《程控交换》课程设计-企业交换机配置计划.doc

程控交换课程设计设计题目 企业交换机配置计划设计人：系别：通信工程 班级：通信072 学号： 指导教师： 日期：2010. 6.72010.6.1大连工业大学课程设计（论文）任务书专 业通信班 级072题 目企业交换机配置计划子 题指导教师李萍答疑教师李萍设计时间2010年 6 月7 日至 2010 年 6月13 日共 1 周设计要求设计（论文）的任务和基本要求，包括设计任务、查阅文献、方案设计、说明书（计算、图纸、撰写内容及规范等）、工作量等内容。设计要求：1、根据本课程的知识点，以企业区为模型，完成一个用户交换机的配置计划。2、设计组工作要求1） 设计系统结构，给出系统原理介绍。2） 设计用户容量和系统容量。3） 设计用户编号计划。4） 设计中继线。3、用户交换机配置计划的技术要求和技术指标： 有效利用光纤技术，最大利用端口带宽，提供单端口带宽应在100m比特率以上，骨干设备的端口应具备高速的处理性能，以提供无拥塞处理能力。具备足够的冗余与容错性能，包括交换模块、电源、链路、设备的冗余，动态的路由选择，网络故障的重新路由，以及在线热插拔等性能。具备充分的接入能力和可扩展性，包括多种接入方式的提供和接入的可扩展性，带宽的扩展与速率的平滑升级以及处理能力的可扩展性。具有服务质量(qos)保障和带宽管理能力，有效处理包延时、抖动、丢失和吞吐量问题。具有网络多媒体应用，可以提供电视会议、视频点播等多种视频网络服务支持组播协议。具有vlan的划分管理，提高园区网的性能、安全和便于管理。应具备对网络设备的管理、运营管理等网络管理功能。写作规范除了要有摘要，目录外，在正文中包括设计要求，系统概述，系统构成，系统设计，心得体会（结果结论），参考文献，教师评语等。指导教师签字： 系（教研室）主任签字： 2010年6月1日目录1设计要求1.1设计目的 . 第5页1.2设计内容及要求. 第5页2系统分析 . 第9页3系统设计 3.1 总体设计 . 第11页3.2 硬件结构 . 第12页3.3 软件结构 . 第14页3.4网络拓扑图 . 第16页4 心得体会 . 第17页5.参考文献 . 第17页6.教师评语 . 第17页摘要：介绍了三层交换技术的原理与优势，依此为基础，利用三层交换的技术实现企业系统的运作关键词：程控交换 三层交换机 局域网1设计要求1.1设计目的程控交换课程设计旨在提高我们在通信领域内的理论认识和实践动手能力，培养我们综合运用理论知识解决实际问题的能力。巩固和加深对控制理论基本知识的理解和对仪表的认识，培养创新能力，经过搜集资料，初步方案设计，系统组建，撰写设计报告的过程，得到一次科学研究工作的初步训练，提高科研综合素质。为后续课程的学习、毕业设计乃至毕业后的工作打下一个良好的基础。1.2设计内容及要求根据本课程的知识点，用户交换机配置计划的技术要求和技术指标： 有效利用光纤技术，最大利用端口带宽，提供单端口带宽应在100m比特率以上，骨干设备的端口应具备高速的处理性能，以提供无拥塞处理能力。具备足够的冗余与容错性能，包括交换模块、电源、链路、设备的冗余，动态的路由选择，网络故障的重新路由，以及在线热插拔等性能。具备充分的接入能力和可扩展性，包括多种接入方式的提供和接入的可扩展性，带宽的扩展与速率的平滑升级以及处理能力的可扩展性。具有服务质量(qos)保障和带宽管理能力，有效处理包延时、抖动、丢失和吞吐量问题。具有网络多媒体应用，可以提供电视会议、视频点播等多种视频网络服务支持组播协议。具有vlan的划分管理，提高园区网的性能、安全和便于管理。具备对网络设备的管理、运营管理等网络管理功能。1汇聚层千兆交换机技术指标指标要求端口数量：10/100/1000m端口=241000m光端口=2（其中一台配置1000兆单模光端口2个）性能:整机交换容量=80gbps整个系统最大第三层包转发能力=80mppsqos：每端口优先级队列数目= 4vlan：802.1p/q 虚网中继协议支持基于端口、协议、mac、ip划分虚网支持支持的vlan数=4096安全:广播风暴抑制支持路由:硬件线速路由 支持并配备以及支持基于mac地址、ip地址和协议的多种vlan划分2三层百兆交换机 技术指标 指标要求端口数量：10/100basetx端口=241000m光端口=2（配置1000兆单模光端口2个）性能:整机交换容量=6gbps整个系统最大第三层包转发能力=6mppsqos：每端口优先级队列数目= 4 vlan：802.1p/q 虚网中继协议支持基于端口、协议、mac、ip划分虚网支持支持的vlan数=4096安全:广播风暴抑制支持路由:硬件线速路由 支持并配备1、 接入层100兆交换机24端口：48端口：技术指标指标要求端口：24/48*10/100basetx1000base-gbic：sx、lx支持性能背板带宽=10/15gbps (24/48口)千兆端口=2vlan802.1p/q 虚网中继协议支持基于端口、协议、mac、ip划分虚网支持支持的vlan数= 409qos每端口优先级队列数目= 4每端口队列总数=2048安全性802.1x虚网用户身份认证支持网管 snmp、telnet、rmon以及web网络管理支持2 系统分析三层交换的概念第三层交换技术也称为ip交换技术或高速路由技术等，是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在osi 网络标准模型中的第二层数据链路层进行操作的，而第三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。三层交换的原理从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线交换数据的。在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（10mbit/s100mbit/s）。在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定：（1）。数据封包的转发：如ip/ipx封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现；（2）。第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。假设有两个使用ip协议的站点，通过第三层交换机进行通信的过程为：若发送站点a在开始发送时，已知目的站b的ip地址，但尚不知道它在局域网上发送所需要的mac 地址，则需要采用地址解析（arp）来确定b的mac 地址。a把自己的ip 地址与b的ip 地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定b是否与自己在同一子网内。若b 与a 在同一子网内，a 广播一个arp 请求，b 返回其mac 地址，a 得到b 的mac 地址后将这一地址缓存起来，并用此mac 地址封包转发数据，第二层交换模块查找mac 地址表确定将数据包发向目的端口。若两个站点不在同一子网内，则a 要向缺省网关发出arp（地址解析）封包，而缺省网关的ip 地址已经在系统软件中设置，这个ip 地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。当a 对缺省网关的ip 地址广播出一个arp 请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到b 的mac 地址，则向发送站a 回复b 的mac 地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个arp 请求，b 得到此arp 请求后向第三层交换模块回复其mac 地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站a .以后，当再进行a 与b 之间数据包转发时，将用最终的目的站点的mac 地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换1 . 第三层交换的特点突出的特点如下： （1）。有机的硬件结合使得数据交换加速；（2）。优化的路由软件使得路由过程效率提高；（3）。除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由第二层交换处理；（4）。多个子网互连时只是与第三层交换模块的逻辑连接，不象传统的外接路由器那样需增加端口，保护了用户的投资。第三层交换的目标是，只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。第三层交换使用第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也可以存储起来，供以后使用。之后数据包通过一条虚电路绕过路由器快速发送。第三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。当然，三层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单叠加，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。3系统设计3.1 总体设计 vlsw 4150交换机有24个rj45 10/100basetx自适应端口，提供2个可选光纤10/100basetx以太口、100basefx快速以太端口或者千兆以太网口（sx，lx，zx），并另外提供一个串口和一个100m以太网口对交换机进行配置。 vlsw 4150交换机体系结构可以支持最高到11gbps速率，多层交换速率达到6.6mpps；可以支持8,192个mac地址；为了更好控制网络流量和网络安全，还支持以1m为步长速率限制；支持tagged vlan和mac-based 帧过滤以及rip、ospf和bgp路由协议。 vlsw 4150交换机提供堆栈技术可以以一个逻辑ip地址来管理多个交换机，并可在一个口上镜像其他数据包，提供基于web网管系统以及cli方式来调试交换机。vlsw 4150支持snmp协议、rmon和telnet功能来便于管理。 3.2 硬件结构 vlsw 4150三层交换机硬件结构分为两个部分，处理器模块和交换模块，它们之间通过pci接口相连，同时配合相应外围电路形成完整三层交换机系统，见图1。 : (1)处理器模块 如图2所示，处理器部采用一款motorola powerquicc ii cpu，同一些外部存储设备以及一些外围电路构成三层交换机处理器部分。处理器模块主要是运行嵌入式操作系统，配置系统和路由表维持，而不是数据转发通路组成部分。cpld 保存一些cpu初始化一些配置以保证上电后cpu正常启动，flash 芯片用于存储三层交换机所需要所有软件和相关配置，sdram在系统启动之后载入flash中程序，保证系统正常运行。处理器模块一方面提供一个快速以太网接口和一个异步口，用于对交换机进行配置和调试；另一方面通过pci接口和交换模块相连，通过pci接口对交换模块进行控制，并进行数据传输2 。 pc提示请看下图: 图2 处理器模块硬件组成 (2)交换模块 如图3所示，交换模块采用了broadcom公司bcm5645作为asic芯片，通过pci接口与处理器模块进行通信完成数据传输，通过5645提供内存接口，可以给交换模块提供一个64m外部sdram，从而提高交换机吞吐量和交换速度。5645通过mii接口和gmii接口分别连接24个百兆以太网和2个千兆以太网3 。 图: 图3 交换模块硬件组成 3.3 软件结构 vlsw 4150三层交换机软件系统采用了模块化、分布式设计方法，基于实时多任务操作系统。软件系统结构呈层次结构，一层建立在另一层基础上，每一层都使用近邻它下一层所提供服务，并且为它上面一层提供更高一级服务，其优点是：可以向上层软件屏蔽底层操作，提高上层软件可移植性，提高软件可维护性。 大概分为三个层面 (1)驱动层 驱动程序将上层软件和硬件系统进行了连接，把上层软件路由更新、管理及配置命令转化为硬件系统所能识别格式，从而达到更新其内部数据结构如路由表，地址表等，控制及管理硬件交换系统目；同时设备驱动程序把底层硬件收到路由更新报文、控制管理帧及收到各种信息传递给上层软件处理；（2）协议栈实现了tcp/ip、802.1d和802.1q等协议，为上层的应用程序提供良好的接口；（3）应用层主要包括路由模块和网管模块，路由模块实现了rip和ospf等协议，即实现第三层路由的主要功能；网管模块实现了snmp和rmon等网管模块，使三层交换机具有部分网管功能，保证三层交换机更好地正常运转。图4 软件结构3.4网络拓扑图4心得体会通过本次课程设计 对三层交换机有了更深的认识，三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。它具有很多特性如高可扩充性，高性价比，内置安全机制，适合多媒体传