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

第四章局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)【內(nèi)容介紹】

在本章主要討論局域網(wǎng)方案設(shè)計(jì)中主要用到的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括了：局域網(wǎng)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)；局域網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)及交換機(jī)設(shè)備選型；VLAN技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1Q和CiscoISL協(xié)議知識(shí)；交換機(jī)鏈路聚合知識(shí)；無線局域網(wǎng)技術(shù)知識(shí)；VoIP技術(shù)知識(shí)；常見的廣域網(wǎng)接入技術(shù)知識(shí)。4.1局域網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)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(zhì)分類，也可以按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。根據(jù)本章節(jié)所要講解內(nèi)容的需要，可以根據(jù)工作方式和分組結(jié)構(gòu)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(yīng)用相當(dāng)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(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、光纖等多種傳輸介質(zhì)，并且在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中，為不同的傳輸介質(zhì)制定了不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)。下面對(duì)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(jìn)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(gè)工作站都會(huì)接收到各種各樣的幀信息。那么，工作站怎樣識(shí)別目標(biāo)系統(tǒng)呢？怎樣知道幀是否是屬于它的呢？其實(shí)，在每個(gè)幀的頭部都包含有一個(gè)目地MAC地址，這個(gè)地址就可以標(biāo)識(shí)各個(gè)站點(diǎn)，并且可以告訴工作站某個(gè)幀是否是對(duì)其進(jìn)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(gè)幀不是來訪問我的），工作站將對(duì)該幀不予處理。介質(zhì)訪問控制（MediaAccessControl，簡稱MAC）地址，是廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡的地址，對(duì)于每一臺(tái)設(shè)備是惟一的，該地址定義了計(jì)算機(jī)間的網(wǎng)絡(luò)連接，記錄在網(wǎng)絡(luò)接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）上的硬件電路上。介質(zhì)訪問控制地址是由12位16進(jìn)制數(shù)（0～F）共48位表示，前24位標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)接口卡的廠商，不同廠商生產(chǎn)的標(biāo)識(shí)不同，后24位是由廠商指定的網(wǎng)絡(luò)接口卡序列號(hào)。4.2局域網(wǎng)交換機(jī)及交換技術(shù)4.2.1局域網(wǎng)交換機(jī)的交換原理交換機(jī)的轉(zhuǎn)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(tái)主機(jī)），則向除數(shù)據(jù)幀的來源接口外的所有接口轉(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀。如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址確實(shí)存在于交換機(jī)的MAC地址表中，則向?qū)?yīng)接口轉(zhuǎn)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(gè)接口上，則丟棄該數(shù)據(jù)幀。4.2.2交換機(jī)的分類1．根據(jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速度分類根據(jù)交換機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)及傳輸速度的不同一般可以將局域網(wǎng)交換機(jī)分為以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆（GB）以太網(wǎng)交換機(jī)、10千兆（10GB）以太網(wǎng)交換機(jī)、FDDI交換機(jī)、ATM交換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)等千兆交換機(jī)萬兆交換機(jī)根據(jù)交換機(jī)所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)層次，可以將網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)劃分為企業(yè)級(jí)交換機(jī)、校園網(wǎng)交換機(jī)、部門級(jí)交換機(jī)和工作組交換機(jī)、用戶桌面級(jí)交換機(jī)五種。（1）企業(yè)級(jí)交換機(jī)（2）校園網(wǎng)交換機(jī)（3）部門級(jí)交換機(jī)（4）工作組交換機(jī)（5）桌面型交換機(jī)照局域網(wǎng)交換機(jī)分層部署分類在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)設(shè)計(jì)中，由于受當(dāng)時(shí)設(shè)備功能所限，整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備在功能劃分上比較模糊。隨著可管理的二層交換機(jī)和三層交換機(jī)的廣泛應(yīng)用，不同類型的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)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(luò)時(shí)遵循的一個(gè)規(guī)律和原則。根據(jù)應(yīng)用功能的不同，可以將同一網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)設(shè)備劃分為3個(gè)層次：接入層、匯聚層和核心層匯聚層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供的服務(wù)功能只具有接入層和核心層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.2.3交換機(jī)的連接方式當(dāng)單一交換機(jī)所能夠提供的端口數(shù)量不足以滿足網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的需求時(shí)，必須要有兩個(gè)以上的交換機(jī)提供相應(yīng)數(shù)量的端口，這也就要涉及到交換機(jī)之間連接的問題。從根本上來講，交換機(jī)之間的連接不外乎兩種方式：堆疊和級(jí)聯(lián)。1．交換機(jī)級(jí)聯(lián)這是最常用的一種多臺(tái)交換機(jī)連接方式，它通過交換機(jī)上的專用擴(kuò)展接口級(jí)聯(lián)口進(jìn)行連接，也可以采用普通接口級(jí)聯(lián)。需要注意的是交換機(jī)不能無限制級(jí)聯(lián)，超過一定數(shù)量的交換機(jī)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，廣播風(fēng)暴會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降。級(jí)聯(lián)又分為以下兩種：（1）使用普通交換機(jī)端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)（2）使用交換機(jī)擴(kuò)展端口級(jí)聯(lián)交換機(jī)堆疊4.2.4多層交換技術(shù)第二層交換是基于硬件的橋接。在交換機(jī)中，數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)是由ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）專業(yè)化硬件處理的，因此，交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)速度要比網(wǎng)橋快得多，一般只需幾十微秒交換機(jī)便可決定一個(gè)幀送往哪里。簡單地說，第三層交換技術(shù)是“第二層交換技術(shù)+第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)”。這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。一個(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)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(yīng)用端口號(hào)。4.3VLAN技術(shù)4.3.2IEEE802.1Q協(xié)議4.3.3CiscoISL協(xié)議4.4交換機(jī)鏈路聚合可以把交換機(jī)之間的多個(gè)物理鏈接捆綁在一起形成一個(gè)簡單的邏輯鏈接，這個(gè)邏輯鏈接被稱之為一個(gè)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(kuò)展的一個(gè)重要途徑，主要的作用就是可容錯(cuò)，負(fù)載分擔(dān)等，符合IEEE802.3ad標(biāo)準(zhǔn)。它可以把多個(gè)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(dá)到800Mbit/s，或者千兆以太網(wǎng)接口形成的AP最大可以達(dá)到8Gbit/s。在Cisco設(shè)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(yīng)該注意要聚合端口要在同一個(gè)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(jī)選型1.廠商選擇網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)者，應(yīng)該熟悉各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本原理，了解最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并能夠?qū)⒉煌瑥S商的產(chǎn)品進(jìn)行多方面的指標(biāo)對(duì)比，選擇可靠、穩(wěn)定、適度的、具有強(qiáng)有力的后期技術(shù)支持和維護(hù)的品牌廠商，當(dāng)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(biāo)對(duì)比（1）背板帶寬、二/三層交換吞吐率（包轉(zhuǎn)發(fā)率）。這個(gè)決定著網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際性能，不管交換機(jī)功能再多，管理再方便，如果實(shí)際吞吐量上不去，網(wǎng)絡(luò)只會(huì)變得擁擠不堪。所以這項(xiàng)參數(shù)是最重要的。背板帶寬包括交換機(jī)端口之間的交換帶寬，端口與交換機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換帶寬和系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換帶寬。端口要達(dá)到線速交換，背板帶寬應(yīng)該大于等于交換機(jī)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(shí)際吞吐能力，通常也叫包轉(zhuǎn)發(fā)率的能力，單位pps，表示每一秒鐘內(nèi)發(fā)送64字節(jié)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。（2）是否支持VLAN，支持VLAN類型和數(shù)量，一個(gè)交換機(jī)支持VLAN，可以控制不必要的網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴，網(wǎng)絡(luò)中工作組可以突破共享網(wǎng)絡(luò)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(jī)支持更多VLAN類型和數(shù)量將更加方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。（3）支持鏈路聚合，鏈路聚合可以讓交換機(jī)之間和交換機(jī)與服務(wù)器之間的鏈路帶寬有非常好的伸縮性，比如可以把2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)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(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同端口的負(fù)載均衡，同時(shí)也能夠互為備份，保證鏈路的冗余性。（4）交換機(jī)端口數(shù)量及類型，不同的應(yīng)用有不同的需要，應(yīng)視具體情況而定。交換機(jī)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(hào)，比如SC、LC、ST、FC、MT-RJ等，以及支持的光信號(hào)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(jí)控制、IEEE802.1x、IEEE802.3x，這些功能能提供更好的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類型的流量控制和用戶的管理，應(yīng)該考慮采購支持這些功能的交換機(jī)。（6）堆疊的支持，當(dāng)某一接入層用戶終端集中，數(shù)量多，此時(shí)，堆疊就顯得非常重要了。一般網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展交換機(jī)端口的方法為一臺(tái)主交換機(jī)各端口下連接分交換機(jī)，這樣交換機(jī)與主交換機(jī)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(jī)的交換緩存和端口緩存、主存、轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)等也是相當(dāng)重要的參數(shù)。（8）交換機(jī)的MAC地址表的大小，代表了能夠存儲(chǔ)MAC地址的能力，這種能力體現(xiàn)了交換機(jī)的交換和數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)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(gè)重要的指標(biāo)，這個(gè)功能可以讓交換機(jī)學(xué)習(xí)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能也有很大的影響。（10）三層交換機(jī)還有一些重要的參數(shù)，如啟動(dòng)其他功能時(shí)是否保持線速轉(zhuǎn)發(fā)、路由表大小、訪問控制列表大小、對(duì)路由協(xié)議的支持情況、VRRP支持、對(duì)組播協(xié)議的支持情況、包過濾方法、擴(kuò)展能力等都是值得考慮的指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選型。（11）是否支持SNMP和RMON，是解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中監(jiān)控和管理的方法，可以實(shí)現(xiàn)配置管理、服務(wù)質(zhì)量的管理、告警管理等策略。4.6WLAN局域網(wǎng)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)早就應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信之中，最簡單的如筆記本電腦的紅外線通信，后來有藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)下的無線局域網(wǎng)接入技術(shù)。按照IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)，目前常用的有IEEE802.11b，IEEE802.11a，IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac這幾種標(biāo)準(zhǔn)，這幾種標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸速率分別為：11Mbit/s、54Mbit/s、54Mbit/s、300Mbit/s或600Mbit/s、1Gbit/s。當(dāng)前無線網(wǎng)卡的主流產(chǎn)品是速率和價(jià)格都比較合適的是IEEE802.11g、IEEE802.11n產(chǎn)品。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型1.廠商選擇網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)者，應(yīng)該熟悉各種無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本原理，了解最新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并能夠?qū)⒉煌瑥S商的產(chǎn)品進(jìn)行多方面的指標(biāo)對(duì)比，選擇可靠、穩(wěn)定、適度的、強(qiáng)有力的后期技術(shù)支持和維護(hù)的品牌廠商，當(dāng)前的無線產(chǎn)品廠商非常多。2.指標(biāo)（1）RF管理特性：支持的頻段和信道情況，是否具有信道自動(dòng)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(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)）。（4）支持的SSID的數(shù)目：SSID是ServiceSetIdentifier的縮寫，意思是服務(wù)集標(biāo)識(shí)，SSID技術(shù)可以將一個(gè)無線局域網(wǎng)分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證，只有通過身份驗(yàn)證的用戶才可以進(jìn)入相應(yīng)的子網(wǎng)絡(luò)，防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)。（5）無線通信方式：支持直序擴(kuò)頻（DSSS），正交頻分復(fù)用（OFDM）。（6）支持的調(diào)制方式（7）網(wǎng)絡(luò)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(gè)接口及以上。（8）網(wǎng)絡(luò)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(jí)通常為10個(gè)左右，工作組級(jí)100個(gè)左右，企業(yè)級(jí)100個(gè)以上。（11）QoS功能：具有能夠?qū)崿F(xiàn)流量限制，以及IEEE802.11e和WMM。（12）MTBF：是衡量設(shè)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(shè)備工作環(huán)境：承受的溫度和濕度。4.7VoIP技術(shù)4.8廣域接入技術(shù)廣域網(wǎng)（WAN，WideAreaNetwork）是一種地域分布極其廣大的網(wǎng)絡(luò)，其分布范圍可以覆蓋一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國家，甚至全球網(wǎng)絡(luò)。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(luò)來完成互連。我們通常使用現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(shù)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(shù)，當(dāng)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(shù)參考EPON資料（百度等）4.8.6無線廣域網(wǎng)接入