網(wǎng)絡系統(tǒng)集成（第二版） 課件第四章 局域網(wǎng)組網(wǎng)技術

第四章局域網(wǎng)組網(wǎng)技術【內容介紹】

在本章主要討論局域網(wǎng)方案設計中主要用到的網(wǎng)絡技術，包括了：局域網(wǎng)相關基礎知識；局域網(wǎng)交換機技術及交換機設備選型；VLAN技術中標準IEEE802.1Q和CiscoISL協(xié)議知識；交換機鏈路聚合知識；無線局域網(wǎng)技術知識；VoIP技術知識；常見的廣域網(wǎng)接入技術知識。4.1局域網(wǎng)基礎知識4.1.1局域網(wǎng)的組成4.1.2局域網(wǎng)的分類局域網(wǎng)的分類方式較多，比如可以按傳輸介質分類，也可以按照拓撲結構進行分類。根據(jù)本章節(jié)所要講解內容的需要，可以根據(jù)工作方式和分組結構的不同分類，可以分為令牌網(wǎng)、FDDI和ATM、以太網(wǎng)等。4.1.3以太網(wǎng)以太網(wǎng)（Ethernet）是一種產(chǎn)生較早，并且是目前應用相當廣泛的局域網(wǎng)，以太網(wǎng)在物理層可以使用粗同軸電纜、細同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、光纖等多種傳輸介質，并且在IEEE802.3標準中，為不同的傳輸介質制定了不同的物理層標準。下面對其中的10Base-5、10Base-2、10Base-T、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)分別進行介紹。4.1.4局域網(wǎng)MAC地址及管理辦法局域網(wǎng)上一般有很多工作站，每個工作站都會接收到各種各樣的幀信息。那么，工作站怎樣識別目標系統(tǒng)呢？怎樣知道幀是否是屬于它的呢？其實，在每個幀的頭部都包含有一個目地MAC地址，這個地址就可以標識各個站點，并且可以告訴工作站某個幀是否是對其進行訪問的。如果工作站發(fā)現(xiàn)目的MAC地址與其不匹配（這個幀不是來訪問我的），工作站將對該幀不予處理。介質訪問控制（MediaAccessControl，簡稱MAC）地址，是廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡的地址，對于每一臺設備是惟一的，該地址定義了計算機間的網(wǎng)絡連接，記錄在網(wǎng)絡接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）上的硬件電路上。介質訪問控制地址是由12位16進制數(shù)（0～F）共48位表示，前24位標識網(wǎng)絡接口卡的廠商，不同廠商生產(chǎn)的標識不同，后24位是由廠商指定的網(wǎng)絡接口卡序列號。4.2局域網(wǎng)交換機及交換技術4.2.1局域網(wǎng)交換機的交換原理交換機的轉發(fā)所遵循的規(guī)則如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是廣播地址或多播地址（廣播地址為ffff.ffff.ffff，多播地址為01開頭，意味著多臺主機），則向除數(shù)據(jù)幀的來源接口外的所有接口轉發(fā)該幀。如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是單播地址，但不在交換機的MAC地址表中，則將向除數(shù)據(jù)幀的來源接口外的所有接口轉發(fā)該數(shù)據(jù)幀。如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址確實存在于交換機的MAC地址表中，則向對應接口轉發(fā)該數(shù)據(jù)幀。如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址與源MAC地址在同一個接口上，則丟棄該數(shù)據(jù)幀。4.2.2交換機的分類1．根據(jù)傳輸介質和傳輸速度分類根據(jù)交換機使用的網(wǎng)絡傳輸介質及傳輸速度的不同一般可以將局域網(wǎng)交換機分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆（GB）以太網(wǎng)交換機、10千兆（10GB）以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等千兆交換機萬兆交換機根據(jù)交換機所應用的網(wǎng)絡層次，可以將網(wǎng)絡交換機劃分為企業(yè)級交換機、校園網(wǎng)交換機、部門級交換機和工作組交換機、用戶桌面級交換機五種。（1）企業(yè)級交換機（2）校園網(wǎng)交換機（3）部門級交換機（4）工作組交換機（5）桌面型交換機照局域網(wǎng)交換機分層部署分類在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)設計中，由于受當時設備功能所限，整個系統(tǒng)中的各個設備在功能劃分上比較模糊。隨著可管理的二層交換機和三層交換機的廣泛應用，不同類型的設備在網(wǎng)絡中的功能劃分將越來越清晰，分層的概念己成為組建網(wǎng)絡時遵循的一個規(guī)律和原則。根據(jù)應用功能的不同，可以將同一網(wǎng)絡中的交換機設備劃分為3個層次：接入層、匯聚層和核心層匯聚層網(wǎng)絡應用提供的服務功能只具有接入層和核心層的網(wǎng)絡結構4.2.3交換機的連接方式當單一交換機所能夠提供的端口數(shù)量不足以滿足網(wǎng)絡計算機的需求時，必須要有兩個以上的交換機提供相應數(shù)量的端口，這也就要涉及到交換機之間連接的問題。從根本上來講，交換機之間的連接不外乎兩種方式：堆疊和級聯(lián)。1．交換機級聯(lián)這是最常用的一種多臺交換機連接方式，它通過交換機上的專用擴展接口級聯(lián)口進行連接，也可以采用普通接口級聯(lián)。需要注意的是交換機不能無限制級聯(lián)，超過一定數(shù)量的交換機進行級聯(lián)，廣播風暴會導致網(wǎng)絡性能嚴重下降。級聯(lián)又分為以下兩種：（1）使用普通交換機端口進行級聯(lián)（2）使用交換機擴展端口級聯(lián)交換機堆疊4.2.4多層交換技術第二層交換是基于硬件的橋接。在交換機中，數(shù)據(jù)幀的轉發(fā)是由ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）專業(yè)化硬件處理的，因此，交換機的轉發(fā)速度要比網(wǎng)橋快得多，一般只需幾十微秒交換機便可決定一個幀送往哪里。簡單地說，第三層交換技術是“第二層交換技術+第三層轉發(fā)技術”。這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強第二層交換功能的機制。一個具有第三層交換功能的設備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是簡單地把路由器設備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機上。第四層交換可以簡單定義為：這是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據(jù)第二層的MAC地址或第三層的IP地址，而且依據(jù)第四層的TCP/UDP應用端口號。4.3VLAN技術4.3.2IEEE802.1Q協(xié)議4.3.3CiscoISL協(xié)議4.4交換機鏈路聚合可以把交換機之間的多個物理鏈接捆綁在一起形成一個簡單的邏輯鏈接，這個邏輯鏈接被稱之為一個aggregateport（以下簡稱AP），如圖4.20所示為典型的鏈路聚合配置。AP是鏈路帶寬擴展的一個重要途徑，主要的作用就是可容錯，負載分擔等，符合IEEE802.3ad標準。它可以把多個端口的帶寬疊加起來使用，比如全雙工快速以太網(wǎng)端口形成的AP最大可以達到800Mbit/s，或者千兆以太網(wǎng)接口形成的AP最大可以達到8Gbit/s。在Cisco設備中，端口聚合協(xié)議PAgp是cisco專有的協(xié)議，鏈路聚合控制協(xié)議LACP是通用的協(xié)議，應該注意要聚合端口要在同一個vlan里面或者同為Trunk，封裝協(xié)議為ISL或者IEEE802.1Q，而且兩邊的全雙工模式要一樣，鏈路數(shù)通常不超過8條鏈路。4.5交換機選型1.廠商選擇網(wǎng)絡方案設計者，應該熟悉各種網(wǎng)絡設備的基本原理，了解最新的網(wǎng)絡技術、并能夠將不同廠商的產(chǎn)品進行多方面的指標對比，選擇可靠、穩(wěn)定、適度的、具有強有力的后期技術支持和維護的品牌廠商，當前的品牌廠商有Cisco、華為、H3C、銳捷、中興（ZTE）、TP-Link、D-Link、、聯(lián)想等。2.指標對比（1）背板帶寬、二/三層交換吞吐率（包轉發(fā)率）。這個決定著網(wǎng)絡的實際性能，不管交換機功能再多，管理再方便，如果實際吞吐量上不去，網(wǎng)絡只會變得擁擠不堪。所以這項參數(shù)是最重要的。背板帶寬包括交換機端口之間的交換帶寬，端口與交換機內部的數(shù)據(jù)交換帶寬和系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)交換帶寬。端口要達到線速交換，背板帶寬應該大于等于交換機端口×端口帶寬×2的值，其中數(shù)字“2”表示了全雙工工作。二/三層交換吞吐率表現(xiàn)了二/三層交換的實際吞吐能力，通常也叫包轉發(fā)率的能力，單位pps，表示每一秒鐘內發(fā)送64字節(jié)的數(shù)據(jù)包個數(shù)。（2）是否支持VLAN，支持VLAN類型和數(shù)量，一個交換機支持VLAN，可以控制不必要的網(wǎng)絡廣播風暴，網(wǎng)絡中工作組可以突破共享網(wǎng)絡中的地理位置限制，而根據(jù)管理功能來劃分子網(wǎng)；交換機支持更多VLAN類型和數(shù)量將更加方便地進行網(wǎng)絡拓撲的設計與實現(xiàn)。（3）支持鏈路聚合，鏈路聚合可以讓交換機之間和交換機與服務器之間的鏈路帶寬有非常好的伸縮性，比如可以把2個、3個、4個千兆的鏈路綁定在一起，使鏈路的帶寬成倍增長。鏈路聚合技術可以實現(xiàn)不同端口的負載均衡，同時也能夠互為備份，保證鏈路的冗余性。（4）交換機端口數(shù)量及類型，不同的應用有不同的需要，應視具體情況而定。交換機的端口類型：RJ-45雙絞線的固定接口、支持GBIC（電口或光口）模塊的插槽、支持SFP（電口或光口）模塊的插槽、XFP（電口或光口）模塊的插槽、XENPAK（電口或光口）模塊的插槽；并且所選光纖模塊是否支持的適配器型號，比如SC、LC、ST、FC、MT-RJ等，以及支持的光信號是長波還是短波、支持單模還是多模。（5）是否支持QoS、IEEE802.1p優(yōu)先級控制、IEEE802.1x、IEEE802.3x，這些功能能提供更好的網(wǎng)絡應用類型的流量控制和用戶的管理，應該考慮采購支持這些功能的交換機。（6）堆疊的支持，當某一接入層用戶終端集中，數(shù)量多，此時，堆疊就顯得非常重要了。一般網(wǎng)絡擴展交換機端口的方法為一臺主交換機各端口下連接分交換機，這樣交換機與主交換機的最大數(shù)據(jù)傳輸速率只有100Mbit/s或1000Mbit/s，極大得影響了交換性能，受線路傳輸率的影響而形成瓶頸，如果能采用堆疊模式，其以Gbit/s為單位的帶寬將發(fā)揮出巨大的作用。主要參數(shù)有堆疊數(shù)量、堆疊方式、堆疊帶寬等。（7）交換機的交換緩存和端口緩存、主存、轉發(fā)延時等也是相當重要的參數(shù)。（8）交換機的MAC地址表的大小，代表了能夠存儲MAC地址的能力，這種能力體現(xiàn)了交換機的交換和數(shù)據(jù)幀的轉發(fā)能力。（9）是否支持生成樹、快速生成樹、多生成樹，也是一個重要的指標，這個功能可以讓交換機學習到網(wǎng)絡拓撲結構，對網(wǎng)絡性能也有很大的影響。（10）三層交換機還有一些重要的參數(shù)，如啟動其他功能時是否保持線速轉發(fā)、路由表大小、訪問控制列表大小、對路由協(xié)議的支持情況、VRRP支持、對組播協(xié)議的支持情況、包過濾方法、擴展能力等都是值得考慮的指標，應根據(jù)實際情況選型。（11）是否支持SNMP和RMON，是解決網(wǎng)絡設備集中監(jiān)控和管理的方法，可以實現(xiàn)配置管理、服務質量的管理、告警管理等策略。4.6WLAN局域網(wǎng)技術無線網(wǎng)絡早就應用于計算機通信之中，最簡單的如筆記本電腦的紅外線通信，后來有藍牙，HomeRF，到現(xiàn)在IEEE802.1l系列。本節(jié)所介紹的就是基于IEEE802.11系列標準下的無線局域網(wǎng)接入技術。按照IEEE802.11系列標準，目前常用的有IEEE802.11b，IEEE802.11a，IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac這幾種標準，這幾種標準的最大傳輸速率分別為：11Mbit/s、54Mbit/s、54Mbit/s、300Mbit/s或600Mbit/s、1Gbit/s。當前無線網(wǎng)卡的主流產(chǎn)品是速率和價格都比較合適的是IEEE802.11g、IEEE802.11n產(chǎn)品。無線網(wǎng)絡設備選型1.廠商選擇網(wǎng)絡方案設計者，應該熟悉各種無線網(wǎng)絡設備的基本原理，了解最新的無線網(wǎng)絡技術、并能夠將不同廠商的產(chǎn)品進行多方面的指標對比，選擇可靠、穩(wěn)定、適度的、強有力的后期技術支持和維護的品牌廠商，當前的無線產(chǎn)品廠商非常多。2.指標（1）RF管理特性：支持的頻段和信道情況，是否具有信道自動選擇功能等。（2）支持的協(xié)議：IEEE802.11a/b/g/n/ac，IEEE802.3，IEEE802.3u等。（3）支持的工作模式：AP、CPE、中繼、WDS（無線橋分布式點到點、點到多點）。（4）支持的SSID的數(shù)目：SSID是ServiceSetIdentifier的縮寫，意思是服務集標識，SSID技術可以將一個無線局域網(wǎng)分為幾個需要不同身份驗證的子網(wǎng)絡，每一個子網(wǎng)絡都需要獨立的身份驗證，只有通過身份驗證的用戶才可以進入相應的子網(wǎng)絡，防止未被授權的用戶進入本網(wǎng)絡。（5）無線通信方式：支持直序擴頻（DSSS），正交頻分復用（OFDM）。（6）支持的調制方式（7）網(wǎng)絡接口數(shù)量及類型：有RJ-45的10/100Mbit/s，10/100/1000Mbit/s接口或光纖接口，2個接口及以上。（8）網(wǎng)絡安全：有MAC地址控制、防火墻功能、WEP、WPA、IEEE802.1x。（9）POE支持：IEEE802.3af的POE供電。（10）能夠承載的用戶Wi-Fi接入量：SOHO級通常為10個左右，工作組級100個左右，企業(yè)級100個以上。（11）QoS功能：具有能夠實現(xiàn)流量限制，以及IEEE802.11e和WMM。（12）MTBF：是衡量設備的故障率。（13）無線功率：表示了支持的速率、信道帶寬、信道分配、發(fā)射功率。（14）設備工作環(huán)境：承受的溫度和濕度。4.7VoIP技術4.8廣域接入技術廣域網(wǎng)（WAN，WideAreaNetwork）是一種地域分布極其廣大的網(wǎng)絡，其分布范圍可以覆蓋一個地區(qū)、一個國家，甚至全球網(wǎng)絡。廣域網(wǎng)由于受各種條件的限制，必須借助公共傳輸網(wǎng)絡來完成互連。我們通常使用現(xiàn)成的網(wǎng)絡運營商所提供的線路來接入到廣域網(wǎng)，并最終接入到Internet。早期的廣域網(wǎng)接入主要是窄帶方式，而隨著近幾年互聯(lián)網(wǎng)接入技術的發(fā)展，寬帶接入方式已經(jīng)成為了主流，早期的有DDN、FR（幀中繼）接入技術，當前比較常見的有xDSL、光纖(LAN和EPON）、3G（WCDMA、CDMA-2000、TD-MA）、4G（LTE-FDD、LTE-TDD）。dsl接入方式光釬接入，EPON技術參考EPON資料（百度等）4.8.6無線廣域網(wǎng)接入