网络工程设计与安装

1. 网络工程设计与安装 服务器系统设计与安装 杨 威 山西师范大学网络信息中心 yangw@sxtu.edu.cn 电子工业出版社

2. 第5章服务器系统设计与安装 • 知识目标： • 了解服务器的概念、功能与分类。基于CISC和RISC处理器的服务器，对称多处理器技术，ECC内存技术，SCSI宽带高性能存储技术。Net与Web Service模式，集群与热备的概念，双机集群的工作模式及原理，双机集群和热备技术。 • 基本掌握Browser/Server、Browser/Application/Server服务器架构，服务器的性能与配置，网络服务器软硬件产品的选型，服务器整体架构解决方案。 • 掌握Windows 2000 Advanced Server安装与配置，DNS服务器安装与配置，基于IIS的Web和FTP站点安装与配置。

3. 第5章服务器系统设计与安装 • 情感目标：亲历服务器系统需求分析的过程，获得服务器系统组建设计的感性认识。关注用户组网服务器系统的需求，具有一定的价值判断能力和交流沟通能力。 • 技能目标：尝试、模仿服务器建构专家分析问题、解决问题的行为，能按照用户网络工程的服务器需求，设计简单的服务器系统架构方案。会安装、配置Windows 2000 Advanced Server，并在该平台上安装、配置DNS、Web和FTP服务器。

4. 第5章服务器系统设计与安装 • 本章重点： • 服务器的对称多处理器技术，SCSI宽带高性能存储技术， • 服务器应用系统的架构；服务器的性能与配置， • 双机集群工作模式与原理、集群和热备技术及方案，服务器整体架构。 • 配置DNS、Web和FTP服务器。 • 本章难点： • 双机集群与热备的工作模式和原理

5. 5.1服务器的基本知识 • 服务器的产生： • 超大规模集成电路技术的进步和成本下降 • 计算机软硬件资源共享的需求 • 计算机网络应运而生 • 信息资源共享变革的过程中，服务器（网络信息资源设备）充当了非常重要的角色 所谓服务器，就是计算机网络中一种为客户机提供各种服务的计算机。它在网络操作系统的管理与控制下，与其相连的硬盘、磁带、打印机及专用通信设备提供给网络上的客户机共享，也能为网络用户提供集中计算、数据库管理和Web应用等服务。

6. 服务器的功能 1.服务器为多个用户提供服务时更可靠 服务器可以可靠地处理多个用户的多项任务。服务器在设计上适于同时执行多项任务、易于性能升级、利于保证业务的正常运作。与一般的PC相比，服务器不但具有更快的数据传输和更强大的硬盘驱动器，还可配备多个处理器和大的内存，因此性能达到了最优。 2.服务器具有更高的可伸缩性和可用性 服务器具有可靠的冗余功能（例如：RAID控制器），可以确保网络始终用于关键业务运作。

7. 服务器的分类 • 作为最重要的网络资源设备，服务器的应用先后经历了文件服务器、数据库服务器、Internet/Intranet通用服务器和专用功能服务器等多种角色的演进与并存。 • 文件服务器 • 数据库服务器 • Internet/Intranet通用服务器 • 功能服务器

8. ？ 能否用 20% 的简单指令组合不常用的 80% 的指令功能 5.2 服务器CPU结构 RISC（Reduced Instruction Set Computer） CISC（Complex Instruction Set Computer） 80 — 20 规律 —— RISC技术 • 典型程序中 80% 的语句仅仅使用处理机中 20% 的指令 • 执行频度高的简单指令，因复杂指令的存在，执行速度无法提高

9. RISC 的主要特征 • 选用使用频率较高的一些 简单指令复杂指令的功能由简单指令来组合 • 指令 长度固定 • 只有 LOAD / STORE指令访存 • 流水技术 一个时钟周期内完成一条指令 • 组合逻辑实现控制器 • 多个通用 寄存器 • 采用 优化的 编译程序

10. CISC和RISC 早期CISC设计风格的主要特点： • (1) 指令系统复杂。具体表现在指令数多、寻址方式多、指令格式多。 • (2) 绝大多数指令需要多个时钟周期才能执行完成。 • (3) 各种指令都可访问存储器。 • (4) 采用微程序控制。 • (5) 有专用寄存器。 • (6) 难以用优化编译生成高效的目标代码程序。

11. CISC和RISC RISC的发展： • IBM 801 • 斯坦福MIPS • 伯克利SPARC • DEC Alpha • HP PA • IBM PowerPC

12. CISC和RISC RISC技术的主要特征： • 简化的指令系统。表现在指令数较少、基本寻址方式少、指令格式少、指令字长度一致。 • 以寄存器－寄存器方式工作。 • 以流水方式工作，从而可在一个时钟周期内执行完毕。 • 使用较多的通用寄存器以减少访存，不设置或少设置专用寄存器。 • 采用由阵列逻辑实现的组合电路控制器，不用或少用微程序。 • 采用优化编译技术，保证流水线畅通，对寄存器分配进行优化。

13. 基于CISC处理器的服务器 Intel X86系列处理器和IA-32架构的Pentium（Pro）、Pentium II、Pentium III（Xeon）等都属于这种结构 PC服务器的主要优点是通用性好、配置灵活、性价比高及第三方支持的应用软件丰富。缺点是CPU运算处理能力稍差，I/O吞吐能力不及RISC服务器，当承担密集数据库应用和高并发度应用时显得有些吃力

14. 基于RISC处理器的服务器 主流RISC架构服务器一览表

15. 5.1.3 对称多处理器技术 对称多处理（SMP，Symmetric Multi-Processing）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。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。 PC服务器中常用的对称多处理系统通常采用2路、4路、6路或8路处理器。与此对应，操作系统也要支持多路处理。例如，Windows 2000 Server 支持4个SMP、Windows 2000 Advanced Server 支持8个SMP、Windows 2000 DataCenter Server支持32个SMP。 UNIX服务器可支持最多64/128个SMP的系统，如Sun公司的Enterprise10000和Solaris 10最多支持64个SMP。

16. 6 080个 CPU 最大平均速度 7.304 TF (1012) 最快的五台超级计算机（截止到 2003.06） 1.IBM: Seaborg

17. 8 192个 CPU 最大平均速度 7.304 TF (1012) 最快的五台超级计算机（截止到 2003.06） 2.IBM: ASCI White

18. 2 304个 CPU 最大平均速度 7.634 TF (1012) 最快的五台超级计算机（截止到 2003.06） 3.Linux NetworX : MCR Linux Cluster

19. 4 096个 CPU 最大平均速度 13.88 TF (1012) 最快的五台超级计算机（截止到 2003.06） 4. HP : ASCIQ

20. 5 120个 CPU 最大平均速度 35.86 TF (1012) 最快的五台超级计算机（截止到 2003.06） 5.NEC: Earth Simulator

21. 5.1.4 内存技术 • FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM），即快速页面模式的DRAM。是一种改良过的DRAM，一般为72线或168线（SIMM）的内存。 • 工作原理大致是，如果系统中想要存取的数据刚好是在同一列地址或是同一页（Page）内，则内存控制器就不会重复地送出列地址，而只需指定下一个行地址就可以了。

22. 内存条的结构 • 内存条由内存芯片、SPD（系列参数预置检测）芯片、少量电阻等辅助元件以及印刷电路板（PCB）组装而成。

23. 内存芯片 • 内存芯片俗称内存颗粒，内存芯片是内存条的关键元件，它的性能决定了内存条的性能。　　 • 芯片类型取决于内存芯片的工作方式，常用的内存芯片类型有以下几种： • EDO DRAM • SDRAM • RDRAM • DDR SDRAM

24. SDRAM • SDRAM（Synchronous DRAM）的中文名字是“同步动态随机存储器”，这就是著名的PC100和PC133规范所广泛使用的内存类型，它的带宽为64bit，3.3 V电压，目前产品的最高速度可达5ns。它是与CPU使用相同的时钟频率进行数据交换，它的工作频率是与CPU的外频同步的，不存在延迟或等待时间。

25. Rambus内存 • Rambus内存，也就是RDRAM内存， Direct Rambus DRAM（DRDRAM）“接口动态随机存储器”，是由美国Rambus公司研发的高速DRAM技术。它将RISC（精简指令集）引入其中，依靠高时钟频率来简化每个时钟周期的数据量。它具有相对SDRAM较高的工作频率（不低于300MHz），但其数据通道接口带宽较低，只有16bit，当工作时钟为400MHz时，Rambus利用时钟的上沿和下沿分别传输数据，因此它的数据传输率能达到400x16x2/8=1.6GB/S，若是两个通道，就是3.2GB/S。

26. DDR SDRAM内存 • DDR SDRAM（Dual date rate SDRSM）：又简称DDR，是“双倍速率SDRAM”的意思，由于它可以在时钟触发沿的上、下沿都能进行数据传输，所以即使在133MHz的总线频率下的带宽也能达到2.128GB/S。DDR不支持3.3V电压的LVTTL，而是支持2.5V的SSTL2标准。它仍然可以沿用现有SDRAM的生产体系，制造成本比SDRAM略高一些（约为10%左右），但仍要远小于RAMBUS的价格。

27. 几种常见内存带宽比较

28. 常用内存接口类型 • SIMM和DIMM是最常用内存接口类型。 • SIMM是Single-In Line Memory Medule的简写，即单边接触内存模组，这是5X86及其较早的PC机中常用的内存接口方式。DIMM是英语“Dual In－Line Memory Module”的缩写，双边接触内存模组。也就是说这种类型接口内存的插板两边都有数据接口触片，这种接口模式的内存广泛应用于现在的计算机中，通常为84针，由于是双边的，所以共有84×2=168线接触，所以人们常把这种内存称为168线内存　　

29. 有关内存的规范及参数 • “PC—×××”的含义 • 在SDRAM和RDRAM内存条的技术规范中，“PC—×××”中的“×××”代表内存条正常运行的工作频率。例如SDRAM内存有“PC—100”或“PC—133”等，RDRAM内存条则有“PC—600”或“PC—800”等。DDR SDRAM型内存技术规范中的“×××”含义与SDRAM和RDRAM不同，它代表DDR SDRAM内存所能达到的数据传输最高速率，例如符合“PC—1600”规范的DDR SDRAM（DDR200芯片）内存条数据传输最高速率为1.6GB。

30. 有关内存的规范及参数 • 内存条的数据位　　内存条的数据位数是指内存条“金手指”所同时联接的数据总线位数，例如常用的168和184线内存条的数据位宽度都是64位，而586和686级电脑CPU和内存之间交换数据的数据总线也是64位（不包括ECC校验位），因此电脑使用168或184线的DIMM内存条时可以只装一根，如果使用数据位只有32位的SIMM（72线）内存条时就必须同时安装两根才能使电脑正常工作。RIMM（Rambus DRAM）内存条的数据位只有16位，工作方式与传统的SIMM和DIMM内存不同。使用RIMM内存时主板上内存插槽不能有空槽，如果内存条不够需加装无内存芯片的替代条。

31. 有关内存的规范及参数 • “CAS Latency”参数　　在SDRAM内存条中还有一个“CAS Latency”参数，它表示电脑对内存发出相关列地址的寻址信号后还需等待多长时间（用工作时钟频率的周期作单位）才能读出数据，因此CAS Latency周期数越少越好。CAS Latency根据具体内存条的技术规范而定，例如按技术规范要求PC－133内存条的“CAS Latency”应该≤3，如果实际使用时可在“CMOS”将内存条的“CAS Latency”设为“2”的前提下正常运行则表明该内存条质量不错、超频性能好。

32. 5.1.5 高性能存储技术 • 1．SCSI接口 • SCSI适配器通常使用主机的DMA（直接内存取）通道把数据传送到内存，可以降低系统I/O操作时的CPU占用率。SCSI接口可以连接硬盘、光驱、磁带机和扫描仪等外设。外设通过专用线缆和终端电阻与SCSI适配卡相连，SCSI线缆把SCSI设备串联成菊花链。 • SCSI总线支持数据的快速传输。最近几年主要采用的是80Mbps和160Mbps传输率的U1tra2和U1tra3标准。

33. 目前常用的SCSI系列

34. 5.1.5 高性能存储技术 • 2．RAID(独立磁盘冗余阵列) • RAID（Redundant Array of Independent Disks）技术是将若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理。 • 磁盘阵列有许多特点：首先，提高了存储容量；其次，多台磁盘驱动器可并行工作，提高了数据传输率；第三，采用校验技术，提高了可靠性。

35. RAID技术目前常用的系列

36. 5.1.5 高性能存储技术 • 3. 可伸缩的网络连接存储技术 • 创建独立的可伸缩网络数据存储主要有两种方法：网络附加存储（NAS，Network Attached Storage）和存储区域网络（SAN，Storage Area Network）。有关NAS和SAN的内容将在第7章详细介绍。

37. 机箱技术 • 1．立式机 • 立式机箱的高度通常为18到27英寸。微型立式机箱大约有14英寸高，中型立式机箱通常是16英寸左右。

38. 机箱技术 • 2．基座式 • 能够提供更灵活的配置选择和扩充能力，并且通常可以提供热插拔和磁盘阵列功能。

39. 机箱技术 • 3．机架安装式 • 机架系统可由显示器、磁盘驱动器、不间断电源（UPS）、网络组件和服务器组成。机架机箱的扩展概念是将服务器分成若干个独立的部分，它们通过一个服务器子网络进行通信。

40. 5.2 Web服务器系统架构 • Browser/Server体系架构 • Browser/Application/Server体系架构 • Web Service体系架构

41. 图5.1 Browser/Server三层体系结构 Browser/Server模式 • 在Browser/Server模式中，一般可分为：表示层（Presentation）、功能层（Business Logic）、数据层（Data Service）等三个相对独立的单元。如图5.2所示

42. 图5.2 Browser/Application/Server四层体系结构图 Browser/Application/Server模式

43. Browser/Application/Server模式 • 如图5.2所示，系统的主要功能和业务逻辑在应用服务器层进行处理。应用服务器（图5.2中的箭头表示使用关系）又划分成五个层次：数据实体层（数据的表示方式）、实体控制层（数据的存取方式）、数据访问层（提供对数据库的访问）、业务规则层（业务逻辑的组织方式）和业务外观层（业务服务的提供方式）。

44. Browser/Application/Server模式 • 这种模式显著提高了系统的运行效率和安全性。应用程序使用组件可以共享与数据库的连接，使数据库不再和每个活动客户保持连接，而是若干个客户通过共享组件和数据库连接，降低了数据库的负担，提高了系统性能。此外，客户通过组件访问数据库时，应用服务器的安全管理机制可以按权限将特定组件授给不同的用户组，使商务活动的安全性和系统结构有机地结合在一起。

45. Web Service的体系结构 • Microsoft.Net的目标是让分布在不同区域的计算机、设备一起工作，为用户提供各种各样的服务。人们可以控制在什么时候、获取什么信息以及怎样获取信息；而不必像现在这样，用户在无数个信息孤岛中找来找去，寻找着自己需要的信息。 XML和SOAP（Simple Object Access protocol，简单对象访问协议）是核心技术。 • 简单地说，.Net主要由两大部分组成：一是Net平台，包括.Net基础框架、工具和核心服务等；二是Net产品和服务，包括Windows.Net、MSN.Net、Office.Net、Visual Studio.Net以及bCentral for .Net。

46. 图5.3 Web Services的应用模型 5.3.4 .Net与Web Service的网格模式 • Web Service是由应用程序完成的服务，通过Internet标准，可以和其他Web Service集成，它是一个URL服务资源，客户端可以通过编程方式请求得到它返回的信息。图5.4显示了怎样将Web Services连接在一起，建立分布式的Web应用。

47. 5.3 服务器软硬件选型 • 5.3.1 服务器的性能与配置 1．运算处理能力 （1）选择既能满足当前需求又能满足未来需求的处理器 ① 满足当前需求的处理器性能。处理器的GHz级别是衡量处理器计算速度的关键指标。 ② 满足未来需求的处理器可扩展性。 ③ 增强系统故障承受能力的多处理器特性。多个处理器一起使用可以增强系统的可用性及性能。

48. 5.3.1 服务器的性能与配置 1．运算处理能力 • （2）CPU主频、CPU数量、L2 Cache与服务器性能 • ① CPU主频与服务器性能。CPU主频与性能有这样一种关系，若CPU1主频为M1，CPU2主频为M2，CPU1和CPU2采用的是相同技术，M2>M1，且M2－M1<200MHz，则配置CPU2较配置CPU1性能提升（M2－M1）/M1×50%。通常称之为CPU的50%定律。通常，两CPU主频越接近，越符合此50%定律。 • ② CPU数量与服务器性能。SMP即对称多处理，指的是系统中的多个CPU对称地访问系统的所有硬件资源，如内存、I/O总线和中断。Xeon（至强）系列CPU可支持大于2路的SMP系统。

49. 5.3.1 服务器的性能与配置 1．运算处理能力 （3）IA64体系结构 提高处理器的性能主要有两种途径：一是不断提高CPU的时钟频率和内部并行工作的流水线数量，使CPU在单位时间内进行更多的操作。二是开发处理器指令级的并行性，为了使流水线高效地工作，采用分支预测、顺序执行等技术。但是这些技术都多少存在一些缺点，为此Intel公司和HP公司联合开发了一种称为“清晰并行指令计算（EPIC）”的全新系统架构技术IA64。

50. 5.3.1 服务器的性能与配置 1．运算处理能力 （4）内存/最大内存扩展能力 升级内存是提高系统性能的一个非常好的方式，成本不高，效果很好。例如，向DELL PowerEdge服务器添加内存获得的性能提高与升级处理器差不多，甚至更好。针对PowerEdge 1400SC 的测试表明把内存从128MB升级到256MB，文件/打印环境下的系统性能最高可提高44％