扩展办公网络

模块5

扩展办公网络

5.1交换网络规划知识

5.1.1扩展以太网络为把更多的设备接入到以太网中，需要对网络扩展，构建一个中型以太网络。中型规模的网络是在小型网络基础上的延伸，它经常出现在生活小区、办公室楼层之间以及校园网络环境中，如图5-1所示。中型网络实际上是多个小型规模网络的互相连接，规模通常为200～1000个节点的计算机，网络的空间范围更大，结构上更复杂，甚至可能会使用几种不同类型的网络介质。5.1.2网络规划基础

把分散在校园或各办公区域的一个又一个小型网络互相连接起来，形成一个更大范围的网络。把区域网络中更多的网络设备连接起来，就需要引入更先进的网络互联设备，提高网络的传输速度。在重新规划的中等规模网络环境中，使用更多的二层交换机，作为部门网络的接入设备，把交换速度更快、网络管理功能更先进的三层交换机，作为连接所有区域的核心设备，如图5-2所示。5.1.3层次化网络规划设计

目前，在组建大中型以太网络之前，需要连接很多的交换机、路由器等网络互联设备。大中型以太网络在规划和设计中，普遍采用三层结构模型，以明确每一台设备在以太网中所承担的基本功能，如图5-3所示。按照网络的功能，以太网络在规划和设计中的三层结构模型，首先将网络从逻辑结构上，划分为三个层次，即核心层、汇聚层和接入层，每个层次中安装一些设备，这些设备承担其特定的功能。大中型以太网络在规划中层次化的网络拓扑时，由不同的层和不同的设备组成，这些不同的设备所具有特定的功能，应用在不同的层上，承担部分功能。为获得以太网中设备和应用最大的效能，每台网络设备都被分别安置在分层网络中不同层，每一层都有不同用途。大中型以太网络在规划中层次化网络设计中引入了3个关键层的概念，这3个层次分别是：核心层（CoreLayer）、汇聚层（DistributionLayer）和接入层（AccessLayer），如图5-4所示。

图5-3三层结构模型

图5-4基于交换的层次结构示例核心层为网络提供了骨干组件或高速交换组件，核心层是网络的高速交换主干，对协调通信至关重要。在纯粹的层设计中，核心层只完成数据交换的特殊任务。汇聚层是核心层和终端用户接入层的分界面，汇聚层网络组件完成了数据包处理、过滤、寻址、策略增强和其他数据处理的任务。接入层使终端用户能接入网络，接入层为用户提供对网络中的本地网段的访问。同时优先级设定和带宽交换等优化网络资源的设置也在接入层完成。5.2交换机级联和堆叠技术

5.2.1交换机级联技术级联是扩展以太网规模最常规、最直接的方式。在早期构建的网络中，以太网都使用集线器（HUB）作为扩展网络范围的设备，现在更多使用交换机作为级联设备。无论是扩展百兆的快速以太网，还是扩展千兆以太网设备，级联交换机设备之间的距离都是100m，这个长度与交换机到计算机之间的长度完全相同。以太网的级联技术除了能扩充办公网中接入计算机的数量外，另外一个用途就是延伸以太网距离，当有3台交换机之间互相级联时，办公网的网络范围就可以扩展到400m。这样的距离对于位于同一座建筑物内的办公网而言已经足够。但交换机之间也不能无限制级联，交换机级联超过一定级数量，就会引起广播风暴，导致办公网网络性能严重下降。交换机之间的级联，既可使用普通以太端口也可使用特殊的Uplink端口，如图5-6所示。Uplink端口是专门用于与其他交换机连接的端口，使用直连线将该端口连接至其他交换机除Uplink端口外任意端口，当使用普通端口和Uplink端口实现级联时，应当使用直连线，如图5-7所示。为提高大、中型局域网中设备的传输效率，在网络设计中，从实用的角度来看，建议最多部署三级交换机级联结构：核心交换机→汇聚交换机→接入交换机，如图5-8所示。这里的三级，并不是说只能允许最多三台交换机，而是从网络功能上讲，区分出三个功能模块。5.2.2交换机堆叠技术

堆叠技术就是把交换机的背板带宽，通过专用模块聚集在一起，这样堆叠交换机的总背板带宽，就是几台堆叠交换机的背板带宽之和。堆叠将一台以上的交换机组合起来，视同一个工作组共同使用，如图5-9所示。交换机组可视为对一个整体的交换机进行管理，从而在组建大型网络规模时，一方面满足了在有限的空间内提供尽可能多的端口，满足网络中对端口的数量要求；另一方面又满足了多台交换机经过堆叠，形成一个堆叠单元，提高了网络的传输带宽。交换机堆叠技术的最大优点就是提供简化的本地管理，将一组交换机作为一个对象来管理。目前流行的堆叠模式主要有两种：菊花链模式和星型模式。所谓菊花链就是从上到下串起来，形成单一的一个菊花链堆叠总线，如图5-13所示。星型堆叠就是单独拿一个交换机作为堆叠中心，其他交换机用堆叠线连接到堆叠中心交换机上。5.3项目实施：扩展办公网络范围

【任务描述】王先生所在的公司今年为扩展销售规模，新招了一批员工，需要为这些新入职员工配备计算机，接入公司销售部的网络，共享公司销售信息资料。因此公司需要扩展销售部网络，增加一台交换机，和销售部原来的交换机直接连接，实现销售部门网络的互联互通。【知识准备】

最简单的以太网通常由一台集线器（或交换机）和若干台计算机组成。随着计算机数量的增加、网络规模的扩大，在越来越多的局域网环境中，交换机取代了集线器，多台交换机互连取代了单台交换机。在多交换机局域网环境中，交换机级联、堆叠和集群是3种重要技术。级联技术可以实现多台交换机之间互连；堆叠技术可以将多台交换机组成一个单元，从而提高更大的端口密度和更高的性能；集群技术可以将相互连接的多台交换机作为一个逻辑设备进行管理，从而大大降低了网络管理成本，简化管理操作。【网络拓扑】某公司扩展销售部网络，使用级联技术改造的网络拓扑如图5-14所示。图5-14级联技术改造的网络拓扑【任务目标】使用级联技术扩展办公网络规模，共享网络资源。【设备清单】交换机（2台）、计算机（>=2台）、网线（若干根）。【工作过程】

步骤1：组网，搭建网络环境1）平稳摆放交换机，如图5-15所示，使用网线把两台交换机级联在一起。2）把双绞线一端插到计算机网口；另一端插入到交换机接口，注意按住双绞线上翘环片，插入后能听到清脆的“吧嗒”声音，轻轻回抽不松动。3）给设备加电，交换机加电中，接口在自检，所有接口红灯闪烁状态。当设备稳定后，只有连有设备接口的绿灯闪烁，表示网络连通状态。步骤2：测试网络连通

1）规划办公网内部管理地址，办公网内部使用私有IP地址规划，见表5-1。按表5-1地址规划，分别给办公网内部所有计算机配置IP地址。2）打开所有测试计算机的“网络连接”，选择“常规”属性中的“Internet协议（TCP/IP）”选项，按“属性”按钮，为所有计算机配置IP地址，如图5-15所示。3）地址配置完成后，选择网络中任意一台计算机，转入操作系统命令行状态，使用测试“ping命令”查看扩展后办公网络的连通状况，如图5-16所示。由于所有设备都连接一个交换网络，处在一个大广播域中，因此网络中的设备应该都处于连通状态。4）故障检查与排除。如果出现互相连接在一起、处于同一个以太网络中的网络设备，在没有任何配置情况下，测试时，不能连通的情况，则应该及时排除网络故障。步骤3：优化办公网络工作环境1）在交换机命令行操作模式下，分别对两台交换机进行网络设置。.2）在“特权用户模式”下分别查看连接交换机的配置文件信息。3）在“特权用户模式”下，查看连接交换机的MAC地址表信息。4）在“特权用户模式”下，查看交换机配置信息。5）查看交换机VLAN信息。6）查看交换机配置文件信息。7）查看交换机FA0/2接口信息。5.4办公网扩展优化技术

传输链路的备份是提高网络系统可用性的重要方法。目前的技术中，以生成树协议（STP）和链路聚合（LinkAggregation）技术应用最为广泛。生成树协议提供了链路间的冗余方案，允许交换机间存在多条链路作为主链路的备份。而链路聚合技术则提供了传输线路内部的冗余机制，链路聚合成员彼此互为冗余和动态备份。5.4.1办公网络优化——

链路聚合技术

链路聚合具有如下一些显著的优点：（1）提高链路可用性

链路聚合中，成员互相动态备份。当某一条链路中断时，其他成员能够迅速接替其工作。与生成树协议不同，链路聚合启用备份的过程对聚合之外是不可见的，而且启用备份过程只在聚合链路内，与其他链路无关，切换可在数毫秒内完成。（2）增加链路的容量聚合技术另一个明显优点是为用户提供一种经济提高链路传输率方法。通过捆绑多条物理链路，用户不必升级现有设备就能获得更大带宽数据链路，其容量等于各物理链路容量之和。聚合模块按照一定算法将业务流量，分配给不同成员，实现链路级负载分担功能。（3）提高链路可靠性

链路聚合的另一个主要优点是可靠性。链路聚合技术在点到点链路上提供了固有的、自动的冗余性。如果链路使用的多个端口中的一个出现故障，网络传输的数据流可以动态、快速转向链路中其他工作正常的端口进行传输。5.4.2办公网络优化——生成树技术

在一些较大型的网络中，当大量广播流（如MAC地址查询信息等）同时在网络中传播时，便会发生数据包的碰撞。而网络试图缓解这些碰撞并重传更多的数据包，结果导致全网的可用带宽减少，并最终使得网络失去连接而瘫痪，这一过程被称为广播风暴。为解决冗余链路引起以上这些问题，IEEE组织开发的IEEE802.1d生成树协议很好地解决了以太网由于网络扩展而带来广播风暴。STP协议基本思想十分简单，如同自然界中生长的树是不会出现环路，网络如果也能够像一棵树一样连接就不会出现环路。5.5项目实施：优化扩展的办公网络

任务1：使用生成树技术优化办公网络【任务描述】王先生所在的公司今年新招了一批员工，需要为这些新入职员工配置计算机，接入公司销售部的网络，共享公司销售信息资料。因此公司需要扩展销售部网络，增加一台交换机，和销售部原来的交换机直接连接，实现销售部门网络的互联互通。为了实现销售部办公网多交换机之间连接的稳定性，在交换机和交换机之间的连接上，希望使用双链路连接，实现链路冗余技术，提高公司销售部办公网网络的高可靠性。【知识准备】共享和广播是以太网工作机制。在交换网络中，当大量广播流（如MAC地址查询等）同时在网络中传播时，便会发生数据包的碰撞。而网络试图缓解这些碰撞，并重传更多数据包，结果导致全网的可用带宽减少，并最终使得网络失去连接而瘫痪，生成树协议很好地解决了这个问题。生成树协议STP是交换式以太网中的重要技术，该协议的目的是实现交换机之间冗余连接的同时，避免网络环路的出现，实现网络的高可靠性。首先，在交换机之间传递桥接协议数据单元（BridgeProtocolDataUnit，BPDU），沟通交换机工作状态信息，选择MAC地址最小的，或者优先级最高的交换机为根交换机；再根据根交换机来决定哪些端口处于转发状态，哪些端口处于阻断状态，以免引起网络环路。【网络拓扑】如图5-20所示的链接冗余生成树技术工作场景拓扑图，是在交换机和交换机之间进行连接，并使用双链路，实现链路冗余技术网络拓扑。图5-20链路冗余生成树技术工作场景【任务目标】实现交换机和交换机之间连接稳定性，测试冗余链路给网络带来的风暴，验证生成树技术给网络提供可靠性。【设备清单】交换机（2台）、计算机（>=2台）、网线（若干根）。【工作过程】

步骤1：安装网络环境首先使用一根网络连接线，按照如图5-20所示的网络拓扑结构，安装和连接实训用设备。注意设备连接的接口标识，连接完成后，开机检查连接线缆指示灯的工作状态，注意保证设备初始化状态。步骤2：运行给所有设备加电，交换机加电中，接口在自检，所有接口红灯闪烁状态，当设备稳定后，只有连有设备接口的绿灯闪烁时，表示网络连通状态。步骤3：网络连通测试步骤4：生成树协议应用测试任务2：使用链路聚合技术提高网络可靠性

某公司连接销售部和商务部的交换机，为了获得和网络中心交换机连接的高带宽，在交换机和交换机之间连接上，希望使用双链路连接，以实现链路冗余技术，提高公司内部网络的高可用性。同时，在骨干连接上，还希望使用链路聚合技术，获得骨干连接链路连接的高带宽。【知识准备】

在以太网络工作环境中，物理环路可以提高网络可靠性，当一条物理线路断掉时，另外一条线路仍然可以传输数据。但在交换网络中，当交换机接收到一个目的地址未知的数据帧时，交换机将这个数据帧广播出去。在存在物理环路的交换网络中，就会产生双向的广播环，甚至产生广播风暴，导致交换机资源耗尽而宕机。这样就产生了一个矛盾，需要物理环路来提高网络的可靠性，而环路又有可能产生广播风暴。STP生成树协议就是用来解决这个矛盾。STP协议在逻辑上断开网络的环路，防止广播风暴产生，而一旦正在使用的线路出现故障，被逻辑上断开的线路又会恢复畅通，继续传输数据。链路聚合是将两个或更多数据信道结合成一个单个信道，该信道以一个单个、更高带宽、逻辑链路出现。链路聚合是提高网络高可用性的另外一种方案。聚合的每个链路都遵循不