畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-模擬環(huán)境下三層交換技術(shù)的校園網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚任務(wù)書(shū)院(系)物電學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)電子信息工程學(xué)生姓名一、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚題目模擬環(huán)境下三層交換技術(shù)的校園網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚工作自__2016__年_3_月10日起至_2016__年6月20日止三、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚進(jìn)行地點(diǎn):物電學(xué)院計(jì)算機(jī)信息處理分室四、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚的內(nèi)容要求：我國(guó)目前大多數(shù)校園網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)模和應(yīng)用不是很完善，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，計(jì)算機(jī)設(shè)備的功能沒(méi)有得到充分利用，怎樣充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)一步發(fā)揮各個(gè)設(shè)備的功能，是組建校園網(wǎng)的一個(gè)主要目的。本設(shè)計(jì)要求學(xué)生，在GNS3模擬環(huán)境下以陜西理工學(xué)院校園網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)為背景，從校園網(wǎng)的概念及相關(guān)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入手，利用三層交換技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的校園網(wǎng)組建方案，并給出具體的模擬實(shí)現(xiàn)過(guò)程。五、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚應(yīng)收集資料及參考文獻(xiàn)：[1][美]CprianPopoviciu.部署IPv6網(wǎng)絡(luò)[M].北京：人民郵電出版社，2006.23-27.[2]高陽(yáng)，王建強(qiáng).計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.18-20.[3]雷震甲，網(wǎng)絡(luò)工程師教程第三版[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.34-37.[4]楊軼，蘇嘯鳴,吳越.深入解析IPv6第二版[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社，2005.[5]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.13-20.六、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚的進(jìn)度安排：3月2日——3月29日：查閱資料，完成初步設(shè)計(jì)方案和開(kāi)題報(bào)告。4月1日——4月26日：熟練掌握三層交換技術(shù)，以校園網(wǎng)為設(shè)計(jì)實(shí)體，給出具體分配方案，及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。4月29日——5月24：并在軟件環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能，整理資料；5月27日——6月7日：撰寫(xiě)、修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。6月10日——6月15日：打印論文準(zhǔn)備并完成答辯。指導(dǎo)教師簽名系(教研室主任簽名專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人簽名批準(zhǔn)日期模擬環(huán)境下三層交換技術(shù)的校園網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（陜西理工學(xué)院物理與電信工程學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)，2012級(jí)1班，陜西漢中723000）指導(dǎo)教師:[摘要]本設(shè)計(jì)是在GNS3模擬環(huán)境下使用三層交換技術(shù)以及分層分級(jí)設(shè)計(jì)，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳狀態(tài)。解決了目前大多數(shù)校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)模和應(yīng)用都不是很完善，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備得不到充分利用和發(fā)揮的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了將校園網(wǎng)內(nèi)各種信息資源通過(guò)高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來(lái)，并通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)接口連接到廣域網(wǎng)上，建立起校園內(nèi)部、校園之間、校園與社會(huì)的信息基礎(chǔ)設(shè)施。[關(guān)鍵詞]校園網(wǎng)；多層網(wǎng)絡(luò)；分級(jí)設(shè)計(jì)；三層交換技術(shù)Designandimplementationofthreelayerswitchingtechnologycampusnetworkinsimulationenvironmentan（Grade12,Class01,Majorelectronicsandinformationengineering,SchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi）Tutor:Abstract:Thisdesignistheuseofthethree-tierexchangeoftechnologyandtieredhierarchicaldesigninGNS3simulatedenvironment,thenetworkattheirbest.Mostofthecampusnetworktoresolvethecurrentsizeandstructureoftheapplicationisnotperfect,resultinginunderutilizationofnetworkdevicesandplayproblems.Thecampusnetworktoachieveavarietyofinformationresourcesareconnectedbyhigh-performancenetworkequipmentupandconnectedtotheWANthroughacertainnetworkinterface,toestablishaninternalcampus,betweenthecampusandcampusinformationinfrastructureofsociety.Keywords:Campusnetwork;multilayernetwork;hierarchicaldesign;L3SwitchTechnologyii目錄TOC\o"1-3"\h\u313121引言 頁(yè)共29頁(yè)1引言1.1校園網(wǎng)的概述校園網(wǎng)就是為全校師生提供科研、教學(xué)以及綜合類(lèi)信息服務(wù)的寬帶型多媒體網(wǎng)絡(luò)。第一，校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為全校師生的科研、教學(xué)提供先進(jìn)性的信息化教學(xué)環(huán)境。這樣就要求：高校校園網(wǎng)是一個(gè)寬帶、且專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)具有交互功能的局域網(wǎng)絡(luò)。多媒體的演示教室、教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)、電子閱覽室、教師備課系統(tǒng)、以及教學(xué)、考試資料庫(kù)等，都能在該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上運(yùn)行[1]。假如一所學(xué)校它包含多個(gè)學(xué)院學(xué)科（或多個(gè)系），這樣也能形成好幾個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，并且通過(guò)無(wú)線或有線的方式連接起來(lái)。最后，校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有行政、教務(wù)以及總務(wù)管理等功能。1.2校園網(wǎng)的意義隨著計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,信息全球化已經(jīng)開(kāi)始成為人們生活以及社會(huì)發(fā)展的大趨所向。但是由于互聯(lián)網(wǎng)它具有終端分布不均勻性、網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)性和開(kāi)放性以及形式多樣性等特征,這就使得網(wǎng)絡(luò)的信息安全已經(jīng)逐漸成為一個(gè)非常重要的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)的高校園區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用是高校非常重要的現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施,應(yīng)為學(xué)校的師資培訓(xùn)、教學(xué)科研、現(xiàn)代化管理、科室辦公等提供可靠、先進(jìn)、快捷、快捷的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。1.3三層交換技術(shù)第三層交換技術(shù)的實(shí)質(zhì)是帶有集成電路的路由器，發(fā)送數(shù)據(jù)包也還是通過(guò)ASIC芯片來(lái)完成。在校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，三層交換機(jī)主要是通過(guò)依靠接口、協(xié)議以及一些特殊功能的支持，以此來(lái)替代實(shí)現(xiàn)路由器的功能。高檔的Layer3交換機(jī)因生產(chǎn)廠家不同就有不同的實(shí)現(xiàn)方法，比如Cisco12000的千兆交換路由器是通過(guò)線速率來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)的。再比如Catalyst系列的交換機(jī)則使用的是通過(guò)芯片ASIC開(kāi)發(fā)的超速交換引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而Cisco的三層交換機(jī)是與標(biāo)準(zhǔn)相兼容的，也就是說(shuō)可以把這樣的三層交換機(jī)當(dāng)作高效率的路由器來(lái)連到網(wǎng)絡(luò)外部設(shè)備上。Cisco的第三層交換機(jī)在Catalyst的基礎(chǔ)上結(jié)合了IOS提供的多協(xié)議支持功能和基于第三層硬件交換的技術(shù)。路由交換模塊RSM是一個(gè)由IOS支持的和Cisco7500系列一樣的RSP2引擎[2]。NetFlow卡是用來(lái)在Catalyst5000上升級(jí)超級(jí)引擎上的一個(gè)功能子卡，基于集成電路的第三層交換機(jī)就是通過(guò)在NetFlow功能卡上的ASIC芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)包交換的。2需求分析2.1網(wǎng)絡(luò)要求在高校師生生活中，教師的教學(xué)管理、科研研究以及學(xué)生的查閱資料、課余娛樂(lè)，都會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)、音頻、視頻等傳輸流。如果不能保證高帶寬、并且有多種音頻、視頻、數(shù)據(jù)流等等混雜在一起進(jìn)行各類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸，就不能對(duì)這些數(shù)據(jù)流給出次高優(yōu)先級(jí)和最高優(yōu)先級(jí)以及低優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，這樣的話，就不能保證一些比較重要的業(yè)務(wù)的暢通，從而造成網(wǎng)絡(luò)延遲、服務(wù)不可用。所以想要從根本上改變校園網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，就需要通過(guò)端到端的QOS，智能到邊緣的方式來(lái)保證。通過(guò)端到端，智能到邊緣的應(yīng)用方式，大大的減小了對(duì)網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的消耗，這樣一來(lái)就有效而簡(jiǎn)潔的加快了網(wǎng)絡(luò)的暢通性。從而就可以對(duì)校園網(wǎng)應(yīng)用中的，多媒體音頻、視頻服務(wù)、數(shù)據(jù)備份服務(wù)、文獻(xiàn)傳輸服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等服務(wù)盡可能地實(shí)現(xiàn)避免發(fā)生擁塞。對(duì)不同應(yīng)用的服務(wù)流進(jìn)行比較詳細(xì)的劃分優(yōu)先級(jí)，同時(shí)充分利用現(xiàn)有的帶寬，保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。在校園網(wǎng)絡(luò)中，存在各種各樣系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境以及多樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并且要考慮在用戶迅速增長(zhǎng)的今天，同時(shí)考慮到校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的日益增加。保證在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多樣，用戶不斷增加的環(huán)境中，仍然能夠保證網(wǎng)絡(luò)的暢通。所以萬(wàn)兆骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)就應(yīng)具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性，能與當(dāng)前校園網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫銜接，同時(shí)預(yù)留的空間要符合以后以及當(dāng)前信息建設(shè)的需要以及滿足足夠的升級(jí)空間[3]。在校園網(wǎng)建設(shè)中普遍存在多服務(wù),多用戶的現(xiàn)狀。帶來(lái)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求具有高效率等，以保證大數(shù)據(jù)量訪問(wèn)下有效的處理能力。針對(duì)需求設(shè)備要能對(duì)數(shù)據(jù)做到分布式處理，這樣的分布式處理可以節(jié)省主交換引擎的消耗。使數(shù)據(jù)在獨(dú)立的板卡上就能做出對(duì)數(shù)據(jù)的識(shí)別，這樣比在中央處理器識(shí)別要快的多。并在大量的數(shù)據(jù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，要保證所有硬件設(shè)備都可以進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)發(fā)，要具備高背板帶寬（交換容量），所有端口都能保證線速轉(zhuǎn)發(fā)。這種分布式處理可以極大地提高整體處理能力，保證了網(wǎng)絡(luò)暢通。目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可靠、穩(wěn)定是人們爭(zhēng)相議論的話題，因?yàn)楝F(xiàn)在在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)運(yùn)行了眾多重要的服務(wù)及應(yīng)用，就要保證能夠連續(xù)不間斷的服務(wù)，也就是要能夠完全保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的全天候可用性。即使是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)切換到備用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的過(guò)程中，也要能夠保證只有比較小的延遲，從而滿足在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中有效暢通的一些需要。在這樣的網(wǎng)絡(luò)需求中利用冗余的電源、冗余的管理交換引擎等關(guān)鍵部件。支持（802.1W、801.1D）802.1S多Vlan的STP協(xié)議來(lái)保障數(shù)據(jù)鏈路級(jí)的冗余以及負(fù)載均衡，支持OSPF、VRRP等三層路由協(xié)議來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)路由級(jí)的冗余，支持loadbalancing技術(shù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用級(jí)的冗余備份和負(fù)載均衡。全方位的完全保證了設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。在校園網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于校園網(wǎng)的安全保障十分重要：校園網(wǎng)的信息點(diǎn)分布很廣，與一般校園網(wǎng)比較，校園網(wǎng)用戶的流動(dòng)性大，信息點(diǎn)存在隨意接入使用的問(wèn)題[4]。學(xué)校的學(xué)生以及外來(lái)的一些不確定身份的用戶，這些用戶在校園網(wǎng)絡(luò)中任意找到一個(gè)信息點(diǎn)，然后就可以通過(guò)這個(gè)信息點(diǎn)進(jìn)入校園網(wǎng)，肆意的破壞和干擾校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及一些應(yīng)用系統(tǒng)正常的運(yùn)行。除此之外，校園的網(wǎng)絡(luò)安全還需要考慮到與內(nèi)網(wǎng)以及外網(wǎng)之間不同的應(yīng)用系統(tǒng)訪問(wèn)控制的安全性。為了在安全事故發(fā)生后，能夠快捷、有效的處理事故，一般采用網(wǎng)上審計(jì)是十分有必要的手段。2.2設(shè)計(jì)原則校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)在實(shí)用的前提下，應(yīng)當(dāng)在投資保護(hù)及長(zhǎng)遠(yuǎn)性方面做適當(dāng)考慮，在技術(shù)上、系統(tǒng)能力上要保持五年左右的先進(jìn)性。并且從學(xué)校的利益出發(fā)，從技術(shù)上講應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放、可擴(kuò)充的、能與其它廠商產(chǎn)品配套使用的設(shè)計(jì)。根據(jù)校園網(wǎng)的總體需求，結(jié)合對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的考慮，本次網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：高性能、高可靠性、高穩(wěn)定性、高安全性、易管理的萬(wàn)兆骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。我們遵循以下的原則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：(1).實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)始終貫徹面向應(yīng)用，注重實(shí)效的方針，堅(jiān)持實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的原則，建設(shè)的萬(wàn)兆骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，保護(hù)用戶的投資。(2).先進(jìn)性和成熟性校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)設(shè)計(jì)既要注意具有設(shè)備、工具、結(jié)構(gòu)的相對(duì)成熟性，又要采用比較先進(jìn)的方法、技術(shù)和概念。這樣不但能反映當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)水平，又具有良好的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)能保證未來(lái)在若干年內(nèi)一直占據(jù)主導(dǎo)地位，保障學(xué)校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)地位的領(lǐng)先。(3).穩(wěn)定性和可靠性在考慮園區(qū)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟性和先進(jìn)性的同時(shí)，還要從技術(shù)措施、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)管理、設(shè)備性能、保修能力以及廠商技術(shù)支持這些方面入手，從而來(lái)保證運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，達(dá)到最長(zhǎng)的平均沒(méi)有故障的時(shí)間，銳捷網(wǎng)絡(luò)做為國(guó)內(nèi)知名品牌，網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)導(dǎo)廠商，其產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性是一流的。為了保證骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的健壯性和鏈路冗余性，建議網(wǎng)絡(luò)實(shí)施時(shí)在學(xué)校啟用千兆備份線路。在學(xué)校啟用物理鏈路冗余機(jī)制，保證任何一條線路出現(xiàn)故障后骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的可用性。(4).安全性和保密性在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，既考慮信息資源的充分共享，更要注意信息的保護(hù)和隔離，因此系統(tǒng)應(yīng)分別針對(duì)不同的應(yīng)用和不同的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，采取不同的措施，包括端口隔離、路由過(guò)濾、防DDoS拒絕服務(wù)攻擊、防IP掃描、系統(tǒng)安全機(jī)制、多種數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限控制等[5]。充分考慮安全性，針對(duì)的各種應(yīng)用，有多種的保護(hù)機(jī)制，如劃分VLAN、IP/MAC地址綁定（過(guò)濾）、ACL、路由過(guò)濾、防DDoS拒絕服務(wù)攻擊、防IP掃描、802.1x認(rèn)證機(jī)制、SSH加密連接等具體技術(shù)提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全性。(5).可擴(kuò)展性和可管理性由于信息技術(shù)和人們對(duì)于新技術(shù)的需求發(fā)展都非常迅速，為了避免不必要的重復(fù)投資，我們必須選擇具有一定擴(kuò)展能力的設(shè)備，能夠保證在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸擴(kuò)大的時(shí)候，不需要增加新的設(shè)備，而只需要增加一定數(shù)量的模塊就行。最好能夠做到在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)有模塊不支持新技術(shù)的情況下，只需要更換相應(yīng)模塊，而不需要更換整個(gè)設(shè)備。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化的要求，必須充分考慮以最簡(jiǎn)便的方法、最低的投資，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展。為了方便網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴(kuò)展，對(duì)核心的設(shè)備就要采用高密集端口模塊化的設(shè)備，以便于實(shí)施將來(lái)的擴(kuò)展和升級(jí)。先進(jìn)的設(shè)備必須配合先進(jìn)的管理和維護(hù)方法，才能夠發(fā)揮最大的作用。全部采用基于SNMP標(biāo)準(zhǔn)的可網(wǎng)管產(chǎn)品，達(dá)到全程的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管，降低人力成本的費(fèi)用，提高網(wǎng)絡(luò)的易用性、可管理性，同時(shí)又具有很好的可擴(kuò)充性。3校園網(wǎng)需要用到的技術(shù)在校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不是一般的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，這其中包含了很多計(jì)算機(jī)項(xiàng)目的編程所用到的一些技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)，包含路由器，及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等等。要想實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)的接通，我們就必須得對(duì)一些技術(shù)做以分析，具體從以下幾個(gè)方面分析。3.1OSPF路由協(xié)議OSPF全稱(chēng)為OpenShortestPathFirst，也就開(kāi)放的最短路徑優(yōu)先協(xié)議，因?yàn)镺SPF是由IETF開(kāi)發(fā)的，它的使用不受任何廠商限制，所有人都可以使用，所以稱(chēng)為開(kāi)放的，而最短路徑優(yōu)先（SPF）只是OSPF的核心思想，其使用的算法是Dijkstra算法，最短路徑優(yōu)先并沒(méi)有太多特殊的含義，并沒(méi)有任何一個(gè)路由協(xié)議是最長(zhǎng)路徑優(yōu)先的，所有協(xié)議，都會(huì)選最短的。OSPF的流量使用IP協(xié)議號(hào)89。OSPF工作在單個(gè)AS，是個(gè)絕對(duì)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議（InteriorGatewayProtocol，即IGP）。OSPF對(duì)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有跳數(shù)限制，支持ClasslessInterdomainRouting(CIDR)和Variable-LengthSubnetMasks(VLSMs)，沒(méi)有自動(dòng)匯總功能，但可以手工在任意比特位匯總，并且手工匯總沒(méi)有任何條件限制，可以匯總到任意掩碼長(zhǎng)度[6]。OSPF支持認(rèn)證，并且支持明文和MD5認(rèn)證；OSPF不可以通過(guò)Offsetlist來(lái)改變路由的metric。OSPF并不會(huì)周期性更新路由表，而采用增量更新，即只在路由有變化時(shí)，才會(huì)發(fā)送更新，并且只發(fā)送有變化的路由信息；事實(shí)上，OSPF是間接設(shè)置了周期性更新路由的規(guī)則，因?yàn)樗新酚啥际怯兴⑿聲r(shí)間的，當(dāng)達(dá)到刷新時(shí)間閥值時(shí)，該路由就會(huì)產(chǎn)生一次更新，默認(rèn)時(shí)間為1800秒，即30分鐘，所以O(shè)SPF路由的定期更新周期默認(rèn)為30分鐘。OSPF所有路由的管理距離(DdministrativeDistance)為110，OSPF只支持等價(jià)負(fù)載均衡。距離矢量路由協(xié)議的根本特征就是自己的路由表是完全從其它路由器學(xué)來(lái)的，并且將收到的路由條目一絲不變地放進(jìn)自己的路由表，運(yùn)行距離矢量路由協(xié)議的路由器之間交換的是路由表，距離矢量路由協(xié)議是沒(méi)有大腦的，路由表從來(lái)不會(huì)自己計(jì)算，總是把別人的路由表拿來(lái)就用；而OSPF完全拋棄了這種不可靠的算法，OSPF是典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，路由器之間交換的并不是路由表，而是鏈路狀態(tài)。OSPF通過(guò)獲得網(wǎng)絡(luò)中所有的鏈路狀態(tài)信息，從而計(jì)算出到達(dá)每個(gè)目標(biāo)精確的網(wǎng)絡(luò)路徑。OSPF基本術(shù)語(yǔ)3.1.1Router-ID必須給每一個(gè)OSPF路由器定義一個(gè)身份，這就是Router-ID，并且Router-ID在網(wǎng)絡(luò)中絕對(duì)不可以有重名，否則路由器收到的鏈路狀態(tài)，就無(wú)法確定發(fā)起者的身份，也就無(wú)法通過(guò)鏈路狀態(tài)信息確定網(wǎng)絡(luò)位置，OSPF路由器發(fā)出的鏈路狀態(tài)都會(huì)寫(xiě)上自己的Router-ID，可以理解為該鏈路狀態(tài)的簽名，不同路由器產(chǎn)生的鏈路狀態(tài)，簽名絕不會(huì)相同。每一臺(tái)OSPF路由器只有一個(gè)Router-ID，Router-ID使用IP地址的形式來(lái)表示，確定Router-ID的方法為：1.手工指定Router-ID。2.路由器上活動(dòng)Loopback接口中IP地址最大的，也就是數(shù)字最大的，如C類(lèi)地址優(yōu)先于B類(lèi)地址，一個(gè)非活動(dòng)的接口的IP地址是不能被選為Router-ID的[7]。3.如果沒(méi)有活動(dòng)的Loopback接口，則選擇活動(dòng)物理接口IP地址最大的。3.1.2鏈路狀態(tài)（LSA）鏈路狀態(tài)（LSA）就是OSPF接口上的描述信息，例如接口上的IP地址，子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，Cost值等等，OSPF路由器之間交換的并不是路由表，而是鏈路狀態(tài)（LSA），OSPF通過(guò)獲得網(wǎng)絡(luò)中所有的鏈路狀態(tài)信息，從而計(jì)算出到達(dá)每個(gè)目標(biāo)精確的網(wǎng)絡(luò)路徑。OSPF路由器會(huì)將自己所有的鏈路狀態(tài)毫不保留地全部發(fā)給鄰居，鄰居將收到的鏈路狀態(tài)全部放入鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)（Link-StateDatabase），鄰居再發(fā)給自己的所有鄰居，并且在傳遞過(guò)程種，絕對(duì)不會(huì)有任何更改。通過(guò)這樣的過(guò)程，最終，網(wǎng)絡(luò)中所有的OSPF路由器都擁有網(wǎng)絡(luò)中所有的鏈路狀態(tài)，并且所有路由器的鏈路狀態(tài)應(yīng)該能描繪出相同的網(wǎng)絡(luò)拓樸。3.1.3DR/BDR當(dāng)多臺(tái)OSPF路由器連到同一個(gè)多路訪問(wèn)網(wǎng)段時(shí)，如果每?jī)膳_(tái)路由器之間都相互交換LSA，那么該網(wǎng)段將充滿著眾多LSA條目，為了能夠盡量減少LSA的傳播數(shù)量，通過(guò)在多路訪問(wèn)網(wǎng)段中選擇出一個(gè)核心路由器，稱(chēng)為DR（DesignatedRouter），網(wǎng)段中所有的OSPF路由器都和DR互換LSA，這樣一來(lái)，DR就會(huì)擁有所有的LSA，并且將所有的LSA轉(zhuǎn)發(fā)給每一臺(tái)路由器；DR就像是該網(wǎng)段的LSA中轉(zhuǎn)站，所有的路由器都與該中轉(zhuǎn)站互換LSA，如果DR失效后，那么就會(huì)造成LSA的丟失與不完整，所以在多路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中除了選舉出DR之外，還會(huì)選舉出一臺(tái)路由器作為DR的備份，稱(chēng)為BDR（BackupDesignatedRouter），BDR在DR不可用時(shí)，代替DR的工作，而既不是DR，也不是BDR的路由器稱(chēng)為Drother，事實(shí)上，Dother除了和DR互換LSA之外，同時(shí)還會(huì)和BDR互換LSA。OSPF啟動(dòng)過(guò)程：路由器從啟動(dòng)OSPF進(jìn)程，到根據(jù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出路由表，同樣需要經(jīng)歷一系列的啟動(dòng)過(guò)程，總共有8種可能的啟動(dòng)過(guò)程，但并不是一定會(huì)經(jīng)歷這8個(gè)過(guò)程[8]，具體過(guò)程如下：Down→Attempt→Init→Two-way→Exstart→Exchange→Loading→Full每個(gè)過(guò)程詳細(xì)情況如下：、Down：路由器剛剛啟動(dòng)OSPF進(jìn)程，還沒(méi)有從任何路由器收到任何數(shù)據(jù)包，Hello包也沒(méi)有收到，在此進(jìn)程，可以向外發(fā)送Hello包，以試圖發(fā)現(xiàn)鄰居。Attempt：因?yàn)镺SPF使用組播發(fā)送數(shù)據(jù)包，如使用組播發(fā)送Hello包，如果Hello包不能發(fā)出去被其它路由器收到，就不能和其它路由器建立OSPF鄰居；在一些組播不能發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)中，例如幀中繼這樣的非廣播網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，組播不能夠傳遞，在這種情況下，就需要指定OSPF使用單播向鄰居發(fā)Hello包，以此試圖和指定的鄰居建立OSPF鄰居關(guān)系，在此狀態(tài)下，OSPF稱(chēng)為Attempt狀態(tài)。Init：只是OSPF路由器一方收到了另一方的Hello，但并沒(méi)有雙方都交換Hello，也就是對(duì)方的Hello中還沒(méi)有將自己列為鄰居。Two-way：雙方都已經(jīng)交換了Hello信息，并且從Hello中看到對(duì)方已經(jīng)將自己列為鄰居，此狀態(tài)，就表示OSPF鄰居關(guān)系已經(jīng)建立，并且如果是需要選舉DR和BDR的話，也已經(jīng)選舉出來(lái)，但OSPF鄰居之間并不一定就會(huì)交換LSA，如果不需要交換LSA，則永遠(yuǎn)停留在此狀態(tài)，如果需要形成鄰接并互相交換LSA，則狀態(tài)繼續(xù)往下進(jìn)行。（比如Drother與Drother之間將永遠(yuǎn)停留在Two-way狀態(tài)，因?yàn)镈rother與Drother之間不需要交換LSA。）Exstart：因?yàn)樵贠SPF鄰居之間交換完整的LSA之前，會(huì)先發(fā)送DatabaseDescriptionPackets（DBD），Link-stateRequest（LSR）等數(shù)據(jù)包，鄰居之誰(shuí)先發(fā)，誰(shuí)后發(fā)，需要確定順序，在Exstart狀態(tài)，就是確定鄰居之間的主從關(guān)系（Master—Slave關(guān)系），Router-ID數(shù)字大的為主路由器，另一端為從路由器，由主路由器先向從路由器發(fā)送信息。在選舉DR與BDR的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并不一定DR就是主路由器，BDR就是從路由器，因?yàn)镈R和BDR可以通過(guò)調(diào)整接口優(yōu)先級(jí)來(lái)控制，所以DR也許是因?yàn)閮?yōu)先級(jí)比BDR高，而Router-ID并不比BDR高。注：在任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，OSPF在交換LSA之前，都需要確定主從關(guān)系。Exchange：就是交換DatabaseDescriptionPackets（DBD）的過(guò)程，DBD只是LSA的簡(jiǎn)單描述，只包含LSA的一些頭部信息，收到DBD的路由器會(huì)和自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)作對(duì)比，確定需要哪些LSA的完整信息，就會(huì)發(fā)送LSR請(qǐng)求給鄰居。Loading：鄰居根據(jù)收到的LSR（Link-StateRequest），向?qū)Ψ交貜?fù)Link-stateupdate（LSU）。Full：等到OSPF都收到了鄰居回復(fù)的所有Link-stateupdate（LSU），那么此時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)就變成了收斂狀態(tài)，此狀態(tài)就是Full狀態(tài)，但此時(shí)只是數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)同步，但路由表卻還在計(jì)算當(dāng)中。3.2HSRP3.2.1概念與作用隨著Internet日益的普及，人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴性開(kāi)始逐步加強(qiáng)。這個(gè)過(guò)程中，大家對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性就有了越來(lái)越高的穩(wěn)定性需求。自然而然的就想到了基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一些備份結(jié)構(gòu)，就比如在服務(wù)器中采用雙硬盤(pán)結(jié)構(gòu)來(lái)提高數(shù)據(jù)的安全性一樣。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的路由器相當(dāng)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的心臟和核心。路由器一旦發(fā)生嚴(yán)重致命性的問(wèn)題，那么就直接造成本地網(wǎng)絡(luò)癱瘓的嚴(yán)重后果，如果發(fā)生故障的是骨干路由器，影響范圍甚至?xí)?，所造成的一些損失也是難以估計(jì)的。因此，為了提高網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性，對(duì)路由器采用熱備份已經(jīng)成為一種必然選擇。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果一個(gè)路由器發(fā)生故障不能正常工作，它的所有功能就會(huì)被系統(tǒng)中的另一個(gè)備份路由器完全接管，直至出現(xiàn)問(wèn)題的路由器恢復(fù)正常，這就是熱備份路由協(xié)議[9]。多臺(tái)路由器組成一個(gè)“路由器組”，用來(lái)模擬為一個(gè)虛擬的路由器，利用虛擬的IP地址和虛擬的MAC地址在一個(gè)備份組中充當(dāng)一臺(tái)路由器作為活動(dòng)路由器發(fā)送數(shù)據(jù)包，一旦系統(tǒng)中有主路由器出現(xiàn)任何故障，HSRP協(xié)議就會(huì)激活備份路由器（StandbyRouters）來(lái)取代主動(dòng)路由器。HSRP提供了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定使用備份路由器還是主路由器的一種機(jī)制，并且會(huì)指定虛擬的一個(gè)IP地址來(lái)作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的缺失網(wǎng)關(guān)地址。如果出現(xiàn)主路由器發(fā)生故障的情況，備份路由器（StandbyRouters）就會(huì)主動(dòng)承接主路由器的所有任務(wù)，并且不會(huì)導(dǎo)致主機(jī)連通中斷現(xiàn)象。3.2.2狀態(tài)配置了HSRP協(xié)議的路由器都將處于以下六種狀態(tài)之一：Initial———HSRP啟動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，HSRP還沒(méi)有開(kāi)始運(yùn)行，一般是在端口剛剛啟動(dòng)或改變配置時(shí)進(jìn)入該狀態(tài)。Learn———學(xué)習(xí)狀態(tài)，不知道虛擬IP，未看到活躍路由器發(fā)hello。等待活躍路由器發(fā)hello。Listen———路由器已經(jīng)開(kāi)始得到了虛擬的IP地址，但它還不是等待路由器也不是活動(dòng)路由器。它一直在監(jiān)聽(tīng)從等待路由器以及活動(dòng)路由器中發(fā)出來(lái)的HELLO報(bào)文。Speak———在這個(gè)狀態(tài)下，路由器會(huì)定期的發(fā)送一些HELLO報(bào)文，并且可以積極的參加等待路由器的競(jìng)選或者活動(dòng)路由器。Standby———表示在主動(dòng)路由器失效后路由器開(kāi)始準(zhǔn)備接管數(shù)據(jù)包傳輸功能。Active———路由器開(kāi)始正式執(zhí)行數(shù)據(jù)包傳輸功能。在功能上,VRRP和HSRP非常相似,但是就安全而言,VRRP對(duì)HSRP的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì):它允許參與VRRP組的設(shè)備間建立認(rèn)證機(jī)制.并且,不像HSRP那樣要求虛擬路由器不能是其中一個(gè)路由器的ip地址,但是VRRP允許這種情況發(fā)生(如果”擁有”虛擬路由器地址的路由器被建立并且正在運(yùn)行,那么應(yīng)該總是由這個(gè)虛擬路由器管理—等價(jià)于HSRP中的活動(dòng)路由器),但是為了確保萬(wàn)一失效發(fā)生的時(shí)候終端主機(jī)不必重新學(xué)習(xí)MAC地址,它指定使用的MAC地址00-00-5e-00-01-VRID,這里的VRID是虛擬路由器的ID(等價(jià)于一個(gè)HSRP的組標(biāo)識(shí)符).另外一個(gè)不同是VRRP不使用HSRP中的政變或者一個(gè)等價(jià)消息,VRRP的狀態(tài)機(jī)比HSRP的要簡(jiǎn)單,HSRP有6個(gè)狀態(tài)[10](初始(Initial)狀態(tài)，學(xué)習(xí)(Learn)狀態(tài)，監(jiān)聽(tīng)(Listen)狀態(tài)，對(duì)話(Speak)狀態(tài)，備份(Standby)狀態(tài)，活動(dòng)(Active)狀態(tài))和8個(gè)事件,VRRP只有3個(gè)狀態(tài)(初始狀態(tài)(Initialize)、主狀態(tài)(Master)、備份狀態(tài)(Backup))和5個(gè)事件.3.3STPSTP（生成樹(shù)協(xié)議）是一個(gè)二層管理協(xié)議。在一個(gè)擴(kuò)展的局域網(wǎng)中參與STP的所有交換機(jī)之間通過(guò)交換橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU（BridgeProtocolDataUnit）來(lái)實(shí)現(xiàn)；為穩(wěn)定的生成樹(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇一個(gè)根橋；為每個(gè)交換網(wǎng)段選擇一臺(tái)指定交換機(jī)；將冗余路徑上的交換機(jī)置為Blocking，來(lái)消除網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路[11]。其實(shí)就是通過(guò)阻斷冗余鏈路將一個(gè)有環(huán)路的橋接網(wǎng)絡(luò)修剪成一個(gè)無(wú)環(huán)路的樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即：能夠確保數(shù)據(jù)幀在某一時(shí)刻從一個(gè)源出發(fā)，到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)目標(biāo)的路徑只有一條，而其他的路徑都處于非激活狀態(tài)（不能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)），如果在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)某條正在使用的鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)啟了STP技術(shù)的交換機(jī)會(huì)將非激活狀態(tài)的阻塞端口打開(kāi)，恢復(fù)曾經(jīng)斷開(kāi)的鏈路，確保網(wǎng)絡(luò)的連通性。STP在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要在網(wǎng)絡(luò)中選舉出根交換機(jī)（Root），根端口（RootPort），以及指定端口(DesignatedPort)，才能保證網(wǎng)絡(luò)的無(wú)環(huán)，選舉規(guī)則分別如下：根交換機(jī)（Root）：在同一個(gè)三層網(wǎng)絡(luò)中需要選舉，即一個(gè)廣播域內(nèi)要選舉，并且一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能選舉一臺(tái)根交換機(jī)。Birdge-ID中優(yōu)先級(jí)最高（即數(shù)字最?。┑臑楦粨Q機(jī)，優(yōu)先級(jí)范圍為0-65535，如果優(yōu)先級(jí)相同，則MAC地址越小的為根交換機(jī)。根端口（RootPort）：所有非根交換機(jī)都要選舉，非根交換機(jī)上選舉的根端口就是普通交換機(jī)去往根交換機(jī)的唯一鏈路，選舉規(guī)則為到根交換機(jī)的PathCost值最小的鏈路，如果多條鏈路到達(dá)根交換機(jī)的PathCost值相同，則選舉上一跳交換機(jī)Bridge-ID最小的鏈路，如果是經(jīng)過(guò)的同一臺(tái)交換機(jī)，則上一跳交換機(jī)Bridge-ID也是相同的，再選舉對(duì)端端口優(yōu)先級(jí)最小的鏈路，如果到達(dá)對(duì)端的多個(gè)端口優(yōu)先級(jí)相同，最后選舉交換機(jī)對(duì)端端口號(hào)碼最小的鏈路。指定端口(DesignatedPort)：在每個(gè)二層網(wǎng)段都要選舉，也就是在每個(gè)沖突域需要選舉，簡(jiǎn)單地理解為每條連接交換機(jī)的物理線路的兩個(gè)端口中，有一個(gè)要被選舉為指定端口，每個(gè)網(wǎng)段選舉指定端口后，就能保證每個(gè)網(wǎng)段都有鏈路能夠到達(dá)根交換機(jī)，選舉規(guī)則和選舉根端口一樣，即：到根交換機(jī)的PathCost值最小的鏈路，如果多條鏈路到達(dá)根交換機(jī)的PathCost值相同，則選舉上一跳交換機(jī)Bridge-ID最小的鏈路，如果是經(jīng)過(guò)的同一臺(tái)交換機(jī)，則上一跳交換機(jī)Bridge-ID也是相同的，再選舉對(duì)端端口優(yōu)先級(jí)最小的鏈路，如果到達(dá)對(duì)端的多個(gè)端口優(yōu)先級(jí)相同，最后選舉交換機(jī)對(duì)端端口號(hào)碼最小的鏈路。在STP選出根交換機(jī)，根端口以及指定端口后，其它所有端口全部被Block，為了防止環(huán)路，所以Block端口只有在根端口或指定端口失效的時(shí)候才有可能被啟用。4校園網(wǎng)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)的具體實(shí)現(xiàn)與操作都是依靠拓?fù)鋱D來(lái)達(dá)成目標(biāo)的，在這一部分主要分析如何借助這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)建設(shè)。4.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)中，采用樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)搭建，其優(yōu)點(diǎn)是能夠正確定位網(wǎng)絡(luò)需求，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有較好的擴(kuò)展性和可操作性，便于網(wǎng)絡(luò)的管理[12]。圖4.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D說(shuō)明：園區(qū)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換設(shè)備可以劃分為三個(gè)層次：訪問(wèn)層、分布層、核心層。在本工程案例設(shè)計(jì)中，也將采用這三層進(jìn)行分開(kāi)設(shè)計(jì)、配置。核心層：就是網(wǎng)絡(luò)的核心。它位于項(xiàng)層，負(fù)責(zé)可靠而迅速地傳輸大量的數(shù)據(jù)流。網(wǎng)絡(luò)核心層的唯一意圖是盡可能快地交換數(shù)據(jù)流。在這次設(shè)計(jì)中，用兩個(gè)三層交換機(jī)來(lái)作為核心層。接入層：目的是允許終端用戶連接到網(wǎng)絡(luò)，因此接入層交換機(jī)具有低成本和高端口密度特性，并負(fù)責(zé)用戶的接入訪問(wèn)控制。匯聚層：匯聚層交換層是多臺(tái)接入層交換機(jī)的匯聚點(diǎn)，它必須能夠處理來(lái)自接入層設(shè)備的所有通信量，并提供到核心層的上行鏈路和一些安全策略。在這里，每一個(gè)模塊的的終端用戶均有兩個(gè)三層交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。4.2VLAN-IP規(guī)劃為了使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃在整體性以及安全性上有所提高，當(dāng)前局域網(wǎng)中大多數(shù)采用VLAN（虛擬網(wǎng)）技術(shù)，一般情況下IP子網(wǎng)和VLAN的劃分是同時(shí)進(jìn)行的。VLAN有很多種方式可以進(jìn)行劃分，在校園網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中基于端口的VLAN是最容易管理、最容易實(shí)現(xiàn)的一種方式。表4.1VLAN及IP地址規(guī)劃Vlan號(hào)Vlan名稱(chēng)Ip網(wǎng)段默認(rèn)網(wǎng)關(guān)說(shuō)明VLAN1—VLAN10-VLAN20ZHL（綜合樓）/24/245454綜合樓VLANVLAN30-VLAN35TSG（圖書(shū)館）/24/245454圖書(shū)館VLANVLAN50FWQ（服務(wù)器）/2454服務(wù)器VLANVLAN99GL（管理）/2454管理VLAN4.3路由模塊設(shè)計(jì)路由協(xié)議工作在OSI參考模型的第3層，因此它的作用主要是在通信子網(wǎng)間路由數(shù)據(jù)包。路由器具有在網(wǎng)絡(luò)中傳遞數(shù)據(jù)時(shí)選擇最佳路徑的能力。除了可以完成主要的路由任務(wù)，利用訪問(wèn)控制列表（AccessControlList，ACL），路由器還可以用來(lái)完成以路由器為中心的流量控制和過(guò)濾功能[13]。在本工程案例設(shè)計(jì)中，內(nèi)網(wǎng)用戶不僅通過(guò)路由器接入因特網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)用戶之間也通過(guò)3層交換機(jī)上的路由功能進(jìn)行數(shù)據(jù)包交換。這里的路由模塊兒其實(shí)是使用三層交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)它的路由功能，R1到R8均運(yùn)行OSPF協(xié)議，前文中說(shuō)過(guò)，OSPF路由器之間互相發(fā)送的是鏈路狀態(tài)，也就是OSPF上的接口信息。OSPF會(huì)通過(guò)獲得網(wǎng)絡(luò)中所有的鏈路狀態(tài)，從而計(jì)算出到達(dá)每個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的精確路徑。它會(huì)把自己的鏈路狀態(tài)全部發(fā)送給自己的鄰居，然后鄰居會(huì)將這些鏈路狀態(tài)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)里，再發(fā)送給自己的鄰居，這樣這些鄰居就會(huì)互相連接起來(lái)。除了可以完成主要的路由任務(wù)，利用訪問(wèn)控制列表（AccessControlList，ACL），路由器還可以用來(lái)完成以路由器為中心的流量控制和過(guò)濾功能[13]。在本工程案例設(shè)計(jì)中，內(nèi)網(wǎng)用戶不僅通過(guò)路由器接入因特網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)用戶之間也通過(guò)3層交換機(jī)上的路由功能進(jìn)行數(shù)據(jù)包交換。4.3.1路由模塊拓?fù)鋱D4.2路由模塊拓?fù)鋱D說(shuō)明：核心交換區(qū)為兩個(gè)三層交換機(jī)CORE1、CORE2；綜合樓區(qū)、圖書(shū)館區(qū)、宿舍樓區(qū)的交換機(jī)均為匯聚層交換機(jī)；核心交換機(jī)于匯聚層交換機(jī)以及出口CE路由器均運(yùn)行OSPF協(xié)議，其中R1~R8（也就是核心及匯聚層的交換機(jī)）宣告所有路由。CE路由器只宣告環(huán)回口地址以及與R1、R2相連的鏈路。CE默認(rèn)路由到internet，并重分布到OSPF中。4.3.2關(guān)鍵配置（1）R1~R8的OSPF配置routerospf1log-adjacency-changesnetwork55area0!（2）CEOSPF配置routerospf1log-adjacency-changesnetwork6area0networkarea0network0area0default-informationoriginate![14]4.3.3路由測(cè)試（1）查看CORE1的OSPF鄰居狀態(tài)。給R1輸入一個(gè)“Show”命令，會(huì)顯示出它的五個(gè)鄰居的地址、優(yōu)先級(jí)、狀態(tài)等信息。R1#showiposneighborNeighborIDPriStateDeadTimeAddressInterface61FULL/DR00:00:39FastEthernet0/41FULL/BDR00:00:398FastEthernet0/31FULL/BDR00:00:394FastEthernet0/21FULL/BDR00:00:390FastEthernet0/11FULL/DR00:00:39FastEthernet0/0說(shuō)明：已經(jīng)與另一個(gè)核心層交換機(jī)、CE路由器以及匯聚層SW1交換機(jī)建立了鄰接關(guān)系。（2）查看CORE1的OSPF鄰居狀態(tài)R2#showiposneiNeighborIDPriStateDeadTimeAddressInterface61FULL/DR00:00:382FastEthernet0/561FULL/BDR00:00:384FastEthernet0/31FULL/BDR00:00:390FastEthernet0/21FULL/BDR00:00:396FastEthernet0/11FULL/BDR00:00:39FastEthernet0/0說(shuō)明：已經(jīng)與另一個(gè)核心層交換機(jī)、CE路由器以及匯聚層SW2交換機(jī)建立了鄰接關(guān)系。（3）查看ZH_SW1的路由表R3#showiprouteospf/24isvariablysubnetted,8subnets,2masksO/32[110/4]via8,00:00:34,FastEthernet0/0[110/4]via,00:00:34,FastEthernet0/1O/32[110/3]via8,00:00:34,FastEthernet0/0[110/3]via,00:00:34,FastEthernet0/1O/32[110/2]via,00:00:34,FastEthernet0/1O/32[110/3]via,00:00:34,FastEthernet0/1O/32[110/4]via8,00:00:34,FastEthernet0/0[110/4]via,00:00:34,FastEthernet0/1O/32[110/3]via,00:00:34,FastEthernet0/1O/32[110/2]via8,00:00:34,FastEthernet0/0/30issubnetted,12subnetsO2[110/2]via,00:00:34,FastEthernet0/1O[110/2]via,00:00:34,FastEthernet0/1O[110/2]via,00:00:03,FastEthernet0/1O8[110/3]via8,00:00:03,FastEthernet0/0O4[110/2]via8,00:00:03,FastEthernet0/0O0[110/3]via8,00:00:03,FastEthernet0/0[110/3]via,00:00:03,FastEthernet0/1O6[110/2]via,00:00:03,FastEthernet0/1O4[110/3]via,00:00:03,FastEthernet0/1O0[110/3]via,00:00:03,FastEthernet0/1O2[110/3]via8,00:00:03,FastEthernet0/0O*E2/0[110/1]via,00:00:38,FastEthernet0/1說(shuō)明：已經(jīng)學(xué)到了到internet的默認(rèn)路由。（4）測(cè)試ZH_SW1到internet的連通性R3#pingTypeescapesequencetoabort.Sending5,100-byteICMPEchosto,timeoutis2seconds:!!!!!Successrateis100percent(5/5),round-tripmin/avg/max=628/680/752ms4.4交換模塊設(shè)計(jì)傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)交換發(fā)生在OSI模型的第2層?，F(xiàn)代交換技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了第3層交換和多層交換。高層交換技術(shù)的引入不但提高了園區(qū)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的效率，更大大增強(qiáng)了園區(qū)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換服務(wù)質(zhì)量，滿足了不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的需要。現(xiàn)代交換網(wǎng)絡(luò)還引入了虛擬局域網(wǎng)（VirtualLAN，VLAN）的概念。VLAN將廣播域限制在單個(gè)VLAN內(nèi)部，減小了各VLAN間主機(jī)的廣播通信對(duì)其他VLAN的影響。在VLAN間需要通信的時(shí)候，可以利用VLAN間路由技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)[15]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理人員需要管理的交換機(jī)數(shù)量眾多時(shí)，可以使用VLAN中繼協(xié)議（VlanTrunkingProtocol，VTP）簡(jiǎn)化管理，它只需在單獨(dú)一臺(tái)交換機(jī)上定義所有VLAN。然后通過(guò)VTP協(xié)議將VLAN定義傳播到本管理域中的所有交換機(jī)上。這樣，大大減輕了網(wǎng)絡(luò)管理人員的工作負(fù)擔(dān)和工作強(qiáng)度。為了簡(jiǎn)化交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、提高交換網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，在園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的部署是分層進(jìn)行的。園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交換需要路由，如果使用傳統(tǒng)的路由器則每一次路由都需要大量的時(shí)間，且性能用達(dá)不到保障。然而從現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)流上來(lái)看，三層交換機(jī)實(shí)際上就是帶有集成電路的路由器，它實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型的第三層進(jìn)行數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由過(guò)程外，大量數(shù)據(jù)的交換均發(fā)生在第二層，使其既具有路由器的功能，又有交換機(jī)的性能，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率大大提高。4.4.1交換模塊拓?fù)鋱D4.3交換模塊拓?fù)鋱D4.4.2HSRP設(shè)計(jì)如圖，在綜合樓中VLAN10~VLAN20ZH_SW1interfaceVlan10ipaddress52standbypreemptstandby10ip54standby10priority105standby10preempt!interfaceVlan20ipaddress52standbypriority105standby20ip54standby20priority105standby20preempt!說(shuō)明：ZH_SW1設(shè)計(jì)為每個(gè)組的主HSRP，優(yōu)先級(jí)均為105，均開(kāi)啟搶占。其中ZHZ_SW1每個(gè)vlan的ip最后都為252，虛擬ip為254。ZH_SW2interfaceVlan10ipaddress53standby10ip54standby10preempt!interfaceVlan20ipaddress53standby20ip54standby20preempt!說(shuō)明：ZH_SW2設(shè)計(jì)為每個(gè)組的備HSRP，優(yōu)先級(jí)均為默認(rèn)（100），均開(kāi)啟搶占。其中ZHZ_SW2每個(gè)vlan的ip最后都為253，虛擬ip為254。查看ZH_SW1HSRP狀態(tài)ZH_SW1#showstandbybriPindicatesconfiguredtopreempt.|InterfaceGrpPrioPStateActiveStandbyVirtualIPVl1010105PActivelocal5354Vl2020100PActivelocal5354說(shuō)明：可以看出ZH_SW1的狀態(tài)為active，standby為192.168.X.253，即是ZH_SW2上的interfacevlan地址。查看ZH_SW1HSRP狀態(tài)ZH_SW2#showstandbybriPindicatesconfiguredtopreempt.|InterfaceGrpPrioPStateActiveStandbyVirtualIPVl1010100PStandby52local54Vl2020100PStandby52local54說(shuō)明：可以看出ZH_SW2的狀態(tài)為standby，standby為local，即是本機(jī)上interfacevlan地址。注意：圖書(shū)館區(qū)、宿舍區(qū)的SW1和SW2HSRP設(shè)計(jì)同綜合樓區(qū)，SW1均是主HSRP，SW2均是備HSRP，其他設(shè)計(jì)也一樣。4.4.3STP設(shè)計(jì)所有區(qū)（綜合樓、宿舍、圖書(shū)館）的SW1均是主根，SW2均是備根。主根的優(yōu)先級(jí)為rootprimary默認(rèn)，備根的優(yōu)先級(jí)為rootsecondly默認(rèn)。具體配置如下面：ZH_SW1spanning-treevlan1priority8192spanning-treevlan10priority8192spanning-treevlan20priority8192ZH_SW2spanning-treevlan1priority16384spanning-treevlan10priority16384spanning-treevlan20priority16384（1）產(chǎn)看ZH_SW1spanning-tree狀態(tài)ZH_SW1#showspanning-treesummaryRootbridgefor:VLAN1,VLAN10,VLAN20.PortFastBPDUGuardisdisabledUplinkFastisdisabledBackboneFastisdisabled說(shuō)明：可以看到所有端口均處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。（2）產(chǎn)看ZH_SW2spanning-tree狀態(tài)ZH_SW2#showspanning-treesummaryRootbridgefor:none.PortFastBPDUGuardisdisabledUplinkFastisdisabledBackboneFastisdisabled說(shuō)明：可以看到所有端口均處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。4.4.4交換測(cè)試（1）驗(yàn)證PC1（vlan10）到網(wǎng)關(guān)的連通性PC1#ping54Typeescapesequencetoabort.Sending5,100-byteICMPEchosto54,timeoutis2seconds:!!!!!Successrateis100percent(5/5),round-tripmin/avg/max=320/428/472ms（2）驗(yàn)證PC2（vlan20）到網(wǎng)關(guān)的連通性PC2#ping54Typeescapesequencetoabort.Sending5,100-byteICMPEchosto54,timeoutis2seconds:Successrateis100percent(5/5),round-tripmin/avg/max=236/331/472ms（3）驗(yàn)證PC1（vlan10）到PC2（vlan20）的連通性PC2#ping00Typeescapesequencetoabort.Sending5,100-byteICMPEchosto00,timeoutis2seconds:Successrateis100percent(5/5),round-tripmin/avg/max=788/1120/1488ms4.5負(fù)載均衡設(shè)計(jì)由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)核心部分隨著業(yè)務(wù)量的提高，使得單一的路由器設(shè)備作為唯一網(wǎng)關(guān)出口可能會(huì)造成負(fù)載過(guò)大。在此情況下，如果把一部分的流量分給另一臺(tái)路由器上處理，一方面可以降低路由器的負(fù)載，另一方面可以提高閑置路由器的利用率。圖4.4負(fù)載均衡示意圖如圖，我們可以把一個(gè)功能區(qū)域（比如綜合樓）的主網(wǎng)關(guān)設(shè)置成SW1，另一個(gè)功能區(qū)域（圖書(shū)館）的網(wǎng)關(guān)設(shè)置成SW2，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡?；蛘甙岩粋€(gè)功能區(qū)域的一部分vlan的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)成SW1，另一些vlan的主網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)成SW2，也可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡[16]。注意：這兒說(shuō)的負(fù)載均衡并不是絕對(duì)的負(fù)載均衡（比例為5:5），而是流量分別從兩個(gè)網(wǎng)關(guān)出去達(dá)到分流的效果。（1）關(guān)鍵配置ZH_SW1interfaceVlan10ipaddress52standbypreemptstandby10ip54standby10priority105standby10preempt!interfaceVlan20ipaddress52standbypriority105standby20ip54standby20preempt!ZH_SW2interfaceVlan10ipaddress53standby10ip54standby10preempt!interfaceVlan20ipaddress53standby20ip54standby20priority105standby20preempt!（2）驗(yàn)證HSRP狀態(tài)查看ZH_SW1HSRP狀態(tài)ZH_SW1#showstandbybriPindicatesconfiguredtopreempt.|InterfaceGrpPrioPStateActiveStandbyVirtualIPVl1010105PActivelocal5354Vl2020100PStandby53local說(shuō)明：可以看出VLAN10ZH_SW1的狀態(tài)為active，standby為192.168.X.253，即是ZH_SW2上的interfacevlan地址。VLAN20ZH_SW1的狀態(tài)為standby。（3）查看ZH_SW1HSRP狀態(tài)ZH_SW2#showstandbybriPindicatesconfiguredtopreempt.|InterfaceGrpPrioPStateActiveStandbyVirtualIPVl1010100PStandby52local54Vl2020105PActivelocal5254說(shuō)明：可以看出vlan10ZH_SW2的狀態(tài)為standby，standby為local，即是本機(jī)上interfacevlan地址。VLAN20ZH_SW2的狀態(tài)為active。即達(dá)到了負(fù)載均衡。4.6快速收斂測(cè)試采用HSRP作為網(wǎng)關(guān)冗余協(xié)議，其可以達(dá)到快速收斂的效果圖4.5快速收斂測(cè)試示意圖（1）查看當(dāng)前ZH_SW1狀態(tài)ZH_SW1#showstandbybriPindicatesconfiguredtopreempt.|InterfaceGrpPrioPStateActiveStandbyVirtualIPVl1010105PActivelocal5354Vl2020100PActivelocal5354說(shuō)明：可以看出ZH_SW1的狀態(tài)為active，standby為192.168.X.253（2）在PC上ping網(wǎng)關(guān)，同時(shí)斷開(kāi)主HSRP的鏈路接口，觀察效果PC1#ping54repeat50斷開(kāi)主HSRP的鏈路接口ZH_SW1(config)#intf0/4ZH_SW1(config-if)#sh（3）觀察效果PC1#ping54repeat50Typeescapesequencetoabort.Sending50,100-byteICMPEchosto54,timeoutis2seconds:.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Successrateis90percent(45/50),round-tripmin/avg/max=176/300/944m結(jié)束語(yǔ)Cisco多層交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)對(duì)于園區(qū)網(wǎng)設(shè)計(jì)是很好的模型，將園區(qū)網(wǎng)分成核心層、匯聚層、接入層，不僅對(duì)每個(gè)功能區(qū)域有很好的定位，而且這符合模塊化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，適用于各種不同的地域和環(huán)境。通過(guò)本次校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)，加深了自己對(duì)多層交換網(wǎng)絡(luò)的理解，并不是每設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)就必須按照所說(shuō)的三層模型，其實(shí)核心層、匯聚層、接入層只是cisco推介的一種分層理念，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要有這種認(rèn)識(shí)就可以了，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)規(guī)模和需求來(lái)設(shè)計(jì)的，比如說(shuō)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大的時(shí)候，那么匯聚層就可能沒(méi)有存在的必要，接入層、核心層兩層架構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于很多小型校園也是很常見(jiàn)的。通過(guò)本次網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到HSRP/VRRP對(duì)于保障網(wǎng)關(guān)的冗余性是必須的，以及STP防環(huán)的重要性，還有怎么做到故障的快速恢復(fù)。在園區(qū)網(wǎng)中，更多的還是用到交換的技術(shù)，包括HSRP、STP以及接入控制。致謝感謝導(dǎo)師李老師的關(guān)心、指導(dǎo)和教誨。李老師追求真理、嚴(yán)以律已、寬以待人的崇高品質(zhì)對(duì)學(xué)生將是永遠(yuǎn)的鞭策。本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的工作自始至終都是在李老師全面、具體的指導(dǎo)下進(jìn)行的。李老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，使學(xué)生受益匪淺，終生難忘。在此謹(jǐn)向李老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。還要感謝在一起愉快的度過(guò)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的支持和幫助，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!畢業(yè)設(shè)計(jì)完成，也就代表著我即將走出學(xué)校，走進(jìn)社會(huì)?；叵氪髮W(xué)四年，學(xué)校無(wú)私的教會(huì)了我們太多知識(shí)，寬厚的包容了我們犯過(guò)的錯(cuò)誤，更是傳授了我們走進(jìn)社會(huì)所需的經(jīng)驗(yàn)與做人的道理。不管何時(shí)，不管未來(lái)走的多遠(yuǎn)，這都將是我一生中最寶貴的財(cái)富，我將永遠(yuǎn)銘記在心。

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