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摘 要 随着以太网技术的不断成熟，数字化医院网络业务量的迅速增加，在网络吞吐量、网络数据处理能力以及业务服务提供能力出现了瓶颈。解决此问题主要通过两种方式实现：带宽扩容和负载均衡。带宽扩容实现难度大、投资成本比较高，通常采用廉价、透明的负载均衡技术。通常负载均衡技术有数据链路层的负载均衡，主要是通过链路聚合协议，如LACP等；网络层借助于路由协议实现等开销（或者不等开销）路径上的负载均衡；核心服务区的集群技术。
关键词 网络拓扑；链路聚合；路由协议；负载均衡
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0072-01
随着医院信息化技术不断发展和完善，数字化医院是现代化医疗发展的新趋势，信息系统的各个核心部分随着业务量的提高、访问量和数据流量的快速增长，其处理能力和计算强度也相应增大，使得单一设备根本无法承担，必须采用多台服务器协同工作，提高计算机系统的处理能力和计算强度，以满足数字化业务量的需求。而如何在完成同样功能的多个网络设备之间实现合理的业务量分配，使之不会出现一台设备过忙、而其他的设备资源却没有充分发挥处理能力的情况。医院网络应该提供上述应用的支持和高速的保证，还应具备容灾、负载均衡的能力。
网络拓扑结构采取了按照科室部门以及楼宇划分网络，具有明显的层次性。整个网络体系结构分为核心层（网络中心机房）、汇聚层（各楼宇的分机房）、接入层（各科室部门）三个层次。为了保证有更好的网络安全性、易管理性、扩展性。在接入層提供接入认证控制、汇聚层提供应用ACL，即访问控制和策略、核心层设备负责快速转发数据包。层次性网络提供了高可用，并具备良好的扩展性，便于网络的故障快速定位、排除。在层次化网络的基础下，合理规划和严格划分IP地址，同时采用VLAN技术进行网络的逻辑隔离、抑制网络广播风暴。负载均衡是建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价、有效、透明的方法，来扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。
在物理设备方面，接入层、汇聚层、核心层设备采用相应的容错负载均衡技术，来保证网络可靠性、可用性。各层之间都采用冗余容错链路，相关层次之间通过VLAN MSTP技术防止环路的同时实现负载均衡。通过配置不同VLAN，通过不同的交换设备转发来自于不同VLAN的流量来实现负载均衡。核心设备之间的冗余协议有三种VRRP、HSRP、GLBP。其中HSRP、GLBP是CISCO专有协议，只支持思科设备，而VRRP协议可以运行在不同设备之间。VRRP、HSRP只提供冗余备份，对于备份链路带宽没有充分的利用，GLBP协议即提供冗余备份，也能实现负载均衡。
链路聚合技术（LACP），基于IEEE802.3ad标准的LACP（Link Aggregation Control Protocol，链路汇聚控制协议）是一种实现链路动态汇聚的协议。LACP协议通过LACPDU（Link Aggregation Control Protocol Data Unit，链路汇聚控制协议数据单元）与对端交互信息。链路聚合技术将两个或者更多的物理链路结合成一个单个的逻辑链路。该逻辑链路是一个具有更高带宽的逻辑链路。该技术能够充分提高链路带宽，并且提供容错。还提供将链路负载分担到每一条物理链路上。如果其中一条物理链路出现故障，不影响逻辑链路的正常使用。根据数字化网络应用需求，对关键、流量较高的链路规划该负载均衡技术。网络的主干链路上利用了链路聚合技术，来提高主干链路的有效带宽、容错、负载均衡。对于流量需求较高的科室即医技科室，由于他们需要采集大量病人的影像资料，包括动态的、静态的超高清DCOM图像，产生的数据量较大。我们对与这些特殊的科室，采取背板带宽较高、转发率较高的交换机，同时采用链路聚合技术提高网络带宽、提高吞吐量、避免网络拥塞的发生，有效的提高网络带宽、还提供了网络容错、负载均衡，提高网络可用性和可靠性，减少了病人影像资料上传、下载时间，减少病人等待时间，提高了设备利用率。使得在较低成本下，实现了高速传输，同时减少了网络故障率、提高网络可用性。
核心服务区的主要是应用服务器、网络交换设备等，对于 HIS服务采用高可用性的应用集群技术Oracle—RAC，硬件采用IBM两台小型机加FC-SAN存储结构。既有良好的硬件处理速度，又有Oracle数据库软件支持。服务数据库采用冗余负载均衡技术，而且FC-SAN存储数据不占用业务网络带宽。从而保证业务系统的高速、稳定的网络环境中运行。为了提高服务器网络吞吐量、增强网络高可用，采取硬件网卡绑定技术， 多网卡绑定成一个逻辑网卡，对外只是一个逻辑网卡，有效解决了网络输入输出的瓶颈。网卡绑定技术既提高网络吞吐量，还具备硬件的冗余负载均衡。如服务器某一块网卡出现故障，并不影响对外服务的提供，从而避免设备单点故障出现的停机事故。核心服务区的稳定、高效直接影响业务系统稳定、高效运行。
数字化医院网络中网络层可以利用路由协议进行多路径负载均衡和链路备份，如OSPF协议具有快速收敛、没有自环路由等特性，同时还支持区域层次化路由、等开销的多路径、CIDR、认证等特性。OSPF协议支持等开销的多路径特性，允许在其OSPF路由开销相同时为同一个目的地使用多路径。利用OSPF路由技术进行链路负载均衡，OSPF路由技术对负载均衡的支持能力较好、支持多条开销相同的链路上进行负载分担，即允许在其OSPF路由负载均衡技术开销相同时为同一个目的地使用多路径传输。IGRP可以对同一目的网络或子网的报文也可以实施等代价路径的负载均衡，这种负载均衡是以时间片轮转的方式工作的，IGRP对给定目的站点可同时使用不对称路径（即支持非等价路径的负载均衡）。开销不等负载均衡允许在多重开销不等路径间分布传输，以保证更大的总吞吐率和更高的可靠性。还可以使用增强型内部网关路由协议（EIGRP）来实现网络传输中的负载均衡，EIGRP不仅支持等价路径的负载均衡，还支持非等价路径的负载均衡。其非等价路径负载均衡通过命令Variance来修改可以接受的非等价路径的度量的倍数。通过Variance值（1-128）范围内的链路被加入到路由表中。通过以上的路由协议可以实现等开销和不等开销路径上的负载均衡，保证了数字化医院网络中网络层有更大的吞吐量和更高的可
靠性。
数字化医院通过计算机化、网络化、智能化，将病人的诊疗信息整合传输，统一社会医疗保健数据库，整合社会医疗资源、流程优化，降低运行成本、提高服务质量、工作效率和管理水平。数字化医院网络中利用相应的负载均衡技术，有效解决网络中的带宽不足、吞吐量小等瓶颈问题。有效提高相关数字化医院业务系统的运行速度，响应速度。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络第5版[M].电子工业出版社，2008.
[2]（美）史蒂文斯（W.Richard Stevens）著.TCP/IP详解（卷1：协议）[M].范建华等译.机械工业出版社，2007.
[3]（美）库罗斯等著.计算机网络自顶向下方法（原书第四版）[M].陈鸣译.机械工业出版社，2009.
[4]尹光成.IP路由技术详解与配置实践[M].清华大学出版社，2012.
[5]易建勋.计算机网络设计[M].北京人民邮电出版社，2007.
关键词 网络拓扑；链路聚合；路由协议；负载均衡
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0072-01
随着医院信息化技术不断发展和完善，数字化医院是现代化医疗发展的新趋势，信息系统的各个核心部分随着业务量的提高、访问量和数据流量的快速增长，其处理能力和计算强度也相应增大，使得单一设备根本无法承担，必须采用多台服务器协同工作，提高计算机系统的处理能力和计算强度，以满足数字化业务量的需求。而如何在完成同样功能的多个网络设备之间实现合理的业务量分配，使之不会出现一台设备过忙、而其他的设备资源却没有充分发挥处理能力的情况。医院网络应该提供上述应用的支持和高速的保证，还应具备容灾、负载均衡的能力。
网络拓扑结构采取了按照科室部门以及楼宇划分网络，具有明显的层次性。整个网络体系结构分为核心层（网络中心机房）、汇聚层（各楼宇的分机房）、接入层（各科室部门）三个层次。为了保证有更好的网络安全性、易管理性、扩展性。在接入層提供接入认证控制、汇聚层提供应用ACL，即访问控制和策略、核心层设备负责快速转发数据包。层次性网络提供了高可用，并具备良好的扩展性，便于网络的故障快速定位、排除。在层次化网络的基础下，合理规划和严格划分IP地址，同时采用VLAN技术进行网络的逻辑隔离、抑制网络广播风暴。负载均衡是建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价、有效、透明的方法，来扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。
在物理设备方面，接入层、汇聚层、核心层设备采用相应的容错负载均衡技术，来保证网络可靠性、可用性。各层之间都采用冗余容错链路，相关层次之间通过VLAN MSTP技术防止环路的同时实现负载均衡。通过配置不同VLAN，通过不同的交换设备转发来自于不同VLAN的流量来实现负载均衡。核心设备之间的冗余协议有三种VRRP、HSRP、GLBP。其中HSRP、GLBP是CISCO专有协议，只支持思科设备，而VRRP协议可以运行在不同设备之间。VRRP、HSRP只提供冗余备份，对于备份链路带宽没有充分的利用，GLBP协议即提供冗余备份，也能实现负载均衡。
链路聚合技术（LACP），基于IEEE802.3ad标准的LACP（Link Aggregation Control Protocol，链路汇聚控制协议）是一种实现链路动态汇聚的协议。LACP协议通过LACPDU（Link Aggregation Control Protocol Data Unit，链路汇聚控制协议数据单元）与对端交互信息。链路聚合技术将两个或者更多的物理链路结合成一个单个的逻辑链路。该逻辑链路是一个具有更高带宽的逻辑链路。该技术能够充分提高链路带宽，并且提供容错。还提供将链路负载分担到每一条物理链路上。如果其中一条物理链路出现故障，不影响逻辑链路的正常使用。根据数字化网络应用需求，对关键、流量较高的链路规划该负载均衡技术。网络的主干链路上利用了链路聚合技术，来提高主干链路的有效带宽、容错、负载均衡。对于流量需求较高的科室即医技科室，由于他们需要采集大量病人的影像资料，包括动态的、静态的超高清DCOM图像，产生的数据量较大。我们对与这些特殊的科室，采取背板带宽较高、转发率较高的交换机，同时采用链路聚合技术提高网络带宽、提高吞吐量、避免网络拥塞的发生，有效的提高网络带宽、还提供了网络容错、负载均衡，提高网络可用性和可靠性，减少了病人影像资料上传、下载时间，减少病人等待时间，提高了设备利用率。使得在较低成本下，实现了高速传输，同时减少了网络故障率、提高网络可用性。
核心服务区的主要是应用服务器、网络交换设备等，对于 HIS服务采用高可用性的应用集群技术Oracle—RAC，硬件采用IBM两台小型机加FC-SAN存储结构。既有良好的硬件处理速度，又有Oracle数据库软件支持。服务数据库采用冗余负载均衡技术，而且FC-SAN存储数据不占用业务网络带宽。从而保证业务系统的高速、稳定的网络环境中运行。为了提高服务器网络吞吐量、增强网络高可用，采取硬件网卡绑定技术， 多网卡绑定成一个逻辑网卡，对外只是一个逻辑网卡，有效解决了网络输入输出的瓶颈。网卡绑定技术既提高网络吞吐量，还具备硬件的冗余负载均衡。如服务器某一块网卡出现故障，并不影响对外服务的提供，从而避免设备单点故障出现的停机事故。核心服务区的稳定、高效直接影响业务系统稳定、高效运行。
数字化医院网络中网络层可以利用路由协议进行多路径负载均衡和链路备份，如OSPF协议具有快速收敛、没有自环路由等特性，同时还支持区域层次化路由、等开销的多路径、CIDR、认证等特性。OSPF协议支持等开销的多路径特性，允许在其OSPF路由开销相同时为同一个目的地使用多路径。利用OSPF路由技术进行链路负载均衡，OSPF路由技术对负载均衡的支持能力较好、支持多条开销相同的链路上进行负载分担，即允许在其OSPF路由负载均衡技术开销相同时为同一个目的地使用多路径传输。IGRP可以对同一目的网络或子网的报文也可以实施等代价路径的负载均衡，这种负载均衡是以时间片轮转的方式工作的，IGRP对给定目的站点可同时使用不对称路径（即支持非等价路径的负载均衡）。开销不等负载均衡允许在多重开销不等路径间分布传输，以保证更大的总吞吐率和更高的可靠性。还可以使用增强型内部网关路由协议（EIGRP）来实现网络传输中的负载均衡，EIGRP不仅支持等价路径的负载均衡，还支持非等价路径的负载均衡。其非等价路径负载均衡通过命令Variance来修改可以接受的非等价路径的度量的倍数。通过Variance值（1-128）范围内的链路被加入到路由表中。通过以上的路由协议可以实现等开销和不等开销路径上的负载均衡，保证了数字化医院网络中网络层有更大的吞吐量和更高的可
靠性。
数字化医院通过计算机化、网络化、智能化，将病人的诊疗信息整合传输，统一社会医疗保健数据库，整合社会医疗资源、流程优化，降低运行成本、提高服务质量、工作效率和管理水平。数字化医院网络中利用相应的负载均衡技术，有效解决网络中的带宽不足、吞吐量小等瓶颈问题。有效提高相关数字化医院业务系统的运行速度，响应速度。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络第5版[M].电子工业出版社，2008.
[2]（美）史蒂文斯（W.Richard Stevens）著.TCP/IP详解（卷1：协议）[M].范建华等译.机械工业出版社，2007.
[3]（美）库罗斯等著.计算机网络自顶向下方法（原书第四版）[M].陈鸣译.机械工业出版社，2009.
[4]尹光成.IP路由技术详解与配置实践[M].清华大学出版社，2012.
[5]易建勋.计算机网络设计[M].北京人民邮电出版社，2007.