局域網(wǎng)技術(shù)及方案設(shè)計(jì)

1、第3章 局域網(wǎng)技術(shù)及方案設(shè)計(jì),3.1 網(wǎng)卡. 集線器和交換機(jī) 3.1.1 網(wǎng)絡(luò)接口卡 網(wǎng)卡 網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC -Network Interface Card）又稱網(wǎng)絡(luò)適配器 （NIA-Network Interface Adapter），簡(jiǎn)稱網(wǎng)卡。網(wǎng)卡將計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)連接起來(lái)，把計(jì)算機(jī)接入到網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)卡可以將計(jì)算機(jī)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)傳送到纜線上，或?qū)⒗|線上的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。 2. 網(wǎng)卡分類 按帶寬劃分：10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自適應(yīng)、1000Mbps、10000Mbps等網(wǎng)卡。 按接口類型劃分：粗纜接口（AUI）、細(xì)纜接口（BNC）、雙絞

2、線接口（RJ-45）等網(wǎng)卡。 按總線類型劃分：ISA、EISA、PCI等網(wǎng)卡。,3.1.2 中繼器和集線器 中繼器 中繼器（repeater，RP）是連接網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，常用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。 2. 集線器 集線器（Hub）是中繼器的一種形式，區(qū)別在于集線器能夠提供多端口服務(wù)，也稱為多口中繼器。 （1）單中繼器網(wǎng)段集線器 （2）多網(wǎng)段集線器 （3）端口交換式集線器 （4）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)集線器 （5）交換式集線器,3.1.3 以太網(wǎng)交換機(jī)和交換式以太網(wǎng) 1. 交換機(jī)的主要特點(diǎn) 交換機(jī)的主要特點(diǎn)是：所有端口平時(shí)都不連通。當(dāng)工作站需要通信時(shí)，交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的端口，使每一

3、對(duì)相互通信的工作站都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無(wú)沖突地傳輸數(shù)據(jù)。通信完成后就斷開(kāi)連接。 圖3.1給出了共享介質(zhì)局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)的比較。,2. 以太網(wǎng)交換機(jī) 以太網(wǎng)交換機(jī)（LAN Switches）通常指用于以太局域網(wǎng)的第2層交換機(jī)。以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理是：當(dāng)交換機(jī)從以太端口接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，檢測(cè)數(shù)據(jù)幀的源和目標(biāo)MAC地址，然后與交換機(jī)的交換表進(jìn)行比較 。 以太網(wǎng)交換機(jī)與以太網(wǎng)集線器的區(qū)別是： （1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給哪個(gè)端口，交換機(jī)基于MAC地址作出決定，集線器根本不做決定，而是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給所有端口。數(shù)據(jù)在交換機(jī)內(nèi)部可以采用獨(dú)立路徑，在集線器中所有的數(shù)據(jù)都可以在所有的路徑上流動(dòng)。 （2）集線器

4、所有端口共享一個(gè)帶寬，交換機(jī)每個(gè)端口有自己獨(dú)立的帶寬，互不影響。 （3）集線器所有端口均是同一個(gè)沖突域，而交換機(jī)每個(gè)端口下是一個(gè)獨(dú)立的沖突域。,3. 交換轉(zhuǎn)發(fā)方式 （1）直通轉(zhuǎn)發(fā) （2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) （3）碎片隔離式 3.1.4 鏈路聚合和生成樹(shù)協(xié)議 1. 鏈路聚合 鏈路聚合是將兩臺(tái)交換機(jī)之間連接的兩條以上的物理鏈路綁定為一條邏輯鏈路，每條物理鏈路互相可以均衡負(fù)載，使兩臺(tái)交換機(jī)之間的帶寬成若干倍增長(zhǎng)。 2. 生成樹(shù),圖3.2 擴(kuò)展局域網(wǎng) 如圖3.2所示的這類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可能會(huì)產(chǎn)生幀無(wú)限制轉(zhuǎn)發(fā)的循環(huán)路徑。,圖3.3 擴(kuò)展局域網(wǎng)的生成樹(shù),3.1.4 交換機(jī)產(chǎn)品及其主要技術(shù)指標(biāo) 思科公司的交換機(jī)產(chǎn)品

5、Cisco的交換機(jī)可以分為兩類：一類是固定配置交換機(jī)，包括3500及以下的大部分型號(hào)，除了有限的軟件升級(jí)之外，這些交換機(jī)不能擴(kuò)展；另一類是模塊化交換機(jī)，主要指4000及以上的機(jī)型，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，選擇不同數(shù)目和型號(hào)的接口板、電源模塊及相應(yīng)的軟件。 2. 交換機(jī)的技術(shù)指標(biāo) （1）機(jī)架插槽數(shù) （2）擴(kuò)展槽數(shù) （3）最大可堆疊數(shù) （4）10/100/1000兆/秒以太網(wǎng)端口數(shù)、ATM端口數(shù)、FDDI端口數(shù) （5）支持的網(wǎng)絡(luò)類型,（6）背板帶寬 （7）緩沖區(qū)大小 （8）最大MAC地址表的值 （9）最大電源數(shù) （15）三層交換能力 （11）轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制 （12）延時(shí) （13）管理功能 （14）全

6、雙工 （10）支持的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn) 3.1.5 交換機(jī)安裝與調(diào)試初步 網(wǎng)管型交換機(jī)通常可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行配置：一種是本地配置；另一種是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)配置兩種方式。,1物理連接,圖3.4 交換機(jī)安裝示意圖,2、軟件配置,3.2 虛擬局域網(wǎng)VLAN的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.2.1 VLAN的概念 虛擬局域網(wǎng)指的是在一個(gè)平面物理網(wǎng)絡(luò)上，根據(jù)用途、工作組、應(yīng)用等邏輯劃分的局域網(wǎng)絡(luò)，與用戶的物理位置沒(méi)有關(guān)系。一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)稱為一個(gè)VLAN，一個(gè)VLAN是一個(gè)廣播域。,圖3.5 VLAN劃分示意圖,VLAN不僅可以按端口劃分，也可以按MAC地址劃分、按IP地址劃分、按協(xié)議劃分等。 （1）按MAC地址劃分 VLAN的劃分基

7、于設(shè)備的MAC地址，按需要將某些設(shè)備的MAC地址劃分在同一個(gè)VLAN中，交換機(jī)跟蹤屬于自己VLAN的MAC地址。 （2）按IP地址劃分 每個(gè)VLAN都和一段獨(dú)立的IP網(wǎng)段相對(duì)應(yīng)，將IP網(wǎng)段的廣播域和VLAN一對(duì)一地結(jié)合起來(lái)。用戶可以在該IP網(wǎng)段內(nèi)移動(dòng)工作站而不會(huì)改變VLAN所屬關(guān)系，便于網(wǎng)絡(luò)管理。 （3）按數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)協(xié)議劃分 VLAN按網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來(lái)劃分，將某種協(xié)議的應(yīng)用劃分為一個(gè)VLAN，這種劃分會(huì)使一個(gè)廣播域跨越多個(gè)VLAN交換機(jī)。,3.3 三層交換機(jī) 3.3.1 第三層交換 采用虛擬網(wǎng)有如下優(yōu)勢(shì)： （1）控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播風(fēng)暴； （2）增加網(wǎng)絡(luò)的安全性； （3）集中化的管理控制； 路由器所起

8、的作用是： （1）網(wǎng)段微化 （2）網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制 （3）網(wǎng)絡(luò)的安全控制 （4）子網(wǎng)(虛擬網(wǎng))間互連,采用路由器作為網(wǎng)絡(luò)的核心所產(chǎn)生的問(wèn)題是： （1）路由器增加了3層路由選擇的時(shí)間，數(shù)據(jù)的傳輸效率低 （2）增加、移動(dòng)和改變節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性有增無(wú)減 （3）路由器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜 （4）增加子網(wǎng)/虛擬網(wǎng)的互連意味著要增加路由器端口，投資也增大。 3.3.1 三層交換機(jī)的原理與特點(diǎn) 1. 第三層交換機(jī)的工作原理 （1）對(duì)于數(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(guò)程通過(guò)硬件得以高速實(shí)現(xiàn)。 （2）對(duì)于第三層路由：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)

9、。,2. 第3層交換機(jī)的特點(diǎn) 從三層交換機(jī)的工作原理來(lái)看，三層交換機(jī)有以下特點(diǎn)： （1）2層和3層硬件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。 （2）高效優(yōu)化的路由軟件使路由過(guò)程簡(jiǎn)單化。 （3）僅有少部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)路由選擇處理，大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是直接通過(guò)二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)。 3. 第三層交換機(jī)主要技術(shù) （3）快速IP（Fast IP） （2）標(biāo)簽交換技術(shù)（Tag Switching） （1）IP交換（IP Switching） 3.3.2 三層交換機(jī)安裝與調(diào)試初步 1. 三層交換機(jī)產(chǎn)品舉例 （1）Catalyst 3550系列 （4）Catalyst 8500 系列 （3）Catalyst 6500系列 （2）

10、Catalyst 3750系列,2. 安裝調(diào)試舉例 Cisco的VLAN實(shí)現(xiàn)通常是以端口為中心的。與節(jié)點(diǎn)相連的端口將確定它所駐留的VLAN。將端口分配給VLAN有兩種方式，即靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配方式。 形成靜態(tài)VLAN的過(guò)程是將端口強(qiáng)制性地分配給VLAN的過(guò)程。 所謂動(dòng)態(tài)VLAN，就是由端口決定自己屬于哪個(gè)VLAN。即先建立一個(gè)VLAN管理策略服務(wù)器（VLAN Membership Policy Server，VMPS），VMPS中包含一個(gè)文本文件，文件中存有與VLAN映射的MAC地址表。 形成靜態(tài)VLAN的過(guò)程是將端口強(qiáng)制性地分配給VLAN的過(guò)程。即先在VTP （VLAN Trunking P

11、rotocol）Server上建立VLAN，然后將每個(gè)端口分配給相應(yīng)的VLAN的過(guò)程。這是創(chuàng)建VLAN最常用的方法。,（2）配置中繼 （1）設(shè)置VTP DOMAIN （3）創(chuàng)建VLAN （4）將交換機(jī)端口劃入VLAN （5）配置三層交換 3.4 無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) 1. 無(wú)線通信技術(shù) （1）擴(kuò)頻技術(shù) （3）窄帶技術(shù) （2）紅外技術(shù) 所謂直接序列擴(kuò)頻，是使用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列，在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把信號(hào)進(jìn)行還原。 跳頻技術(shù)是間斷跳躍使用多個(gè)頻點(diǎn)，當(dāng)跳躍至某個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，判斷該頻點(diǎn)是否有噪聲干擾，若無(wú)則傳輸信號(hào)，若有依據(jù)算法跳至下一頻點(diǎn)繼續(xù)判斷。,（2）安裝簡(jiǎn)

12、單、建設(shè)周期短 2. 無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn) 無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)是： （1）移動(dòng)性 （5）容易將移動(dòng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展到無(wú)線局域網(wǎng)平臺(tái)上。 （6）無(wú)線局域網(wǎng)傳輸?shù)男盘?hào)可以跨越很寬的頻段，而且數(shù)據(jù)不容易被竊取。 （4）能集成到已有的寬帶網(wǎng)絡(luò) （3）易擴(kuò)展、易管理 3. 無(wú)線通信技術(shù)的缺點(diǎn) 無(wú)線局域網(wǎng)還存在一些不足之處，例如： （1）雖然無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)工作在5GHzU-NII頻帶時(shí)，物理層速率可達(dá)54 Mbps（IEEE802.11a芯片組在強(qiáng)化模式下，速率可達(dá)72Mbps），傳輸層可達(dá)25Mbps。采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù),可提供25Mbps的無(wú)線ATM接口和1

13、0Mbps的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，但目前無(wú)線局域網(wǎng)還無(wú)法達(dá)到有線局域網(wǎng)的高帶寬。 （2）無(wú)線信號(hào)在空氣中傳輸會(huì)受到其他電信號(hào)的干擾，使無(wú)線局域網(wǎng)的穩(wěn)定性不夠理想。,3.4.2 WLAN工作原理及標(biāo)準(zhǔn) 1、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）工作原理 通常采用無(wú)線傳輸媒體的局域網(wǎng)稱為無(wú)線局域網(wǎng)。無(wú)線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)仍然是傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)，只是在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)無(wú)線集線器、無(wú)線接入點(diǎn)（ACCESS POINT，AP）、無(wú)線網(wǎng)橋、無(wú)線路由器、無(wú)線網(wǎng)卡等設(shè)備使無(wú)線通信得以實(shí)現(xiàn)。無(wú)線主機(jī)設(shè)備上網(wǎng)是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)的。 2、無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 第一個(gè)被全球認(rèn)可的無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要工作在OSI模型的第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），并在第1層（物理層