单位之间是需要建立长久的、稳定的网络连接, 因此可采用专线连接方式实现, 同时也需要建立VPN服务, 对居住在外或出差在外的教师提供校园内网连接服务, 同时VPN的建立对于专线连接实现了冗余备份, 在专线连接出现故障的情况下也可以使用VPN方式建立临时通道, 以保证重要资源的共享, 尤其是可供共享的医学实验设备, 意义重大。 2.2 服务器虚拟化技术 服务器虚拟化技术是在同一台服务器上运行多个独立的虚拟操作系统, 多个操作系统之间共享服务器物理资源 (CPU内存、硬盘等) , 物理资源根据各个虚拟操作系统的实时负载情况动态分配和回收, 此种方式不但可以通过控制在服务器上的虚拟操作系统的数量有效利用服务器的物理资源, 而且可以通过对服务器物理资源的升级, 提高服务器的使用强度和降低硬件采购和维护的费用[2,3,4]。 虚拟机软件是实现服务器虚拟化的主要方式, 利用虚拟机软件可以在一台服务器上运行多台虚拟的操作系统, 这些虚拟的操作系统之间独立运行, 互不干涉, 对使用者而言, 其使用过程中和使用独立操作系统有任何区别, 而且各虚拟操作系统之间还可以实现硬件资源的负载平衡, 提高资源可用性, 。目前主流的服务器虚拟化软件有VMware的v Sphere、v Center和微软的hyper-V等。 由上可知, 在服务器硬件资源足够用的情况下, 可以利用服务器虚拟化技术来提高服务器的数量, 增强各WEB网站的独立性和安全性, 同时也能提高服务器的硬件资源利用率, 此外服务器虚拟化技术使得如今正在兴盛的云操作系统成为可能, 对未来云技术有着巨大的影响。目前我校数据中心如今采用了VMware的v Sphere产品实现了单服务器多虚拟化, 基本上可以应对服务器的需求, 提高了服务器的利用率。 2.3 虚拟存储 扩大硬盘空间有两种方式, 扩大物理硬盘容量和使用虚拟存储技术[5]。扩大物理硬盘容量可以更换大容量的硬盘或者在服务器存在多的硬盘接口的条件下添加新的硬盘, 此种方式最直接, 只是不经济, 而且没有利用到其它服务器的空闲硬盘。虚拟存储技术是将服务器的空闲硬盘在逻辑上划分给其它服务器, 利用这种技术可以将多个服务器的空闲分区综合运用, 达到资源的最优配置。 在当前的资源共享方式中最多的是WEB与FTP方式, 另外有数据库存储, 各种方式都可以有效使用虚拟存储技术来扩充存储容量。具体使用方法是将空闲硬盘空间共享, 就像普通的网上邻居共享的方式一样, 但是一定要正确配置网络的安全访问权限。不同的是WEB与FTP方式中的虚拟路径一般是指向本地硬盘, 利用虚拟存储时则一定要指向共享的网络路径, 数据库存储方式则可以在空闲分区中建立相应的数据库文件, 然后直接利用数据库的分布式网络访问能力直接按需访问数据库文件即可达到扩容的目的。目前在我校数据中心已使用该技术, 扩充了存储空间, 有效利用了空闲硬盘空间。 3 总结 多校区的网络互连可以采取专线直连和VPN的方式互连, 该文仔细分析了以上两种方式的优劣, 在多校区网络互连的基础上, 研究了网络资源共享过程中如何提高使用服务器和硬盘空间的资源, 提高了多校区资源的利用率, 有一定的参考价值。 参考文献 [1]董学森.多校区校园网络的资源共享与管理[J].电脑知识与技术, 2006 (1) :200-202. [2]徐琦.服务器虚拟化技术在高校校园网中的应用[J].中国教育信息化, 2013 (2) :66-68. [3]汤小康.服务器虚拟化技术在校园网中的应用[J].计算机时代, 2009 (2) :14-15. [4]王申申, 刘斌.虚拟化技术在校园网中的应用[J].信息技术, 2010 (6) :247-248. 1. MPEG-4编码技术的特点 MPEG-4是新一代交互式多媒体数据压缩国际标准, 它除了包括压缩本身的一些工具、算法外, 更集近年来图像和声音分析与合成、视频和音频压缩、计算机视觉和听觉、计算机图形、虚拟现实、信号处理等领域的最新研究成果之大成。在推出"视听对象"概念的基础上提出了基于内容的视听对象的编码方法。MPEG-4通过帧重建技术压缩和传输数据, 能够利用很窄的带宽, 以最少的数据获得最佳的图像质量。在开发低码率编码标准的同时, 它将重点放在人们更感兴趣的音视频具体对象的交互性、灵活性和可操作性上, 它是第一个使用户由被动变为主动、允许用户在接收端对图像和声音进行操作和交互式访问的编码标准。为了达到广泛应用的目标, MPEG-4支持各种扫描标准和图像格式。支持各种带宽应用 (典型码率为5KbPs-10MbPs) , 它将音视频信息的应用由播放型转向基于内容的访问和操作型, 使电视由"线性"向"非线性"化方向发展, 必将成为第一个将广电、通信、计算机三大信息产业相互融合的压缩编码标准。 MPEG-4标准以高效率地编码、存储、传输和组合视听对象为基本内容。它把一个视听景象定义成一系列可再现的"视听对象", 它们可以是视频对象, 也可以是音频对象;可以是摄像机拍摄的自然视频对象 (从自然图像和视频中分割出来的某一视频区域) 和话筒拾取的自然音频对象 (发声体发出的声音) , 也可以是人工合成的合成视频对象 (如图形、文本) 和合成音频对象 (如人工模拟声) ;可以是二维平面对象, 也可以是三维空间对象;可以是静止对象, 也可以是运动对象。 2. MPEG-4编码格式实现非线性制播网络与Internet等数据通信网络的互连 由于MPEG-4具有上述特点, 以其为压缩编码格式的音视频数据将会在Internet等宽带网络中以高品质传输, 保证了台内制播网与Internet等数据通信网的互连。很好地实现了电视节目的网上播放和用户的交互式操作。 高效的压缩方式, 适应于Internet等宽带网络传输的要求。目前, 各种数据通信网络的带宽不一, 但一个共同的特点就是相对于大流量的音视频数据, 带宽较窄。而MPEG-4正是为了低码率的应用而制订的压缩编码标准。MPEG-4具有出色的压缩效率。它基于对象进行形状分割, 把描述运动或变化的区域进一步缩小, 而把空间和时间上处理的冗余范围进一步扩大, 编码时只针对有用的信息而去除冗余, 所以, 显著地提高了压缩效率。它把人工合成信息数据算作一种新的数据类型, 支持对人工合成音视频对象数据与自然音视频对象数据的混合编码, 即合成与自然混合编码 (SNHC) 。对于三维场景的压缩, MPEG-4通过考虑三维虚拟环境中对象的几何形状和视点位置, 只编码和解码最可见信息, 使传输的信息大大减少。 优异的编码特性, 增强了Internet等网络对服务质量 (QOS的支持为了在网上传输音视频数据, 一般都要求网络对服务质量 (QOS) 有一定程度的支持, 要求对网络带宽、吞吐量、传输延时、延时抖动、误码率等QOS参数有相应的保证。而Internet等网络在传输音视频等连续媒体数据时, 对QOS的支持一般都较弱。 MPEG-4通过DMIF建立起具有特殊服务质量 (QOS) 的信道和面向每个基本流的带宽。它能够在时域、空域及时空域对音视频对象进行可分级编码, 在视频对象的可分级编码过程中, 基本层仅支持基本的图像质量, 更高一些的图像质量由一个或多个增强层提供 (利用某些工具对视频信号用MPEG-4进行编码可以达到MPEG-1甚至MPEG-2的质量) , 当视频数据在网络中传输时, 如果网络拥挤, 可以只传输和解码基本层或部分增强层。所以, 编码端做且只做一次高质量编码。不管信道和接受条件如何, 在实际传输和解码时都可根据网络容量和拥堵情况自动调整或根据终端处理能力及显示分辨能力由用户自行选择服务质量。由于采用了基于对象的编码技术, MPEG-4可根据对象性质选择合适的码率, 对景象中的不同对象使用其合适的、专用的基于对象的运动预测"工具"进行单独编码, 对于重要对象 (如画面主体) 采用高分辨率 (高空间分辨率、高时间分辨率或高时空分辨率) 和高图像质量编码, 并分配给较多的带宽。而对非重要背景则采用低分辨率和低图像质量编码, 只分配给较少的带宽。当网络拥挤时, 网络路由器、集线器可以有选择地抛弃视频流中不太重要的数据包, 只传输那些重要对象。这种智能化的带宽分配和动态的QOS参数调整措施, 解决了网络拥挤时数据无法传输、用户无法访问的问题 (至少可以只访问某些重要的对象或以较低的质量进行访问) 。 3. 非线性制播网络与Internet等数据通信网络互连, 以实现网上音视频播放操作 目前在Internet上进行网上音视频播放的方式主要有: (1) 实时播放。这是一种在一定范围内进行网上直播的音视频播放方式。它是将节目内容经过压缩编码形成音视频数据包, 通过媒体服务器将数据包的单独一个拷贝发布给网上的所有用户, 供人们在网上收看的一种最简单的同步播放方式。即现在播什么, 网上就放什么, 用户就得收看什么。是一种用户被动地接收数据流的实时播放形式, 它的特点是对播出的节目不加任何保存功能, 与电视完全相同。看过一次也就没有了。这种实时播放虽然画面较小但图像还是能看清的, 声音是完全没有问题的。 (2) 视频点播。这是一种将精品专栏节目进行压缩编码后存放在媒体服务器上, 供人们根据自己的需要或兴趣可反复地和有选择地在网上进行点播浏览而不受播出时间限制的播放方式。这种点播形式大都采用流媒体技术, 用户需要在自己的终端上加装流媒体播放软件。当然这样的点播目前在internet上尚不能做到互动。 MPEG-4压缩编码方式以其较高的编码效率、智能化的带宽分配和动态的QOS参数调整等特性以及对重要的对象进行重点错误保护等有效措施, 在获得较好声像质量的同时大大地降低了传输码率, 既保证良好的服务质量 (QOS) 又有效地节省了带宽, 从而, 使经其编码的数据能够较好地适应Internet等窄带网络的高品质传输。MPEG-4格式数据以其具有的流式特性和对象级交互性。使用户能以丰富的互动形式对广播电视节目内容进行播放和操作, 带给用户从未有过的更多的多媒体体验。MPEG-4将极大地促进电视由"线性"向"非线性"化发展成为电视台非线性制播网络与Internet等数据通信网络进行互连的首选压缩编码格式。它也必将在广电、通信、计算机三大信息产业相互融合的过程中发挥出历史性的作用。 参考文献 [1].《计算机网络》 (第四版) AndrewS.Tanenbaum清华大学出版社ISBN7302089779 [2].《数据压缩技术在计算机通信中的应用》秦旭《电子技术应用》 [3].《非线性编辑系统数据压缩格式比较》梁建华, 蒋伟平《广播与电视技术》2001刍议网络互连技术 篇4
计算机网络互连技术 篇5
摘要：以51单片机为核心连接LON现场控制网络与以太网互连适配器的设计方案，描述了神经元芯片使用并行I／O模式与51单片机通信的方法，介绍了51单片机控制以太网控制芯片8019as的方法。并采用C51语言实现UDP传输，完成了系统的调试与验证。计算机网络互连技术 篇6
计算机网络互连技术 篇7
计算机网络互连技术 篇8
计算机网络互连技术 篇9
计算机网络互连技术 篇10