提高以太網性能的幾種措施

作者：張丙榮   欒  琦

　　1    引言

　　當前，絕大多數的局域網都採用以太網組網，隨着網絡規模不斷擴大，網絡節點及網絡設備不斷增多，整個網絡的運行效率往往會降低，如網絡響應慢、 延遲長。這種情況下，網絡管理員就需要對網絡進行分析，提出優化措施。本文根據工作經驗，總結了幾種提高以太網性能的措施，供大家參考。

　　2   提高以太網性能的幾種措施

　　2.1  合理分割衝突域
　　衝突域是一個網段，在該網段內的任一網絡節點均有可能與另一節點發生衝突。顯然，衝突域越大，容納的節點 越多，發生衝突的概率就大，網絡性能就差。這種情況下，必須針對實際需求對網絡結構進行合理的優化調整，將大的衝突域分割爲小衝突域，從而減少衝突，提高 網絡性能。應用中常用網絡交換機來分割衝突域，因交換機的每個端口對應一個衝突域，可將一個大的衝突域網段分割爲幾個小的網段，分別接入不同的交換機端 口，從而將一個大的衝突域分割爲幾個小的衝突域。需要注意的是，在分佈式網絡環境下分割網段，要避免將一個工作組中的設備分割進幾個衝突域。
　　 如圖1所示，Server1爲Workgroup1中的設備，Server2爲Workgroup2中的設備，通過交換機分割衝突域後，Server1與 Server2沒有放在本工作組所屬的衝突域中，卻被置於另一個衝突域中，Server1及Server2與各自工作組中的設備會話需跨越兩個衝突域，等 同於未分割衝突域時的情形，因此網絡性能沒有明顯改善。
　　合理的分割方式是將每一個工作組完整地包含於一個衝突域內。如圖2所示，Workgroup1與Workgroup2兩個工作組分別被完整地包含於兩個不同的衝突域中，工作組內的網絡會話不超出各自的衝突域，這樣整個網絡上的衝突會顯著減少，從而提高了網絡性能。

　　圖（一）不合理的衝突域分割                 圖（二）合理的衝突域分割

　　2.2  避免全雙工/半雙工模式混用
　　全雙工以太網（IEEE802.3x）捨棄了半雙工以太網的CSMA/CD機制，由於能同時 支持兩個方向的數據發送和接收，提高了網絡帶寬，適用於點對點或高帶寬的核心網絡環境，如中心交換機與服務器之間。網絡外圍設備如終端、HUB及低端交換 機，則採用基於CSMA/CD機制的半雙工以太網。全雙工模式與半雙工模式對網絡信道的佔用方式不同，全雙工模式需要兩條專用收發信道，而半雙工模式是基 於CSMA/CD機制的信道共享，兩種模式並存時網絡無法佔用信道，致使網絡不能正常工作。如在一個採用半雙工的衝突域中，如果將某個終端的網卡設爲全雙 工模式，網絡響應速度就會變慢，甚至可能使網絡局部癱瘓。因此，應用中一定要注意慎用全雙工模式。
　　2.3  減少廣播數據流量
　　同 衝突域一樣，廣播域也是一個網段，在該網段內，一個網絡設備發送數據幀，本網段內其他設備都可以接收到。以太網本身是一個廣播系統，如動態聯編的ARP協 議即利用了以太網的廣播能力，故廣播數據幀是伴隨以太網的存在而存在的。在收到廣播數據幀後，每個網絡設備都要耗費一定的時間和系統資源進行分析，如果網 絡內有大量的廣播數據幀（如廣播風暴）將會降低網絡整體性能。因此，合理地減少網絡廣播數據流量，也是提高網絡性能的一種措施，主要手段是網絡分段和劃分 VLAN。
　　2.3.1  網絡分段
　　網絡分段通常被認爲是控制網絡廣播風暴的一種基本手段，網絡分段可分爲物理分段和邏輯分段兩種 方式。物理分段是將網絡物理分割的一種方法，可以減少廣播數據。邏輯分段是用掩碼將一個大的網段劃分爲幾個相對較小的邏輯網段，每一個小的邏輯網段即爲相 對較小的廣播域，這樣可以大大減少的網絡上的廣播數據。如一個C類的網段，缺省的掩碼爲255.255.255.0，若不進行邏輯分段，當網絡終端的數量 接近254時，廣播數據將越來越多，網絡中被廣播數據消耗的帶寬所佔比例大大增加，網絡整體性能降低。此時，可根據需要適當劃分網段，劃分爲4個網段的掩 碼爲255.255.255.252，劃分爲8個網段的掩碼爲255.255.255.248。
　　2.3.2  建立VLAN （虛擬局域網）
　 　VLAN技術把一個大的網段（廣播域）按需要分割成各個獨立的虛擬子網，有效的分割了廣播域，並將廣播限制在具有同一虛擬網號的子網內部，由於廣播域的 縮小，網絡中被廣播數據消耗的帶寬所佔比例大大降低，提高了網絡的整體性能。目前，VLAN技術主要採用基於交換機端口的劃分方式，在分佈式網絡環境下， 通常按機構或部門的設置來劃分VLAN。各部門內部的所有服務器和用戶節點都在各自的VLAN內，一個VLAN的數據不會向另一個VLAN廣播，也不會和 另一個VLAN發生數據衝突，互不侵擾。這樣即保證了整個網絡的性能。需說明的是，在劃分VLAN時也要避免出現類似圖1所示的情形，即不能將一個工作組 中的設備划進幾個不同的VLAN中。
　　2.4  避免出現網絡環路
　　以太網的拓撲結構中不能存在環路。否則，網絡中就會存在多條可選 的數據轉發路徑，導致大量重發的數據阻塞網絡，還會使以太網交換機的幀轉發和學習機制無法正常工作，最終會使網絡癱瘓。雖然絕大多數的網絡在組網初期避免 出現網絡環，但隨着網絡規模的擴大，不斷有新的交換機、HUB或終端接入網絡，網絡結構越來越複雜，在網絡管理不太規範的情況下很難保證其拓撲結構中會不 會產生新的閉環。因此，無論是在建網初期還是在後期的網絡拓展中，都要避免拓撲結構中出現環路。
　　2.4.1  加強網絡管理
　　要做到這點，首先是對所建的網絡要有合理的規劃及嚴格的管理，儘量避免不合理的網絡拓樸結構變動。實際工作中，對網絡的每一處改動都要事前充分論證，並做好改動記錄，以備後患。
　　2.4.2  採用STP協議
　 　STP協議（IEEE802.1d生成樹協議）可以解決網絡拓撲中出現環路的問題，它動態地監視網絡，一旦網絡拓撲發生變化，即執行一個算法，利用該算 法重新生成一個樹狀的拓撲。因此，在一個運行着STP協議的以太網中，理論上其網絡拓撲可以任意變化，當出現網絡環路時，STP協議將重新生成一個沒有環 路的拓撲結構。可以看出，STP協議對於保障網絡整體性能是有益的，同時爲以太網的組網帶來了很大的方便，並保證了以太網的健壯性。但是，STP協議在保 障網絡性能的同時是以犧牲網絡設備的系統資源爲代價的，即運行STP協議的網絡設備需要爲該協議付出一定的資源開銷。因此，在確保無網絡環路存在的情況 下，最好還是不用STP協議，以提高網絡處理速度。

　　3  結束語

　　要保證網絡的性能最佳，應當避免網絡出現各種問題，只有搞好網絡管理纔是其中的關鍵。一個好的網絡管理員會將主要精力用於網絡管理，而不是疲於應對網絡出現的各種問題。