第4章高速局域網(wǎng)與系統(tǒng)集成

1、,,網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計與系統(tǒng)集成,楊 威 山西師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心,人民郵電出版社,（第2版） Network Engineering Design and System Integration（2nd Edition）,普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第2頁,,網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)場景,資源開發(fā),網(wǎng)絡(luò)課堂,電子閱覽,網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn),,©

2、; 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第3頁,,,,問題思考,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的任務(wù)是什么？ 大學(xué)校園網(wǎng)采用什么技術(shù)構(gòu)建？ 高速以太網(wǎng)技術(shù)、交換以太網(wǎng)技術(shù),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第4頁,,問題思考,一個完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括哪些要素？ 路=通信介質(zhì) 車=通信平臺 貨=資源系統(tǒng)

3、 駕駛員=網(wǎng)管員 你如何成為園區(qū)網(wǎng)絡(luò)管理者？ 學(xué)習(xí)局域網(wǎng)組建、管理維護技術(shù),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第5頁,,學(xué)習(xí)目標： 了解以太網(wǎng)發(fā)展過程，理解以太網(wǎng)通信原理，交換機原理。了解10Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù)，理解多層交換技術(shù)，VLAN間的信息傳遞，以及交換機的性能與連接技術(shù). 基本掌握802.3規(guī)范與介質(zhì)標準，以太網(wǎng)卡的功能結(jié)構(gòu)，100Mbit/s/1G

4、bit/s技術(shù)，VLAN虛擬局域網(wǎng)的設(shè)計。 掌握以太網(wǎng)卡安裝與調(diào)試，交換機安裝與調(diào)試，交換機連接技術(shù)，基于802.1Q協(xié)議的多層網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)。不同VALN之間的路由配置技術(shù)。 熟悉高速局域網(wǎng)技術(shù)與主流產(chǎn)品，能夠依據(jù)用戶組網(wǎng)需求，設(shè)計整體解決方案。,第4章高速局域網(wǎng)與系統(tǒng)集成,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第6頁,,重點知識： 以太網(wǎng)通信原理，交換機原理，多層交換技術(shù)

5、 交換機安裝與調(diào)試，交換機連接技術(shù) 基于802.1Q協(xié)議的多層網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù) 虛擬局域網(wǎng)的設(shè)計， VLAN間路由配置 依據(jù)用戶組網(wǎng)需求，設(shè)計整體解決方案 難點知識： 交換機工作原理 10Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù) 虛擬局域網(wǎng)的設(shè)計， VLAN間路由配置技術(shù),第4章高速局域網(wǎng)與系統(tǒng)集成,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第7頁,,以太網(wǎng)技術(shù)概述 低層設(shè)備性能與使

6、用 交換機基本技術(shù)與配置 VLAN技術(shù)與路由配置 大學(xué)校園網(wǎng)系統(tǒng)集成,第4章高速局域網(wǎng)與系統(tǒng)集成,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第8頁,,4.1 以太網(wǎng)技術(shù)概述,計算機應(yīng)用需求的增長和計算機成本的不斷降低，使用計算機的用戶數(shù)量在不斷上升。 人們希望能夠?qū)⒁粋€局部范圍，如一個辦公室、一棟寫字樓、一個學(xué)校、一個企業(yè)的計算機通過一定的方法連接起來，以實現(xiàn)計算機之間數(shù)

7、據(jù)交換，共享網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件資源。 這樣，計算機局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第9頁,,4.1.1 以太網(wǎng)技術(shù)標及發(fā)展 1973年， 2.98Mbit/s ，Xerox 1980 年，10Mbit/s， Xerox 、Digital和Intel 1983年，以太網(wǎng)技術(shù)（802.

8、3）、令牌總線（802.4）、令牌環(huán)（802.5）共同成為局域網(wǎng)領(lǐng)域的三大標準 1995年，802.3u快速以太網(wǎng)標準 1998年，802.3z千兆以太網(wǎng)標準 2002年，IEEE通過了802.3ae萬兆以太網(wǎng)標準,,4.1 以太網(wǎng)技術(shù)概述,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第10頁,,,,4.1.1 以太網(wǎng)技術(shù)標準及發(fā)展,,表4.1 IEEE 802.3 規(guī)范和布

9、線介質(zhì)標,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第11頁,,,,4.1.2 以太網(wǎng)技術(shù)標準及發(fā)展,……,802.3 CSMA /CD,802.4 Token Bus,802.5 Token Ring,802.6 DQDB,802.8 FDDI,802.2 LLC,,,,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,,LLC,MAC,802.1D Bridge,802.1A 體系結(jié)構(gòu),,

10、,IEEE802體系結(jié)構(gòu)示意圖,PHY,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第12頁,,,,以太網(wǎng)的發(fā)展的主要原因： 開放標準，獲得眾多服務(wù)提供商的支持 結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，價格低廉 持續(xù)技術(shù)改進，滿足用戶不斷增長的需求 網(wǎng)絡(luò)可平滑升級，保護用戶投資,4.1.1 以太網(wǎng)技術(shù)標準及發(fā)展,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃

11、教材,2024/3/21,第13頁,,,,4.1.2 以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制技術(shù),,1. IEEE802.3數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第14頁,,,,載波監(jiān)聽策略（三種類型）： ? 非堅持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個隨機時間后再次監(jiān)聽。 ? 堅持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑。

12、 1-堅持CSMA：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù) p-堅持CSMA：聽到信道空閑時，以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1-p延遲一段時間后再發(fā)送） CSMA技術(shù)不能解決發(fā)送中出現(xiàn)的沖突現(xiàn)象。 工作原理：發(fā)送前監(jiān)聽。每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)在傳送。若有，則此站不能發(fā)送，需等待一段時間后重試。,CSMA類型與CSMA/CD工作原理,,© 2009.2 人民郵電出版社,

13、21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第15頁,,,CSMA/CD —帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多點訪問,工作原理：發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送時，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送。等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第16頁,,,,CSMA/CD的流程圖,,,© 20

14、09.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第17頁,,,Ethernet/802.3操作,每個站點都可以接收到所有來自其他站點的數(shù)據(jù) 為決定那個站點接收，需要尋址機制來標識目的站點 目的站點將該幀復(fù)制，其他站點則丟棄該幀,,,,,A,C,,,,,A,B,C,,,,,,A,B,C,,,,,,A,B,C,(1)C 發(fā)現(xiàn)總線空閑,(2)C發(fā)送幀，目的地址為A,(3)B 忽略該幀,(4)A復(fù)制該幀,,,

15、,,,,,,信號由終端電阻吸收,,,終端電阻,,,,,,,,,,,B,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第18頁,,高速以太網(wǎng)技術(shù),100Mbit/s以太網(wǎng)技術(shù) 1Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù) 10Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第19頁,,4.1.3 100Mbit/s快速

16、以太網(wǎng)技術(shù),快速以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第20頁,,快速以太網(wǎng)系統(tǒng)組成,,網(wǎng)絡(luò)組成部分包括：網(wǎng)卡（外置或內(nèi)置收發(fā)器），收發(fā)器（外置）與收發(fā)器電纜和光纜，集線器，雙絞線及光纜媒體。 收發(fā)器稱為光釬收發(fā)器，收發(fā)器與集線器連接的端口為UTP/RJ-45，采用光纜連接的兩個收發(fā)器的端口為100BaseFX。所有媒體上均傳輸100Mbit/s的信息。

17、,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第21頁,,快速以太網(wǎng)自動協(xié)商,網(wǎng)卡和集線器的端口RJ-45上可能支持多種工作模式，可能是100BaseTX、T2或T4，也可能是10BaseT，還可能是全雙工模式。因此當兩個設(shè)備端口間進行連接時，為了達到邏輯上的互通，可以人工進行工作模式的配置。,對于設(shè)備所支持的工作模式必須進行自動協(xié)商的優(yōu)先級排隊。優(yōu)先級別可定為7級，100base

18、T2全雙工為最高優(yōu)先級，100BaseTX全雙工為第二優(yōu)先級等。兩個支持自動協(xié)商功能的設(shè)備，其端口間在UTP連接并進行加電后，首先就在端口間進行自動協(xié)商，協(xié)商的結(jié)果獲得了兩者所擁有的共同最佳工作模式。例如，如果雙方都具有10BaseT和100BaseTX工作模式，則自動協(xié)商后，按共同的高優(yōu)先級工作模式進行自動配置，最后端口間確定按100BaseTX工作模式進行工作。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程

19、規(guī)劃教材,2024/3/21,第22頁,,快速以太網(wǎng)10/100Mbit/s自適應(yīng),端口間10Mbit/s與100Mbit/s傳輸率的自動匹配功能，或稱為10Mbit/s/100Mbit/s自適應(yīng)功能顯然能滿足以上的要求。 當一個原有的10BaseT系統(tǒng)欲過渡或升級到100BaseTX系統(tǒng)，并非所有的站都需要升級而置換成100BaseTX的網(wǎng)卡。 在過渡的系統(tǒng)中，一部分的站為了得到高帶寬而置換成100Mbit/s網(wǎng)卡，而大部站可能仍

20、處在10BaseT工作模式上。此時必須更換10BaseT集線器，而新的100BaseTX集線器的端口必須具有自動協(xié)商功能才能達到過渡的目的。 10Mbit/s/ 100Mbit/s自適應(yīng)的處理過程就會發(fā)生在原有10BaseT網(wǎng)卡和新的100BaseTX集成器的端口間UTP上。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第23頁,,,,,1Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生 1Gb

21、it/s以太網(wǎng)在作為骨干網(wǎng)絡(luò)時能夠在不降低性能的前提下支持更多的網(wǎng)絡(luò)分段和結(jié)點。首先它能夠聚集下層交換機，提供超高速交換路徑；其次，它能將主服務(wù)器資源與各分支設(shè)備連接，以解決現(xiàn)存的快速以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)的瓶頸問題。 網(wǎng)絡(luò)主干上有了1Gbit/s以太網(wǎng)交換機的支持，可以把原來的100BaseT系統(tǒng)設(shè)備遷移到低層，這樣主干上實現(xiàn)了無阻塞，低層又能分享到更多的帶寬。 1Gbit/s以太網(wǎng)是10M/100Mbit/s以太網(wǎng)的自然“進化”，它不僅僅使系

22、統(tǒng)增加了帶寬，而且還帶來了通信服務(wù)質(zhì)量，這一切都是在低開銷的條件下實現(xiàn)的。,4.1.4 1Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第24頁,,,,,1Gbit/s以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和功能模塊,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第25頁,,,,1Gbit/s以太網(wǎng)由于PHY層上包括了眾多的功能

23、模塊，其中包括兩類編碼/譯譯碼方案，三種收發(fā)器方案，使用了三類媒體，支持全雙工或半雙工。綜合各種PHY層上的功能，把它們歸納成兩種實現(xiàn)技術(shù)；即1000BaseX和1000BaseT。 在同一個MAC子層下面的PHY層中包括了1000BaseX（8B/10B編碼方式）和1000BaseT（非屏蔽銅線編碼方式）兩種技術(shù)； 1000BaseX中又包括了1000BaseLX、1000BaseSX以及1000BaseCX，它們分別對應(yīng)著相應(yīng)的

24、編碼/譯碼技術(shù)、收發(fā)器和傳輸媒體。 1000BaseT的物理層功能與1000BaseX差別較大，有其相應(yīng)的編碼/譯碼技術(shù)、收發(fā)器及傳輸媒體。,1Gbit/s以太網(wǎng)按PHY層分類,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第26頁,,幀護展技術(shù),在半雙工模式下，由于CSMA/CD機理的約束，產(chǎn)生了碰撞槽和碰撞域的概念。由于要在發(fā)送幀的同時能檢測到媒體上發(fā)生的碰撞現(xiàn)象，就要求發(fā)送幀

25、限定最小長度，在一定的傳輸率下，最小幀長度與碰撞域的地理范圍成正比關(guān)系；即最小幀長度越長，則半雙工模式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)跨距越大。 在10Mbit/s傳輸率情況下，802.3標準中定義最小幀長度為64字節(jié)，即512位數(shù)字信號長度。,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第27頁,,幀突發(fā)技術(shù),幀突發(fā)在千兆位以太網(wǎng)上是一種可選功能，它使一個主機（特別是服務(wù)器）一次能連續(xù)發(fā)送多個幀，如

26、圖所示。當一個主機需要發(fā)送很多短幀時，該主機先試圖發(fā)送第一幀，該幀可能是附加了擴展位的幀。一旦第一個幀發(fā)送成功，則具有幀突發(fā)功能的該主機就能夠繼續(xù)發(fā)送其他幀，直到幀突發(fā)的總長度達到1500字節(jié)為止。 為了使得在幀突發(fā)過程中，媒體始終處在“忙狀態(tài)”，必須在幀間的間隙時間中，發(fā)送站發(fā)送非“0”“1”數(shù)值符號，以避免其他站點在幀間隙時間中占領(lǐng)媒體而中斷本站的幀突發(fā)過程。,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工

27、程規(guī)劃教材,2024/3/21,第28頁,,4.1.5 10Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù),,萬兆以太網(wǎng)技術(shù)標準的體系結(jié)構(gòu),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第29頁,,,萬兆以太網(wǎng)技術(shù)特點,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第30頁,,萬兆以太網(wǎng)的應(yīng)用場合,教育網(wǎng)的應(yīng)用,,數(shù)據(jù)中心出口的應(yīng)用,,10GE在城域網(wǎng)中

28、的應(yīng)用主要有兩個方面： ① 直接采用10GE取代原來傳輸鏈路，作為城域網(wǎng)骨干。 ② 通過10GE 粗波分復(fù)用（CWDM）接口或WAN接口與城域網(wǎng)的傳輸設(shè)備相連接，充分利用已有的SDH或DWDM骨干傳輸資源。 對于城域網(wǎng)的應(yīng)用，由于當前寬帶業(yè)務(wù)并未廣泛開展，人們對單端口10Gbit/s骨干網(wǎng)的帶寬沒有迫切需求，所以10Gbit/s以太網(wǎng)技術(shù)相對其他替代的鏈路層技術(shù)（如2.5G POS、捆綁的千兆以太網(wǎng)）并沒有明顯優(yōu)勢。Cisco、J

29、UNIPER、華為和銳捷等公司已推出10G以太網(wǎng)交換機（依據(jù)802.3ae草案實現(xiàn)），目前在國內(nèi)的應(yīng)用處于發(fā)展階段。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第31頁,,EP0N技術(shù),EPON速率1.25G,接入網(wǎng),核心網(wǎng),駐地網(wǎng),4.1.6以太無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第32頁,,EPO

30、N與傳統(tǒng)交換機組網(wǎng)主要區(qū)別,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第33頁,,4.2 低層設(shè)備性能與使用,集線器性能與使用    收發(fā)器性能與使用    網(wǎng)卡的功能與使用,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第34頁,,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在OSI模型中的位置,收發(fā)器,

31、,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第35頁,,4.2.1集線器性能與使用,集線器就像一個星型結(jié)構(gòu)的多端口轉(zhuǎn)發(fā)器，每個端口都具有發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的能力。當某個端口收到連在該端口上的主機發(fā)來的數(shù)據(jù)時，就轉(zhuǎn)發(fā)至其它端口。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)之前，每個端口都對它進行再生、整形，并重新定時。,集線器工作在OSI七層模型的物理層，不能提供沖突隔離作用，相當于一個多端口的中繼器。集線器的沖突域上諸

32、站點通信量的總和應(yīng)小于總線上無沖突地全速通信時通信量的1/3。10 Mbit/s的以太網(wǎng)上各站點的總通信需求應(yīng)當不大于3 Mbit/s，100 Mbit/s以太網(wǎng)上各站點的總通信需求應(yīng)當不大于30 Mbit/s。,數(shù)據(jù)在集線器 傳輸特性,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第36頁,,4.2.2 收發(fā)器性能與使用,收發(fā)器是一種在數(shù)據(jù)傳輸中實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換或介質(zhì)轉(zhuǎn)換的設(shè)備。例如

33、，將100MpbsUTP轉(zhuǎn)接為100Mpbs多模光纜。該設(shè)備工作在OSI七層模型的物理層，不能提供沖突隔離作用。  光收發(fā)器一般采用高性能芯片，高品質(zhì)光收發(fā)一體模塊。性能較穩(wěn)定，適應(yīng)性強，與常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均能正常連接使用。適用于建筑樓宇局域網(wǎng)之間的光纜連接，也可用于用戶網(wǎng)絡(luò)與電信、廣電等寬帶網(wǎng)絡(luò)連接。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第37頁,,,,以太網(wǎng)卡

34、的功能結(jié)構(gòu),以太網(wǎng)卡的接口類型與選型,以太網(wǎng)卡的安裝與調(diào)試,4.2.3 以太網(wǎng)絡(luò)接口卡,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第38頁,,以太網(wǎng)卡的功能結(jié)構(gòu),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第39頁,,,以太網(wǎng)卡的接口類型與選型,,AUI接口（粗纜接口） BNC接口（細纜接口） RJ-45接口（五類雙

35、絞線） 雙口網(wǎng)卡（RJ-45和BNC接口）,DGE-550SXPCI千兆位以太網(wǎng)光纖網(wǎng)卡,DGE-550TPCI千兆位以太網(wǎng)服務(wù)器銅纜網(wǎng)卡,DFE-530TX10/100M PCI快速以太網(wǎng)卡,DFE-550TXPCI快速以太網(wǎng)網(wǎng)卡,DFE-550FXPCI快速以太網(wǎng)網(wǎng)卡,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第40頁,,,IP地址和相關(guān)參數(shù)設(shè)置,,以太網(wǎng)卡的安裝

36、與調(diào)試,Ping 127.0.0.1（自環(huán)地址）或Ping 202.207.160.206,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第41頁,,交換機組成技術(shù)  交換機基本配置與連接  交換機的網(wǎng)橋技術(shù)  交換機的交換技術(shù),4.3 交換機基本技術(shù)與配置,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)

37、劃教材,2024/3/21,第42頁,,4.3.1 交換機組成技術(shù),交換機從本質(zhì)看是一臺特殊的計算機，主要由CPU、內(nèi)存儲器、I/O接口等部件組成。,交換機接口主要是以太網(wǎng)接口，用于將交換機連接到網(wǎng)絡(luò)。如10/100Mbit/s自適應(yīng)電口，1000Mbit/s光口。交換機還有Console口，該端口為異步端口，主要連接終端或支持終端仿真程序的計算機，在本地配置交換機,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程

38、規(guī)劃教材,2024/3/21,第43頁,,交換機內(nèi)存分類和用途,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第44頁,,4.3.2 交換機基本配置與連接,,設(shè)置主機名 。PC機“超級終端”與交換機建立連接后，操作界面出現(xiàn)交換機普通用戶操作提示符“＞”，輸入“enable”回車后，進入特權(quán)用戶提示符“#”，即可設(shè)置主機名,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等

39、院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第45頁,,交換機基本配置,配置密碼。全局配置模式可設(shè)置普通用戶口令和特權(quán)用戶口令。,,接口基本配置。交換機出廠（默認）時，交換機的以太網(wǎng)接口是開啟的。使用時，交換機的以太網(wǎng)接口可配置雙工通信模式和速率等,,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第46頁,,管理地址配置。交換機運行時可通過Telnet登錄，進行配置管理。這時，交換機需

40、要配置一個IP地址，以便能通過PC進行Telnet。通常，交換機管理地址是在VLAN（虛擬子網(wǎng)）接口上配置的。設(shè)置默認網(wǎng)關(guān)IP地址，可使不同VLAN的PC機也能Telnet登錄該交換機，進行運行管理。,交換機基本配置,,保存配置。以上配置操作完成后，需要將配置程序保存在NVRAM。在特權(quán)用戶模式下，使用“wr”命令或“copy running-config startup-config”命令將配置程序保存。,,© 2009.2

41、 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第47頁,,交換機連接,兩臺交換機連接時，采用連接線纜分別連接兩臺設(shè)備的對應(yīng)端口。兩臺交換機的管理IP地址設(shè)置為同一VLAN的子網(wǎng)地址,,按照以上操作步驟，設(shè)置SW2的主機名、密碼、接口通信模式和速率，以及管理地址等內(nèi)容。SW2的F0/1接口通信模式與速率要同SW1的F0/1接口通信模式與速率一致，如均設(shè)置為全雙工、100Mbit/s。,,© 2009.2

42、 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第48頁,,,網(wǎng)橋工作原理,4.3.3交換機的網(wǎng)橋技術(shù),,網(wǎng)橋（bridge）工作在數(shù)據(jù)鏈路層，根據(jù)MAC地址（物理地址）進行數(shù)據(jù)幀接收、地址過濾與數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)，以實現(xiàn)多個網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)幀交換。,,（1）接收 （2）轉(zhuǎn)發(fā) （3）過濾,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第49頁,,,交換機的幀交換規(guī)則

43、,4.3.3交換機的網(wǎng)橋技術(shù),,（1）如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是廣播地址或者組播地址，則向交換機所有端口轉(zhuǎn)發(fā)（除數(shù)據(jù)幀來的端口）； （2）如果數(shù)據(jù)幀的目的地址是單播地址，但這個地址并不在交換機的地址表中，那么也會向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)（除數(shù)據(jù)幀來的端口）； （3）如果數(shù)據(jù)幀的目的地址在交換機的地址表中，那么就根據(jù)地址表轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口； （4）如果數(shù)據(jù)幀的目的地址與數(shù)據(jù)幀的源地址在一個網(wǎng)段上，它就會丟棄這個數(shù)據(jù)幀，交換也就不會發(fā)生。,

44、,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第50頁,,交換機的幀交換過程,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第51頁,,,,構(gòu)造維護交換地址表,交換機的交換地址表中，一條表項主要由一個主機MAC地址和該地址位于的交換機端口號組成。整張地址表的生成采用動態(tài)自學(xué)習(xí)的方法，即當交換機收到一個數(shù)據(jù)幀以后，將數(shù)據(jù)幀的源地址和

45、輸入端口記錄在交換地址表中。 例如Cisco交換機，將交換地址表放置在內(nèi)容可尋址存儲器（CAM，Content Addressable Memory）中，因此也被稱為CAM表。,當然，在存放交換地址表項之前，交換機首先應(yīng)該查找地址表中是否已經(jīng)存在該源地址的匹配表項，僅當匹配表項不存在時才能存儲該表項。每一條地址表項都有一個時間標記，用來指示該表項存儲的時間周期。 地址表項每次被使用或者被查找時，表項的時間標記就會被

46、更新。如果在一定的時間范圍內(nèi)地址表項仍然沒有被引用，它就會從地址表中被移走。因此，交換地址表中所維護的是有效和精確的主機MAC地址與交換機端口對應(yīng)信息。,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第52頁,,,,采用軟件實現(xiàn) 每個網(wǎng)橋有一個生成樹 每個網(wǎng)橋一般不能多于16口,橋接,基于硬件實現(xiàn)(ASIC) 每個交換機內(nèi)有多棵生成樹 交換機可以有非常多的端口,交換,

47、橋接和交換的對比,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第53頁,,地址學(xué)習(xí) 轉(zhuǎn)發(fā)/過濾決定的過程,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)據(jù)鏈路層交換(橋接) 的運行細節(jié),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第54頁,,交換機動態(tài)的學(xué)習(xí)MAC地址并將它存在內(nèi)容可尋址內(nèi)存(CAM—content-addressabl

48、e memory) 每次交換機接收到一個數(shù)據(jù)幀后，向交換表中存放一個地址項，并且在該項上加上時間戳 當CAM中已有的相關(guān)地址的每個數(shù)據(jù)幀到達后，表中地址相關(guān)的項的時間戳將被更新 當?shù)刂返臅r間戳過期后，該項將從表中刪除 上述更新辦法將使得交換表維持在一個較小的規(guī)模,LAN交換機如何學(xué)習(xí)地址,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第55頁,,,,,,初始狀態(tài)下，MAC地址

49、表是空的,MAC地址表,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,,E2,E3,A,B,C,D,地址學(xué)習(xí),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第56頁,,,,,,,A站發(fā)送一幀數(shù)據(jù)到C站 交換機(網(wǎng)橋)通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀中的源地址，發(fā)現(xiàn)A站的MAC地址是在E0端口所連接的網(wǎng)段上，將這個關(guān)

50、系項紀錄到地址表中 A站到C站的這個數(shù)據(jù)幀將被發(fā)送到E1、E2、E3(未知目的地狀況下的單播——unknown unicast),MAC地址表,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,,E0: 0260.8c01.1111,E0,E1,E2,E3,D,C,B,A,,,,,Data,0260.8c01.1111,FCS,Length,0260.8c01.2

51、222,Preamble,地址學(xué)習(xí),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第57頁,,,,C站發(fā)送一幀數(shù)據(jù)到D站 交換機(網(wǎng)橋)通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀中的源地址，發(fā)現(xiàn)C站的MAC地址是在E2端口所連接的網(wǎng)段上，將這個關(guān)系項紀錄到地址表中 C站到D站的這個數(shù)據(jù)幀將被擴散發(fā)送到E0、E1、E3(未知目的地狀況下的單播——unknown unicast),MAC地址表,0260.8c0

52、1.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260.8c01.2222,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,,,,,,,,Data,0260.8c01.2222,FCS,Length,0260.8c01.4444,Preamble,地址學(xué)習(xí),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2

53、024/3/21,第58頁,,,,,A站發(fā)送一幀數(shù)據(jù)到C站 目的地已知，數(shù)據(jù)幀不需要廣播，則直接轉(zhuǎn)發(fā)到E2端口的網(wǎng)段上,,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,X,X,

54、D,C,A,B,MAC地址表,,,,Data,0260.8c01.1111,FCS,Length,0260.8c01.2222,Preamble,交換機如何過濾數(shù)據(jù)幀,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第59頁,,組播: 指向一組邏輯分組站點的特殊地址01-XX-XX-XX-XX-XX 廣播: 用于和網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點通訊的地址FF-FF-FF-FF-FF-FF

55、,廣播和組播地址,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第60頁,,,,,D站發(fā)送一個廣播或組播的數(shù)據(jù)幀 這些幀將被轉(zhuǎn)發(fā)到E0、E1、E2端口所連的網(wǎng)絡(luò)上,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260

56、.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,MAC地址表,,,,,,,Data,0260.8c01.1111,FCS,Length,FFFF.FFFF.FFFF,Preamble,廣播和組播數(shù)據(jù)幀,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第61頁,,存儲-轉(zhuǎn)發(fā) 交換機接受整個數(shù)據(jù)幀，在轉(zhuǎn)發(fā)到目的地之前，計算并校驗數(shù)據(jù)

57、幀末尾的CRC值 直通(Cut-through) 快速轉(zhuǎn)發(fā)交換—在接受并讀取了數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址后就開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀 優(yōu)點：降低延遲 缺點：會轉(zhuǎn)發(fā)錯誤數(shù)據(jù),4.3.4 交換機的交換技術(shù),自由分段交換—在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀之前，需要檢查該數(shù)據(jù)幀是否是沖突的幀。通常由于某些網(wǎng)絡(luò)要求數(shù)據(jù)幀必須大于64字節(jié)，因此，該方式下一般將過濾掉小于64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀 優(yōu)點：減少轉(zhuǎn)發(fā)的錯誤數(shù)據(jù)幀 缺點：增加延遲,,© 2009.2 人民郵

58、電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第62頁,,交換機具備兩個基本的功能：  基于MAC地址建立和維護交換表(類似于網(wǎng)橋表)  將數(shù)據(jù)幀交換到連接到目的地的接口  交換機和網(wǎng)橋的區(qū)別  交換機的運行速度較快  通過微分段技術(shù)，交換機有創(chuàng)建虛擬局域網(wǎng)(VLANs)的能力  網(wǎng)橋中的數(shù)據(jù)交換通過軟件實現(xiàn)；交換機則采用硬件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)

59、交換(叫做“交換結(jié)構(gòu)” “switch fabric”),交換機的運行方式,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第63頁,,4.4 VLAN技術(shù)與路由配置,虛擬局域網(wǎng)技術(shù)  VLAN管理與多層交換   VLAN間路由通信  交換機性能與連接技術(shù)  局域網(wǎng)交換機選型,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀

60、高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第64頁,,現(xiàn)有的共享局域網(wǎng)配置 LAN和VLAN的區(qū)別 跨越主干網(wǎng)絡(luò)的VLAN 在VLAN中的路由器的角色 在VLAN中的數(shù)據(jù)幀的使用狀況 幀標記，端口、VLAN和廣播 基于端口VLAN的優(yōu)點 靜態(tài)VLAN，動態(tài)VLAN VLAN使得網(wǎng)絡(luò)改變更加容易 VLAN控制廣播與增加安全性,4.4.1 虛擬局域網(wǎng)技術(shù),,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)

61、絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第65頁,,在傳統(tǒng)的共享LAN環(huán)境中...  用戶根據(jù)他們所接入的交換機物理地進行了分組  路由器將LAN進行了分段，并起到了LAN中的廣播防火墻的作用  在VLAN環(huán)境中...  可以按照功能、部門或使用的應(yīng)用等因素來進行邏輯地分組  通過軟件完成配置,現(xiàn)有的共享局域網(wǎng)配置,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高

62、等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第66頁,,VLAN可以對不同子網(wǎng)中的用戶進行邏輯分段處理 (將他們置于一個廣播域中) 廣播幀將被而且僅被交換到具有相同VLAN ID的交換機或交換機端口 用戶通過軟件可以按照如下的因素（或參數(shù)）被邏輯地分組 端口號 MAC地址 使用的協(xié)議 使用的應(yīng)用（或應(yīng)用程序）,用戶分組,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21

63、,第67頁,,VLANs... 工作在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層 控制網(wǎng)絡(luò)廣播 可以由網(wǎng)絡(luò)管理員對用戶進行網(wǎng)絡(luò)分配 提供相對嚴謹?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全。請思考其原因？,LAN和VLAN的區(qū)別,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第68頁,,VLAN支持通過主干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，這些主干網(wǎng)絡(luò)由路由器和交換機連接 主干網(wǎng)絡(luò)是用來進行VLAN間通訊的區(qū)域 主干網(wǎng)絡(luò)是高速的連接，一般大于等于

64、100Mbit/s,跨越主干網(wǎng)絡(luò)的VLAN,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第69頁,,路由器提供不同VLAN間的互聯(lián) 例如，VLAN1和VLAN2 在交換機中，用戶被分隔在不同的網(wǎng)段中無法相互通訊(VLAN的特點) 因此，需要一個路由器來連接著兩個網(wǎng)段,在VLAN中的路由器的角色,Cisco 2621,,,VLAN1,VLAN2,,© 2009.2 人

65、民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第70頁,,交換機利用數(shù)據(jù)幀中的地址數(shù)據(jù)進行過濾和轉(zhuǎn)發(fā)的計算 這里使用了兩種技術(shù) 幀過濾—檢查每個數(shù)據(jù)幀的詳細信息(MAC地址或網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型) 幀標記(Frame Tagging)—在向網(wǎng)絡(luò)主干轉(zhuǎn)發(fā)的每個數(shù)據(jù)幀的頭部放入一個唯一的標示,在VLAN中的數(shù)據(jù)幀的使用狀況,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/

66、3/21,第71頁,,幀標記,在IEEE 802.1q中定義，是最佳的VLAN實現(xiàn)方式 在數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到主干網(wǎng)絡(luò)之前，每個數(shù)據(jù)幀將被分配一個唯一的VLAN ID 由交換機在廣播和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到其他交換機和路由器之前設(shè)定 在數(shù)據(jù)幀中放置一個標記...所以叫做幀標記，請考慮是在網(wǎng)絡(luò)那一層？ 當該數(shù)據(jù)幀將被轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點而離開主干網(wǎng)絡(luò)時，由交換機將該標記從數(shù)據(jù)幀中去除,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材

67、,2024/3/21,第72頁,,實現(xiàn)VLAN的三種方式 基于端口 靜態(tài) 動態(tài) 每個可交換的端口都可以被分配到一個VLAN中 端口不具有相同的VLAN，則不在一個廣播域中 端口具有相同的VLAN ，則處在一個廣播域中,端口、VLAN和廣播,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第73頁,,相同VLAN的所有節(jié)點連接在相同的路由器接口上 管理更加容易

68、... 由路由器端口來分配用戶 VLAN更加容易管理 增加了網(wǎng)絡(luò)的安全性 數(shù)據(jù)幀不會泄露到網(wǎng)絡(luò)中的其他區(qū)域中,基于端口VLAN的優(yōu)點,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第74頁,,定義  靜態(tài)VLAN是指交換機上的端口被人工的設(shè)定為VLAN的成員的  優(yōu)點  可以利用端口、地址和協(xié)議類型進行分配  安

69、全、容易被配置和監(jiān)控  適合用在網(wǎng)絡(luò)成員較少移動的情況下,靜態(tài)VLAN,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第75頁,,定義 交換機的端口自動的決定用戶所屬的VLAN，使用如下參數(shù)的一個或多個： MAC地址 邏輯地址 協(xié)議類型 當一個工作站連接到一個未分配的端口時，交換機檢查自身的信息表，并動態(tài)的將該端口分配到正確的VLAN中 優(yōu)點

70、 當用戶增加和移動時，管理性的工作較少(預(yù)先做好了) 集中控制網(wǎng)絡(luò)和管理未經(jīng)許可的用戶,動態(tài)VLAN,,© 2009.2 人民郵電出版社,21世紀高等院校網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃教材,2024/3/21,第76頁,,移動的用戶  在一個網(wǎng)絡(luò)中每年大約有20%到40%的節(jié)點由于工作原因需要變動  占用網(wǎng)絡(luò)管理員相當?shù)墓ぷ髁浚ㄖ貜?fù)性工作）  管理網(wǎng)絡(luò)工作中的耗資最大的部分，因為移動需要...