第八章主干網(wǎng)絡(luò).pptx

1、基本概念,第八章 主干網(wǎng)絡(luò),主干網(wǎng)絡(luò),本章介紹主干網(wǎng)絡(luò)(Backbone Network，BN)，它用來連接局域網(wǎng)并將其連接到廣域網(wǎng)。 從主干網(wǎng)絡(luò)中使用的不同類型的設(shè)備開始討論，并討論幾種主干結(jié)構(gòu)。 講述兩種在主干網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的技術(shù)(ATM和吉比特以太網(wǎng))。 討論如何提高主干網(wǎng)絡(luò)的性能并描述了主干網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景。,學習目標： 了解用于主干網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備； 了解幾種基本的主干結(jié)構(gòu)； 熟悉ATM技術(shù)； 熟悉吉比特以太網(wǎng)技術(shù)； 了解主干設(shè)計的最佳實踐建議； 提高主干網(wǎng)絡(luò)性能的方法。,本章提綱 引言 主干網(wǎng)絡(luò)組件 交換機 路由器 網(wǎng)關(guān) 說明 主干網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 主干體系結(jié)構(gòu)層 路由式主干網(wǎng) 折疊式主干

2、網(wǎng) 虛擬局域網(wǎng),主干技術(shù) 異步傳輸模式 最佳實踐主干設(shè)計 體系結(jié)構(gòu) 有效數(shù)據(jù)速率 協(xié)議間的轉(zhuǎn)換 建議 提高主干網(wǎng)絡(luò)性能 提高計算機和設(shè)備的性能 提高線路容量 減少網(wǎng)絡(luò)需求量 本章小結(jié),8.1 引言,主干網(wǎng)絡(luò)是一種連接許多網(wǎng)絡(luò)的高速網(wǎng)。 主干網(wǎng)絡(luò)一般使用高速線路來連接一系列的局域網(wǎng)，并為其他的主干網(wǎng)絡(luò)、MAN、WAN和Internet提供連接。 將跨越一個機構(gòu)中附近多個建筑的主干網(wǎng)絡(luò)連接起來的主干網(wǎng)絡(luò)通常稱為校園網(wǎng)(campus network)。 如果將一個公司內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)連接起來，不管他是否跨洲、跨民族或者跨國界，這種主干網(wǎng)絡(luò)也稱為企業(yè)網(wǎng)（enterprise network）。 本章首先描

3、述主干網(wǎng)絡(luò)中使用的幾種基本設(shè)備，然后介紹這些設(shè)備如何構(gòu)造具有不同性能的主干結(jié)構(gòu)。重點討論通常用于主干網(wǎng)絡(luò)中的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。,8.2 主干網(wǎng)絡(luò)組件,主干網(wǎng)絡(luò)中有兩個基本組件： 網(wǎng)絡(luò)線纜 將網(wǎng)絡(luò)連接到主干網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè) 線纜在主干網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用和在LAN中的應(yīng)用是相同的，只是光纖可以提供更高的數(shù)據(jù)速率。 硬件設(shè)備可以是計算機，或者只是從一個網(wǎng)絡(luò)傳輸信息到另一個網(wǎng)絡(luò)的專用設(shè)備。 硬件設(shè)備包括交換機、路由器和網(wǎng)關(guān),主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,8.2.1 交換機,大多數(shù)交換機(switch)應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈路層。 將兩個或更多使用同樣數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)段連接起來。 只知道數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議和地址。 交換機可以連接相同

4、或不同類型的線纜。 這里的交換機在它們根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層地址在網(wǎng)絡(luò)段間傳送報文時，它們通過讀取源地址和目的地址來學習地址知識。,集線器,集線器,交換機,服務(wù)器,使用交換機來連接局域網(wǎng)網(wǎng)段,8.2.2 路由器,路由器（Router）應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)層。 路由器連接兩個或更多個網(wǎng)絡(luò)段，它們使用相同或不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議但使用相同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 它們可以連接相同或不同類型的電纜。 路由器可以是TCP/IP協(xié)議網(wǎng)關(guān)。 路由器濾去數(shù)據(jù)鏈路層報文，對網(wǎng)絡(luò)層報文進行處理，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層地址傳送需要到其他網(wǎng)絡(luò)的信息。,集線器,集線器,路由器,服務(wù)器,使用路由器來連接局域網(wǎng),路由器可認為是“黑盒子”，它可以是擁有多個網(wǎng)卡的計

5、算機，或是計算機和其他設(shè)備中的特殊網(wǎng)絡(luò)模塊。 相對交換機而言，對每條信息它要進行更多的處理，因此，它操作起來相對更慢些。 路由器的一個主要特性是當網(wǎng)絡(luò)之間有多條可行的路由時，它能選擇出最佳的那條路由。 因為路由器知道它自己的位置，也知道報文的最終目的地，所以它可以通過路由表來尋找最佳的路由，即路徑。,路由器和交換機之間另外一個重要的不同在于，路由器只處理指定到達它那里的信息。而交換機則處理出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的所有信息，并根據(jù)它們的數(shù)據(jù)鏈路層地址把它們送到適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)中。 交換機僅僅是簡單地把沒改變的信息傳送到其他的網(wǎng)絡(luò)。 路由器是在網(wǎng)絡(luò)層進行操作，所以在信息傳送到網(wǎng)絡(luò)層進行處理之前，它的數(shù)據(jù)鏈路層首先

6、必須要確認收到的是指定在數(shù)據(jù)鏈路層階段到達的信息。 路由器將通過建立一個全新的數(shù)據(jù)鏈路層報文來處理這些信息，然后再將它傳送到其他的網(wǎng)絡(luò)。,路由器試圖不改變網(wǎng)絡(luò)層的報文和它所收到的用戶數(shù)據(jù)(它創(chuàng)造了一個新的數(shù)據(jù)鏈路層報文)。 但是，有時候改變是需要的。比如，當一個網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)鏈路層報文的大小與另一個網(wǎng)絡(luò)不同的時候，就必須強行命令路由器把信息分為多個更小的信息單元來進行傳送。,8.2.3 網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)(gateway)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)層，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層地址來處理信息。 網(wǎng)關(guān)比交換機和路由器復雜得多，因為它是兩個或多個不相似的網(wǎng)絡(luò)之間的接口。 網(wǎng)關(guān)連接兩個或多個網(wǎng)絡(luò)，使用相同或不同的(通常是不同的)數(shù)據(jù)鏈路

7、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。有些網(wǎng)關(guān)也應(yīng)用于應(yīng)用層。 網(wǎng)關(guān)只處理那些明確指定到它那里的信息(如根據(jù)它們的數(shù)據(jù)鏈路層地址)，并為那些需要送到其他網(wǎng)絡(luò)的信息規(guī)定路線。,集線器,集線器,網(wǎng)關(guān),服務(wù)器,使用網(wǎng)關(guān)來連接局域網(wǎng)和一臺巨型機,巨型機,服務(wù)器,網(wǎng)關(guān)把一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議轉(zhuǎn)換成另一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，并且打開應(yīng)用程序之間的會話，從而克服了硬件和軟件的不兼容性。 更為復雜的網(wǎng)關(guān)，甚至可以兼顧類似代碼轉(zhuǎn)換這樣的任務(wù)(如把ASCII碼轉(zhuǎn)換為EBCDIC碼)。 一個網(wǎng)關(guān)可以說是一臺擁有多個網(wǎng)卡和特殊軟件的計算機，也可以說是連接在主機上的一個前端處理器。,網(wǎng)關(guān)最普遍的一個用處是，使得局域網(wǎng)可以使用TCPIP協(xié)

8、議和以太網(wǎng)技術(shù)，與使用其他協(xié)議的巨型機進行通信。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)把計算機局域網(wǎng)的傳輸轉(zhuǎn)換成了看起來像是從終端發(fā)過來的傳輸。 網(wǎng)關(guān)提供了基本系統(tǒng)的相互連接，和在雙重方向中協(xié)議的必要轉(zhuǎn)換。,如果在局域網(wǎng)中沒有網(wǎng)關(guān)，那么除了TCPIP協(xié)議和以太網(wǎng)使用的硬件和軟件（如使計算機起終端作用的軟件)以外，每臺計算機必須擁有它自己的硬件和軟件。 網(wǎng)關(guān)消除了計算機對額外的硬件的需求，因為所有的數(shù)據(jù)都通過局域網(wǎng)進行傳送，所以它只需要和客戶機的一個連接就可以了。,8.2.4 說明,市場上使用的術(shù)語可能與前面討論的完全不同。 許多新型的交換機、路由器和網(wǎng)關(guān)已經(jīng)開發(fā)出來，所以一個廠家的“交換機”可能實際上提供的是“路

9、由器”的功能。 三層交換機(Layer-3 switch)和先前討論的兩層交換機以相同的方式運行，但是卻根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)層地址（通常是IP地址）來轉(zhuǎn)換信息。 這些交換機結(jié)合了交換機和路由器的優(yōu)點。它們可以用來代替路由器，并具有傳統(tǒng)兩層交換機的優(yōu)點：更快的傳輸和更強的實時活躍端口。,多協(xié)議路由器(multiprotocol router)可以理解多種不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。如果它們收到一種協(xié)議的一條信息，則對此信息進行處理后，它們會用相同的協(xié)議把信息發(fā)送出去。 一些廠家的多協(xié)議路由器在不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中（通常是TCPIP協(xié)議和IPXSPX協(xié)議）進行轉(zhuǎn)換，所以技術(shù)上來說，它們稱為網(wǎng)關(guān)。,8.3 主干網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

10、,主干網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是指主干網(wǎng)與其附屬網(wǎng)的互連方式，以及如何把報文從一個網(wǎng)絡(luò)通過主干網(wǎng)傳送到其他網(wǎng)絡(luò)的方式。 有三種基本結(jié)構(gòu)： 路由式主干(基于網(wǎng)絡(luò)層地址傳送報文的路由器)； 折疊式主干(基于數(shù)據(jù)鏈路層地址傳送報文的交換機)； 虛擬局域網(wǎng)（通過虛擬的，而不是實際位置的局域網(wǎng)來傳送報文的交換機）。 經(jīng)過混合和匹配，建立了一系列的主干網(wǎng)。,8.3.1 主干網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)層,網(wǎng)絡(luò)設(shè)計師在設(shè)計主干網(wǎng)絡(luò)之前，經(jīng)常先考慮三個不同的技術(shù)層。 訪問層(access layer)，用于附屬于主干網(wǎng)的局域網(wǎng)的技術(shù)（100Base-T技術(shù)、無線以太網(wǎng)技術(shù)）。 訪問層并不是主干網(wǎng)的一部分，但是用于這個局域網(wǎng)（即訪問層）上的技

11、術(shù)在主干設(shè)計上有主要的相關(guān)性。 分布層(distribution layer)是主干中把局域網(wǎng)連接起來的一部分。TCP/IP網(wǎng)關(guān)的主干中的一部分。它通常應(yīng)用在一座建筑中。,核心層 （core layer）是將不同主干網(wǎng)絡(luò)連接在一起的主干中的一部分，經(jīng)常是從一座建筑傳到另一座建筑。 核心層是一種用于校園網(wǎng)絡(luò)或者企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。 而一些足夠大的機構(gòu)在幾個分別以廣域網(wǎng)連接的位置都擁有核心層。,LAN,LAN,LAN,核心層,訪問層,分布層,主干網(wǎng)設(shè)計層,8.3.2 路由式主干,路由式主干(Routed Backbone)根據(jù)報文的網(wǎng)絡(luò)層地址(第三層地址)，沿著主干傳送報文。 路由式主干中最常見的形式

12、是使用總線技術(shù)(如使用以太網(wǎng)100Base-T技術(shù))。 路由式主干也稱為子網(wǎng)主干或?qū)哟沃鞲?，一般用于在同一個校園網(wǎng)（也就是在核心層)內(nèi)將不同的建筑連接起來。,交換機,路由器,交換機,路由器,交換機,路由器,交換機,路由器,集線器,路由器,集線器,路由器,交換機,路由器,路由式主干設(shè)計,路由器,上圖說明： 有一系列LAN(訪問層)通過路由器或三層交換機與一個單獨的共享式介質(zhì)主干網(wǎng)絡(luò)相連。其中每個局域網(wǎng)都是一個單獨的子網(wǎng)。 信息交換維持在每個子網(wǎng)之內(nèi)，除非有離開子網(wǎng)傳送到其他網(wǎng)絡(luò)上的特殊需求，在這種情況下使用網(wǎng)絡(luò)層地址(如TCPIP地址)傳送報文。,每個LAN通常是一個單獨的實體，分別獨立于其他的

13、網(wǎng)絡(luò)。并不需要所有的LAN共享同一個數(shù)據(jù)鏈路層。 一個LAN可以使用集線器來構(gòu)建共享式以太網(wǎng)，另一個LAN可以使用交換式以太網(wǎng)，但是另外一個LAN也可以把其他的技術(shù)結(jié)合起來使用。 每個LAN都可以包含為該網(wǎng)上的用戶設(shè)計的它自己的服務(wù)器，但是如果需要的話，用戶也可以方便地通過主干訪問其他LAN上的服務(wù)器。,路由式主干的主要優(yōu)點： 它清楚地分割了連接在主干上的網(wǎng)絡(luò)的每一部分。 每一段(通常是一個局域網(wǎng)或其他的主干網(wǎng))都擁有自己的能被不同網(wǎng)絡(luò)管理員操縱的子網(wǎng)絡(luò)地址。主干的每一段也能使用不同的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)。,路由式主干有兩個主要缺點： 第一，網(wǎng)絡(luò)中的路由器使得時間延遲。路由選擇過程比交換過程占用更多

14、的時間，所以路由網(wǎng)絡(luò)有時更慢一些。 第二，路由網(wǎng)絡(luò)需要大量管理。為每個LAN建立單獨的子網(wǎng)地址耗費時間，并且需要一大批的TCP/IP地址。任何時候計算機從一個LAN移到另一個LAN，都必須進行重新配置（除非網(wǎng)絡(luò)使用動態(tài)地址，但那樣會增加網(wǎng)絡(luò)自身的開銷）。,8.3.3 折疊式主干,折疊式主干(collapsed backbone)分布層中(如一棟建筑內(nèi))使用的一種最常見的主干網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)今大多數(shù)新建筑的設(shè)計其主干網(wǎng)絡(luò)都使用折疊式主干。 折疊式主干網(wǎng)絡(luò)使用具有一個中央設(shè)備的星形拓撲結(jié)構(gòu)。這個設(shè)備通常是一個交換機，并且放置在網(wǎng)絡(luò)的中心位置。 主干線路和一系列的路由器或網(wǎng)橋被一個交換機和一系列的局域網(wǎng)線路

15、所替代。,折疊式主干擁有更多的線纜，但更少的設(shè)備。 主干線纜實際上是不存在的。 “主干”僅存在于交換機中，這就是為什么它被稱為“折疊式主干”的原因。,交換機,交換機,交換機,交換機,交換機,交換機,交換機,折疊式主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,兩個主要的優(yōu)勢： (1)性能有所改進 在路由式主干網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)橋主干網(wǎng)絡(luò)中，主干線路被多個LAN所共用，每個LAN必須輪流傳遞信息。在折疊式主干中，每個到交換機的連接都是獨立的點對點線路。 交換機可以達到同步傳送，因此多個LAN可以同時傳送信息到其他的LAN。 吞吐量依賴于附屬LAN的數(shù)目和通信的模式。,(2)在網(wǎng)絡(luò)中使用少得多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 一個交換機替代了多個路由器。這樣減少

16、了費用，并且大大地簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理。 所有主要的主干設(shè)備都在同一物理位置，而且所有的通信都要通過交換機來進行。 如果出錯或者需要新的線纜，在任意一個地方所有的問題都可以解決。,折疊式主干有三個相對較小的缺陷： 第一，它使用了更多的線纜，而且這些線纜必須能長距離傳輸，通常這就意味著必須是光纖。 第二，如果交換機失效，則整個主干網(wǎng)絡(luò)都要中斷。對于大多數(shù)機構(gòu)來說，折疊式主干帶來的優(yōu)勢比這些缺陷更重要些。 第三個問題在于廣播信息。因為交換機在第二層進行操作，所有與它連接的網(wǎng)絡(luò)都是同一子網(wǎng)的一部分，所以，廣播信息(如尋址請求)必須容許在主干中到處傳播。在路由式主干中，這些信息是不可能離開產(chǎn)生它們的LAN

17、的）。,1機架裝配的折疊式主干,現(xiàn)在大多數(shù)機構(gòu)把應(yīng)用于建筑物一部分的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都放置在相同的房間，通常折疊式主干設(shè)置在設(shè)備的一個機架中。 優(yōu)勢是能夠在一個地方替換掉所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，便于維修和升級，而不需要更多線纜。 在線纜方面的費用只是安裝網(wǎng)絡(luò)的總費用的一小部分，因此維修的簡易性和它提供的日后升級的靈活性比費用更為重要。,交換機,交換機,交換機,交換機,交換機,交換機,交換機,機架裝配的折疊式主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,包含機架設(shè)備的房間被稱為主配線裝備(Main Distribution Facility，MDF)或中心配線裝備(Central Distribution Facility，CDF)。 MD

18、F實例： 一個擁有6個lOOBase-T模塊的二層底盤式交換機連接到4個24端口、lOBase-T的交換機上。底盤式交換機連接到在光纖上使用lOOBase-F的校園主干上。 從每個房間拉出的線纜連接到轉(zhuǎn)接板后面，轉(zhuǎn)接板前面端口上的標簽顯示哪根線纜屬于哪個房間。轉(zhuǎn)接線纜連接轉(zhuǎn)接板上的端口到交換機上的端口。,串口 （1端口）,100Base-T （1端口）,100Base-T （1端口）,100Base-T （1端口）,100Base-T （1端口）,空閑,100Base-T （1端口）,二層底盤式交換機,24端口10Base-T交換機,24端口10Base-T交換機,24端口10Base-T交換

19、機,24端口10Base-T交換機,LAN,LAN,LAN,LAN,建立一個主干,MDF網(wǎng)絡(luò)圖表,有機架裝配設(shè)置的MDF,2基于底盤的折疊式主干(Chassis-Based Collapsed Backbone),有時候會用底盤式交換機來代替機架。 一個底盤式交換機使得用戶可以直接把模塊插入到交換機中。 每個模塊是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一種特定的類型。一個模塊可能是一個16接口的100Base-T集線器，另一個可能是一個路由器，但是也可能是一個4接口的100Base-T交換機等。 底盤式交換機設(shè)計用來容納一定量的模塊，并且有一定的內(nèi)部容量，因此在同一時間所有的模塊都是有效的。,例如 一個連接有5個10Ba

20、se-T集線器，2個10Base-T交換機(每個都是8個接口)，1個100Base-T交換機(有4個接口)，1個100Base-T路由器的交換機，達到的內(nèi)部交換容量至少為710Mbs 5X 10Mbs+28l0Mbs+4l00Mbs+l00Mbs= 710Mbs 底盤式交換機的主要優(yōu)勢在于它的靈活性。當增加一個LAN時，它可以很簡單地只在額外的端口上增加一個新的模塊，并且使用新的技術(shù)對交換機進行升級。,交換機,LAN,交換機,LAN,交換機,WLAN,無線AP,交換機,LAN,交換機,LAN,交換機,WLAN,無線AP,交換機,路由器,到校園主干,交換機,LAN,交換機,LAN,交換機,WLA

21、N,無線AP,三層,二層,一層,地下室,校園折疊式主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)用示例,圖例說明： 每層樓形成一個折疊式主干。采用10Base-T或100Base-T技術(shù)。 在地下室構(gòu)成整個建筑的折疊式主干。采用光纖1000Base-F（1GbE）。 地下室交換機與高速路由器連接，形成校園主干（一個路由式主干設(shè)計）。,8.3.4 虛擬LAN,現(xiàn)今許多機構(gòu)正在考慮虛擬LAN(virtual LAN，VLAN)，一種可能是由智能、高速交換機構(gòu)建的新型LAN-BN體系結(jié)構(gòu)。 VLAN是一種其中的計算機通過軟件而不是通過硬件分配到LAN段的網(wǎng)絡(luò)。 在機架裝配的折疊式主下中，通過拔取線纜并插入到一個不同的集線器中來把計

22、算機從一個網(wǎng)絡(luò)集線器移動到另一個網(wǎng)絡(luò)集線器。 VLAN通過軟件來實現(xiàn)將計算機從一個網(wǎng)段移動到另一個網(wǎng)段，而網(wǎng)絡(luò)管理員無需親自拔出再重新插上線纜。,與傳統(tǒng)的LAN和路由式BN相比，VLAN通常更快而且提供更多的機會來處理LAN和BN上的通信流量。 VLAN意味著更加復雜，所以它們通常只用于大型網(wǎng)絡(luò)。 有兩種設(shè)計VLAN的基本方法： 單交換機VLAN 多交換機VLAN,交換機,基于VLAN的折疊式主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,1單交換機VLAN,單交換機VLAN(single-switch VLAN)意味著VLAN只能在一臺交換機內(nèi)運轉(zhuǎn)。 VLAN上的計算機連接到一臺交換機上并由軟件設(shè)計進入不同的VLAN。 對于

23、連接到交換機的計算機，網(wǎng)絡(luò)管理員使用專門軟件將它們接入不同的VLAN段。 VLAN段和物理LAN段以相同的方式作用；相同VLAN上的計算機，和連接到相同的物理交換機或集線器上的計算機，表現(xiàn)得完全一樣。比如，一個VLAN段中計算機傳送的廣播信息，只能發(fā)送到在相同VLAN上的計算機。,把連接到VLAN交換機的計算機分配給所屬的特定VLAN，有4種方法。 第一種方法， 使用基于端口的VLAN(port-based VLAN)(也稱為一層VLAN)，利用VLAN交換機前面的物理層端口數(shù)據(jù)來分配計算機到VLAN段。 每一臺計算機都以實際線纜連接到VLAN交換機上的特定端口上。 網(wǎng)絡(luò)管理員使用由交換機制造

24、商提供的專門軟件來命令交換機，決定哪一個端口分配給哪一個VLAN。這就意味著網(wǎng)絡(luò)管理員必須知道哪一臺計算機連接到哪一個端口。,第二種方法 使用基于MAC地址的VLAN(MAC-based VLAN)(也稱為二層VLAN)，其利用數(shù)據(jù)鏈路層地址(或稱物理地址)構(gòu)建VLAN。 網(wǎng)絡(luò)管理員使用專門軟件來命令交換機，決定哪一個輸入的數(shù)據(jù)鏈路層地址分配給哪一個VLAN段。,第三種方法 使用基于IP地址的VLAN(IP-based VLAN)(也稱為三層VLAN或基于協(xié)議的VLAN)，其利用網(wǎng)絡(luò)層地址來構(gòu)建VLAN。 網(wǎng)絡(luò)管理員使用專門軟件來命令交換機，決定哪一個網(wǎng)絡(luò)層地址分配給哪一個VLAN段。,第四種

25、方法 使用基于應(yīng)用的VLAN(applicationbased VLAN)(也稱為基于策略的VLAN或四層VLAN)，其利用TCP報文中端口數(shù)據(jù)顯示的應(yīng)用類型和網(wǎng)絡(luò)層地址組合來構(gòu)建VLAN組。 現(xiàn)在構(gòu)建的VLAN可以為特定群體的Web瀏覽分配特定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，一定的帶寬分配給其他人的Web瀏覽，一定的帶寬分配給事務(wù)處理等。,2多交換機VLAN 使用多臺交換機構(gòu)建VLAN。 多交換機VLAN（multi switch VLAN）和單交換機VLAN以相同的方式工作。 VLAN最常見于建筑主干網(wǎng)絡(luò)中（如訪問層和分布層），但是已開始進入建筑間的核心層。 交換機必須要有一種能夠識別報文屬于哪一個VLA

26、N的方法來傳送它們之間的報文。,VLAN 交換機,VLAN 交換機,VLAN 交換機,基于多交換機的折疊式主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,IEEE 802.1q標準是一種即將出臺的標準，它將16字節(jié)VLAN的標志信息嵌入到標準的IEEE 802.3以太網(wǎng)報文中。 當一個報文需要從一臺VLAN交換機移動到另一臺VLAN交換機時，第一臺交換機修改輸入的以太網(wǎng)報文以包含16字節(jié)VLAN的標志信息。 VLAN的標志信息用來在VLAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交換機間移動報文到達最終目的交換機時，VLAN的標志信息被提取出來，并且生成一個與開始進入到VLAN的以太網(wǎng)報文相同的以太網(wǎng)報文被傳送到目的計算機。,3操作特點 VLAN有兩個主要優(yōu)

27、勢： 第一，它們能夠精確地控制LAN和主干上的通信流量。VLAN使得有簡化性能潛力的廣播通信更加簡單，并目可以更精確地把資源分配到不同類型的通信中。最低限度是VLAN也經(jīng)?？梢蕴峁┍绕渌齻€主干結(jié)構(gòu)更快的性能。 第二，使通信優(yōu)先的能力。VLAN的標志報文含在以太網(wǎng)的報文中，它定義了報文所屬的VLAN，并且基于IEEE 802.1q標準指定了一個優(yōu)先碼。,VLAN最大的缺點： 在于它們的費用和管理的復雜度。 VLAN交換機還是一種很新的技術(shù)，它只到最近才被標準化。 這種“前沿”技術(shù)有時候也會帶來其他的問題，而且這些問題只有在特定的產(chǎn)品發(fā)展成熟之后才可以解決。,VLAN交換機,VLAN交換機,VL

28、AN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,VLAN交換機,1GbE光纖,1GbE光纖,1GbE光纖,10/100以太網(wǎng),1GbE光纖,1000以太網(wǎng),VLAN 應(yīng)用（虛擬局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）,8.4 主干技術(shù),用于LAN中的許多高速技術(shù)，也經(jīng)常用在主干網(wǎng)絡(luò)中。 吉比特以太網(wǎng)技術(shù)是用于主干的最新技術(shù)。1GbE、10GbE和40GbE，當它們應(yīng)用于主干中時，通常是運行在光纖上，因為它們必須運行更長的距離。 ATM技術(shù)是一個最初為在MAN和WAN中使用而開發(fā)的技術(shù)，現(xiàn)在為在主干網(wǎng)絡(luò)中使用而進一

29、步完善。ATM技術(shù)仍在使用，但是正在慢慢被吉比特以太網(wǎng)技術(shù)所取代。,1.異步傳輸模式 異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)是一種最初為在WAN中使用而設(shè)計的技術(shù)，現(xiàn)在通常用于主干網(wǎng)絡(luò)中。 因為它已被標準化，所以將ATM主干網(wǎng)絡(luò)接入由如AT&T(美國電話電報公司)這樣的通信公司管理的ATM WAN是很容易的。 ATM技術(shù)有時被稱為信元中繼(cell relay)技術(shù)。 與以太網(wǎng)技術(shù)不同的是，ATM技術(shù)實際上是一種三層技術(shù)，其也將特定的一層和二層技術(shù)作為它的技術(shù)要求的一部分。,ATM技術(shù)與TCPIP技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)兼容，它將承載TCPIP以太網(wǎng)之間的通信，就

30、好像ATM技術(shù)是一種二層技術(shù)。 大多數(shù)主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員都將ATM看作是一種二層技術(shù)。該技術(shù)比較復雜，這也是為什么ATM技術(shù)不是很流行的一個原因。 ATM主干交換機提供了交換機間的以155Mbs(合計達310Mbs)或622Mbs(總計1.24Gbs)的速度進行傳送的點對點的全雙工線路。 最初的設(shè)計是在光纖上運行，但是ATM技術(shù)的一些版本可以運行在五e型的雙絞線上。,2. ATM與交換式以太網(wǎng)的不同 ATM是一種交換式網(wǎng)絡(luò)，在三個主要方面與交換式以太網(wǎng)的不同。 （1）ATM使用53字節(jié)（5字節(jié)的頭文件包括尋址和QoS信息，加上48字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)）固定長度的報文(即“信元”)。較小的固定長度的報文

31、使轉(zhuǎn)換更快，因為它很簡單，可以在硬件中進行處理，而且硬件轉(zhuǎn)換比軟件要快得多。 （2）ATM技術(shù)使用一種特殊類型的尋址方式，不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（如以太網(wǎng)協(xié)議)或者網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(如IP協(xié)議)。ATM技術(shù)不為硬件設(shè)備分配地址，而是給設(shè)備間的線路分配地址。,ATM技術(shù)在每臺發(fā)送機和接收機之間定義了一種虛擬信道virtual channel，VC) ，而且所有的報文都使用虛擬線路標識符作為地址。每個VC標識符都有兩個部分，一個信道號碼和此信道內(nèi)的一個電路號碼。 每個ATM交換機都包含一個VC表，列出那臺交換機已知的所有VC（與IP中的路由表類似）。給定的VC杯識只能在一臺交換機和下一臺交換機之間使用

32、。 當一個ATM報文到達交換機時，交換機將在它自己的VC表內(nèi)查找報文的VC標識符，以決定它應(yīng)該發(fā)送到哪里，以及當報文在外線路傳輸時，該使用哪一個VC標識符。,ATM 交換機A,4,3,2,1,ATM 交換機B,4,3,2,1,通過異步傳輸模式進行訪問和轉(zhuǎn)發(fā)的虛擬線路,（3）ATM技術(shù)的優(yōu)先傳輸協(xié)議是以QoS為基礎(chǔ)的。 根據(jù)QoS路由選擇和轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以定義不同類別的服務(wù)，每種都有不同的優(yōu)先權(quán)。 當網(wǎng)絡(luò)第一次建立的時候，每條虛擬線路都被指定了一種具體的服務(wù)。ATM定義了5種服務(wù)類別，使得網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)鬏斶M行優(yōu)先選擇。 例如，包含聲音傳輸線路比電子郵件傳輸?shù)木€路有更高的優(yōu)先權(quán)。 如果一個ATM交換機

33、已經(jīng)超載了，并且還從一個優(yōu)先級的線路中繼續(xù)收到信息，則將會把報文存儲起來直道下一次的傳輸；或者直接的拒絕請求，直到它有了足夠的容量。,ATM的5種服務(wù)類別,固定比特率(Constant bit rate，CBR，) 線路提供一種不變的、預(yù)先確定的數(shù)據(jù)速率。CBR最初是為支持聲音傳輸而設(shè)計的。 實時可變比特率(Variable bit rate-real time，VBR-RT) 線路中的數(shù)據(jù)傳輸速率是變化的，但是所有的接收信元一到達，就要立即被轉(zhuǎn)換，因為線路對應(yīng)尾端的設(shè)備正在等待傳輸，并希望接收及時。當今大部分的語音通信都使用VBR-RT，而不是CBR。 非實時可變比特率(Variable b

34、it rate-non real time，VBR-NRT) 線路中的數(shù)據(jù)傳輸速率是變化的，而且它的應(yīng)用在容許的延遲范圍之內(nèi)。 可用比特率（Available bit rate，ABR)線路可以接受傳輸速率和許多延遲的較大變化。ABR線路比VBA-NRT線路擁有更低的優(yōu)先權(quán)。 未指定比特率(Unspecified bit rate，UBR) 線路擁有沒有保證的數(shù)據(jù)速率，只有當容量可用時那些數(shù)據(jù)才是可以被傳送的。當網(wǎng)絡(luò)忙碌時，UBR報文是第一個被丟棄的。,3. ATM和傳統(tǒng)LAN ATM使用與傳統(tǒng)LAN完全不同類型的協(xié)議。它有一個53字節(jié)固定長度的面向連接的小報文(意味著設(shè)備在進行信息傳送前已經(jīng)

35、建立了一個虛擬的信道)。 以太網(wǎng)使用更大的可變長度的典型無連接的報文。 在一個連接有傳統(tǒng)以太網(wǎng)LAN的主干網(wǎng)中使用ATM技術(shù)，就必須做一些轉(zhuǎn)換使得LAN報文可以在ATM主干上進行傳送。主要有兩種方法： LAN仿真(LAN Emulation，LANE) ATM上的多協(xié)議(Multiprotocol over ATM，MPOA),（1）LAN仿真,在LAN仿真(LAN Emulation，LANE)方法中，來自LAN的數(shù)據(jù)鏈路層報文原封不動，它們被分成48字節(jié)的分塊并且被ATM報文所包圍，這個過程叫做封裝(encapsulation)。并且通過邊緣交換機(edge switch)來實現(xiàn)。 報文通

36、過ATM網(wǎng)絡(luò)進行傳送，并且在被傳輸?shù)浇K端LAN之前在另一端的邊緣交換機上進行重編。 ATM技術(shù)的使用對用戶來說是透明的，因為LANE保持了原始數(shù)據(jù)鏈路層報文不變，并且使用報文的數(shù)據(jù)鏈路層地址通過ATM網(wǎng)絡(luò)來傳送信息。,以太網(wǎng)交換機,以太網(wǎng)交換機,以太網(wǎng)交換機,以太網(wǎng)交換機,ATM 交換機,ATM邊緣 交換機,ATM邊緣 交換機,ATM封裝,（2）ATM上的多協(xié)議(Multiprotocol over ATM，MPOA) 是LANE的一個擴展。MPOA除了使用數(shù)據(jù)鏈路層地址之外，還使用網(wǎng)絡(luò)層地址(如IP地址)。如果報文的目的地在同一個子網(wǎng)中，則MPOA會用和LANE一樣的方式來使用數(shù)據(jù)鏈路層地址

37、。 如果報文被賦予到一個不同的子網(wǎng)絡(luò)的地址，MPOA將使用網(wǎng)絡(luò)層地址來傳送報文。 在ATM MPOA網(wǎng)絡(luò)中，提供了一系列的路由服務(wù)器(也稱為MPOA服務(wù)器)，它們提供的功能和TCPIP網(wǎng)絡(luò)中的DNS服務(wù)器的功能稍微有些類似：路由服務(wù)器將網(wǎng)絡(luò)層地址(如IP地址)轉(zhuǎn)換為ATM虛擬線路標識符。,6.5 最佳實踐主干設(shè)計,主干在新技術(shù)(如吉比特以太網(wǎng)技術(shù))和體系結(jié)構(gòu)（如折疊式主干、VLAN)方面發(fā)生了根本性變化。 10年前，最常見的主干體系結(jié)構(gòu)是路由式主干，與LAN中的一系列共享式10Base-T集線器相連。 專家曾經(jīng)預(yù)言ATM技術(shù)將成為一種首選的主干技術(shù)，而且有一個很好的機會使得ATM技術(shù)逐漸進入L

38、AN。然而，隨著吉比特以太網(wǎng)技術(shù)的到來，一切都不同了。,對主干設(shè)計的建議主要根據(jù) 數(shù)據(jù)速率和成本兩個方面考慮。 在主干網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中產(chǎn)生了兩個新的因素： 主干體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議間轉(zhuǎn)化的需要。,8.5.1 體系結(jié)構(gòu),在成本和性能方面，最有效的體系結(jié)構(gòu)是折疊式主干(使用機架裝配或底盤式交換機)，因為它以最低的成本提供最佳的性能。 VLAN緊隨其后，但是因為它們在這一點不太成熟，很多機構(gòu)寧愿繼續(xù)使用以往靠得住的技術(shù)。 當VLAN技術(shù)成熟時，更多的機構(gòu)將通過它們獲取經(jīng)驗。,8.5.2 有效數(shù)據(jù)速率,硬件層的有效數(shù)據(jù)速率是硬件層能夠預(yù)期提供的最大實際比特速率，并依賴于4個基本因素： 額定數(shù)據(jù)速率 錯誤率 數(shù)據(jù)

39、鏈路層協(xié)議效率 介質(zhì)訪問控制協(xié)議效率 假設(shè)不同技術(shù)間的錯誤率是相近的，因此我們的分析就集中于額定數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議效率、介質(zhì)訪問控制協(xié)議效率和轉(zhuǎn)換的影響幾個方面。,1數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議效率(Data Link Protocol Efficiency) ATM技術(shù)在每個53字節(jié)信元的頭文件上增加了5個字節(jié)。在這個信元的頂部，也必須要包括由如SONET（同步光纖網(wǎng)絡(luò)）這樣的物理層協(xié)議所增加的開頭位。它能提供大約87的效率。,2介質(zhì)訪問控制協(xié)議效率 因為ATM技術(shù)使用全雙工傳輸，所以它的介質(zhì)訪問控制協(xié)議效率幾乎達到100。 這意味著，一個提供了速率為155Mbs的線路的ATM網(wǎng)絡(luò)有能力在兩個方向同時

40、提供一個速度大約為135Mb/s的網(wǎng)絡(luò)，或者一個速度大約為270Mb/s的網(wǎng)絡(luò)。,8.5.3 協(xié)議間的轉(zhuǎn)化,ATM技術(shù)使用封裝來轉(zhuǎn)換報文，這意味著以太網(wǎng)報文可能被一系列的ATM單元所包圍，當報文到達主干中最后一個交換機時，ATM單元就會被移除。 封裝是一個快速的過程。然而，ATM技術(shù)必須使用它的虛擬信道來產(chǎn)生新的路由選擇信息。執(zhí)行這一項新的路由選擇是很花費時間的。 測試表明，這個地址轉(zhuǎn)換過程在任何地方的效率都以30-40%的幅度降低。 一個實際有效數(shù)據(jù)速率為155Mbs的ATM在用來連接以太網(wǎng)LAN時，在任何方向的有效數(shù)據(jù)速率大約只有80Mbs。,主干技術(shù)有效數(shù)據(jù)速率估計,8.5.4 建議,經(jīng)

41、過對有關(guān)成本和有效數(shù)據(jù)速率方面的權(quán)衡，有多種 最佳的實踐建議。 最好的實踐體系結(jié)構(gòu)是折疊式主干或VLAN。 主干技術(shù)的最佳實踐的建議是使用吉比特以太網(wǎng)技術(shù)，這也是ATM技術(shù)在過去的幾年中逐漸被淘汰的原因。 將LAN和主干環(huán)境合在一起考慮，理想的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計可能是二層和三層以太網(wǎng)交換機的混合體。,一個可能的設(shè)計圖: 訪問層(如LAN)使用運行在型號為五e或六的雙絞線上的100Base-T的二層以太網(wǎng)交換機。 分布層使用100Base-T或可能是1000Base-T/F（在光纖或型號為6，7的電纜上）的以太網(wǎng)交換機來連接到訪問層。 為提供更好的可靠性，一些機構(gòu)可能會提供冗余的交換機，因此，如果一臺交換

42、機出現(xiàn)故障，主干仍能繼續(xù)運行。 核心層使用以太網(wǎng)交換機在光纖上運行10GbE或40GbE。,建筑物,建筑物,建筑物,兩層交換機或三層交換機,兩層 交換機,三層 交換機,訪問層,分布層,核心層,最佳實踐網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,8.6 提高主干網(wǎng)絡(luò)性能,提高主干網(wǎng)絡(luò)性能的方法與提高LAN性能的方法類似。 找到瓶頸，然后解決它(或者，更確切地說，把瓶頸移到其他地方)。 可以通過提高網(wǎng)絡(luò)中的計算機和其他設(shè)備的性能，升級計算機之間的線路，改變網(wǎng)絡(luò)上的需求來提高網(wǎng)絡(luò)性能。,8.6.1 提高計算機和其他設(shè)備的性能,主干網(wǎng)絡(luò)中計算機和其他設(shè)備的主要功能是路由選擇和協(xié)議轉(zhuǎn)換。 如果設(shè)備和計算機變成瓶頸，則路由選擇的功能就要通

43、過更快的設(shè)備或更快的路由選擇協(xié)議來提高。 靜態(tài)路由選擇比動態(tài)路由選擇更快完成，但是在高通信量的情況下，這顯然會削弱電路的性能。,動態(tài)路由選擇通常用于WAN和MAN中，因為在這些網(wǎng)絡(luò)中有很多可能的路由。 主干網(wǎng)絡(luò)中通常只有幾個路由，因為動態(tài)路由選擇將會使過程延遲，而且會因為網(wǎng)絡(luò)中傳送的靜態(tài)報告而增加網(wǎng)絡(luò)通信量，所以它對主干網(wǎng)絡(luò)并沒有太大幫助。靜態(tài)路由選擇通?？梢院喕^程并提高性能。,以太網(wǎng)報文在ATM主干內(nèi)進行傳送前，需要進行封裝。這個額外的過程延緩了連接主干到它的附屬LAN上的過程。 在主干和LAN上使用相同的協(xié)議。如果你有以太網(wǎng)LAN，吉比特以太網(wǎng)主干可以簡化在連接設(shè)備上的處理過程。 大多數(shù)

44、主干設(shè)備都是存儲轉(zhuǎn)發(fā)式設(shè)備。一個提高性能的簡單方法就是確保它們有足夠的內(nèi)存。如果沒有，則設(shè)備將會丟失報文，并請求重新傳送。,提高主干網(wǎng)絡(luò)性能方法總結(jié),增加計算機和設(shè)備性能 改變?yōu)橐粋€更合適的路由選擇協(xié)議(靜態(tài)的或者動態(tài)的) 從同一廠家購買設(shè)備和軟件 減少不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換 增加設(shè)備的內(nèi)存 增加線路性能 升級到更快的線路 增加線路 減少網(wǎng)絡(luò)需求量 改變用戶操作 減少廣播信息,8.6.2 提高線路容量,如果網(wǎng)絡(luò)線路變成瓶頸，則有多個選擇。 增加整個線路容量(例如，從100Base-T以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換到吉比特以太網(wǎng))。 在大量使用的線路旁邊增加額外的線路，使得在一些設(shè)備之間有多條線路。 把共享式線路主干替

45、換成交換式線路主干(如把以太網(wǎng)替換成交換式以太網(wǎng))。 用更快的線路提供給服務(wù)器，這樣可以在很小的花費下達到提高性能的效果。如：交換式網(wǎng)絡(luò)以l00Mbs的速度提供給客戶機，1000Base-T提供給服務(wù)器。,8.6.3 減少網(wǎng)絡(luò)需求量,限制使用占用大量網(wǎng)絡(luò)容量的應(yīng)用軟件，如桌面視頻會議、醫(yī)學的透視顯像和多媒體。找到一個網(wǎng)絡(luò)上高需求量的應(yīng)用軟件并將它移除，會有很大的影響。 很多網(wǎng)絡(luò)需求問題都是由廣播信息所引起的，比如那些用來尋找數(shù)據(jù)鏈路層地址的信息。 廣播信息會消耗相當大的網(wǎng)絡(luò)帶寬。在很多情況下，廣播信息在它所在的LAN之外沒有什么價值。因此，可以對交換機、路由器進行一些設(shè)置來過濾這些廣播信息，使得它們不會傳送到其他的網(wǎng)絡(luò)。這樣就減少了網(wǎng)絡(luò)通信量，并且提高了性能。,本章小結(jié),1.網(wǎng)絡(luò)組件 一個主