网络拓扑结构调整优化

网络拓扑结构调整优化

宋卫斌

中原油田文卫采油厂信息管理站 河南濮阳 457001

摘要：为提高网络速度和稳定性，得益于光纤网络的快速普及及交换机技术的高速发展，通过优化网络拓扑结构，提高链接速率、简化网络结构、提高维护便捷性，满足信息网络日益增长的需求。

关键词：信息化；网络拓扑；光纤

一、项目背景

网络拓扑是指网络之间设备的分布情况及连接状态。按照其连接方式，目前主要有总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑、树形拓扑（由总线型演变而来）以及它们的混合型等种类，各种拓扑类型都有自己的优缺点，特别是近年随光纤的普及使用，其高速度、高稳定性、低损耗的特点，也为网络拓扑结构调整提供新的思路。

二、网络设备优势分析

此次网络拓扑结构调整主要的得益于近年光纤网络的快速普及及交换机技术的高速发展，在网络速度及稳定性不断提高的同时通信距离也得到极大延伸。

特别是随光纤技术发展，单模光纤逐渐替代多模光纤，解决了以往因多模光纤传输距离限制，无法进行整体大范围的网络拓扑结构调整的问题。

（一）光纤通信的技术原理及优势

1.光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上（通过光电收发器或光模块），使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

2.光纤通信特点及优势

1）损耗小，传输距离远

以目前现场普遍使用的单模光纤使用1310nm波长，损耗为0.35dB/Km，传输距离可达到60Km；使用1550nm波长，损耗为0.2dB/Km，传输距离可达到100Km。良好的传输性能，为信号的远距离传输提供可靠保障。

2）速度快，灵敏度高

目前标准单模光纤10Gb/s速率情况下，传输距离可达到60Km，1Gb/s速率情况下可达到100Km。目前国内三大运营商主网络速率单芯均达到1Tb/S以上，实验室内速度甚至达到10Tb/s以上。

3）抗扰能力强，工作环境要求低

光纤是非金属的介质材料,使用光纤作为传导介质,不受电磁干扰，而且抗腐蚀、耐潮湿性能优异。标准光纤的工作温度可位于-40ºC - +75ºC之间，传输性能基本不受温度影响。

4）价格便宜

制作光纤的材料主要为高纯度的石英玻璃，自然界石英来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低；而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高。

目前光缆的价格及性能优势使光纤成为100m以上距离布置网络的首选手段。

3.单模光纤替代多模光纤成为主流

单模光纤这是指在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤（SMF：Single ModeFiber），纤径为9/125μm（其中9表示光纤的光芯直径，125表示光纤代玻璃包层的直径）。而多模光纤可传播多个模式（MMF：MUlti ModeFiber），纤径一般为50/125μm（欧洲标准）或者62.5/125μm（美国标准）。

光在光纤中以一定的入射角度，通过全反射进行长距离传输。当有多束光在光纤中传输时，由于光是电磁波的一种，会出现干涉现象，加强或减弱，这样只会有特定的几种通过加强的光会继续传输下去，这样特定的几种角度传输的光，称为光的传输模式。单模光缆是由于光纤半径小，只有一种传输模式。多模光纤半径大，有多种传输模式。

4.现场光纤传输距离计算

实际传输距离计算时，距离＝|接收灵敏度-发射光功率|/光纤衰减系数。 例如：发射功率=-10dBm，接收灵敏度=-24dBm时： |(-24)-(-10)|/0.35 ≈ 40KM

衰减系数（850 nm 多模=3 dB/Km 、1300 nm 多模=1 dB/Km、1300 nm 单模=0.35 dB/Km、1550 nm 单模=0.2 dB/Km ）

实际计算时还需考虑光缆接头损耗(热熔-0.03 - -0.06db/个 ，冷接、法兰盘-0.3db - -0.5db/个)及光纤富余度-2 - -3Db。

（二）H3C交换机IRF技术

IRF(Intelligent Resilient Framework智能弹性架构)是H3C推出的一种将多台设备通过IRF端口连接起来形成一台虚拟的逻辑设备的技术，用户可以对这台虚拟设备进行管理，来实现对虚拟设备中的所有物理设备的管理。

类似技术华为为CSS（框式设备）和Istack（盒式设备）技术，Cisco为StackWise技术。

IRF的连接即可以IRF专用接口进行连接，也可以使用普通电口或光口。使用光口作为IRF物理端口，可使用普通光纤连接，这种连接方式可以将距离很远的物理设备连接组成IRF，使应用更加灵活。

IRF还可以采用聚合技术来实现IRF端口的冗余备份。IRF端口的连接可以由多条IRF物理链路聚合而成，多条IRF物理链路之间可以对流量进行负载分担，这样能够有效提高带宽，增强性能；同时，多条IRF物理链路之间互为备份，保证即使其中一条IRF物理链路出现故障，也不影响IRF功能，从而提高了设备的可靠性。

（三）现场典型拓扑结构介绍

1.树形拓扑

优点：连结简单，维护方便，易于拓展。

缺点：可靠性不高，下级网络依靠上级网络状态，下级网络依靠上级网络状态，问题查找困难，管理工作量大。

2.星型拓扑

优点：结构简单、容易实现、便于管理，连接点的故障容易监测和排除。

缺点：中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。

3.环形拓扑

优点：两个结点仅有一条通路， 路径控制简单，问题查找简单；有冗余线路，网络中某一点发生故障，系统自动旁路，可靠性高。

缺点：信息要串行穿过多个结点，在网中节点过多时传输效率低，系统响应速度慢；由于环路封闭，扩充较难。

三、调整优化的应用

（一）物理线路准备

对主干链路的光缆更新，完成升级改造。为整体网络拓扑结构调整打好了基础。

（二）交换机设备安装及调试

1. 核心交换机IRF堆叠

将两个核心交换机通过IRF2技术堆叠，虚拟成一台交换机，IRF链路使用两条独立光缆进行端口聚合实现冗余备份，而且使正常链接速率达到20Gb。

2. 接入交换机及光模块配备

1）使用华为S5710-28X系列三层交换机，自带4个万兆SFP+插口，支持1G/10G多模和单模光模块。

2）全部使用华为万兆光模块进行连接，组成整体万兆链路，逐步减少/淘汰光电收发器的使用，减少连接节点，提高网络稳定性。

3）每台交换机均进行了管理IP地址的配置，已方便后期管理。

四、取得的效果和下步调整方向

1. 效果

1）整体的网络拓扑结构调整完成后，将主干网络由原来通过层层级联的树形结构调整为目前星型拓扑结构，而且主体链接速率由千兆提高到万兆。

2）网络结构得到简化，提高维护便捷性，减少日常维护工作量80%以上。

2. 下步方向

在网络拓扑结构调整的基础上，下步工作方向主要是提高网络稳定性及冗余备份技术的攻关。

1）结合堆叠技术及跨设备线路聚合技术，提高网络稳定性及冗余能力。

2）进行无线备份线路攻关，解决一旦主光缆故障后无法正常通信问题。

参考文献：

【1】张红宇.计算机网络优化探讨，嘉兴学院学报，2006

【2】陈关荣.网络拓扑结构理论分析及其应用[M].北京：清华大学出版社，2009

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