天使恶魔之心折纸教程:何为大型机、中型机、小型机

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/04/28 22:25:00
何为大型机、中型机、小型机

大型机(Mainframe)

  大型机(mainframe)这个词,最初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计算机系统,以用来同小一些的迷你机和微型机有所区别。虽然这个词已经通过不同方式被使用了很多年,大多数时候它却是指system/360 开始的一系列的IBM计算机。这个词也可以用来指由其他厂商,如Amdahl, Hitachi Data Systems (HDS) 制造的兼容的系统。

  有些人用这个词来指IBM的AS/400 或者iSeries 系统,这种用法是不恰当的;因为即使IBM自己也只把这些系列的机器看作中等型号的服务器,而不是大型机。

  什么是I/O通道(Channel)

  一条大型机通道(channel)某种程度上类似于PCI 总线(bus),它能将一个或多个控制器连接起来,而这些控制器又控制着一个或更多的设备(磁盘驱动器、终端、LAN端口,等等。)大型机通道和PCI总线之间的一个主要区别是大型机通道通过几对大的bus and tag 电缆(并行通道方式),或者通过最近常使用的ESCON(Enterprise System Connection)光导纤维电缆(串行通道方式)以及光纤通道来连接控制器。这些通道在早期是一些外置的盒子(每个约6‘X30‘‘X5‘H大小),现在都已经整合到了系统框架内。

  这些通道的超强I/O处理能力是大型机系统功能如此强大的原因之一

什么是DASD

  DASD 是 Direct Access Storage Device(直接存取存储设备)的缩写;IBM创造这个词来指那些可以直接(并随意)设定地址的存储系统,也就是今天我们所说的磁盘驱动器。但在过去,这个词也指磁鼓(drums)和数据单元(datacell)等等。什么是数据单元? 嗯,在磁盘驱动器变得廉价、快速并普遍使用前,IBM曾经制造过一种设备,基本上就是由一个磁鼓和绕在磁鼓上的许多磁条(单元)中的一个组成,然后读写的资料就被纪录在卷动的磁条的磁道上。这种存取数据的方法和磁盘很类似,但当(磁鼓)搜寻资料的时候需要更换磁带的话,所需的时间显然就得按秒来计算。数据单元设备还有个调皮的习惯,它喜欢在卸下一个单元到存储槽的时候卷成一块,这有时会造成介质的物理损坏。可见,在取得目前的技术进步前,我们已经走了很长一段路了。

  什么是LPAR

  一个LPAR(逻辑分区 logic partition)是一种通过PR/SM(Processor Resource/System Manager, 一种最近的大型机都具有的固件fireware特性)来实施的虚拟机。在每个分区上,可以运行一个单独的镜像系统,并提供完全的软件隔离。这和UNIX操作系统上的domains 原理很相似,但IBM的方法更加细致,它允许所有的CPU和I/O子系统可以在逻辑分区间被共享。PR/SM允许在单个系统上运行15个LPAR,每个(LPAR)拥有专有真实存储(dedicated real storage RAM)并且拥有专有或共享的CPU和通道。因为对性能影响最为重要的部分都是在CPU里完成的,所以(这样做)没有多少性能的损失。IBM已经宣称它准备在不久的将来把最高可支持的LPAR数目扩展到超过15个。
 大型机系统得以长盛不衰的主要原因(特点)是:RAS,I/O处理能力以及ISA。 RAS 

  RAS(Reliability, Availability, Serviceability 高可靠性、高可用性、高服务性)是一个IBM常用来描绘它的大型机的词。到70年代早期为止,IBM已经认识到商业用途系统市场远比科研计算机系统市场有利可图。他们也知道IBM商用系统的一个重要的卖点就是高可靠性。如果他们的商业客户准备采用IBM计算机来开展极其重要的商业业务,客户就得确认他们可以在任何时间都可以正常使用(IBM的机器)。所以,最近30多年来,IBM致力于使每一个新系列的系统比前一代更加可靠。这就导致了今天的系统变得如此可靠,以至于几乎没听说过有任何因为硬件问题导致的系统灾难。这些大型机系统内集成了相当高程度的冗余和错误检查(技术),这样就能防止系统发生灾难性的问题。每个CPU die装有2个完全的执行管道(execution pipelines)来同时执行每一条指令。如果这两条管道得出的结果不相同,CPU的状态就会复原,然后这条指令被重新执行。如果重新执行后结果还是不一致,最初的CPU状态就被记录下来,然后一个空闲的CPU被激活并装入存储的状态数据。这颗CPU继续做最初那颗CPU的工作。记忆芯片、内存总线、I/O通道、电源等等,都要么有冗余的设计,或者有相应的备用品并可以随时投入使用。这些(设备的)小错误可能会导致性能的一些小损失,但他们决不会导致系统中任何任务的失败。

  当很罕见地出现错误的时候,高服务性就用得上了。许多组件都可以在系统运行的同时被更换(热插拔);甚至微码(microcode)的升级也可以在系统运行的同时进行。对于那些不能被同时更换的部件,如CPU,备用品的存在就保证了能够客户方便的时候安排系统停机。

  除了系统设计中的固有可靠性,IBM也创立了一个紧密联结的集群技术,叫做Parallel Sysplex,这项技术支持由最多32个系统作为一个系统镜像运行。在一个合理部署的Parallel Sysplex系统上,即使一个独立系统遭受了毁灭性损失,整个系统也不会受太大影响,而且不会导致任何工作的损失。任何在那台遭受损失的系统的上进行的工作,都可以自动地在剩下的系统上重新开始。另一个Parallel Sysplex的优势是一台(或多台)系统可以从整个系统中移出以进行硬件或软件的维护工作(例如在非工作时间),而其余的单独系统可以继续处理工作。当维护工作完成后,系统又回归加入Sysplex系统中继续工作。充分利用这一特点就可以升级整个Sysplex系统软件(一次一个单独的系统),而不会导致任何应用程序的暂停使用。

  正因为拥有所有这些功能,真正100%的系统可用性是非常实用的,并且已经在许多地方开始实施。

I/O 吞吐量(I/O Throughput)

  这些通道实际上就是I/O处理器,他们执行通道程序。这些程序包含了成串的I/O指令,其中就包含有最原始的分流功能。这些通道极大地降低了CPU在I/O操作中的工作量,使得CPU可以更加高效地工作。每一个通道都能同时处理许多I/O操作和控制上千个设备。

  在360和370系列构架上,操作系统会创建一个通道程序并在一个已连接到所需设备的通道上执行这个程序。如果这个通道或控制单元十分忙碌,起始I/O指令就会失败,然后操作系统就会尝试在另一个已连接到不同控制单元的通道上重新开始通道程序。如果所有的道路都是繁忙的,操作系统就会把这个请求列入队列留在以后再试。XA系列里面出现的一个显著的改进就是创立了通道子系统的概念,这个子系统可以协调并安排系统里所有通道的活动。现在操作系统只需要创立通道程序,然后把程序转交给通道子系统,通道子系统就会处理所有的通道/控制单元以及队列问题。这样就使大型机具有了更加强大的I/O吞吐量并使CPU能更有效地工作,因为只有在所有的I/O操作都完成的时候才需要CPU的介入。

  目前z900大型机的I/O吞吐能力是最低每秒24GB(这是字节数,不是“位”数。)虽然我没有亲自测试这些最新系统的机会,但即使理论上的数字可能不太准确,如果说z900大型机达到了每秒100,000 次I/O,我也不会感到太吃惊。

  The ISA (IBM System Architecture)

  这些年虽然IBM大型机的整体指令集有了显著改进,IBM保持了惊人的对应用程序的向后兼容。许多最为显著的构架上的变化已经影响了一些只能直接被操作系统调用,而不能被应用程序调用的设备(如I/O子系统)。IBM已经花费了巨大的努力来保证它的客户们不必重写或重编译他们的程序来在新系统上运行。这样,客户要采用新的硬件就更为容易,客户只需要拔下旧系统,换上新系统,而不需要做额外的软件测试工作。对于只有拥有一台大型机的公司来说,只需要花几个小时就可以对旧系统进行升级,而不需要在投入正式使用前对新系统进行测试。这特别适合那些在升级前后使用同一种操作系统的客户,他们只需要将操作系统升级到所需要的版本就行了。例如,客户可以在新安装的z900系统上仍然运行31位的操作系统,然后在一个单独的LPAR上安装并测试一个64位的操作系统,然后再把全部运行的业务转移到64位的操作系统上。
 小型机**********************不同品牌的小型机架构大不相同,使用RISC、MIPS处理器,像美国Sun、日本Fujitsu等公司的小型机是基于SPARC处理器架构,而美国HP公司的则是基于PA-RISC架构,Compaq公司是Alpha架构,IBM和SGI等的也都各不相同;I/O总线也不相同,Fujitsu是PCI,Sun是SBUS,等等,这就意味着各公司小型机机器上的插卡,如网卡、显示卡、SCSI卡等可能也是专用的;操作系统一般是基于Unix的,像Sun、Fujitsu是用Sun Solaris,HP是用HP-Unix,IBM是AIX,等等,所以小型机是封闭专用的计算机系统。使用小型机的用户一般是看中Unix操作系统的安全性、可靠性和专用服务器的高速运算能力。

  小型机一般都是用UNIX操作系统,以前IO不兼容,现在基本上都是PCI总线,外设板卡一般都是兼容的。SBUS之类都是古董了。
大型机相关信息****************************按照IBM的说法,大型机有S/390,中型机有AS/400,小型机有RS/6000,S/390运行z/OS或者Linux/390,主要指标在于年档机只有几小时,所以又统称为z系列(zero),AS/400主要应用在银行和制造业,还有用于Domino,主要的技术在于TIMI,单级存储,有了TIMI技术可以做到硬件与软件相互独立。RS/6000比较常见,用于科学计算,事务处理。

  大型机本来就不是以处理能力见长,各种排行榜如TPCC上,很少看到大型机,IO/RAS的优势现在也不明显了,以前EMC、HDS的存储都是用于大型机的,现在它们的主要市场都在小型机上,100000IOPS已经不稀奇了。

  在CPU/内存容量/IO带宽方面,相对小型机里面的旗舰级产品如Sun15K,HP Superdome, IBM P690,没有优势。

  大型机技术上还有很多领先的地方,但是性价比不敢恭维。不过积累了很多行业应用,一大堆非关系数据库/Cobol程序之类,这些东东没法移植,成为大型机吃老本的资本。

  IBM的大型机概念强调的是IO和RAS,追求的是稳定、可靠,主要用于商业管理系统;典型编程语言是Cobol。
 按照IBM的说法,大型机有S/390,中型机有AS/400,小型机有RS/6000,S/390运行z/OS或者Linux/390,主要指标在于年档机只有几小时,所以又统称为z系列(zero),AS/400主要应用在银行和制造业,还有用于Domino,主要的技术在于TIMI,单级存储,有了TIMI技术可以做到硬件与软件相互独立。RS/6000比较常见,用于科学计算,事务处理。

  大型机本来就不是以处理能力见长,各种排行榜如TPCC上,很少看到大型机,IO/RAS的优势现在也不明显了,以前EMC、HDS的存储都是用于大型机的,现在它们的主要市场都在小型机上,100000IOPS已经不稀奇了。

  在CPU/内存容量/IO带宽方面,相对小型机里面的旗舰级产品如Sun15K,HP Superdome, IBM P690,没有优势。

  大型机技术上还有很多领先的地方,但是性价比不敢恭维。不过积累了很多行业应用,一大堆非关系数据库/Cobol程序之类,这些东东没法移植,成为大型机吃老本的资本。

  IBM的大型机概念强调的是IO和RAS,追求的是稳定、可靠,主要用于商业管理系统;典型编程语言是Cobol。
  什么是大型机和小型机 Form: www.10026.comPublish: 2006-8-28 Last Update: 2007-6-1 20:09:14 Hits: 小型机是指运行原理类似于PC(个人电脑)和服务器,但性能及用途又与它们截然不同的一种高性能计算机,它是70年代由DCE(数字设备公司)公司首先开发的一种高性能计算产品。

小型机具有区别PC及其服务器的特有体系结构,还有各制造厂自己的专利技术,有的还采用小型机专用处理器,比如美国Sun、日本Fujitsu(富士通)等公司的小型机是基于SPARC处理器架构,而美国HP公司的则是基于PA-RISC架构;Compaq公司是Alpha架构。另外I/O总线也不相同,Fujitsu是PCI,Sun是SBUS,等等。这就意味着各公司小型机机器上的插卡,如网卡、显示卡、SCSI卡等可能也是专用的。

此外,小型机使用的操作系统一般是基于Unix的,像Sun、Fujitsu是用Sun Solaris,HP是用HP-Unix,IBM是AIX。所以小型机是封闭专用的计算机系统。使用小型机的用户一般是看中Unix操作系统的安全性、可靠性和专用服务器的高速运算能力。

现在生产小型机的厂商主要有IBM和HP及浪潮、曙光等。IBM典型机器有RS/6000、AS/400等。它们的主要特色在于年宕机时间只有几小时,所以又统称为z系列(zero 零)。AS/400主要应用在银行和制造业,还有用于Domino,主要的技术在于TIMI(技术独立机器界面),单级存储,有了TIMI技术可以做到硬件与软件相互独立。RS/6000比较常见,用于科学计算和事务处理等。

A.大型机

大型计算机,作为大型商业服务器,在今天仍具有很大活力。它们一般用于大型事务处理系统,特别是过去完成的且不值得重新编写的数据库应用系统方面,其应用软件通常是硬件本身成本的好几倍,因此大型机仍有一定地位。

大型机体系结构的最大好处是无与伦比的I/O处理能力。虽然大型机处理器并不总是拥有领先优势,但是它们的I/O体系结构使它们能处理好几个PC服务器放一起才能处理的数据。大型机的另一些特点包括它们的大尺寸和使用液体冷却处理器阵列。在使用大量中心化处理的组织中,它们仍有重要的地位。

由于小型机的到来,新型大型机的销售已经明显放慢。在电子商务系统中,如果数据库服务器或电子商务服务器需要高性能、高I/O处理能力,可以采用大型机。

B.小型机

小型机仅仅是低价格、小规模的大型计算机,典型的小型机运行UNIX或者象MPE、 VEM等专用的操作系统。它们比大型机价底,却几乎有同样的处理能力。HP的9000系列小型机几乎可与IBM的传统大型计算机相竞争。

在高端小型机一般使用的技术有:基于RISC的多处理器体系结构,兆数量级字节高速缓存,凡千兆字节RAM,使用I/O处理器的专门I/O通道上的数百GB的磁盘存储器,以及专设管理处理器。它们较小并且是气冷的,因此对客户现场没有特别的冷却管道要求。

目前,生产和销售小型机的公司有HP和IBM。

小型机是指运行原理类似于PC(个人电脑)和服务器,但性能及用途又与它们截然不同的一种高性能计算机,它是70年代由DCE(数字设备公司)公司首先开发的一种高性能计算产品。 小型机具有区别PC及其服务器的特有体系结构,还有各制造厂自己的专利技术,有的还采用小型机专用处理器,比如美国Sun、日本Fujitsu(富士通)等公司的小型机是基于SPARC处理器架构,而美国HP公司的则是基于PA-RISC架构;Compaq公司是Alpha架构。另外I/O总线也不相同,Fujitsu是PCI,Sun是SBUS,等等。

这就意味着各公司小型机机器上的插卡,如网卡、显示卡、SCSI卡等可能也是专用的。此外,小型机使用的操作系统一般是基于Unix的,像Sun、Fujitsu是用Sun Solaris,HP是用HP-Unix,IBM是AIX。所以小型机是封闭专用的计算机系统。使用小型机的用户一般是看中Unix操作系统的安全性、可靠性和专用服务器的高速运算能力。

现在生产小型机的厂商主要有IBM和HP及浪潮、曙光等。IBM典型机器有RS/6000、AS/400等。它们的主要特色在于年宕机时间只有几小时,所以又统称为z系列(zero 零)。AS/400主要应用在银行和制造业,还有用于Domino,主要的技术在于TIMI(技术独立机器界面),单级存储,有了TIMI技术可以做到硬件与软件相互独立。RS/6000比较常见,用于科学计算和事务处理等。

其实,现在小型机跟中型机跟大型机之间没有绝对明确的界限了,因为IBM把很多原来只在大型机和中型机上应用的技术都在小型机中实现了。

小型机跟普通的服务器(也就是常说的PC-SERVER)是有很大差别的,我觉得最重要的一点就是小型机的高RAS(Reliability, Availability, Serviceability 高可靠性、高可用性、高服务性)特性。

RAS是Reliability, Availability, Serviceability三个英文单词的缩写,它们反映了计算机的高可靠性、高可用性、高服务性三个著名特点,它们的具体含义如下:

高可靠性(Reliability):计算机能够持续运转,从来不停机。

高可用性(Availability):重要资源都有备份;能够检测到潜在要发生的问题,并且能够转移其上正在运行的任务到其它资源,以减少停机时间,保持生产的持续运转;具有实时在线维护和延迟性维护功能。

高服务性(Serviceability):能够实时在线诊断,精确定位出根本问题所在,做到准确无误的快速修复。
关于IBM的小型机的RAS特性,不得不提到IBM eLiza(蜥蜴)计划。详见http://www-900.ibm.com/cn/support/nav/200202/p39.shtml
eLiza 的称呼最早起源于六十年代中期IBM的一个计划,即采用人工智能技术设计一种实现人和计算机之间通讯的程序。在九十年代,IBM设计的深蓝超级计算机战胜了国际象棋大师卡斯帕罗夫,其综合处理能力可比喻于一个蜥蜴(lizard)所具有的功力,即具有预测防范、处理判断以及自我愈合再生能力。

在当今的IT世界,众多企业都无情地面对一个巨大挑战:为了构成一个强大的灵活自如的电子商务运做环境,需要使用大量的服务器、网络设备、复杂的应用软件等,这些设备所涉及的IT技术在发生着日新月异的变化,企业严重缺乏有经验的工程师来维护和管理整个软硬件系统。

IBM公司综合自己多年的IT经验,应运而生的提出了eLiza计划,并给它赋予了具有前瞻性的重要内容:即现代企业要想处于不败的竞争地位,其电子商务环境所使用的软硬件系统应具备下列四项原则:

自我配置能力:系统可以动态自我配置有关资源。
自我保护能力:系统有能力保护自己,不受到非法访问和攻击。
自我愈合能力:系统能够自动预测错误、避免错误、修复错误、取代有关错误部件。
自我优化能力:系统能够自动监视和管理有关资源,将系统性能调整到最佳状态。

为了达到以上目标,系统还需具备以下七个要素:

负载管理(Workload Management)
安全机制(Security)
群集技术(Clustering)
虚拟主机托管(Virtual Server Hosting)
端到端的自动控制(End-to-End Automation)
灾难恢复机制(Disaster Recovery)
端到端的系统管理(End-to-End Systems Management)

下面是IBM p690服务器的RAS特性的介绍,来自http://www-900.cn.ibm.com/cn/products/servers/pseries/tech/p690_ras1.shtml

自动首次错误数据捕获和诊断错误隔离能力
自治愈内部POWER4处理器组冗余
业界第一的PCI总线奇偶错误恢复
避免检查中止的不可收集错误处理
动态错误恢复
错误检查和纠正(ECC)或在主存上的等价保护,所有一、二、和三级缓存和内部处理器组
连续和冗余的位操作被使主存具有自治愈功能
在主存上具有的Chipkill纠正功能
N+1的冗余电源,双电源线,和对电源及风扇的在线维护
针对处理器、缓存、内存、I/O和DASD的预计性错误分析
基于运行时错误来决定是否分离处理器运行和启动(动态处理器离线和永久处理器离线)
缓存和主存的离线技术
通过选择高品质的部件最大限度的减少故障
针对电源、风扇和I/O子系统的基于首次故障数据捕获技术的并行、运行间检测技术   普通CPU与服务器CPU有何不同? Form: www.10026.comPublish: 2006-8-6 22:03:11 Last Update: 2007-6-1 20:05:56 Hits: Intel现在生产的CPU中,Pentium 4、PentiumD、Celeron是面向PC的,Xeon、XeonMP和Itanium是面向工作站和服务器的。其中Itanium是与其他CPU完全不同的64位CPU,设计时并没有考虑用于现有的Windows应用。其他的处理器虽然在最高工作频率、FSB(前端总线频率)和缓存容量等方面各有不同,但内部设计基本相同,同时可保证软件兼容。

Pentium 4(Celeron)和Xeon(至强)的最大差别是Xeon能构建多处理器系统,而P4不行。P4组建的系统中只能用一个CPU,Xeon可以用2块CPU组建双处理器系统,而XeonMP可以用4块以上CPU组建系统。

多处理器系统可以用于3维图形制作和动画文件编码等单处理器无法实现的高处理速度应用,还可用于服务器中数据库处理等高负荷高速度应用中。此外,P4用478针封装,Xeon用604针封装,而且支持它们的芯片组也不同,因而不能互换使用。

AMD也生产面向工作站和服务器的Athlon MP处理器。其内部设计与Athlon XP基本相同,但支持双CPU。此外,美国Sun公司的UltraSPARC和IBM公司的Power等CPU也是面向服务器,可以组成多处理器系统的CPU,但它们与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。
概念辨析:交换,路由与第三层交换 Form: www.10026.comPublish: 2006-8-9 22:03:11 Last Update: 2007-6-1 20:06:27 Hits: 为了适应网络应用深化带来的挑战,网络在规模和速度方向都在急剧发展,局域网的速度已从最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s,目前千兆以太网技术已得到普遍应用。

在网络结构方面也从早期的共享介质的局域网发展到目前的交换式局域网。交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享,极大的提高了局域网传输的效率。可以说,在网络系统集成的技术中,直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术方面已得到令人满意的答案。但是,作为网络核心、起到网间互连作用的路由器技术却没有质的突破。

在这种情况下,一种新的路由技术应运而生,这就是第三层交换技术:说它是路由器,因为它可操作在网络协议的第三层,是一种路由理解设备并可起到路由决定的作用;说它是交换器,是因为它的速度极快,几乎达到第二层交换的速度。二层交换机、三层交换机和路由器这三种技术究竟谁优谁劣,它们各自适用在什么环境?为了解答这问题,我们先从这三种技术的工作原理入手:

1.二层交换技术

二层交换机是数据链路层的设备,它能够读取数据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交换。

交换机内部有一个地址表,这个地址表标明了MAC地址和交换机端口的对应关系。当交换机从某个端口收到一个数据包,它首先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的,它再去读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口,如果表中有与这目的MAC地址对应的端口,则把数据包直接复制到这端口上,如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应时,交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应,在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。由于二层交换机一般具有很宽的交换总线带宽,所以可以同时为很多端口进行数据交换。如果二层交换机有N个端口,每个端口的带宽是M,而它的交换机总线带宽超过N×M,那么这交换机就可以实现线速交换。二层交换机对广播包是不做限制的,把广播包复制到所有端口上。

二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片,因此转发速度可以做到非常快。

2.路由技术

路由器是在OSI七层网络模型中的第三层——网络层操作的。

路由器内部有一个路由表,这表标明了如果要去某个地方,下一步应该往哪走。路由器从某个端口收到一个数据包,它首先把链路层的包头去掉(拆包),读取目的IP地址,然后查找路由表,若能确定下一步往哪送,则再加上链路层的包头(打包),把该数据包转发出去;如果不能确定下一步的地址,则向源地址返回一个信息,并把这个数据包丢掉。

路由技术和二层交换看起来有点相似,其实路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层(数据链路层),而路由发生在第三层。这一区别决定了路由和交换在传送数据的过程中需要使用不同的控制信息,所以两者实现各自功能的方式是不同的。

路由技术其实是由两项最基本的活动组成,即决定最优路径和传输数据包。其中,数据包的传输相对较为简单和直接,而路由的确定则更加复杂一些。路由算法在路由表中写入各种不同的信息,路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处。当下一台路由器接收到该数据包时,也会查看其目标地址,并使用合适的路径继续传送给后面的路由器。依次类推,直到数据包到达最终目的地。

路由器之间可以进行相互通讯,而且可以通过传送不同类型的信息维护各自的路由表。路由更新信息主是这样一种信息,一般是由部分或全部路由表组成。通过分析其它路由器发出的路由更新信息,路由器可以掌握整个网络的拓扑结构。链路状态广播是另外一种在路由器之间传递的信息,它可以把信息发送方的链路状态及进的通知给其它路由器。

3.三层交换技术

一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。

从硬件上看,第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线(速率可高达几十Gbit/s)交换数据的,在第三层交换机中,与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上,这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据,从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制。在软件方面,第三层交换机也有重大的举措,它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定。

其做法是:

对于数据包的转发:如IP/IPX包的转发,这些规律的过程通过硬件得以高速实现。

对于第三层路由软件:如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能,用优化、高效的软件实现。

假设两个使用IP协议的机器通过第三层交换机进行通信的过程,机器A在开始发送时,已知目的IP地址,但尚不知道在局域网上发送所需要的MAC地址。要采用地址解析(ARP)来确定目的MAC地址。机器A把自己的IP地址与目的IP地址比较,从其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定目的机器是否与自己在同一子网内。若目的机器B与机器A在同一子网内,A广播一个ARP请求,B返回其MAC地址,A得到目的机器B的MAC地址后将这一地址缓存起来,并用此MAC地址封包转发数据,第二层交换模块查找MAC地址表确定将数据包发向目的端口。若两个机器不在同一子网内,如发送机器A要与目的机器C通信,发送机器A要向“缺省网关”发出ARP包,而“缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置。这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。所以当发送机器A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时,若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到目的机器C的MAC地址,则向发送机器A回复C的MAC地址;否则第三层交换模块根据路由信息向目的机器广播一个ARP请求,目的机器C得到此ARP请示后向第三层交换模块回复其MAC地址,第三层交换模块保存此地址并回复给发送机器A。以后,当再进行A与C之间数据包转发进,将用最终的目的机器的MAC地址封装,数据转发过程全部交给第二层交换处理,信息得以高速交换。既所谓的一次选路,多次交换。

第三层交换具有以下突出特点:

有机的硬件结合使得数据交换加速;

优化的路由软件使得路由过程效率提高;

除了必要的路由决定过程外,大部分数据转发过程由第二层交换处理;

多个子网互连时只是与第三层交换模块的逻辑连接,不象传统的外接路由器那样需增加端口,保护了用户的投资。

4.三种技术的对比

可以看出,二层交换机主要用在小型局域网中,机器数量在二、三十台以下,这样的网络环境下,广播包影响不大,二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低廉价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。在这种小型网络中根本没必要引入路由功能从而增加管理的难度和费用,所以没有必要使用路由器,当然也没有必要使用三层交换机。

三层交换机是为IP设计的,接口类型简单,拥有很强二层包处理能力,所以适用于大型局域网,为了减小广播风暴的危害,必须把大型局域网按功能或地域等因素划他成一个一个的小局域网,也就是一个一个的小网段,这样必然导致不同网段这间存在大量的互访,单纯使用二层交换机没办法实现网间的互访而单纯使用路由器,则由于端口数量有限,路由速度较慢,而限制了网络的规模和访问速度,所以这种环境下,由二层交换技术和路由技术有机结合而成的三层交换机就最为适合。

路由器端口类型多,支持的三层协议多,路由能力强,所以适合于在大型网络之间的互连,虽然不少三层交换机甚至二层交换机都有异质网络的互连端口,但一般大型网络的互连端口不多,互连设备的主要功能不在于在端口之间进行快速交换,而是要选择最佳路径,进行负载分担,链路备份和最重要的与其它网络进行路由信息交换,所有这些都是路由完成的功能。

在这种情况下,自然不可能使用二层交换机,但是否使用三层交换机,则视具体情况而下。影响的因素主要有网络流量、响应速度要求和投资预算等。三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,揉合进去的路由功能也是为这目的服务的,所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。在网络流量很大的情况下,如果三层交换机既做网内的交换,又做网间的路由,必然会大大加重了它的负担,影响响应速度。在网络流量很大,但又要求响应速度很高的情况下由三层交换机做网内的交换,由路由器专门负责网间的路由工作,这样可以充分发挥不同设备的优势,是一个很好的配合。当然,如果受到投资预算的限制,由三层交换机兼做网间互连,也是个不错的选择。  交换式以太网技术及局域网交换机 Form: www.10026.comPublish: 2006-9-11 Last Update: 2007-6-1 20:11:16 Hits: 交换式技术发展全过程

大家所熟知的以太网交换机(SWITCH),也有人把它称为开关、交换器或称交换式集线器等,在现代网络里,交换机是一种很重要的设备。为了向大家介绍相应的知识,就让我们首先回顾一下局域网的发展过程。

在过去的几十年间,计算机技术的飞速发展与通信技术广泛应用的结合促进了局域网技术的飞速发展,在六十年代末出现了ALOHA,到九十年代中期1000MBPS交换式以太网的登台亮相,更是现在万兆以太网技术的提出和实现,在短短的三十多年时间里局域网经历了从单工到双工,从共享到交换,从低速到高速,从简单到复杂,从昂贵到普及的质的飞跃。

从八十年代中后期来看,由于数据通信量的急剧增加,促使技术的发展,使局域网的性能越来越高,最早的1Mbps的速率已广泛地被今天的100Base-T和100CG-ANYLAN替代,但是,传统的媒体访问方法都局限于使大量的站点共享对一个公共传输媒体的访问,既CSMA/CD。

九十年代初,随着计算机性能的提高及通信量的聚增,传统局域网已经愈来愈满足不了要求,在这种情况下交换式以太网技术应运而生,大大提高了局域网的数据传输性能。与现在基于网桥和路由器的共享媒体的局域网拓扑结构相比,网络交换机能显著的增加带宽。交换技术的加入,就可以建立地理位置相对分散的网络,使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时的互相传输信息,而且使局域网可以高度扩充。

从网桥、多端口网桥到交换机

局域网交换技术的发展要追溯到两端口网桥。桥是一种存储转发设备,用来连接相似的局域网。从互联网络的结构看,桥是属于DCE级的端到端的连接;从协议层次看,桥是在逻辑链路层对数据帧进行存储转发;与中继器在第一层、路由器在第三层的功能相似。两端口网桥几乎是和以太网同时发展的。

以太网交换技术(SWITCH)是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的,实现OSI模型的下两层协议,与网桥有着千丝万缕的关系,甚至被业界人士称为"许多联系在一起的网桥",因此现在的交换式技术并不是什么新的标准,而是现有技术的新应用而已,是一种改进了的局域网桥,与传统的网桥相比,它能提供更多的端口(4~88)、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。现在某些局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议,实现简单的路由选择功能,目前很热的第三层交换就是指此。以太网交换机又与电话交换机相似,除了提供存储转发(STOREANGFORWORD)方式外还提供了其它的桥接技术,如:直通方式(CUTTHROUGH)。

交换式以太网的工作原理

以太网交换机的原理很简单,它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC(介质访问层)地址,然后与系统内部的动态查找表进行比较,若数据包的MAC层地址不在查找表中,则将该地址加入查找表中,并将数据包发送给相应的目的端口。

交换式以太网技术的优点

交换式以太网不需要改变网络其它硬件,包括电缆和用户的网卡,仅需要用交换式交换机改变共享式HUB,节省用户网络升级的费用。

可在高速与低速网络间转换,实现不同网络的协同。目前大多数交换式以太网都具有100MBPS的端口,通过与之相对应的100MBPS的网卡接入到服务器上,暂时解决了10MBPS的瓶颈,成为网络局域网升级时首选的方案。

它同时提供多个通道,比传统的共享式集线器提供更多的带宽,传统的共享式10MBPS/100MPS以太网采用广播式通信方式,每次只能在一对用户间进行通信,如果发生碰撞还得重试,而交换式以太网允许不同用户间进行传送,比如,一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间通信。

特别是在时间响应方面的优点,使的局域网交换机倍受青睐。它以比路由器低的成本却提供了比路由器宽的带宽、高的速度,除非有上广域网(WAN)的要求,否则,交换机有替代路由器的趋势。

直通式(cutthrouth),存储转发(store-and-forward)的比较

直通方式的以太网络交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。由于不需要存储,延迟(LATENCY)非常小、交换非常快,这是它的优点;它的缺点是:因为数据包的内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有误,不能提供错误检测能力,由于没有缓存,不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通,而且,当以太网络交换机的端口增加时,交换矩阵变的越来越复杂,实现起来相当困难。

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式,它把输入端口的数据包先存储起来,然后进行CRC检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此,存储转发方式在数据处理时延时大,这是它的不足,单是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测,尤其重要的是它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。

第二层和第三层交换及其与路由器方案的竞争

局域网交换机是工作在OSI第二层的,可以理解为一个多端口网桥,因此传统上称为第二层交换;目前,交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能,既所谓第三层交换,第三层交换可以不将广播封包扩散,直接利用动态建立的MAC地址来通信,似乎可以看懂第三层的信息,如IP地址、ARP等,具有多路广播和虚拟网间基于IP、IPX等协议的路由功能,这方面功能的顺利实现得力于专用集成电路(ASIC)的加入,把传统的由软件处理的指令改为ASIC芯片的嵌入式指令,从而加速了对包的转发和过滤,使得高速下的线性路由和服务质量都有了可靠的保证。目前,如果没有上广域网的需要,在建网方案中一般不再应用价格昂贵、带宽有限的路由器。

虚拟局域网技术

交换技术的发展,允许区域分散的组织在逻辑上成为一个新的工作组,而且同一工作组的成员能够改变其物理地址而不必重新配置节点,这就是用到所谓的虚拟局域网技术(VLAN)。用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播区(交换机的所有端口)逻辑的分为若干个"子广播区",在子广播区里的广播封包只会在该广播区内传送,其它的广播区是收不到的。VLAN通过交换技术将通信量进行有效分离,从而更好地利用带宽,并可从逻辑的角度出发将实际的LAN基础设施分割成多个子网,它允许各个局域网运行不同的应用协议和拓扑结构,对这部分详细内容感兴趣的读者可以参考IEEE802.10规定。

局域网交换机的概述

局域网交换机将人们从传统意义上共享的HUB式局域网发展到更广阔的空间。以Cisco公司出品的Catalyst5000系列局域网交换机为例,它包括一个集成的交换硬件结构,支持交换的10-Mbps以太网和100-Mbps快速以太网,可通过快速以太网、FDDI、交换式令牌环和第3层交换处理能力。该类交换机可向局域网内的工作站、服务器、网段、骨干网或其它用户提供交换接入。

CiscoIOS软件为Catalyst平台和网络应用程序提供先进的网络服务。CiscoIOS技术专为交换进行了优化,并可用于所有Catalyst交换机,包括:用于带宽集合的FastEtherChannel技术;优化了多点传送和多媒体流量性能的Cisco群组管理协议支持;以及广泛的管理特性。CiscoIOS软件还支持虚拟局域网(VLAN)配置和管理、IP地址管理以及安全的网络服务访问。

Catalyst6000系列简介

Catalyst6000家族包括Catalyst6500系列和Catalyst6000系列,为园区网络提供一系列新的高性能多层交换解决方案。Catalyst6000家族旨在满足主干网/分布和服务器集合环境中对千兆位可伸缩性、高可用性及多层交换的增加需求,提供卓越的可伸缩性和性价比,支持广泛的接口密度、性能和高可用性选项。通过提供应用智能、服务质量机制和安全,客户可以更加有效地利用他们的网络增加客户服务(例如多点传送和ERP应用),而不会牺牲网络性能。如果与CiscoIOS的广泛网络服务相结合,Catalyst6000家族能够提供企业内部网所需的强大管理、用户移动性、安全性、高可用性和多媒体支持。

Catalyst5000系列简介

Cisco的Catalyst5000系列交换机除了Catalyst5000之外,还包括Catalyst5002、Catalyst5500、Catalyst5505、Catalyst5509等四种型号,它们都是Catalyst5000的增强型。本期工程利旧设备为Catalyst5509交换机。以常用的Catalyst5509为例,Catalyst5509机架共有9个槽位,第一个槽位用于SupervisorEngine模块,该模块提供第2层交换和远程的网络管理,模块上有双端口、全双工快速以太网接口。可以用400Mbps的最高速率连接其它的Catalyst5000、路由器和服务器;第二个槽位是用来插备份的SupervisorEngine模块。其它7个槽位可以用来组合配置任何交换模块和路由交换模块(RSM)。Catalyst5509机箱适合固定在标准的19英寸机架上。可以在机箱的同一侧面操作所有的系统部件。一个完整的系统必须配置一个电源。为了实现容错,可选配双备份、负载均衡、可带电拔插的电源。

Catalyst6000系列和Catalyst5000系列基本维护

Catalyst6000系列和Catalyst5000系列局域网交换机功能强大,包括很多使用及维护命令。下面,列出几条常用的命令及简单说明。所有有关的维护命令请详见随硬件设备提供的有关手册。

1关于端口的设置
设置端口名称
setportnamemod_num/port_num[name_string]

设置端口优先级
setportlevelmod_num/port_numnoramal|high

设置端口速率
setportspeedmod_num/port_num<10|100|auto>

设置端口传输类型
setportduplexmod_num/port_numfull|half

检查端口配置状态
showportmod_num/port_num

2关于网络端口sc0的设置
在VLAN中设置供物理连接的逻辑端口
sc0setinterfacesc0vlan_num[ip_address[netmask[broadcast]]]

3关于VLAN的设置
定义一个VLAN的序号,名字,类型
setvlanvlan_num[namename][typetype]检查VLAN配置状态showvlan

4关于Trunk的测试
在某个特定的端口建立中继
settrunkmod_num/port_num[on|off|desirable|auto][vlans]
检查中继的配置状态
showtrunk

5关于spantree的设置
在某vlan中设置
spantreesetspantreeenable[vlan]

在某vlan中设置桥接的转发时延
setspantreefwddelaydelay[vlan]

在某vlan中设置hello报文的发送间隔
setspantreehellointerval[vlan]

设置某vlan中桥接的最大持续时间
setspantreemaxageagingtime[vlan]

设置某端口的桥接路径成本
setspantreeportcostmod_num/port_numcost

6关于SNMP协议的配置
配置SNMP的域串:setsnmpcommunityread-only|read-write|read-write-allcommunity_string

设置一个受限制的地址或域:setsnmptraprcvr_addressrcvr_community

检查SNMP配置状态:showsnmp

7关于IP包的分段
在FDDI与以太网的桥接中设置IP包的分段setipfragmentation{enable|disable}

8关于ICMP未到达的消息
setipunreachable{enable|disable}

9关于ARP表的设置
创立一个arp表并设置该表的刷新时间
setarp{ip_addrhw_addr|agingtimeagingtime}

10关于交换机三层交换模块的配置
telnetip_address登陆到三层交换模块。
rsm>enable
rsm#showrun显示当前配置文件
rsm#showintvlanid显示vlan状态
rsm#showiproute显示路由信息
三层交换vlan的配置:
rsm#conft
rsm(config)#intvlanid
rsm(config)#ipaddressa。b。c。dnetmask
rsm(config)#noshutdown
rsm#wrmem