网络系统集成（第二版） 课件第四章 局域网组网技术

第四章局域网组网技术【内容介绍】

在本章主要讨论局域网方案设计中主要用到的网络技术，包括了：局域网相关基础知识；局域网交换机技术及交换机设备选型；VLAN技术中标准IEEE802.1Q和CiscoISL协议知识；交换机链路聚合知识；无线局域网技术知识；VoIP技术知识；常见的广域网接入技术知识。4.1局域网基础知识4.1.1局域网的组成4.1.2局域网的分类局域网的分类方式较多，比如可以按传输介质分类，也可以按照拓扑结构进行分类。根据本章节所要讲解内容的需要，可以根据工作方式和分组结构的不同分类，可以分为令牌网、FDDI和ATM、以太网等。4.1.3以太网以太网（Ethernet）是一种产生较早，并且是目前应用相当广泛的局域网，以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光纤等多种传输介质，并且在IEEE802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准。下面对其中的10Base-5、10Base-2、10Base-T、快速以太网、千兆以太网和万兆以太网分别进行介绍。4.1.4局域网MAC地址及管理办法局域网上一般有很多工作站，每个工作站都会接收到各种各样的帧信息。那么，工作站怎样识别目标系统呢？怎样知道帧是否是属于它的呢？其实，在每个帧的头部都包含有一个目地MAC地址，这个地址就可以标识各个站点，并且可以告诉工作站某个帧是否是对其进行访问的。如果工作站发现目的MAC地址与其不匹配（这个帧不是来访问我的），工作站将对该帧不予处理。介质访问控制（MediaAccessControl，简称MAC）地址，是厂商生产的网卡的地址，对于每一台设备是惟一的，该地址定义了计算机间的网络连接，记录在网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）上的硬件电路上。介质访问控制地址是由12位16进制数（0～F）共48位表示，前24位标识网络接口卡的厂商，不同厂商生产的标识不同，后24位是由厂商指定的网络接口卡序列号。4.2局域网交换机及交换技术4.2.1局域网交换机的交换原理交换机的转发所遵循的规则如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或多播地址（广播地址为ffff.ffff.ffff，多播地址为01开头，意味着多台主机），则向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。如果数据帧的目的MAC地址是单播地址，但不在交换机的MAC地址表中，则将向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该数据帧。如果数据帧的目的MAC地址确实存在于交换机的MAC地址表中，则向对应接口转发该数据帧。如果数据帧的目的MAC地址与源MAC地址在同一个接口上，则丢弃该数据帧。4.2.2交换机的分类1．根据传输介质和传输速度分类根据交换机使用的网络传输介质及传输速度的不同一般可以将局域网交换机分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆（GB）以太网交换机、10千兆（10GB）以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等千兆交换机万兆交换机根据交换机所应用的网络层次，可以将网络交换机划分为企业级交换机、校园网交换机、部门级交换机和工作组交换机、用户桌面级交换机五种。（1）企业级交换机（2）校园网交换机（3）部门级交换机（4）工作组交换机（5）桌面型交换机照局域网交换机分层部署分类在传统的局域网设计中，由于受当时设备功能所限，整个系统中的各个设备在功能划分上比较模糊。随着可管理的二层交换机和三层交换机的广泛应用，不同类型的设备在网络中的功能划分将越来越清晰，分层的概念己成为组建网络时遵循的一个规律和原则。根据应用功能的不同，可以将同一网络中的交换机设备划分为3个层次：接入层、汇聚层和核心层汇聚层网络应用提供的服务功能只具有接入层和核心层的网络结构4.2.3交换机的连接方式当单一交换机所能够提供的端口数量不足以满足网络计算机的需求时，必须要有两个以上的交换机提供相应数量的端口，这也就要涉及到交换机之间连接的问题。从根本上来讲，交换机之间的连接不外乎两种方式：堆叠和级联。1．交换机级联这是最常用的一种多台交换机连接方式，它通过交换机上的专用扩展接口级联口进行连接，也可以采用普通接口级联。需要注意的是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联，广播风暴会导致网络性能严重下降。级联又分为以下两种：（1）使用普通交换机端口进行级联（2）使用交换机扩展端口级联交换机堆叠4.2.4多层交换技术第二层交换是基于硬件的桥接。在交换机中，数据帧的转发是由ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）专业化硬件处理的，因此，交换机的转发速度要比网桥快得多，一般只需几十微秒交换机便可决定一个帧送往哪里。简单地说，第三层交换技术是“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。第四层交换可以简单定义为：这是一种功能，它决定传输不仅仅依据第二层的MAC地址或第三层的IP地址，而且依据第四层的TCP/UDP应用端口号。4.3VLAN技术4.3.2IEEE802.1Q协议4.3.3CiscoISL协议4.4交换机链路聚合可以把交换机之间的多个物理链接捆绑在一起形成一个简单的逻辑链接，这个逻辑链接被称之为一个aggregateport（以下简称AP），如图4.20所示为典型的链路聚合配置。AP是链路带宽扩展的一个重要途径，主要的作用就是可容错，负载分担等，符合IEEE802.3ad标准。它可以把多个端口的带宽叠加起来使用，比如全双工快速以太网端口形成的AP最大可以达到800Mbit/s，或者千兆以太网接口形成的AP最大可以达到8Gbit/s。在Cisco设备中，端口聚合协议PAgp是cisco专有的协议，链路聚合控制协议LACP是通用的协议，应该注意要聚合端口要在同一个vlan里面或者同为Trunk，封装协议为ISL或者IEEE802.1Q，而且两边的全双工模式要一样，链路数通常不超过8条链路。4.5交换机选型1.厂商选择网络方案设计者，应该熟悉各种网络设备的基本原理，了解最新的网络技术、并能够将不同厂商的产品进行多方面的指标对比，选择可靠、稳定、适度的、具有强有力的后期技术支持和维护的品牌厂商，当前的品牌厂商有Cisco、华为、H3C、锐捷、中兴（ZTE）、TP-Link、D-Link、、联想等。2.指标对比（1）背板带宽、二/三层交换吞吐率（包转发率）。这个决定着网络的实际性能，不管交换机功能再多，管理再方便，如果实际吞吐量上不去，网络只会变得拥挤不堪。所以这项参数是最重要的。背板带宽包括交换机端口之间的交换带宽，端口与交换机内部的数据交换带宽和系统内部的数据交换带宽。端口要达到线速交换，背板带宽应该大于等于交换机端口×端口带宽×2的值，其中数字“2”表示了全双工工作。二/三层交换吞吐率表现了二/三层交换的实际吞吐能力，通常也叫包转发率的能力，单位pps，表示每一秒钟内发送64字节的数据包个数。（2）是否支持VLAN，支持VLAN类型和数量，一个交换机支持VLAN，可以控制不必要的网络广播风暴，网络中工作组可以突破共享网络中的地理位置限制，而根据管理功能来划分子网；交换机支持更多VLAN类型和数量将更加方便地进行网络拓扑的设计与实现。（3）支持链路聚合，链路聚合可以让交换机之间和交换机与服务器之间的链路带宽有非常好的伸缩性，比如可以把2个、3个、4个千兆的链路绑定在一起，使链路的带宽成倍增长。链路聚合技术可以实现不同端口的负载均衡，同时也能够互为备份，保证链路的冗余性。（4）交换机端口数量及类型，不同的应用有不同的需要，应视具体情况而定。交换机的端口类型：RJ-45双绞线的固定接口、支持GBIC（电口或光口）模块的插槽、支持SFP（电口或光口）模块的插槽、XFP（电口或光口）模块的插槽、XENPAK（电口或光口）模块的插槽；并且所选光纤模块是否支持的适配器型号，比如SC、LC、ST、FC、MT-RJ等，以及支持的光信号是长波还是短波、支持单模还是多模。（5）是否支持QoS、IEEE802.1p优先级控制、IEEE802.1x、IEEE802.3x，这些功能能提供更好的网络应用类型的流量控制和用户的管理，应该考虑采购支持这些功能的交换机。（6）堆叠的支持，当某一接入层用户终端集中，数量多，此时，堆叠就显得非常重要了。一般网络扩展交换机端口的方法为一台主交换机各端口下连接分交换机，这样交换机与主交换机的最大数据传输速率只有100Mbit/s或1000Mbit/s，极大得影响了交换性能，受线路传输率的影响而形成瓶颈，如果能采用堆叠模式，其以Gbit/s为单位的带宽将发挥出巨大的作用。主要参数有堆叠数量、堆叠方式、堆叠带宽等。（7）交换机的交换缓存和端口缓存、主存、转发延时等也是相当重要的参数。（8）交换机的MAC地址表的大小，代表了能够存储MAC地址的能力，这种能力体现了交换机的交换和数据帧的转发能力。（9）是否支持生成树、快速生成树、多生成树，也是一个重要的指标，这个功能可以让交换机学习到网络拓扑结构，对网络性能也有很大的影响。（10）三层交换机还有一些重要的参数，如启动其他功能时是否保持线速转发、路由表大小、访问控制列表大小、对路由协议的支持情况、VRRP支持、对组播协议的支持情况、包过滤方法、扩展能力等都是值得考虑的指标，应根据实际情况选型。（11）是否支持SNMP和RMON，是解决网络设备集中监控和管理的方法，可以实现配置管理、服务质量的管理、告警管理等策略。4.6WLAN局域网技术无线网络早就应用于计算机通信之中，最简单的如笔记本电脑的红外线通信，后来有蓝牙，HomeRF，到现在IEEE802.1l系列。本节所介绍的就是基于IEEE802.11系列标准下的无线局域网接入技术。按照IEEE802.11系列标准，目前常用的有IEEE802.11b，IEEE802.11a，IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac这几种标准，这几种标准的最大传输速率分别为：11Mbit/s、54Mbit/s、54Mbit/s、300Mbit/s或600Mbit/s、1Gbit/s。当前无线网卡的主流产品是速率和价格都比较合适的是IEEE802.11g、IEEE802.11n产品。无线网络设备选型1.厂商选择网络方案设计者，应该熟悉各种无线网络设备的基本原理，了解最新的无线网络技术、并能够将不同厂商的产品进行多方面的指标对比，选择可靠、稳定、适度的、强有力的后期技术支持和维护的品牌厂商，当前的无线产品厂商非常多。2.指标（1）RF管理特性：支持的频段和信道情况，是否具有信道自动选择功能等。（2）支持的协议：IEEE802.11a/b/g/n/ac，IEEE802.3，IEEE802.3u等。（3）支持的工作模式：AP、CPE、中继、WDS（无线桥分布式点到点、点到多点）。（4）支持的SSID的数目：SSID是ServiceSetIdentifier的缩写，意思是服务集标识，SSID技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进入本网络。（5）无线通信方式：支持直序扩频（DSSS），正交频分复用（OFDM）。（6）支持的调制方式（7）网络接口数量及类型：有RJ-45的10/100Mbit/s，10/100/1000Mbit/s接口或光纤接口，2个接口及以上。（8）网络安全：有MAC地址控制、防火墙功能、WEP、WPA、IEEE802.1x。（9）POE支持：IEEE802.3af的POE供电。（10）能够承载的用户Wi-Fi接入量：SOHO级通常为10个左右，工作组级100个左右，企业级100个以上。（11）QoS功能：具有能够实现流量限制，以及IEEE802.11e和WMM。（12）MTBF：是衡量设备的故障率。（13）无线功率：表示了支持的速率、信道带宽、信道分配、发射功率。（14）设备工作环境：承受的温度和湿度。4.7VoIP技术4.8广域接入技术广域网（WAN，WideAreaNetwork）是一种地域分布极其广大的网络，其分布范围可以覆盖一个地区、一个国家，甚至全球网络。广域网由于受各种条件的限制，必须借助公共传输网络来完成互连。我们通常使用现成的网络运营商所提供的线路来接入到广域网，并最终接入到Internet。早期的广域网接入主要是窄带方式，而随着近几年互联网接入技术的发展，宽带接入方式已经成为了主流，早期的有DDN、FR（帧中继）接入技术，当前比较常见的有xDSL、光纤(LAN和EPON）、3G（WCDMA、CDMA-2000、TD-MA）、4G（LTE-FDD、LTE-TDD）。dsl接入方式光钎接入，EPON技术参考EPON资料（百度等）4.8.6无线广域网接入