免费智能真题库 > 历年试卷 > 信息系统管理工程师 > 2020年下半年 信息系统管理工程师 上午试卷 综合知识
  第66题      
  知识点:   能力管理的范围   系统能力管理   管理范围   网络设备   硬件
  章/节:   系统运行管理知识       

 
系统能力管理中的能力管理是一个流程,是所有IT服务绩效和能力问题的核心。它所涉及的管理范围包括所有计算资源硬件设备(计算主设备和外部设备)、所有网络设备,还包括(66)方面的内容。
 
 
  A.  数据中心机房装修
 
  B.  电力设备
 
  C.  机房门禁系统
 
  D.  所有软件和人力资源
 
 
 

   知识点讲解    
   · 能力管理的范围    · 系统能力管理    · 管理范围    · 网络设备    · 硬件
 
       能力管理的范围
        能力管理是一个流程,是所有IT服务绩效和能力问题的核心。它所涉及的管理范围包括:
        (1)所有硬件设备,包括PC、工作站和各类服务器等。
        (2)所有网络设备,包括LAN、WAN、交换机和路由器等。
        (3)所有外部设备,包括各种的大容量存储设备、打印机等。
        (4)所有软件,包括自主开发和外购的系统和应用程序软件。
        (5)人力资源,所有参与IT系统运营的技术人员和管理人员。
        能力管理的流程将涵盖以上每一项内容。IT系统的业务支持能力不仅取决于IT系统的各类基础设施的良好运转,还离不开一套规范的能力管理流程和技术、管理人员对技术和管理流程的正确把握。
 
       系统能力管理
        系统性能评价围绕计算机系统本身开展,将对其系统基础设施的工作性能指标进行综合评测,并采取必要的技术和管理措施使系统资源效能最大化。前一节所述的系统性能评价和调优实际上作为能力管理流程中的一个步骤为IT系统的能力管理提供技术分析和支持。能力管理从一个动态的角度考察组织业务与系统基础设施之间的关系,它要考虑这三个问题:
        .IT系统的成本相对于组织的业务需求而言是否合理。
        .现有IT系统的服务能力能否满足当前及将来的客户需求。
        .现有的IT系统能力是否发挥了其最佳效能。
               能力管理概述
                      能力管理的范围
                      能力管理是一个流程,是所有IT服务绩效和能力问题的核心。它所涉及的管理范围包括:
                      (1)所有硬件设备,包括PC、工作站和各类服务器等。
                      (2)所有网络设备,包括LAN、WAN、交换机和路由器等。
                      (3)所有外部设备,包括各种的大容量存储设备、打印机等。
                      (4)所有软件,包括自主开发和外购的系统和应用程序软件。
                      (5)人力资源,所有参与IT系统运营的技术人员和管理人员。
                      能力管理的流程将涵盖以上每一项内容。IT系统的业务支持能力不仅取决于IT系统的各类基础设施的良好运转,还离不开一套规范的能力管理流程和技术、管理人员对技术和管理流程的正确把握。
                      能力管理的目标
                      能力管理的目标是确保以合理的成本及时地提供IT资源以满足组织当前及将来的业务需求。具体而言能力管理流程的目标有以下几点:
                      (1)分析当前的业务需求和预测将来的业务需求,并确保这些需求在制定能力计划时得到了充分的考虑。
                      (2)确保当前的IT资源能够发挥最大的效能、提供最佳的服务绩效。
                      (3)确保组织的IT投资按计划进行,避免不必要的资源浪费。
                      (4)合理预测技术的发展趋势,从而实现服务能力与服务成本、业务需求与技术可行性的最佳组合。
               能力管理活动
               能力管理的过程是一个由一系列需要反复循环执行的活动组成的流程。下图中显示了这一流程的各个环节,即各项具体的技术和管理活动,它们包括能力数据监控、能力评价和分析诊断、改进调优和实施变更。这些活动的前提是构建一个存储所有业务、管理、技术和财务等类型数据的能力数据库作为管理和评价的平台,规划和构建这个数据库也是能力管理中的一项重要准备活动。
               
               能力管理中的循环活动
               设计和构建能力数据库
                      能力数据库的作用
                      能力数据库是成功实施能力管理流程的基础。能力管理需要将管理流程中采集到的各类与系统运营有关的数据存入能力数据库中。这些数据主要包括技术数据、业务数据、资源利用情况数据、服务数据以及财务数据。规划和构建能力管理数据库时应当考虑如下问题。
                      (1)用于集中式数据存储的硬件和软件的可用性。
                      (2)指定专人负责能力数据库的更新和维护,其他人只有查阅权限。
                      (3)定期对能力数据库的内容进行审查和核对。
                      能力数据库可能是一个概念上的数据库,它可能由许多个物理上被彼此分开的存储空间组成。造成这种状况的原因很可能是不同的硬件和软件上的监控工具记录数据的格式不一致,从而很难转移到同一个存储空间。
                      能力管理数据库中的数据信息有两个用途:第一,为制作提交给管理层和技术人员的绩效报告和能力管理报告提供基础;第二,用于预测未来的能力需求。
                      能力数据库的结构和存储
                      一个成功的能力管理流程的基础是能力管理数据库。该数据库中的数据被所有的能力管理的子流程存储和使用,因为该信息库中包含了各种类型的数据,即业务数据、服务数据、技术数据、财务数据和应用数据。
                      能力数据库中的数据构成了性能评价和能力管理报告的基础,这些报告将会提交给技术和管理部门。同时这些数据也用来进行更多的能力预测,为将来的能力需求规划提供支持和依据。
                      (1)能力数据库的输入数据。
                      能力数据库中输入的数据类型如下所示。
                      ①业务数据。拥有高质量的业务数据对于系统能力管理和规划十分重要,因为IT系统乃至整个企业组织的管理层需要考虑组织当前和未来的业务计划对IT系统的容量的影响,从而一方面对IT系统进行能力规划,另一方面有效、合理地指导财务和人力预算,更好地进行成本控制。这些业务数据也可以用来预测和证实业务驱动的变更是如何影响系统的能力和绩效的,一般而言,业务数据包括如下的内容。
                      .系统服务的用户数量
                      .公司分支机构的数目及位置
                      .系统注册用户的数目
                      .终端PC的数量
                      .预期工作量的季节性变化
                      .业务交易网站的数目
                      ②服务数据。能力管理流程要不断考虑IT架构对于用户工作的影响。为了使能力管理做到以服务为导向,服务数据需要被存储到能力数据库中。举个例子,交易响应时间是一种典型的服务数据,说它是服务数据的关键在于它是与一定服务级别相对应的,反映了服务的水平状况。
                      另一个服务数据的例子是对作业进行批处理的时间。总的来说,在服务级别协议和服务级别需求中确定的要求将会提供能力管理流程需要记录和监控的数据,为了保证达到服务级别协议中的服务目标,服务级别管理的阈值应该被包括进去,这样监控活动就能根据这些阈值进行测量然后产生异常报告。
                      通过设置高于或低于实际目标的阈值,可以唤起一个系统动作或人为操作来避免破坏既有的服务级别协议。
                      ③技术数据。IT系统的大部分组件的使用都应受到一定的限制。如果不考虑使用级别的限制,资源一旦被过度使用,就会影响使用这些资源的服务的质量。例如,推荐的CPU的最大利用率为80%,一个共享的局域网带宽的使用不能超过40%。
                      当然某些组件还有物理上的使用限制,例如通过一个网关的最大连接数不能超过100,对某种类型的硬盘的使用不能超过其物理容量15 GB。这种对于独立的组件的物理约束和限制,可以被监控活动用来作为产生警告和异常报告的阈值。
                      ④财务数据。能力管理数据库里还可能存有财务数据。比如,能力计划中实现IT基础设施组件升级所需耗费的成本的信息、目前的每期IT预算等信息。这些财务数据的来源如下。
                      .财务计划,降低IT服务成本的长期规划
                      .IT预算,包含下一年软硬件采购预算信息
                      .外部提供商,新的软硬件升级的花费
                      这些数据应该在IT系统的财务管理中已有充分体现,在这里出现是因为能力管理需要考虑IT服务能力的调整来应对未来的业务需求的变化。
                      ⑤资源应用数据。系统中包含的资源数据种类繁多,能力管理数据库中应该能提供有关各类资源组件的按分钟、小时和天等各个时间粒度存储的使用状况的应用数据。考虑丰富的粒度结构的同时要考虑一个数据过时合理丢弃的问题。举个例子,上一周的按分钟粒度搜集的数据这周可能不再有用,上个月按天粒度搜集的数据可能不再有用,不过上个月每天平均的数据却可能需要通过统计并保存起来。无用数据的不断累积是对数据库资源的极大浪费,应该定时丢弃,而有用的历史信息仍然需要被存储。能力数据库应该考虑这些需求并提供相应支持。
                      资源应用数据的搜集应当是针对每一个组件和每一项服务的,我们举例如下表所示。
                      
                      应用数据举例
                      能力管理将存储一切与IT系统、服务和客户相关的数据。目前已有很多跨平台的监控和存储性能数据的软硬件工具,对这些工具的选择一定要基于对能力管理需要的考虑。
                      (2)能力数据库的输出数据
                      对应于输入的数据能力数据库也有数据输出。能力数据库主要提供与系统能力和性能相关的数据信息,供决策者和其他相关管理部门在其他管理流程中使用。这些信息主要以报告的形式提供。
                      ①服务和组件报告。每个基础组件都应该有相应的负责控制和管理的技术人员和负责整体服务的管理人员。生成的报告说明服务和相应的组件的运转性能和最大性能的使用情况。
                      ②例外报告例外报告在某一组件或者服务的性能不可接受时作为能力数据库的输出产生。例外可以是针对任何存储在能力数据库中的组件、服务和评测。举个例子,某台服务器的CPU的使用率连续3个小时超过70%,这远远地超过了预期,因此会产生一个例外报告。例外报告可以作为判断服务级别是否被打破的数据来源。
                      ③能力预测。为了保证IT服务提供商提供持续可靠的服务水平,能力管理流程必须对未来的成长需求进行预测,必须具体对每个组件和每项服务做出预测。预测方法很多,因具体组件技术的不同而不同。由新的系统功能引起的负载变更应当被认为是业务需求的成长带来的负载变更。举个简单的例子,服务器CPU的使用率与企业的系统用户数之间就是这个关系,通过分析这类数据可以发现用户数量的增加对系统配置中各组件的负载影响。
                      如果对未来能力需求的预测显示需要增加某类系统资源,那么这项需求就应该被加入IT预算中。
               能力数据监控
               对每个组件运行和系统整体运营进行持续性监控的目的在于保证所有的软件和硬件都能得到最佳利用,确保所有的为业务服务的目标都能被实现。并且能够根据监控结果对组织业务量进行合理预测。在选择监控对象时,如果对所有组件都进行监控,其成本是相当昂贵的,也是相当难以实施的。因此,必须选择基础设施中对关键业务提供支持的组件进行监控。
                      主要监控性能数据
                      监控中最常见的性能数据如下:
                      .CPU使用率。
                      .内存使用率。
                      .每一类作业的CPU占用率。
                      .磁盘I/O(物理和虚拟)和存储设备利用率。
                      .队列长度(最大、平均)。
                      .每秒处理作业数(最大、平均)。
                      .请求作业响应时间。
                      .登录和在线用户数。
                      .网络节点数量(包括网络设备、PC和服务器等)。
                      这些监控数据大体上被分为两类,一类是监控系统容量(比如吞吐量),另一类是监控系统的性能(比如响应时间)。
                      对部分组件的监控活动应当设有与正常运转时所要求基准水平,亦即阀值。一旦监控数据超过了这些阀值,应当触发警报,并生成相应的例外报告。这些阀值和基准水平值一般根据对历史记录数据的经验分析得出。一种情况是为特定的组件设定监控阀值,比如监控一个CPU在某一小时内的使用率不超过80%;另一种情况是为特定系统服务设定基准水平,比如监控某一项在线服务的响应时间不超过2秒,或者该系统服务一小时内处理的服务请求数不能超过10 000。
                      以上这些阀值必须低于不影响该项资源(或者该项服务所依赖的资源)正常运转的最大值,或者低于服务级别协议(SLA)中规定的相应值。因此,超过阀值的时候应该还有机会采取纠正措施,以防止超过SLA规定,使得系统性能进一步恶化。
                      响应时间的监控策略
                      很多的系统服务级别协议都将终端用户响应时间(user response time)列为监控对象,但对这项监控需求的支持往往不力,在这介绍几种获取系统和网络服务的用户响应时间的方案:
                      (1)在客户端和服务器端的应用软件内植入专门的监控代码。这可以提供“端到端”的服务响应间隔或者定时采样,将系统总体响应分解为各个组成部件的响应。这类工具提供对应某一项服务的用户端真实的响应时间。
                      (2)采用装有虚拟终端软件的模拟系统。这类客户端系统上装有终端模拟软件和专门用于检测作业响应时间的软件,它们可以提供“端到端”的服务响应时间,尤其针对复杂的多阶段作业可以提供具有代表意义的时间响应值。与前一种相比,这里提供的响应时间是虚拟的,而不是真实的。
                      (3)使用分布式代理监控软件。分散在网络各节点(比如Internet上不同的国家)的代理组成了一个分布式监控系统,它可以生成大量来自不同地域的作业,并不定期对它们进行监控评测。这类响应时间数据也不是真实用户的响应时间。
                      (4)通过辅助监控设备来跟踪客户端样本。这种方法依赖于网络监控系统,即通常被安插在合适的网络节点位置的“嗅探器”。“嗅探器”可以定时监控和记录通过某一网络节点处的通信量。而对这些记录下来的通信量做进一步分析便可以得到服务的响应时间。这类响应数据与真实世界的数据的相似和接近程度取决于“嗅探器”在系统基础架构中的物理和逻辑位置。
                      当然在很多情况下,以上这些系统或者方法常常会被混合使用。由于IT系统涉及到众多的单位和部门,以及种类繁多的信息技术,对响应时间的监控是一个相当复杂的过程。
               能力分析诊断
               首先,能力监控活动获得了有关系统本身运行的部分性能指标,其中包含各类监视项目的具体性能参数。这些项目既包括各类服务器的CPU、内存、磁盘,也包括网络交换机、路由器,还可能包括服务器运行环境中的各类电力和空调等辅助设备。利用这些数据采用本章第一节中相关合适的性能评价方法和工具,可以完成部分或所有的系统工作能力评价任务。
               除此之外,更重要的是,经过对由监控活动所搜集的数据进行的分析可以得出其有关情况的变化趋势,从而帮助确定系统服务正常的使用情况或服务级别,或者为它们制定基准线。通过定期的监控并将监控结果与这些基准线进行比较,可以确定单个设备或组件的使用情况或服务运营的异常情况,从而据此报告对SLA的履行情况。此外,根据这些分析的结果还可以预测未来资源的使用量以及比照预期增长率来监控实际的业务增长率。
               对监控数据进行分析主要针对的问题包括如下项。
               .资源争夺(数据、文件、内存、处理器)。
               .资源负载不均衡。
               .不合理的锁机制。
               .低效的应用逻辑设计。
               .服务请求的突增。
               .内存占用效率低。
               对每一类资源和服务的使用需要分别从短期、中期和长期三个角度进行考虑,考虑它们在每一个时间跨度上的最大、最小及平均占用情况。通常,短期可以理解为一天24小时,中期为一周到一个月,长期为一年。这样,不同IT服务的使用情况随时间跨度上的变化便可以一目了然。
               分析某一项资源的使用情况时,既要考虑该资源的总体利用情况,还要考虑各项不同服务对该项资源的占用情况。这样,在某些系统服务需要做出变更时,我们可以通过分析该服务目前的资源占用情况对变更及其对系统整体性能的影响进行预测,从而对系统变更提供指导。举个例子,如果一个被A、B两项服务占用的处理器在高峰时段的使用率是75%,我们需要知道这75%的处理器资源被A、B两项服务各自占了多少。假设系统本身占用5%,那么剩下的70%如果被A、B两项服务均分为35%和35%,不管A还是B对处理器占用翻倍,处理器都将超出负载能力;如果剩下的70%中A占60%,B占10%, A对处理的占用翻倍会导致超载,但B对处理器的占用翻倍并不会导致处理器超载。
               能力调优和改进
               在对监控活动采集的数据进行分析后,应当确认可以对哪些配置项进行调整以提高系统资源的利用效率和改进相关IT服务。
               在实施调优方案之前,最好对调优方案进行测试以验证它的可行性和必要性。通过测试可以了解是否可以通过需求管理来避免实施有关调整,或者在实施前通过模拟测试表明计划的某项变更的有效性。
               下面是一些有用的调优策略。
               .均衡负载。作业请求可能会通过某一特定网关到达服务器主机,这取决于请求开始的位置。通过平衡到达各个网关的作业比例,可以达到调优目的。
               .均衡磁盘I/O。有效和有策略地存储数据,减少对数据的竞争使用。
               .定义一套良好的锁规则说明锁的级别以及何时应该用锁。一般来讲,尽量延迟锁的使用(比如延迟至记录更新之时)可以提高其性能。
               .有效利用内存。根据实际情形调整应用对内存的占用大小。
               关于有效利用内存的问题,一个进程调用已被读入内存的数据而进行处理比顺序读取数据文件的效率高,况且,进程也会竞争更多的内存资源,过多的请求还会导致页面交换时CPU使用率超载和延迟。
               此外,在执行调优措施之前,最好充分考虑是否有别的特殊的调整办法可以达到同样的目的,这样不必实施上面所述的这些变更,从而节省成本和精力。
               实施能力变更
               实施的目的主要在于将监控、分析和调优活动所确定的变更引进实际的服务运营之中。任何变更的实施都必须通过一个严格而正式的变更流程来进行,这样,可以将变更的影响及响应的风险控制在可接受的水平内。
               在实施有关变更后,仍然需要进一步地监控以便合理评估变更的影响。根据评估结果。管理人员可以决定是否需要进一步实施其他变更或撤销已经实施的变更。系统实施变更后将会影响其提供给客户的主要应用服务。这些类型的变更所带来的影响和风险会大于其他类型的变更,在一个正式的变更管理流程的控制下来实施变更会带来以下好处。
               .对使用该服务的用户将会产生较少的不利影响。
               .提高用户的效率。
               .提高IT部门的工作效率。
               .强化对关键应用服务的管理和应用。
               在实施有关变更后,仍然需要进一步地监控以便合理评估变更的影响。根据评估结果。管理人员可以决定是否需要进一步实施其他变更或撤销已经实施的变更。
               能力管理的高级活动项目
               能力管理的高级活动项目包括需求管理、能力测试和应用选型。
                      需求管理
                      需求管理的首要目标是影响和调节客户对IT资源的需求。需求管理既可能是由于当前的服务能力不足以支持正在运营的服务项目而进行的一种短期的需求调节活动,也可能是组织为限制长期的能力需求而采取的一种IT管理政策。
                      短期需求管理,一般在IT基础设施内某个关键组件发生局部性故障时进行,而长期需求管理一般发生在进行某个组件的升级显得很必要却又似乎“不划算”的情况下。需求管理需要掌握有哪些服务项目在多大程度上需要依赖某项IT资源,以及各项服务必须运营的时间安排。这样,需求管理才能确定对某些资源进行调节所带来的影响。
                      模拟测试
                      模拟测试的目标是分析和测试未来情况发生变更对能力配置规划的影响。在能力管理流程中,它可以帮助能力管理人员在系统资源和系统服务的管理上回答“如果……怎么办”一类的问题,从而增强能力规划的前瞻性和适应性。
                      应用选型
                      应用选型作为能力管理的一种活动也是整个应用系统设计开发过程的一个基本部分,进行应用选型的主要目的在于对计划性应用系统变更或实施新的应用系统所需的资源进行估计,从而确保系统资源的配置能够满足所需服务级别的需求。
                      应用选型要考虑的第一个问题是在初始的系统分析和设计阶段就必须确定所需的服务级别。这样可以保证在应用系统设计开发过程中可以采取恰当的技术和手段,从而更好地满足期望的服务级别。在应用系统设计开发周期的开始而不是后来的某个时候考虑所需的服务级别,可以降低整个系统开发过程的成本和难度。
                      应用选型需要考虑的另一个问题是新建应用系统的弹性。有时候单个组件的故障可能导致整个IT基础设施的瘫痪,但如果在资源管理中充分考虑到IT基础设施中脆弱但关键的那些组件并采取适当的预防措施,就可以降低单个组件的故障对整个系统的影响,从而提高IT基础设施的弹性。
               能力计划、考核和报告
                      编制能力计划
                      开展能力管理流程中的各项活动的同时,活动产生的信息一方面被存储到能力数据库中,另一方面还必须根据这些数据信息编制和更新能力计划。编制能力计划的主要目的是记录当前资源利用程度及服务绩效,以及在充分考虑业务战略和计划后预测组织未来IT服务所需要的IT资源。
                      能力计划的编制和更新必须按照规定的时间间隔进行。重要的是,它作为一个投资计划必须根据业务员或预算周期每年发布一次,并且要在新的预算谈判开始之前完成。同时,为了反映业务计划的变更,每个季度对能力计划进行一次更新也是必要的,季度能力计划更新还可以表明以前所做预测的准确性并据以制定或修改有关建议。
                      一份典型的能力计划应该包括,计划范围、假设条件、管理概要、业务说明、服务概要、资源概要、服务改进方案、成本核算模型及建议等内容,其中服务概要和资源概要均包括对当前情况的介绍和对未来情况的预测两部分。
                      能力评价考核
                      管理人员需要定期对能力管理流程实施的效率和效果进行评价和考核,以确保能力管理流程的运营符合成本效益原则。
                      编制管理报告
                      在对能力管理流程的运营结果进行评价和考核之后,能力管理人员应当向IT服务提供方和组织的高层管理人员制作和提交能力管理报告。能力管理报告的内容主要包括能力计划实施的控制信息、流程实施中所用的资源以及有关服务能力和绩效改进活动的进展等方面的情况。
                      此外,当能力管理流程的过程中出现特殊情况时,还应针对以下情况提交有关例外事项报告。
                      .能力的实际利用程度与计划利用程度之间的差异
                      .上述差异的变化趋势
                      .上述差异对服务级别的影响
                      .能力利用程度预期在长期和短期内上升或下降的情况
 
       管理范围
        有效的项目管理集中于4P,即人员(People)、产品(Product)、过程(Process)和项目(Project)。必须将人员组织起来以有效地完成产品构建工作;必须和客户及其他利益相关者很好地沟通,以便了解产品的范围和需求;必须选择适合于人员和产品的过程;必须估算完成工作任务的工作量和工作时间,从而制订项目计划。
        “人的因素”非常重要,在所有项目中,最关键的因素是人员,涉及项目管理人员、高级管理人员、开发人员、客户和最终用户。人员能力成熟度模型(People Capability Maturity Model,PCMM)针对人员定义了以下关键实践域:人员配备、沟通与协调、工作环境、业绩管理、培训、报酬、能力素质分析与开发、个人事业发展、工作组发展以及团队精神或企业文化培育等。PCMM成熟度达到较高水平的组织,更有可能实现有效的项目管理事件。
        在制订项目计划之前,首先确定产品的目标和范围,考虑可选的解决方案,识别技术和管理上的限制。如果没有这些信息,就无法进行合理(精确)的成本估算,也无法进行有效的风险评估和适当的项目任务划分,更无法制定可管理的项目进度计划来给出意义明确的项目进展标志。确定产品的目标只是识别出产品的总体目标,而不用考虑如何实现这些目标。确定产品的范围是识别出产品的主要数据、功能和行为特性,并且应该用量化的方式界定这些特性。然后开始考虑备选解决方案,不讨论细节,使管理者与参与开发的人员根据特定的约束条件选择相对最佳的方案,约束条件有产品的交付期限、预算限制、可用人员、技术接口以及其他各种因素。
        开发过程提供了一个框架,一小部分框架活动适用于所有的项目,多种不同的任务集合使得框架活动适合于不同项目的特性和项目团队的需求。普适性活动(如质量管理、配置管理、测量等)覆盖了过程模型,独立于任何一个框架活动,且贯穿于整个过程之中。
        为了成功地管理项目,需要有计划、可控制,这样才能管理复杂的系统开发;需要了解可能会出现的各类问题以便加以避免。可以采用的方法有:
        (1)在正确的基础上开始工作。
        (2)保持动力。
        (3)跟踪进度。
        (4)做出正确的决策。
        (5)进行事后分析。
 
       网络设备
        网络互联的目的是使一个网络的用户能访问其他网络的资源,使不同网络上的用户能够互相通信和交换信息,实现更大范围的资源共享。在网络互联时,一般不能简单地直接相连,而是通过一个中间设备来实现。按照ISO/OSI的分层原则,这个中间设备要实现不同网络之间的协议转换功能,根据它们工作的协议层不同进行分类。网络互联设备可以有中继器(实现物理层协议转换,在电缆间转发二进制信号)、网桥(实现物理层和数据链路层协议转换)、路由器(实现网络层和以下各层协议转换)、网关(提供从最低层到传输层或以上各层的协议转换)和交换机等。
               网络传输介质互联设备
               网络线路与用户节点具体衔接时,需要网络传输介质的互联设备。如T型头(细同轴电缆连接器)、收发器、RJ-45(屏蔽或非屏蔽双绞线连接器)、RS232接口(目前计算机与线路接口的常用方式)、DB-15接口(连接网络接口卡的AUI接口)、VB35同步接口(连接远程的高速同步接口)、网络接口单元和调制解调器(数字信号与模拟信号转换器)等。
               物理层的互联设备
               物理层的互联设备有中继器(Repeater)和集线器(Hub)。
                      中继器
                      它是在物理层上实现局域网网段互联的,用于扩展局域网网段的长度。由于中继器只在两个局域网网段间实现电气信号的恢复与整形,因此它仅用于连接相同的局域段。
                      理论上说,可以用中继器把网络延长到任意长的传输距离,但是,局域网中接入的中继器的数量将受时延和衰耗的影响,因而必须加以限制。例如,在以太网中最多使用4个中继器。以太网设计连线时指定两个最远用户之间的距离,包括用于局域网的连接电缆,不得超过500m。即便使用了中继器,典型的Ethernet局域网应用要求从头到尾整个路径不超过1500m。中继器的主要优点是安装简便、使用方便、价格便宜。
                      集线器
                      可以看成是一种特殊的多路中继器,也具有信号放大功能。使用双绞线的以太网多用Hub扩大网络,同时也便于网络的维护。以集线器为中心的网络优点是当网络系统中某条线路或某节点出现故障时,不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源(passive)集线器、有源(active)集线器和智能(intelligent)集线器。
                      无源集线器只负责把多段介质连接在一起,不对信号做任何处理,每一种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半;有源集线器类似于无源集线器,但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能;智能集线器除具有有源集线器的功能外,还可将网络的部分功能集成到集线器中,如网络管理、选择网络传输线路等。
               数据链路层的互联设备
               数据链路层的互联设备有网桥(Bridge)和交换机(Switch)。
                      网桥
                      用于连接两个局域网网段,工作于数据链路层。网桥要分析帧地址字段,以决定是否把收到的帧转发到另一个网络段上。确切地说,网桥工作于MAC子层,只要两个网络MAC子层以上的协议相同,都可以用网桥互联。
                      网桥检查帧的源地址和目的地址,如果目的地址和源地址不在同一个网络段上,就把帧转发到另一个网络段上;若两个地址在同一个网络段上,则不转发,所以网桥能起到过滤帧的作用。网桥的帧过滤特性很有用,当一个网络由于负载很重而性能下降时,可以用网桥把它分成两个网络段并使得段间的通信量保持最小。例如,把分布在两层楼上的网络分成每层一个网络段,段中间用网桥相连,这样的配置可以最大限度地缓解网络通信繁忙的程度,提高通信效率。同时,由于网桥的隔离作用,一个网络段上的故障不会影响到另一个网络段,从而提高了网络的可靠性。
                      交换机
                      交换机是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品,它是按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发,而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。交换机转发数据的延迟很小,操作接近单个局域网性能,远远超过了普通桥接的转发性能。交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。
                      交换机的工作过程为:当交换机从某一节点收到一个以太网帧后,将立即在其内存中的地址表(端口号一MAC地址)进行查找,以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个节点上,然后将该帧转发至该节点。如果在地址表中没有找到该MAC地址,也就是说,该目的MAC地址是首次出现,交换机就将数据包广播到所有节点。拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后,将立即做出应答,从而使交换机将其节点的“MAC地址”添加到MAC地址表中。
                      交换机的三种交换技术:端口交换、帧交换和信元交换。
                      (1)端口交换技术用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。
                      (2)帧交换技术对网络帧的处理方式分为直通交换和存储转发。其中,直通交换方式可提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上;存储转发方式通过对网络帧的读取进行验错和控制。
                      (3)信元交换技术采用长度(53个字节)固定的信元交换,由于长度固定,因而便于用硬件实现。
               网络层互联设备
               路由器(Router)是网络层互联设备,用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网,当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器来完成。
               路由器具有很强的异种网互联能力,互联的网络最低两层协议可以互不相同,通过驱动软件接口到第三层上而得到统一。对于互联网络的第三层协议,如果相同,可使用单协议路由器进行互联;如果不同,则应使用多协议路由器。多协议路由器同时支持多种不同的网络层协议,并可以设置为允许或禁止某些特定的协议。所谓支持多种协议,是指支持多种协议的路由,而不是指不同类协议的相互转换。
               通常把网络层地址信息叫作网络逻辑地址,把数据链路层地址信息叫作物理地址。路由器最主要的功能是选择路径。在路由器的存储器中维护着一个路径表,记录各个网络的逻辑地址,用于识别其他网络。在互联网络中,当路由器收到从一个网络向另一个网络发送的信息包时,将丢弃信息包的外层,解读信息包中的数据,获得目的网络的逻辑地址,使用复杂的程序来决定信息经由哪条路径发送最合适,然后重新打包并转发出去。路由器的功能还包括过滤、存储转发、流量管理和介质转换等。一些增强功能的路由器还可有加密、数据压缩、优先和容错管理等功能。由于路由器工作于网络层,它处理的信息量比网桥要多,因而处理速度比网桥慢。
               应用层互联设备
               网关(Gateway)是应用层的互联设备。在一个计算机网络中,当连接不同类型而协议差别又较大的网络时,则要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的最高层,它将协议进行转换,将数据重新分组,以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。由于协议转换是一件复杂的事,一般来说,网关只进行一对一转换,或是少数几种特定应用协议的转换,网关很难实现通用的协议转换。
 
       硬件
        硬件是计算机物理设备的总称,也称为硬件设备,通常是电子的、机械的、磁性的或光的元器件或装置,一般分为中央处理器、存储器和输入、输出设备。
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第66题    在手机中做本题