程控交換課程設(shè)計(jì)企業(yè)交換機(jī)配置計(jì)劃

1、程控交換課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 企業(yè)交換機(jī)配置計(jì)劃設(shè)計(jì)人：系別：通信工程 班級(jí)：通信072 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日期：2010. 6.72010.6.1大連工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專 業(yè)通信班 級(jí)072題 目企業(yè)交換機(jī)配置計(jì)劃子 題指導(dǎo)教師李萍答疑教師李萍設(shè)計(jì)時(shí)間2010年 6 月7 日至 2010 年 6月13 日共 1 周設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)（論文）的任務(wù)和基本要求，包括設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱文獻(xiàn)、方案設(shè)計(jì)、說明書（計(jì)算、圖紙、撰寫內(nèi)容及規(guī)范等）、工作量等內(nèi)容。設(shè)計(jì)要求：1、根據(jù)本課程的知識(shí)點(diǎn)，以企業(yè)區(qū)為模型，完成一個(gè)用戶交換機(jī)的配置計(jì)劃。2、設(shè)計(jì)組工作要求1）      &

2、#160; 設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出系統(tǒng)原理介紹。2）        設(shè)計(jì)用戶容量和系統(tǒng)容量。3）        設(shè)計(jì)用戶編號(hào)計(jì)劃。4）        設(shè)計(jì)中繼線。3、用戶交換機(jī)配置計(jì)劃的技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)： 有效利用光纖技術(shù)，最大利用端口帶寬，提供單端口帶寬應(yīng)在100m比特率以上，骨干設(shè)備的端口應(yīng)具備高速的處理性能，以提供無擁塞處理能力。具備足夠的冗余與容錯(cuò)性能，包括交換模塊、電源、鏈路、設(shè)備的冗余，動(dòng)態(tài)的路由選擇，網(wǎng)絡(luò)故障的重新路由，以及在線熱插拔等性能。具備充分的接入能力和可

3、擴(kuò)展性，包括多種接入方式的提供和接入的可擴(kuò)展性，帶寬的擴(kuò)展與速率的平滑升級(jí)以及處理能力的可擴(kuò)展性。具有服務(wù)質(zhì)量(qos)保障和帶寬管理能力，有效處理包延時(shí)、抖動(dòng)、丟失和吞吐量問題。具有網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用，可以提供電視會(huì)議、視頻點(diǎn)播等多種視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持組播協(xié)議。具有vlan的劃分管理，提高園區(qū)網(wǎng)的性能、安全和便于管理。應(yīng)具備對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理、運(yùn)營管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。寫作規(guī)范除了要有摘要，目錄外，在正文中包括設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)概述，系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，心得體會(huì)（結(jié)果結(jié)論），參考文獻(xiàn)，教師評(píng)語等。指導(dǎo)教師簽字： 系（教研室）主任簽字： 2010年6月1日目錄1設(shè)計(jì)要求1.1設(shè)計(jì)目的 . 第5頁1.2設(shè)計(jì)內(nèi)

4、容及要求. 第5頁2系統(tǒng)分析 . 第9頁3系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 總體設(shè)計(jì) . 第11頁3.2 硬件結(jié)構(gòu) . 第12頁3.3 軟件結(jié)構(gòu) . 第14頁3.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D . 第16頁4 心得體會(huì) . 第17頁5.參考文獻(xiàn) . 第17頁6.教師評(píng)語 . 第17頁摘要：介紹了三層交換技術(shù)的原理與優(yōu)勢(shì)，依此為基礎(chǔ)，利用三層交換的技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)作關(guān)鍵詞：程控交換 三層交換機(jī) 局域網(wǎng)1設(shè)計(jì)要求1.1設(shè)計(jì)目的程控交換課程設(shè)計(jì)旨在提高我們?cè)谕ㄐ蓬I(lǐng)域內(nèi)的理論認(rèn)識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。鞏固和加深對(duì)控制理論基本知識(shí)的理解和對(duì)儀表的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，經(jīng)過搜集資料，初步方案設(shè)計(jì)，系

5、統(tǒng)組建，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的過程，得到一次科學(xué)研究工作的初步訓(xùn)練，提高科研綜合素質(zhì)。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求根據(jù)本課程的知識(shí)點(diǎn)，用戶交換機(jī)配置計(jì)劃的技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)： 有效利用光纖技術(shù)，最大利用端口帶寬，提供單端口帶寬應(yīng)在100m比特率以上，骨干設(shè)備的端口應(yīng)具備高速的處理性能，以提供無擁塞處理能力。具備足夠的冗余與容錯(cuò)性能，包括交換模塊、電源、鏈路、設(shè)備的冗余，動(dòng)態(tài)的路由選擇，網(wǎng)絡(luò)故障的重新路由，以及在線熱插拔等性能。具備充分的接入能力和可擴(kuò)展性，包括多種接入方式的提供和接入的可擴(kuò)展性，帶寬的擴(kuò)展與速率的平滑升級(jí)以及處理能力的可擴(kuò)展性。具有

6、服務(wù)質(zhì)量(qos)保障和帶寬管理能力，有效處理包延時(shí)、抖動(dòng)、丟失和吞吐量問題。具有網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用，可以提供電視會(huì)議、視頻點(diǎn)播等多種視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持組播協(xié)議。具有vlan的劃分管理，提高園區(qū)網(wǎng)的性能、安全和便于管理。具備對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理、運(yùn)營管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。1匯聚層千兆交換機(jī)技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)要求端口數(shù)量：10/100/1000m端口>=241000m光端口>=2（其中一臺(tái)配置1000兆單模光端口2個(gè)）性能:整機(jī)交換容量>=80gbps整個(gè)系統(tǒng)最大第三層包轉(zhuǎn)發(fā)能力>=80mppsqos：每端口優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)目>= 4vlan：802.1p/q 虛網(wǎng)中繼協(xié)議支持基于端口、

7、協(xié)議、mac、ip劃分虛網(wǎng)支持支持的vlan數(shù)>=4096安全:廣播風(fēng)暴抑制支持路由:硬件線速路由 支持并配備以及支持基于mac地址、ip地址和協(xié)議的多種vlan劃分2三層百兆交換機(jī) 技術(shù)指標(biāo) 指標(biāo)要求端口數(shù)量：10/100basetx端口=241000m光端口>=2（配置1000兆單模光端口2個(gè)）性能:整機(jī)交換容量>=6gbps整個(gè)系統(tǒng)最大第三層包轉(zhuǎn)發(fā)能力>=6mppsqos：每端口優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)目>= 4 vlan：802.1p/q 虛網(wǎng)中繼協(xié)議支持基于端口、協(xié)議、mac、ip劃分虛網(wǎng)支持支持的vlan數(shù)>=4096安全:廣播風(fēng)暴抑制支持路由:硬件線速路由

8、 支持并配備1、 接入層100兆交換機(jī)24端口：48端口：技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)要求端口：24/48*10/100basetx1000base-gbic：sx、lx支持性能背板帶寬>=10/15gbps (24/48口)千兆端口>=2vlan802.1p/q 虛網(wǎng)中繼協(xié)議支持基于端口、協(xié)議、mac、ip劃分虛網(wǎng)支持支持的vlan數(shù)>= 409qos每端口優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)目>= 4每端口隊(duì)列總數(shù)>=2048安全性802.1x虛網(wǎng)用戶身份認(rèn)證支持網(wǎng)管 snmp、telnet、rmon以及web網(wǎng)絡(luò)管理支持2 系統(tǒng)分析三層交換的概念第三層交換技術(shù)也稱為ip交換技術(shù)或高速路由技術(shù)等，是

9、相對(duì)于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在osi 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，而第三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡(jiǎn)單地說，第三層交換技術(shù)就是：第二層交換技術(shù)第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。一個(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡(jiǎn)單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。三層交換的原理從硬件的實(shí)現(xiàn)上看，目前，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過高速背板/總線交換數(shù)據(jù)的。在第三層交換機(jī)中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背

10、板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速地交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制（10mbit/s100mbit/s）。在軟件方面，第三層交換機(jī)將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器重新進(jìn)行了界定：（1）。數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如ip/ipx封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過程通過硬件高速實(shí)現(xiàn)；（2）。第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn)。假設(shè)有兩個(gè)使用ip協(xié)議的站點(diǎn)，通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信的過程為：若發(fā)送站點(diǎn)a在開始發(fā)送時(shí)，已知目的站b的ip地址，但尚不知道它在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的mac 地址，則需要采用地址解析（arp）來

11、確定b的mac 地址。a把自己的ip 地址與b的ip 地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定b是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若b 與a 在同一子網(wǎng)內(nèi)，a 廣播一個(gè)arp 請(qǐng)求，b 返回其mac 地址，a 得到b 的mac 地址后將這一地址緩存起來，并用此mac 地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找mac 地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個(gè)站點(diǎn)不在同一子網(wǎng)內(nèi)，則a 要向"缺省網(wǎng)關(guān)"發(fā)出arp（地址解析）封包，而"缺省網(wǎng)關(guān)"的ip 地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置，這個(gè)ip 地址實(shí)際上對(duì)應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。當(dāng)a 對(duì)"缺省網(wǎng)關(guān)&q

12、uot;的ip 地址廣播出一個(gè)arp 請(qǐng)求時(shí)，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到b 的mac 地址，則向發(fā)送站a 回復(fù)b 的mac 地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個(gè)arp 請(qǐng)求，b 得到此arp 請(qǐng)求后向第三層交換模塊回復(fù)其mac 地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站a .以后，當(dāng)再進(jìn)行a 與b 之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，將用最終的目的站點(diǎn)的mac 地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換1 . 第三層交換的特點(diǎn)突出的特點(diǎn)如下： （1）。有機(jī)的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速；（2）。優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高；（3）。除了必要的路由決定過程外，

13、大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第二層交換處理；（4）。多個(gè)子網(wǎng)互連時(shí)只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護(hù)了用戶的投資。第三層交換的目標(biāo)是，只要在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒有必要經(jīng)過路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。第三層交換使用第三層路由協(xié)議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲(chǔ)起來，供以后使用。之后數(shù)據(jù)包通過一條虛電路繞過路由器快速發(fā)送。第三層交換技術(shù)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(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。當(dāng)然，三層交換技術(shù)并不是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與路由器的簡(jiǎn)單疊加，而是二者的有機(jī)結(jié)合，形成

14、一個(gè)集成的、完整的解決方案。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì) vlsw 4150交換機(jī)有24個(gè)rj45 10/100basetx自適應(yīng)端口，提供2個(gè)可選光纖10/100basetx以太口、100basefx快速以太端口或者千兆以太網(wǎng)口（sx，lx，zx），并另外提供一個(gè)串口和一個(gè)100m以太網(wǎng)口對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置。 vlsw 4150交換機(jī)體系結(jié)構(gòu)可以支持最高到11gbps速率，多層交換速率達(dá)到6.6mpps；可以支持8,192個(gè)mac地址；為了更好控制網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)安全，還支持以1m為步長速率限制；支持tagged vlan和mac-based 幀過濾以及rip、ospf和bgp路由協(xié)議。 vlsw

15、 4150交換機(jī)提供堆棧技術(shù)可以以一個(gè)邏輯ip地址來管理多個(gè)交換機(jī)，并可在一個(gè)口上鏡像其他數(shù)據(jù)包，提供基于web網(wǎng)管系統(tǒng)以及cli方式來調(diào)試交換機(jī)。vlsw 4150支持snmp協(xié)議、rmon和telnet功能來便于管理。 3.2 硬件結(jié)構(gòu) vlsw 4150三層交換機(jī)硬件結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，處理器模塊和交換模塊，它們之間通過pci接口相連，同時(shí)配合相應(yīng)外圍電路形成完整三層交換機(jī)系統(tǒng)，見圖1。 : (1)處理器模塊 如圖2所示，處理器部采用一款motorola powerquicc ii cpu，同一些外部存儲(chǔ)設(shè)備以及一些外圍電路構(gòu)成三層交換機(jī)處理器部分。處理器模塊主要是運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，配置

16、系統(tǒng)和路由表維持，而不是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通路組成部分。cpld 保存一些cpu初始化一些配置以保證上電后cpu正常啟動(dòng)，flash 芯片用于存儲(chǔ)三層交換機(jī)所需要所有軟件和相關(guān)配置，sdram在系統(tǒng)啟動(dòng)之后載入flash中程序，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。處理器模塊一方面提供一個(gè)快速以太網(wǎng)接口和一個(gè)異步口，用于對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置和調(diào)試；另一方面通過pci接口和交換模塊相連，通過pci接口對(duì)交換模塊進(jìn)行控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸2 。 pc提示請(qǐng)看下圖: 圖2 處理器模塊硬件組成 (2)交換模塊 如圖3所示，交換模塊采用了broadcom公司bcm5645作為asic芯片，通過pci接口與處理器模塊進(jìn)行通信完成數(shù)據(jù)傳輸，通

17、過5645提供內(nèi)存接口，可以給交換模塊提供一個(gè)64m外部sdram，從而提高交換機(jī)吞吐量和交換速度。5645通過mii接口和gmii接口分別連接24個(gè)百兆以太網(wǎng)和2個(gè)千兆以太網(wǎng)3 。 圖: 圖3 交換模塊硬件組成 3.3 軟件結(jié)構(gòu) vlsw 4150三層交換機(jī)軟件系統(tǒng)采用了模塊化、分布式設(shè)計(jì)方法，基于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈層次結(jié)構(gòu)，一層建立在另一層基礎(chǔ)上，每一層都使用近鄰它下一層所提供服務(wù)，并且為它上面一層提供更高一級(jí)服務(wù)，其優(yōu)點(diǎn)是：可以向上層軟件屏蔽底層操作，提高上層軟件可移植性，提高軟件可維護(hù)性。 大概分為三個(gè)層面 (1)驅(qū)動(dòng)層 驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑸蠈榆浖陀布到y(tǒng)進(jìn)行了連接，把上層軟

18、件路由更新、管理及配置命令轉(zhuǎn)化為硬件系統(tǒng)所能識(shí)別格式，從而達(dá)到更新其內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如路由表，地址表等，控制及管理硬件交換系統(tǒng)目；同時(shí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序把底層硬件收到路由更新報(bào)文、控制管理幀及收到各種信息傳遞給上層軟件處理；（2）協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了tcp/ip、802.1d和802.1q等協(xié)議，為上層的應(yīng)用程序提供良好的接口；（3）應(yīng)用層主要包括路由模塊和網(wǎng)管模塊，路由模塊實(shí)現(xiàn)了rip和ospf等協(xié)議，即實(shí)現(xiàn)第三層路由的主要功能；網(wǎng)管模塊實(shí)現(xiàn)了snmp和rmon等網(wǎng)管模塊，使三層交換機(jī)具有部分網(wǎng)管功能，保證三層交換機(jī)更好地正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4  軟件結(jié)構(gòu)3.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D4心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì) 對(duì)三層交換機(jī)有了更深的認(rèn)識(shí)，三層交換機(jī)就是具有部分路由器功能的交換機(jī)，三層交換機(jī)的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務(wù)的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等規(guī)律性的過程由硬件高速實(shí)現(xiàn)，而象路由信息更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由確定等功能，由軟件實(shí)現(xiàn)。它具有很多特性如高可擴(kuò)充性，高性價(jià)比，內(nèi)