畢業(yè)設計（論文）園區(qū)交換式網(wǎng)絡的組建—接入層與匯聚層

1、園區(qū)交換式網(wǎng)絡的組建接入層與匯聚層 xxx摘 要局域網(wǎng)組建普遍采用包括核心層、匯聚層、接入層的三層交換網(wǎng)絡模型其中三層交換和愕娜技術被廣泛應用于各種網(wǎng)絡中主機通過和這種結構的交換式局域網(wǎng)的連接，同外網(wǎng)進行通信和數(shù)據(jù)的交流。在每一層中都按照虛擬局域網(wǎng)對端口進行相應vlan劃分，以設立網(wǎng)關，方便對交換機不同vlan的端口信息交流進行控制。核心層的高速轉發(fā)的性能，為能夠把在匯聚層所匯聚的網(wǎng)內大量數(shù)據(jù)和信息與外網(wǎng)進行安全快速的通信創(chuàng)造了條件。實現(xiàn)該性能， 需要在核心層交換機按照arrp協(xié)議進行分組連接，按優(yōu)先級的高低選定這層中即將用于和外網(wǎng)進行通信的交換機，以及作為備份的交換機，當然，這于整個通信過程

2、來說是透明的，在整個系統(tǒng)看來它只是根據(jù)不同的vlan選擇了不同的arrp組來對數(shù)據(jù)進行轉發(fā)，其中的路由選擇由核心層獨立完成。關鍵詞：交換機 ,路由器,三層交換，vlan技術，arrp分組，轉發(fā)park exchange network design and practiceaccess layer，distribution layerabstractthe local area network sets up generally uses including the core layer, the distribution layer, the access layer three excha

3、nges network model, three exchange is widely applied with the vlan technology in each kind of network main engine through and this kind of structure exchange type local area network connection, carries on the correspondence and the data exchange with the outside net. all defers to the virtual local

4、area network in each to carry on the corresponding vlan division to the port, sets up the gateway, and facilitates carries on the control to the switchboard different vlan port information exchange. the core layer high speed retransmits the performance, for could in the net which gathered in the dis

5、tribution layer institute the mass dates and the information with the outside net carries on the safe fast correspondence to create the condition. realizes this performance, needs to carry on the grouping connection in the core layer switchboard according to the arrp agreement, according to the prio

6、rity height designated in this soon uses in with the outside net to carry on the correspondence the switchboard, as well as the backup switchboard, certainly, this to the entire course of communications said is transparent, in the overall system looked like it only was chooses the different arrp gro

7、up according to different vlan to come the logarithm according to carry on retransmits, routing completed by the core layer independence.key words: switch,router,three exchanges ,vlan(virtual local area network),arrp grouping，retransmits31目錄1 緒 論12 課題背景22.1 題目來源22.2 園區(qū)交換式網(wǎng)絡的目的22.2.1 什么是三層交換32.2.2 三層

8、交換原理32.2.3 三層交換機種類42.3 交換式網(wǎng)絡現(xiàn)狀52.4 交換式網(wǎng)絡的優(yōu)勢62.4.1容易配置和安裝72.4.2換式局域網(wǎng)性能好72.4.3 提供點對點的通信72.4.4 高局域網(wǎng)網(wǎng)速與容量72.4.5 網(wǎng)絡更加健壯92.4.6管理廣播風暴102.4.7有效控制網(wǎng)絡資源的訪問102.4.8 分子網(wǎng)而不受地理位置的限制102.4.9易于管理和網(wǎng)絡管理人員的學習103方案論證113.1企業(yè)校園網(wǎng)的主要要求113.2解決用戶要求的現(xiàn)有方法123.3交換式網(wǎng)絡應用的可行性134方案設計154.1 vlan （virtual local area network）：164.2 管理交換網(wǎng)絡中

9、的冗余鏈路174.3 生成樹協(xié)議stp184.4 配置stp、rstp185方案模擬實現(xiàn)205.1 劃分vlan225.2 給vlan 劃分端口號255.3 設置spanning-tree275.4 匯聚層配置286結果分析326.1 接入層中相關設置的結果分析326.2 匯聚層中相關設置的結果分析36謝 辭40參考文獻411 緒 論步入21世紀，科學技術突飛猛進，知識經(jīng)濟初見端倪，尤其是信息技術和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，對社會的政治、經(jīng)濟、軍事、科技和文化領域產(chǎn)生越來越深刻的影響，也正在改變著人們的生活、工作、學習和交流方式。在以計算機技術為代表的信息科技的發(fā)展更是日新月異，從各個方面

10、影響和改變著我們的生活，而其中的計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展更為迅速，已經(jīng)滲透到了我們生活的各個方面，人們已經(jīng)離不開計算機網(wǎng)絡，并且隨著因特網(wǎng)的迅速普及，給我們的學習與生活條件帶來更大的方便，我們與外部世界的聯(lián)系將更加的緊密和快速。 隨著人們對于信息資源共享以及信息交流的迫切需求，促使網(wǎng)絡技術的產(chǎn)生和快速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生和使用為人類信息文明的發(fā)展帶來了革命性的變化。園區(qū)交換式網(wǎng)絡成為為互聯(lián)網(wǎng)絡中的重要組成部分。園區(qū)交換式網(wǎng)絡中最明顯的是校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)。校園網(wǎng)是為了學校的教學、管理、辦公、信息交流和通訊等提供綜合的網(wǎng)絡環(huán)境。校園網(wǎng)的使用，使學校的教育、教學研究和管理工作跨上一個新臺階，同時也給學校

11、的宣傳，發(fā)展，提供了一個平臺。企業(yè)網(wǎng)是為了企業(yè)管理公司內部部門、員工，方便企業(yè)獲得市場信息、開展網(wǎng)上電子商務活動，進行信息交流和通訊等提供綜合的網(wǎng)絡環(huán)境。企業(yè)網(wǎng)方便了企業(yè)內部部門的信息交流，及是保護好企業(yè)的商業(yè)機密，使得企業(yè)內部不同部門之間既有信息的交流又有保護隔離措施。我們可以充分利用現(xiàn)有計算機資源，實現(xiàn)信息交流和軟硬件資源的共享，實現(xiàn)學校辦公、管理、教學的現(xiàn)代化和企業(yè)管理、開展商務活動、信息交流的現(xiàn)代化自1995年中國教育教研網(wǎng)（cernet）建成后，校園網(wǎng)的建設已經(jīng)進入到一個蓬勃發(fā)展的階段。校園網(wǎng)的建成和使用，對于提高教學和科研的質量、改善教學和科研條件、加快學校的信息化進程，開展多媒體

12、教學與研究以及使教學多出人才、科研多出成果有著十分重要而深遠的意義。其主要包括各種局域網(wǎng)的技術思想、網(wǎng)絡設計方案、網(wǎng)絡拓撲結構、布線系統(tǒng)、intranet/internet的應用、網(wǎng)絡安全，網(wǎng)絡系統(tǒng)的維護等內容。2 課題背景21 題目來源近年來，隨著計算機網(wǎng)絡技術在的日益普及，企業(yè)、學校等網(wǎng)絡化、信息化和智能化需求成為競相角逐的熱點。基礎設施，其規(guī)模和應用水平已成為衡量企業(yè)和學校等綜合實力的一個重要標志，校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)是由計算機、網(wǎng)絡技術設備和軟件等構成的為其教育教學和管理服務的集成應用系統(tǒng)，并可通過與廣域網(wǎng)的互聯(lián)實現(xiàn)遠距離信息交流和資源共享。這種網(wǎng)絡的建設應為學校和企業(yè)的教學、管理、日常辦公

13、、內外交流等各方面提供全面、切實的支持。應具備行政管理功能、資源信息功能、內外交流功能等。22 園區(qū)交換式網(wǎng)絡的目的在局域網(wǎng)中，最為典型的兩種局域網(wǎng)是校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)。就網(wǎng)絡的體系結構而言，校園網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)都屬于混合型網(wǎng)絡。混合型網(wǎng)絡也就是在局域網(wǎng)中，即使用對等網(wǎng)絡體系結構又使用客戶機-服務器網(wǎng)絡體系結構?；旌闲途W(wǎng)絡將對等網(wǎng)絡中工作組的最佳特性與基于服務器網(wǎng)絡的性能、安全性、可靠性結合在一起?；旌闲途W(wǎng)絡有著諸多優(yōu)點，但也有其缺點，其中，最為主要的缺點是：網(wǎng)絡訪問可能成為用戶難以承擔的負擔。企業(yè)網(wǎng)在隨著公司的增長，他們的網(wǎng)絡也不斷的擴大?，F(xiàn)在，所有規(guī)模的公司都使用網(wǎng)絡，以便雇員彼此通信和有效地工作，

14、在有些公司中，日常工作可能需要位于世界上不同辦公地點的同事之間的協(xié)作，他們就要求網(wǎng)絡能支持數(shù)千名用戶訪問整個公司的信息。然而對于一個校園網(wǎng)來說幾千甚至上萬個結點也是平常規(guī)模。這樣，企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)的網(wǎng)絡體系結構及其需求使得我們在組建企業(yè)網(wǎng)與校園網(wǎng)時必然會考慮帶寬問題。同時，由于企業(yè)從事的是商業(yè)活動，防止商業(yè)機密的泄漏是企業(yè)管理的重要一部分，因而信息安全對于企業(yè)來說尤為重要。校園網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)一樣，作為一個學?；蚱髽I(yè)的內部局域網(wǎng)，它是由多個子網(wǎng)組成。企業(yè)網(wǎng)與校園網(wǎng)所不同的是：一個企業(yè)網(wǎng)可能分布在不同地理位置上，而且企業(yè)網(wǎng)內部不同子網(wǎng)可能相距甚遠。但是校園網(wǎng)作為一個大的局域網(wǎng)，其內部的子網(wǎng)大多分布在同一

15、個校園內，由于，校園網(wǎng)內部包括教研網(wǎng)絡，故也存在信息安全問題，另外，在設計內部子網(wǎng)是，由于不同部門有可能出于不同地理位置上，當時在劃分子網(wǎng)時卻要劃分在同一子網(wǎng)內部，這使得局域網(wǎng)的劃分不需要考慮其主機所在的地理位置，也使得虛擬局域網(wǎng)技術的引入。從總體來說，無論是校園網(wǎng)還是企業(yè)網(wǎng)，即使各方面的需求都不一樣，但都希望是高帶寬，高安全性能的局域網(wǎng)。計算機與計算機或工作站與服務器進行連接時，除了使用連接介質外，還需要一些中介設備，如網(wǎng)橋、路由器或交換機等連接而成的。由于對局域網(wǎng)帶寬不斷增長的要求必須在以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)固定的10mbps或16mbps的帶寬限制下，所以在一個典型的局域網(wǎng)設計中不同局域網(wǎng)段的

16、數(shù)目正迅速性地增長著。交換式局域網(wǎng)，作為一種能通過增加網(wǎng)段提高局域網(wǎng)容量的技術，已經(jīng)迅速地確立了它自己的地位。這是因為局域網(wǎng)交換機能夠以較低的成本在多個網(wǎng)段提供高質量的報文傳輸服務?；谝陨蠋c，現(xiàn)在幾乎所有的校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)都采用交換式局域網(wǎng)。其中應用最多的是三層交換技術。簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術三層轉發(fā)技術。它解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡瓶頸問題。2.2.1 什么是三層交換三層交換（也稱多層交換技術，或ip交換技術）是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術是在osi網(wǎng)絡標準模型中的第二

17、層數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網(wǎng)絡模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉發(fā)。簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術三層轉發(fā)技術。 三層交換技術的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡瓶頸問題。 2.2.2 三層交換原理 一個具有三層交換功能的設備，是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是簡單地把路由器設備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機上。 其原理是：假設兩個使用ip協(xié)議的站點a、b通過第三層交換機進行通信，發(fā)送站點a在開始發(fā)送時，把自己的ip地址與b站的ip地址比較，判斷b站是否與自

18、己在同一子網(wǎng)內。若目的站b與發(fā)送站a在同一子網(wǎng)內，則進行二層的轉發(fā)。若兩個站點不在同一子網(wǎng)內，如發(fā)送站a要與目的站b通信，發(fā)送站a要向“缺省網(wǎng)關”發(fā)出arp(地址解析)封包，而“缺省網(wǎng)關”的ip地址其實是三層交換機的三層交換模塊。當發(fā)送站a對“缺省網(wǎng)關”的ip地址廣播出一個arp請求時，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經(jīng)知道b站的mac地址，則向發(fā)送站a回復b的mac地址。否則三層交換模塊根據(jù)路由信息向b站廣播一個arp請求，b站得到此arp請求后向三層交換模塊回復其mac地址，三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送站a,同時將b站的mac地址發(fā)送到二層交換引擎的mac地址表中。從這以后，當a

19、向b發(fā)送的數(shù)據(jù)包便全部交給二層交換處理，信息得以高速交換。由于僅僅在路由過程中才需要三層處理，絕大部分數(shù)據(jù)都通過二層交換轉發(fā)，因此三層交換機的速度很快，接近二層交換機的速度，同時比相同路由器的價格低很多。2.2.3 三層交換機種類三層交換機可以根據(jù)其處理數(shù)據(jù)的不同而分為純硬件和純軟件兩大類。 （1）純硬件的三層技術相對來說技術復雜，成本高，但是速度快，性能好，帶負載能力強。其原理是，采用asic芯片，采用硬件的方式進行路由表的查找和刷新。 當數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進來以后，首先在二層交換芯片中查找相應的目的mac地址，如果查到，就進行二層轉發(fā)，否則將數(shù)據(jù)送至三層引擎。在三層引擎中，asic芯片

20、查找相應的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的ip地址相比對，然后發(fā)送arp數(shù)據(jù)包到目的主機，得到該主機的mac地址，將mac地址發(fā)到二層芯片，由二層芯片轉發(fā)該數(shù)據(jù)包。 （2）基于軟件的三層交換機技術較簡單，但速度較慢，不適合作為主干。其原理是，采用cpu用軟件的方式查找路由表。 當數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進來以后，首先在二層交換芯片中查找相應的目的mac地址，如果查到，就進行二層轉發(fā)否則將數(shù)據(jù)送至cpu。cpu查找相應的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的ip地址相比對，然后發(fā)送arp數(shù)據(jù)包到目的主機得到該主機的mac地址，將mac地址發(fā)到二層芯片，由二層芯片轉發(fā)該數(shù)據(jù)包。因為低價cpu處理速度較慢，因此這種三層交換

21、機處理速度較慢。 23 交換式網(wǎng)絡現(xiàn)狀以太網(wǎng)交換機，英文為sw99vch，也有人翻譯為開關，交換器或稱交換式集線器。計算機技術與通信技術的結合促進了計算機局域網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，從六十年代莫aloha的出現(xiàn)到九十年代中期1000mbps交換是以太網(wǎng)的登臺亮相，短短的三十年間經(jīng)過從單工到雙工，從共享到交換，從低速到高速，從簡單到復雜，從昂貴到普及的飛躍。八十年代中后期，由于通信量的急劇增加，促使技術的發(fā)展，使局域網(wǎng)的性能越來越，最早的1mbps的速率以廣泛地被今天的100baset和100cganylan替代，但是，傳統(tǒng)的媒體訪問方法都局限于使大量的站點共享對一個公共傳輸媒體的訪問，即csma/cd

22、。九十年代初，隨著計算機性能的提高及通信量的劇增，傳統(tǒng)局域網(wǎng)已經(jīng)愈來愈超出了自身的負荷，交換是以太網(wǎng)技術應運而生，大大提高了局域網(wǎng)的性能。與現(xiàn)在基于網(wǎng)橋和路由器的共享媒體的局域網(wǎng)圖譜結構相比，網(wǎng)絡交換機能顯著的增加帶寬。交換技術的加入，就可以建立地理位置相對分散的網(wǎng)絡，使局域網(wǎng)交換機的每個端口可平行、安全、同事的互相傳輸信息，而且是局域網(wǎng)可以高度擴充。從網(wǎng)橋、多端口網(wǎng)橋到交換機，局域網(wǎng)交換技術的發(fā)展要追溯到兩端口網(wǎng)橋。橋是一種存取轉發(fā)設備，用來連接相似的局域網(wǎng)。從互聯(lián)網(wǎng)絡的結構來看，橋是屬于dce級的端到端的連接；從協(xié)議層次看，橋是在邏輯鏈路對數(shù)據(jù)幀進行存取轉發(fā)；與中繼器在第一層、路由器在第三

23、層的功能相似。兩端口網(wǎng)橋幾乎是和以太網(wǎng)同時發(fā)展的。以太網(wǎng)交換技術是在多端口網(wǎng)橋的基礎上與九十年代初發(fā)展起來的，實現(xiàn)osi模型的下兩層協(xié)議，與網(wǎng)橋有著千絲萬縷的關系，甚至被業(yè)界人士成為許多聯(lián)系在一起的網(wǎng)橋，因此現(xiàn)在的交換式技術并不是什么新的標準，而是現(xiàn)有技術的新應用而已，是一種改進了的局域網(wǎng)橋，與傳統(tǒng)的網(wǎng)橋相比，它能提供更多的端口（488）、更好的性能、更強的管理功能以及更便宜的價格?，F(xiàn)在某些局域網(wǎng)交換機也實現(xiàn)了osi參考模型的第三層協(xié)議，實現(xiàn)簡單的路由選擇功能，目前很熱的第三層交換就是指此。交換式局域網(wǎng)能通過增加網(wǎng)段提高局域網(wǎng)容量的技術，是過去互聯(lián)網(wǎng)中常用到的以hub為基礎設施共享式局域網(wǎng)所不

24、能做到的。這是因為局域網(wǎng)交換機能夠以較低的成本在多個網(wǎng)段提供高質量的報文傳輸服務。這正如以前的路由器，作為連接局域網(wǎng)段的互連設備曾大量替代了互連網(wǎng)橋，而現(xiàn)在交換機趨向于替代局域網(wǎng)中的路由器。交換機是工作在osi第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）的物理設備，它分割網(wǎng)絡，形成多個沖突域段，可以很好的提升網(wǎng)絡性能。網(wǎng)絡設計涵蓋許多方面的內容，大到網(wǎng)絡所處的工作環(huán)境，小到安排每一段線路的實施。如果一個網(wǎng)絡設計得合理，則會成為用戶賴以生存和發(fā)展的動力源泉，否則會成為邁向成功的絆腳石。 類型網(wǎng)絡速度一般利用率一般通信量最高利用率最高通信量共享式10mbps局域網(wǎng)10mbps50%5.0mbps80%8.0 mbps交換

25、式10mbps局域網(wǎng)10mbps85%8.5 mbps90%9.0 mbps交換式全雙工10mbps局域網(wǎng)10mbps190%19.0 mbps190%19.0 mbps共享式100mbps局域網(wǎng)100mbps50%50.0 mbps80%80.0 mbps交換式100mbps局域網(wǎng)100mbps85%85.0 mbps90%90.0 mbps表2-1 局域網(wǎng)10mbps和100mbps數(shù)據(jù)利用率的統(tǒng)計24 交換式網(wǎng)絡的優(yōu)勢交換式網(wǎng)絡建立在傳統(tǒng)網(wǎng)絡基礎之上，能夠為每個節(jié)點提供單獨的可用帶寬。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點直接連接到交換機的端口上，獲得10mbps/100mbps的連接速度。交換式局域網(wǎng)中唯一

26、需要添加的設備便是局域網(wǎng)交換機。交換式局域網(wǎng)有如下優(yōu)點：2.4.1容易配置和安裝交換式局域網(wǎng)保留現(xiàn)有網(wǎng)絡的基礎設施，只需將共享式集線器（hub）改為交換機，大大節(jié)省了升級網(wǎng)絡的費用。交換式局域網(wǎng)是由交換機和主機在一起組成的網(wǎng)絡，由于交換機易于安裝、配置和管理，所以交換式局域網(wǎng)容易安裝并且容易配置。另外，由于交換式局域網(wǎng)使用大多數(shù)或全部的現(xiàn)有基礎設施，所以當需要時還可追加更多的性能。2.4.2換式局域網(wǎng)性能好交換式局域網(wǎng)可在高速與低速網(wǎng)絡間轉換，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡的協(xié)同。目前大多數(shù)交換式以太網(wǎng)都具有100mbps的端口，通過與之相對應的100mbps的網(wǎng)卡接入到服務器上，暫時解決了10mbps的瓶頸，

27、成為網(wǎng)絡局域網(wǎng)升級時首選的方案。另外，傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡環(huán)境中，網(wǎng)絡性能會隨著通信量和用戶數(shù)目的增加而急劇降低。但在交換環(huán)境中避免了這種不足，這是因為沖突域只存在于發(fā)生通信的兩個節(jié)點間。另外，交換式局域網(wǎng)還可以工作在全雙工模式下，實現(xiàn)無沖突域的通信，大大超過傳統(tǒng)網(wǎng)絡連接速度，達到原來的200%。2.4.3 提供點對點的通信 交換式局域網(wǎng)中可實現(xiàn)用戶之間點對點的通信，可以為每個節(jié)點提供單獨的可用寬帶，通信雙方獨享網(wǎng)絡帶寬，并且不受其它用戶干擾。2.4.4 高局域網(wǎng)網(wǎng)速與容量現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)中局域網(wǎng)分為兩種：交換式局域網(wǎng)和共享式互聯(lián)網(wǎng)。1.交換式局域網(wǎng):：是通過交換機將主機聯(lián)接在一起。交換式局域網(wǎng)中計算機之

28、間的通信是點對點式的，也就是它們之間任意兩臺或多臺機子之間相互通信不會影響到其他機子通行，相對來說網(wǎng)絡的傳輸速度很快，但是成本很好。2.共享式局域網(wǎng)：僅僅通過集線器將主機聯(lián)接在一起。共享式網(wǎng)絡連接各計算機設備的只是集線器（hub)所有機器共享同一帶寬,在機器不多的情況下網(wǎng)絡傳輸速度是很快的,但要是機子多與兩百臺后,網(wǎng)路的傳輸速度會變的非常的差,特別是在同時有大量的數(shù)據(jù)戶傳的網(wǎng)絡中,就更為突出,所以一般建議,在機器不多于20臺時用集線器組網(wǎng),要是多于20臺建議用交換機組網(wǎng) 。共享式網(wǎng)絡在主機之間通信時處于無序的狀態(tài)，當數(shù)據(jù)和用戶數(shù)量超出一定的限量時，就會造成碰撞沖突，使網(wǎng)絡性能衰退。而交換式網(wǎng)絡

29、則避免了共享式網(wǎng)絡的不足，交換技術的作用便是根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地從端口送至目的端口,避免了與其它端口發(fā)生碰撞，提高了實際吞吐量。共享式以太網(wǎng)存在的主要問題是所有用戶共享帶寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網(wǎng)絡用戶數(shù)的增加而遞減。這是因為當信息繁忙時，多個用戶都可能同進“爭用”一個信道，而一個通道在某一時刻只充許一個用戶占用，所以大量的經(jīng)常處于監(jiān)測等待狀態(tài)，致使信號在傳送時產(chǎn)生抖動、停滯或失真，嚴重影響了網(wǎng)絡的性能。集線器實際上是一個中繼器，而中繼器的主要功能是對接收到的信號進行整形再生放大，使被衰減的信號再生（恢復）到發(fā)送時的狀態(tài)，以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離，而不具備信號的定向傳

30、送能力。而在交換式以太網(wǎng)中，交換機供給每個用戶專用的信息通道，除非兩個源端口企圖將信息同時發(fā)往同一目的端口，否則各個源端口與各自的目的端口之間可同時進行通信而不發(fā)生沖突。交換機只是在工作方式上與集線器不同，其它的連接方式、速度選擇等則與集線器基本相同。也正是交換機在工作方式上與集線器的不同，使得交換式局域網(wǎng)比共享式局域網(wǎng)容量更大，更適合用于大型局域網(wǎng)的組建。 實際應用中，網(wǎng)絡各不相同，每個網(wǎng)絡都有其特定的設計思想和應用需求。下面從實際當中抽象出一個網(wǎng)絡模型如下圖。對于左邊的10mbps共享式局域網(wǎng)，一般情況下，帶寬利用率只有50%左右，即5mbps。假如一個集線器實際連接用戶數(shù)為10，則每個用

31、戶可獲得的速度只有0.5mbps?？梢钥闯鲇脩魧嶋H可利用的帶寬與期望值相差較遠。要想優(yōu)化這種網(wǎng)絡，提升它的性能，延長現(xiàn)有設備的利用年限，可以添加一臺交換機更換掉原有的集線器，網(wǎng)絡的性能便會被得到極大提升。如右圖，當交換機工作在全雙工模式下時，交換機與服務器之間的連接速度一般可達到19mbps，而且不論它連接了多少個用戶，每個用戶可獨享此帶寬；當工作在交換方式時，服務器和交換機之間也可以達到8.5mbps，每個用戶也可以享用8.5mbps的連接速度，滿足自身工作需求。由此看來，在提升網(wǎng)絡性能時適當更換設備可以獲得一種質的飛躍。從中我們也可以看到交換式局域網(wǎng)比共享式局域網(wǎng)網(wǎng)速更高，性能更好。2.4

32、.5 網(wǎng)絡更加健壯隨著交換技術在網(wǎng)絡中的普遍應用，保證各種網(wǎng)絡終端包括服務器在內的設備間正常通信成為一項重要任務，絕大多數(shù)情況下，我們在交換網(wǎng)絡中采用交換設備之間多條鏈路連接，形成冗余連路來保證線路上的單點故障不會影響正常通信，現(xiàn)在在許多交換機或交換機設備組成的網(wǎng)絡環(huán)境中，通常都是用一些備份連接，以提高網(wǎng)絡的健全性、穩(wěn)定性。備份連接也叫備份鏈路、冗余鏈路等。在主鏈路出故障時，備份鏈路自動啟用，從而提高網(wǎng)絡的整體可靠性。但是由于有冗余鏈路的存在，網(wǎng)絡間就會出現(xiàn)廣播風暴。一個數(shù)據(jù)幀或包被傳輸?shù)奖镜鼐W(wǎng)段 (由廣播域定義)上的每個節(jié)點就是廣播；由于網(wǎng)絡拓撲的設計和連接問題，或其他原因導致廣播在網(wǎng)段內大

33、量復制，傳播數(shù)據(jù)幀，導致網(wǎng)絡性能下降，甚至網(wǎng)絡癱瘓。這就是廣播風暴。其實廣播風暴多是出現(xiàn)在以hub連接的容易產(chǎn)生環(huán)形連接的局域網(wǎng)中，如果用路由器和交換機的話，由于路由器和交換機是樹形連接設計的，并且通過設置vlan（虛擬局域網(wǎng)），可以有效的防止廣播風暴的產(chǎn)生。在校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)內部，路由器的主要作用是分隔子網(wǎng)。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，局域網(wǎng)演變成以高速主干和交換機連接的多個子網(wǎng)所組成的校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)。在其中各個子網(wǎng)在邏輯上獨立，而三層交換機就是唯一能夠分隔它們的設備，它負責子網(wǎng)間的報文轉發(fā)和廣播隔離，在邊界上的路由器則負責與上層網(wǎng)絡的連接。2.4.6管理廣播風暴傳統(tǒng)的共享介質的以太網(wǎng)和交換式的以

34、太網(wǎng)中，所有的用戶在同一個廣播域內，使得網(wǎng)絡性能的下降，浪費可貴的帶寬；而且對廣播風暴的控制和網(wǎng)絡安全感只能在第三層的路由器上實現(xiàn)。為了解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出vlan協(xié)議它在以太網(wǎng)幀的基礎上加了vlan頭，用vlan id把用戶劃分為更小的工作組，每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播風暴范圍，并能夠形成虛擬工作組，動態(tài)管理網(wǎng)絡?；诮粨Q機的虛擬局域網(wǎng)能夠為局域網(wǎng)解決沖突域、廣播域、帶寬問題，提高網(wǎng)絡性能。2.4.7有效控制網(wǎng)絡資源的訪問在企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)中，由于地理位置和部門的不同，而對網(wǎng)絡中相應資源就有著不同的權限要求，例如財務部和人事部的數(shù)據(jù)就不容許其他部

35、門的人員看到或者偵聽截取到，以提高數(shù)據(jù)的安全性。在普通二層設備上無法實現(xiàn)廣播幀的隔離，只要人員在同一個基于二層的網(wǎng)絡內，數(shù)據(jù)、資源就可能不安全。為了解決這個問題，我們利用vlan技術限制不同工作組之間的用戶二層之間互訪。這樣，就可以有效的控制網(wǎng)絡資源的訪問。2.4.8 分子網(wǎng)而不受地理位置的限制交換式局域網(wǎng)中vlan技術允許網(wǎng)絡管理者將一個物理的lan邏輯地劃分成不同的廣播域（或稱虛擬lan，即vlan），每一個vlan都包含一組有著相同需求的計算機工作站，與物理上形成的lan有著相同的屬性。當由于它是邏輯地而不是物理地劃分，所以同一個vlan內的各個工作站無需被放置在同一個物理空間里，只有按

36、照不同部門劃分虛擬網(wǎng)，這樣就可以滿足在大眾性企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)中，避免地理位置的限制來實現(xiàn)組織結構的合理劃分部。2.4.9易于管理和網(wǎng)絡管理人員的學習交換以太網(wǎng)是基于以太網(wǎng)的，只需了解以太網(wǎng)這種常規(guī)技術和一些少量的交換技術就可以很方便的被工程技術人員掌握和使用。3方案論證通過對交換機的配置，按照實際要需求來設置不同的vlan，這需要vlan間的通信，同時解決交換網(wǎng)絡中的冗余鏈路，解決網(wǎng)絡中的冗余鏈路問題我們需要生成樹協(xié)議stp和快速生成樹協(xié)議rstp31企業(yè)校園網(wǎng)的主要要求校園網(wǎng)在學校的教學、科研和管理中發(fā)揮著越來越重要的作用。而企業(yè)網(wǎng)在企業(yè)的管理、開展商務活動、信息交流中發(fā)揮著越來越重要的作用。

37、目前，網(wǎng)絡應用遍及教學管理、信息服務、電子郵件等各個方面，成為學校日常辦公、教學、科研以及對外交流必不可少的信息平臺。也成為企業(yè)日常辦公、管理、以及對外進行商務活動必不可少的信息平臺在校園和企業(yè)中不同的部門之間需要有資源共享，有些部門之間不需要資源共享，這就需要我們設置不同的vlan來劃分網(wǎng)絡，滿足他們對資源共享的需求。今天,隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大和應用需求的不斷提高,特別是多媒體技術和產(chǎn)品的普及應用,使得網(wǎng)絡傳輸圖形、圖象、聲音以及活動視頻信息的需求日益增長。用戶不僅需要高帶寬的交換網(wǎng)絡，而且還要求：可以靈活地對網(wǎng)絡進行增加、移動和改變；網(wǎng)絡設備應具有即插即用的靈活性；對網(wǎng)絡廣播流量的控制；

38、對多協(xié)議的支持；網(wǎng)絡運行要有安全保障；操作不依賴局域網(wǎng)技術和拓撲結構；提供向新技術過渡的方法；完全兼容現(xiàn)有的網(wǎng)關、集線器、橋接器、路由器以及交換機(lan交換機和atm交換機)。 歸納起來可以用一句話表示:交換網(wǎng)絡能幫助用戶提高網(wǎng)絡性能并簡化網(wǎng)絡的操作和管理。32解決用戶要求的現(xiàn)有方法現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)中局域網(wǎng)分為兩種：交換式局域網(wǎng)和共享式互聯(lián)網(wǎng)。1交換式局域網(wǎng)是通過交換機將主機聯(lián)接在一起。交換式局域網(wǎng)中計算機之間的通信是點對點式的，也就是它們之間任意兩臺或多臺機子之間相互通信不會影響到其他機子通行，相對來說網(wǎng)絡的傳輸速度很快，但是成本很好。2共享式局域網(wǎng)僅僅通過集線器將主機聯(lián)接在一起。共享式網(wǎng)絡連接

39、各計算機設備的只是集線器（hub)所有機器共享同一帶寬,在機器不多的情況下網(wǎng)絡傳輸速度是很快的,但要是機子多與兩百臺后,網(wǎng)路的傳輸速度會變的非常的差,特別是在同時有大量的數(shù)據(jù)戶傳的網(wǎng)絡中,就更為突出,所以一般建議,在機器不多于20臺時用集線器組網(wǎng),要是多于20臺建議用交換機組網(wǎng) 。共享式網(wǎng)絡在主機之間通信時處于無序的狀態(tài)，當數(shù)據(jù)和用戶數(shù)量超出一定的限量時，就會造成碰撞沖突，使網(wǎng)絡性能衰退。而交換式網(wǎng)絡則避免了共享式網(wǎng)絡的不足，交換技術的作用便是根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地從端口送至目的端口,避免了與其它端口發(fā)生碰撞，提高了實際吞吐量。共享式以太網(wǎng)存在的主要問題是所有用戶共享帶

40、寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網(wǎng)絡用戶數(shù)的增加而遞減。這是因為當信息繁忙時，多個用戶都可能同進“爭用”一個信道，而一個通道在某一時刻只充許一個用戶占用，所以大量的經(jīng)常處于監(jiān)測等待狀態(tài)，致使信號在傳送時產(chǎn)生抖動、停滯或失真，嚴重影響了網(wǎng)絡的性能。集線器實際上是一個中繼器，而中繼器的主要功能是對接收到的信號進行整形再生放大，使被衰減的信號再生（恢復）到發(fā)送時的狀態(tài)，以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離，而不具備信號的定向傳送能力。而在交換式以太網(wǎng)中，交換機供給每個用戶專用的信息通道，除非兩個源端口企圖將信息同時發(fā)往同一目的端口，否則各個源端口與各自的目的端口之間可同時進行通信而不發(fā)生沖突。交換機只是在工作方式上與集

41、線器不同，其它的連接方式、速度選擇等則與集線器基本相同。也正是交換機在工作方式上與集線器的不同，使得交換式局域網(wǎng)比共享式局域網(wǎng)容量更大，更適合用于大型局域網(wǎng)的組建。 如果網(wǎng)絡中的計算機是通過集線器連接的，是共享式網(wǎng)絡。如果將集線器換成交換機，便是交換式網(wǎng)絡。33交換式網(wǎng)絡應用的可行性隨著網(wǎng)絡交換機和路由器的推廣，使得交換式網(wǎng)絡的應用成為現(xiàn)實，以后的發(fā)展趨勢需要更高的性能，五年來，網(wǎng)絡的傳輸速度每年翻一番，幾年前的主干網(wǎng)速度是155mb/s，現(xiàn)在已經(jīng)到了10gb/s，兩到三年內又會提高到40gb/s。交換式局域網(wǎng)有如下特點：a網(wǎng)絡實現(xiàn)需要使用局域網(wǎng)交換機。b保留現(xiàn)有的局域網(wǎng)基礎設施，并且在保持網(wǎng)

42、絡結構基本不改變的情況下提升網(wǎng)絡性能。c交換式局域網(wǎng)中可實現(xiàn)用戶之間點對點的通信，通信雙方獨享網(wǎng)絡帶寬，并且不受其它用戶干擾。d提供廣泛的媒體支持，可以使用3類以上的雙絞線或光纖。傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡環(huán)境中，網(wǎng)絡性能會隨著通信量和用戶數(shù)目的增加而急劇降低。但在交換環(huán)境中避免了這種不足，這是因為沖突域只存在于發(fā)生通信的兩個節(jié)點間。另外，交換式局域網(wǎng)還可以工作在全雙工模式下，實現(xiàn)無沖突域的通信，大大超過傳統(tǒng)網(wǎng)絡連接速度，達到原來的200%。層次化結構設計也有一些缺點：出于對冗余能力的考慮和要采用特殊的交換設備，層次化網(wǎng)絡的初次投資要明顯高于平面型網(wǎng)絡建設的費用。正是由分層設計的高額投資，認真選擇路由協(xié)議

43、、網(wǎng)絡組件和處理步驟就顯得極為重要。下面以第三層交換為例來評估其市場可行性：1) 該技術解決了人們希望解決的問題了嗎？第三層交換技術所針對的問題是顯著地改善路由特性的同時顯著地降低路由的成本。這是隨著網(wǎng)絡需求的增長和變化，網(wǎng)絡專業(yè)人員必設計第三層交換。2) 該技術是此問題的第一個解決方法嗎？很明顯，l 3 交換不是提供路由功能的第一種方法。早在十多年前路由器就已經(jīng)得到應用，然而l 3 交換是在使路由性能顯著增強的同時而使路由成本明顯降低的第一種技術。3) 如果該技術不是第一個解決方法，它比其他解決方法明顯優(yōu)越嗎？由于l 3 技術已經(jīng)是第一了，所以這一標準在這兒不適用。4) 技術復雜程度對于所解

44、決的問題來說是合適的嗎？正如本書將要討論的，l 3 交換的不同實現(xiàn)方法的技術復雜程度大不一樣，網(wǎng)絡專業(yè)人員的一個任務就是要確保他們所選擇的實現(xiàn)方法具有適當?shù)募夹g復雜程度。5) 該技術代表一種長遠的解決方案嗎？獲得更豐富的路由功能的同時還要控制成本這一要求永遠不會過時；另外，l 3 交換技術的一個基本特點，即在硬件中提供更多的功能是一長遠的設計趨勢。因此，我們相信第三層交換是一種長遠的解決方案。6) 所有的技術細節(jié)適當嗎？從總體上來說，這個問題的答案是否定的。一些廠家還沒有產(chǎn)品發(fā)貨出去；另外一些廠家發(fā)出的產(chǎn)品有嚴重的不足，如端口密集度低或者性能不足。另外，實現(xiàn)附加值功能（例如服務質量）的標準尚在

45、擬訂之中。但是我們相信目前一些可行的產(chǎn)品正在發(fā)送之中，而且市場也將很快成熟。7) 實施該技術需要付出很大的努力嗎？對于這個問題的一個總的回答也是否定的，因為所需的努力程度與你所選擇的l 3 交換的實現(xiàn)方法有關。例如，某些設備幾乎無需什么努力就可以在網(wǎng)絡中進行部署，因為設備能夠自動獲得其他網(wǎng)絡部分的情況，而另外某些設備需要與路由器相似地安裝和配置。8) 有沒有明顯的非技術風險？這里所指的風險往往與機構有關。由于第三層交換通常由部署路由器的同一機構來部署，所以我們看不到明顯的非技術風險。4方案設計層次化網(wǎng)絡設計在互聯(lián)網(wǎng)組件的通信中引入了三個關鍵層的概念，這三個層次分別是：核心層（core laye

46、r）、匯聚層（distribution layer）和接入層（access layer）。接入層為用戶提供對網(wǎng)絡的訪問接口，是整個網(wǎng)絡的可見部分，也是用戶與該網(wǎng)的連接場所。接入層特點： 對匯聚層的訪問控制和策略進行支持 建立獨立的沖突域 建立工作組與匯聚層的連接匯聚層用于把大量接入層的路徑進行匯聚和集中，并連接至核心層，同時在接入層和核心層之間提供協(xié)議轉換和帶寬管理。匯聚層特點： 安全 部門或工作組級訪問 廣播/多播域的定義 虛擬lan（vlan）之間的路由選擇 介質翻譯在交換機組成的校園網(wǎng)絡里所有主機都在同一個廣播域內。通過vlan技術可以對網(wǎng)絡進行一個安全的隔離、分割廣播域。vlan20v

47、lan20vlan10vlan10vlan30vlan30 vlan40vlan4041 vlan （virtual local area network）：vlan是在一個物理網(wǎng)絡上劃分出來的邏輯網(wǎng)絡。這個網(wǎng)絡對應于osi 模型的第二層網(wǎng)絡。vlan的劃分不受網(wǎng)絡端口的實際物理位置的限制。vlan 有著和普通物理網(wǎng)絡同樣的屬性。第二層的單播、廣播和多播幀在一個vlan內轉發(fā)、擴散，而不會直接進入其他的vlan之中。在一般的二層交換機組成的網(wǎng)絡中，vlan實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的分割，不同的vlan之間是不能直接通信的。如果要實現(xiàn)vlan之間的通信必須借助路由來實現(xiàn)。一種是利用路由器： 另一種是借助具

48、有三層功能的交換機：42 管理交換網(wǎng)絡中的冗余鏈路隨著交換技術在網(wǎng)絡中的普遍應用，網(wǎng)絡中的單點故障可導致網(wǎng)絡的無法訪問，在網(wǎng)絡中提供冗余鏈路解決單點故障問題，冗余鏈路會造成網(wǎng)絡環(huán)路,當交換網(wǎng)絡中出現(xiàn)環(huán)路會產(chǎn)生廣播風暴、多幀復制和mac地址表不穩(wěn)定等現(xiàn)象。嚴重影響網(wǎng)絡正常運行。43 生成樹協(xié)議stp生成樹協(xié)議的作用是為了提供冗余鏈路，解決網(wǎng)絡環(huán)路問題，實現(xiàn)了在交換網(wǎng)絡中通過spa（生成樹算法）生成一個沒有環(huán)路的網(wǎng)絡，當主要鏈路出現(xiàn)故障時，能夠自動切換到備份鏈路，保證網(wǎng)絡的正常通信。選舉根交換機（root bridge）1. 所有非根交換機選擇一條到達根交換機的最短路徑。2. 所有非根交換機產(chǎn)生一

49、個根端口。3. 每個lan確定指定端口。4. 將所有根端口和指定端口設為轉發(fā)狀態(tài)。5. 將其他端口設為阻塞狀態(tài)。44 配置stp、rstpspanning tree 的缺省配置：關閉stp，且stp priority 是32768，stp port priority 是128。stp port cost 根據(jù)端口速率自動判斷；hello time 2秒；forward-delay time 15秒；max-age time 20秒； 可通過spanning-tree reset 命令讓spanning tree參數(shù)恢復到缺省配置。 5方案模擬實現(xiàn)核心層匯聚層接入層交換交換交換1g bps100

50、0m bps1000m bps100m bps100m bps按照下圖配置超級終端，實現(xiàn)與路由器的連接：波特率：9600 數(shù)據(jù)位：8停止位：1 無校驗，無流量控制程序附件通訊超級終端51 劃分vlan 其具體解釋如下：s2126g-1#configures2126g-1(config) #ends2126g-1#show vlan /初始時候察看現(xiàn)在的vlan/發(fā)現(xiàn)此時只有默認的vlan1是存在的。在其上面有24個接口。s2126g-1#configures2126g-1(config)#vlan 10 /創(chuàng)建vlan10s2126g-1(config-vlan) #exit s2126g-1

51、(config)#vlan 20 /創(chuàng)建vlan20s2126g-1(config-vlan) #exits2126g-1(config)#vlan 30/創(chuàng)建vlan30s2126g-1(config-vlan) #exits2126g-1(config)#vlan 40/創(chuàng)建vlan40s2126g-1(config-vlan) #exits2126g-1(config)#ends2126g-1#show vlan/察看現(xiàn)在交換機s1上的vlan/此時已經(jīng)創(chuàng)建好了vlan10，vlan20,vlan30,vlan40。但是還沒有給他們劃分接口。52 給vlan 劃分端口號其具體解釋如下：s

52、2126g-1#configures2126g-1(config) #in fa 0/24s2126g-1(config-if)#switchport mode trunk /設置24號口為串口s2126g-1(config-if) #exits2126g-1(config) #interface range fastethernet 0/1-6s2126g-1(config-if-range)#switchport access vlan 10 /把1-6號端口劃給vlan10s2126g-1(config-if-range) #exits2126g-1(config)#interface

53、range fastethernet 0/7-15s2126g-1(config-if-range)#switchport access vlan 20/把7-15號端口劃給vlan20s2126g-1(config-if-range)#exits2126g-1(config)#interface range fastethernet 0/16-18s2126g-1(config-if-range)#switchport access vlan 30/把16-18號端口劃給vlan30s2126g-1(config-if-range)#exits2126g-1(config)#interfac

54、e range fastethernet 0/19-22s2126g-1(config-if-range)#switchport access vlan 40/把19-22號端口劃給vlan40s2126g-1(config-if-range)#exits2126g-1(config)#end劃分的結果如下：53 設置spanning-tree其具體解釋如下“s2126g-1#configures2126g-1(config)#spanning-tree/開始設置spanning-trees2126g-1(config)#spanning-tree mode mstp/spanning-tre

55、e使用mstp協(xié)議模式s2126g-1(config)#spanning-tree mst ? mst instance id configuration enter mst configuration submodes2126g-1(config)#spanning-tree mst configurations2126g-1(config-mst)#instance 1 vlan 10/將vlan10加入instance1s2126g-1(config-mst)#instance2 1 vlan 10/將vlan10加入instance2s2126g-1(config-mst)#instance 2 vlan 20/將vlan20加入instance2s2126g-1(