中小型网络系统总体规划与设计

路由表容量
路由器的队列管理机制
EMP（Emergency Management Port）
ISC（Internet Server control）
NUMA（Non Uniform Memory Access）
- The differences between several modes in processor and memory structure
SMP（Symmetrical Multi-Processing）
路由器通过路由表决定包转发路径
热插拔功能
高性能路由器一般采用可交换式结构，传统核心路由器采用共享背板的结构
路由器关键技术指标
- 吞吐
网络系统分层设计中层次之间的上联带宽与下一级带宽之比控制在1:20
网络需求详细分析
核心路由器之间的光纤链接
背板能力
- DENOTATION
RISC（Reduced Instruction Set Computer）
CISC（Complex Instruction Set Computer）
- DISTINCTIONS IN ARCHITECTURE
RAID（Redundant Arrays of Independent Disks）
- CHARACTERISTICS/FUNCTIONS
服务器技术描述
MTBF（Mean Time Between Failure）
MTBR（Mean Time between Repairs）
描述系统可用性
典型的高端路由器可靠性与可用性性能指标
链路冗余vs专用服务器交换机
服务器系统可用性vs每年停机时间
全双工带宽计算方法
需要记忆的题目
- 525547
易错题
有代表性的题
选项有问题的题目
- 建议：先看分别<=,再看差与和，不要看停机时间之差小于
简单题
REFERENCES

路由表容量

路由器的队列管理机制

EMP（Emergency Management Port）

应急管理端口，英文缩写为EMP，全称是“Emergency Management Port”，是服务器主板上所带的一个用于远程管理服务器的接口。
远程控制机可以通过Modem（调制解调器）与服务器相连，控制软件安装于控制机上。远程控制机通过EMP Console控制界面可以对服务器进行下列工作：
A.打开或关闭服务器的电源。
B.重新设置服务器，甚至包括主板BIOS和CMOS的参数。
C.监测服务器内部情况：如温度、电压、风扇情况等。
以上功能可以使技术支持人员在远地通过Modem（调制解调器）和电话线及时解决服务器的许多硬件故障。这是一种很好的实现快速服务和节省维护费用的技术手段。

ISC（Internet Server control）

只适用于使用Intel架构的带有集成管理功能主板的服务器。采用这种技术后，用户在一台普通的客户机上，就可以监测网络上所有使用Intel主板的服务器，监控和判断服务器的工作状态是否正常。一旦服务器内部硬件传感器进行实时监控或第三方硬件中的任何一项出现错误，就会报警提示管理人员。并且，监测端和服务器端之间的网络可以是局域网也可以是广域网，可直接通过网络对服务器进行启动、关闭或重新置位，极大地方便了管理和维护工作。

NUMA（Non Uniform Memory Access）

NUMA（Non Uniform Memory Access）技术可以使众多服务器像单一系统那样运转，同时保留小系统便于编程和管理的优点。基于电子商务应用对内存访问提出的更高的要求，NUMA也向复杂的结构设计提出了挑战。
非统一内存访问（NUMA）是一种用于多处理器的电脑内存体设计，内存访问时间取决于处理器的内存位置。在NUMA下，处理器访问它自己的本地存储器的速度比非本地存储器（存储器的地方到另一个处理器之间共享的处理器或存储器）快一些。
NUMA架构在逻辑上遵循对称多处理（SMP）架构。它是在二十世纪九十年代被开发出来的，开发商包括Burruphs （优利系统）， Convex Computer（惠普），意大利霍尼韦尔信息系统（HISI）（后来的Group Bull），Silicon Graphics公司（后来的硅谷图形），Sequent电脑系统（后来的IBM），通用数据（EMC）， Digital （后来的Compaq ，HP）。这些公司研发的技术后来在类Unix操作系统中大放异彩，并在一定程度上运用到了Windows NT中。
首次商业化实现基于NUMA的Unix系统的是对称多处理XPS-100系列服务器，它是由VAST公司的Dan Gielen为HISI设计的。这个架构的巨大成功使HISI成为了欧洲的顶级Unix厂商。

The differences between several modes in processor and memory structure

SMP模式将多个处理器与一个集中的存储器相连。在SMP模式下，所有处理器都可以访问同一个系统物理存储器，这就意味着SMP系统只运行操作系统的一个拷贝。因此SMP系统有时也被称为一致存储器访问（UMA）结构体系，一致性意指无论在什么时候，处理器只能为内存的每个数据保持或共享唯一一个数值。很显然，SMP的缺点是可伸缩性有限，因为在存储器接口达到饱和的时候，增加处理器并不能获得更高的性能。
MPP模式则是一种分布式存储器模式，能够将更多的处理器纳入一个系统的存储器。一个分布式存储器模式具有多个节点，每个节点都有自己的存储器，可以配置为SMP模式，也可以配置为非SMP模式。单个的节点相互连接起来就形成了一个总系统。MPP体系结构对硬件开发商颇具吸引力，因为它们出现的问题比较容易解决，开发成本比较低。由于没有硬件支持共享内存或高速缓存一致性的问题，所以比较容易实现大量处理器的连接。
可见，单一SMP模式与MPP模式的关键区别在于，在SMP模式中，数据一致性是由硬件专门管理的，这样做比较容易实现，但成本较高；在MPP模式中，节点之间的一致性是由软件来管理，因此，它的速度相对较慢，但成本却低得多。
在美国某大学的研究项目中被提出来的NUMA模式，也采用了分布式存储器模式，不同的是所有节点中的处理器都可以访问全部的系统物理存储器。然而，每个处理器访问本节点内的存储器所需要的时间，可能比访问某些远程节点内的存储器所花的时间要少得多。换句话说，也就是访问存储器的时间是不一致的，这也就是这种模式之所以被称为“NUMA”的原因。简而言之，NUMA既保持了SMP模式单一操作系统拷贝、简便的应用程序编程模式以及易于管理的特点，又继承了MPP模式的可扩充性，可以有效地扩充系统的规模。这也正是NUMA的优势所在。

SMP（Symmetrical Multi-Processing）

对称多处理"（Symmetrical Multi-Processing）简称SMP，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。它是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术。
在这种架构中，一台电脑不再由单个CPU组成，而同时由多个处理器运行操作系统的单一复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样。系统将任务队列对称地分布于多个CPU之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。所有的处理器都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。在对称多处理系统中，系统资源被系统中所有CPU共享，工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。
要组建SMP系统，首先最关键的一点就是需要合适的CPU相配合。我们平时看到的CPU都是单颗使用，所以看不出来它们有什么区别，但是，实际上，支持SMP功能并不是没有条件的，随意拿几块CPU来就可以建立多处理系统那简直是天方夜谭。要实现SMP功能，我们使用的CPU必须具备以下要求：
1、CPU内部必须内置APIC（Advanced Programmable Interrupt Controllers）单元。Intel多处理规范的核心就是高级可编程中断控制器（Advanced Programmable Interrupt Controllers–APICs）的使用。CPU通过彼此发送中断来完成它们之间的通信。通过给中断附加动作（actions），不同的CPU可以在某种程度上彼此进行控制。每个CPU有自己的APIC（成为那个CPU的本地APIC），并且还有一个I/O APIC来处理由I/O设备引起的中断，这个I/O APIC是安装在主板上的，但每个CPU上的APIC则不可或缺，否则将无法处理多CPU之间的中断协调。
2、相同的产品型号，同样类型的CPU核心。例如，虽然Athlon和Pentium III各自都内置有APIC单元，想要让它们一起建立SMP系统是不可能的，当然，即使是Celeron和Pentium III，那样的可能性也为0，甚至Coppermine核心的Pentium III和Tualatin的Pentium III也不能建立SMP系统–这是因为他们的运行指令不完全相同，APIC中断协调差异也很大。
3、完全相同的运行频率。如果要建立双Pentium III系统，必须两颗866MHz或者两颗1000MHz处理器，不可以用一颗866MHz，另一颗1000MHz来组建，否则系统将无法正常点亮。
4、尽可能保持相同的产品序列编号。即使是同样核心的相同频率处理器，由于生产批次不同也会造成不可思议的问题。两个生产批次的CPU作为双处理器运行的时候，有可能会发生一颗CPU负担过高，而另一颗负担很少的情况，无法发挥最大性能，更糟糕的是可能导致死机，因此，应该尽可能选择同一批生产的处理器来组建SMP系统。

路由器通过路由表决定包转发路径

热插拔功能

高性能路由器一般采用可交换式结构，传统核心路由器采用共享背板的结构

路由器的服务质量主要表现在队列管理机制与支持的QoS协议上
路由器的服务质量主要表现在队列管理机制、端口硬件队列管理和支持QoS协议

路由器关键技术指标

吞吐

网络系统分层设计中层次之间的上联带宽与下一级带宽之比控制在1:20

网络需求详细分析

网络需求详细分析包括网络整体需求分析、综合布线需求分析、网络可用性与可靠性分析、网络安全性需求分析、网络工程造价估算。

核心路由器之间的光纤链接

背板能力

背板是路由器输入端与输出端之间的物理通道。传统的路由器采用的是共享背板的结构，高性能路由器一般采用的是交换式结构。背板能力决定了路由器的吞吐量。

DENOTATION

背板能力是路由器的内部实现。背板能力能够体现在路由器吞吐量上：背板能力通常大于依据吞吐量和测试包场所计算的值。但是背板能力只能在设计中体现，一般无法测试。

RISC（Reduced Instruction Set Computer）

RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computer”，中文即“精简指令集计算机”。RISC构架的指令格式和长度通常是固定的（如ARM是32位的指令）、且指令和寻址方式少而简单、大多数指令在一个周期内就可以执行完毕。

CISC（Complex Instruction Set Computer）

计算机处理器包含有实现各种功能的指令或微指令，指令集越丰富，为微处理器编写程序就越容易，但是丰富的微指令集会影响其性能。复杂指令集计算机（CISC）体系结构的设计策略是使用大量的指令，包括复杂指令。与其他设计相比，在CISC中进行程序设计要比在其他设计中容易，因为每一项简单或复杂的任务都有一条对应的指令。程序设计者不需要写一大堆指令去完成一项复杂的任务。但指令集的复杂性使得CPU和控制单元的电路非常复杂。
CISC包括一个丰富的微指令集，这些微指令简化了在处理器上运行的程序的创建。指令由汇编语言所组成，把一些原来由软件实现的常用的功能改用硬件的指令系统实现，编程者的工作因而减少许多，在每个指令期同时处理一些低阶的操作或运算，以提高计算机的执行速度，这种系统就被称为复杂指令系统。
在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。

DISTINCTIONS IN ARCHITECTURE

1）首先，在指令集的设计上，RISC构架的指令格式和长度通常是固定的（如ARM是32位的指令）、且指令和寻址方式少而简单、大多数指令在一个周期内就可以执行完毕；CISC构架下的指令长度通常是可变的、指令类型也很多、一条指令通常要若干周期才可以执行完。由于指令集多少与复杂度上的差异，使RISC的处理器可以利用简单的硬件电路设计出指令解码（decode）功能，这样易于流水线的实现。相对的CISC则需要通过只读存储器里的微码来进行解码，CISC因为指令功能与指令参数变化较大，执行流水线作业时有较多的限制。
2）其次，RISC在结构设计上是一个载入/存储（load/store）的构架，只有载入和存储指令可以访问存储器，数据处理指令只对寄存器的内容进行操作。为了加速程序的运算，RISC会设定多组的寄存器，并且指定特殊用途的寄存器。CISC构架则允许数据处理指令对存储器进行操作，对寄存器的要求相对不高。

RAID（Redundant Arrays of Independent Disks）

独立磁盘冗余阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有"数块独立磁盘构成具有冗余能力的阵列”之意。
磁盘阵列是由很多块独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。
磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，当数组中任意一个硬盘发生故障时，仍可读出数据。在数据重构时，可将数据经计算后重新置入新硬盘中。

CHARACTERISTICS/FUNCTIONS

RAID技术主要有以下三个基本功能：
(1)通过对磁盘上的数据进行条带化，实现对数据成块存取，减少磁盘的机械寻道时间，提高了数据存取速度。
(2)通过对一个阵列中的几块磁盘同时读取，减少了磁盘的机械寻道时间，提高数据存取速度。
(3)通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式，实现了对数据的冗余保护。

服务器技术描述

MTBF（Mean Time Between Failure）

平均故障间隔时间，是指产品或系统在两相邻故障间隔期内正确工作的平均时间，也称平均无故障工作时间。它是标志产品或系统能平均工作多长时间的量，用MTBF表示。
MTBF，平均故障间隔时间又称平均无故障时间，英文全称是“Mean Time Between Failure，是衡量一个产品(尤其是电器产品)的可靠性指标，单位为“小时”。

MTBR（Mean Time between Repairs）

MTBR为平均修复间隔时间。描述系统高可用性用公式：系统高可用性=MTBF/(MTBF+MTBR)。其中，MTBF为平均无故障时间。系统高可用性是网络服务器性能之一。

描述系统可用性

描述系统高可用性用公式：系统高可用性=MTBF/(MTBF+MTBR)。

典型的高端路由器可靠性与可用性性能指标

链路冗余vs专用服务器交换机

服务器系统可用性vs每年停机时间

99.9%	<= 8.8h
99.99%	<=53min
99.999%	<=5min
99.9999%	<=0.526s
系统可用性达到99.9%的计算公式示例

全双工带宽计算方法

需要记忆的题目

525547

易错题

有代表性的题

选项有问题的题目

建议：先看分别<=,再看差与和，不要看停机时间之差小于

简单题

REFERENCES

[1]https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%B9%E7%A7%B0%E5%A4%9A%E5%A4%84%E7%90%86/6274908?fromtitle=SMP&fromid=235768&fr=aladdin

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