第3章高速局域网系统集成2015-3-16

1第3章高速局域网系统集成第3章高速局域网系统集成3.1网卡、集线器和交换机3.1.1网络接口卡3.1.2中继器和集线器3.1.3以太网交换机和交换式以太网3.1.4链路聚合和生成树协议3.1.5交换机产品及其主要技术指标3.1.6交换机安装与调试初步3.2虚拟局域网VLAN的系统方案设计3.2.1VLAN的概念3.2.2VLAN主干3.2.3VLAN网络的配置实例3.3三层交换机3.3.1第三层交换3.3.2三层交换机的原理与特点3.3.3三层交换机安装与调试初步3.4无线局域网技术3.4.1无线通信技术与应用特点3.4.2无线局域网（WLAN）工作原理及标准3.4.3无线局域网选型3.4.4WLAN的设备构成及典型应用3.4.5无线局域网的安全性3.5局域网方案设计3.5.1用户需求分析和设备选型3.5.2具体配置方案说明3.5.3方案特点3.1网卡.集线器和交换机3.1.1网络接口卡1.网卡:网络接口卡、又称网络适配器、简称网卡。作用:网卡将计算机和网络介质连接起来把计算机接入到网络1).网卡可以将计算机的并行数据---串行数据传送到缆线上。2).根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装与拆封并进行相应的差错校验和数据通信管理。2.网卡分类1).按带宽划分：10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应、1000Mbps、10000Mbps等网卡。2).按接口类型划分(传输介质类型)：粗缆接口（AUI）、细缆接口（BNC）、双绞线接口（RJ-45）、光纤(SC、ST）、无线、USB等网卡.3).按总线类型:可以将网卡分为、PCI网卡、PCMCIA网卡、USB网卡和无线网卡等几种。PCI总线网卡是目前网卡的主流产品。PCMCIA总线网卡是专用于笔记本的网卡。USB接口的网卡主要是一种外置式网卡，移动方便，支持热插拔。无线网卡使用电磁波进行数据通讯。4)根据网卡是否插在机箱内，可分为内置式网卡、外置式网卡。PCI总线网卡都是内置式的，USB接口的网卡是外置式。图3-26光纤网卡万兆网卡3.1.2中继器和集线器1.中继器:是连接各类网络线路的一种常用装置。原理如下：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。中继器是一种国际上通用的设备，广泛应用计算机网络、手机通讯设备、电信等各行各业当中。一般情况下,中继器的两端连接的是相同的媒体,但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定.以太网络标准中约定了一个以太网中继器按照5-4-3原则连接LAN。5-4-3原则是将5个网段用4个中继器连接，其中最多有3个网段可以挂接计算机终端。中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。中继器按照5-4-3原则连接LAN中继器1中继器4中继器3中继器2网段1网段2网段3网段4网段52.集线器(HUB--中心枢纽或多路交汇点)•集线器是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。•在局域网中集线器是工作站和服务器的连接设备。以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。如今的集线器普遍采用全双工模式，市场上常见的集线器传输速率普遍都为100Mbps或以上。集线器有多个用户端口：8口、16口、24、48等。（1）HUB的主要功能：*作为网络中的共享设备，或充当中继器的功能。*信号的再生放大和重定向。*碰撞检测和通告。•依据总线带宽的不同。HUB分为10M、100M、1000M和10/100M自适应；•若按照配置形式的不同可分为独立型，模块型和可堆叠型集线器；•根据管理方式可分为智能型（带有CPU，支持简单网络管理协议）和非智能型HUB（不支持网络管理，容易形成数据堵塞）两种；•按照安装时的场合，又可以分为机架式和桌面式的HUB。•目前使用的基本上是以上4种分类的组合。集线器类型①可级连式集线器可以将多个HUB进行级连，以扩大端口数量。如下图:级连即串连。多个HUB级连以后，传输速度会大大降低，一般最多只能级连4个HUB。虽然可以借助层层级联的方式来扩充网络，但是缺点是每级联一层，带宽会相对降低。②可堆叠式集线器用SCSI电缆将HUB背部的堆叠模块连通，所有堆叠的HUB是并连的，可视为同一级，各结点的网络速度也都相同。一般最多可堆叠8个HUB。这样的做法使各台HUB均处在同一管理层次。除了更适合网络的扩充之外，也相对降低了端口成本，另外，它放置的位置集中非常方便管理。堆叠端口•这种端口当然只有可堆栈集线器才具备的，它的作用也就是如集线器堆叠端口•一般来说一个可堆栈集线器中同时具有两个外观类似的端口：一个标注为“UP”，另一个就标注为“DOWN”，在连接时是用电缆从一个集线器的“UP”端口连接到另一个可堆集线器的“DOWN”端口上。以太网组网–多集线器级联结构1.适用环境计算机的数量超过单一集线器所能提供的端口数计算机位置比较分散2.集线器级联方式利用集线器的级联端口与另一台集线器的普通端口级联（需要直通UTP电缆）利用两个集线器上的普通端口级联（需要交叉UTP电缆）3.10Mb/s集线器和100Mb/s集线器不能相互级联平行式级联树形级联菊花链式堆叠和星型堆叠网络互连设备P8菊花链堆叠方式星型堆叠方式4智能集线器（intelligentHUB）•提供了集中管理功能，所连接的设备出现故障，可以容易地识别、诊断和修补。•有的集线器还有监视端口通信状态和冲突的指示灯,通过这些观察指示灯来了解设备的运行情况。•为不同设备提供灵活的传输速率。•除了上连到高速主干的端口外，还支持到桌面的10、10/100Mbps、100Mbps的速率•支持以太网、令牌环和FDDI。5交换式集线器（switchingHUB）提供了线路交换能力和网络分段能力的一种智能集线器。最大特点是其传输速度等于其连接的每个端口的传输速度之和。交换式集线器目前，集线器和交换机之间的界限已变得模糊。交换式集线器有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。使集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。普通HUB与交换HUB3.1.3以太网交换机和交换式以太网•20世纪90年代局域网交换机是一种第二层网络设备.•网络中的设备是通过交换机连接起来的网络，称为交换式以太网.•交换式以太网的每台设备独占带宽.第2层交换机工作在ISO/OSI模型中的数据链路层，基于MAC地址进行资料包转发。如下图地址表MAC地址端口学习逻辑学习逻辑端口接口端口接口数据转发逻辑3.1.3以太网交换机和交换式以太网1.交换机的主要特点所有端口平时都不连通。当工作站需要通信时，交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的工作站都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。通信完成后就断开连接。2.交换机的分类(1)根据应用的规模:桌面交换机、骨干交换机。(2)根据结构分类:固定端口交换机和模块化交换机。(3)协议层分类:第2层交换机、第3层交换机和第4层交换机(4)根据交换方式分类:直通式交换机、存储转发式交换机和无碎片直通式交换机。(5)按使用网络技术的不同LAN交换机可分为以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机和令牌环交换机等；影响网络交换机的性能参数模块化还是固定配置固定配置交换机，一般具有固定端口的配置，比如Cisco的Catalyst1900/2900交换机，3Com的SuperStackⅡ系列，Bay的BayStack350/450交换机等。固定配置交换机的可扩充性显然不如机箱式交换机，但是成本却要低得多。模块化交换机最大的特色就是具有很强的可扩展性，它能提供一系列扩展模块，诸如千兆以太网模块、FDDI模块、ATM模块、快速以太网模块、令牌环模块等等，所以能够将具有不同协议、不同拓扑结构的网络连接起来。它最大的缺点就是价格昂贵。机箱式交换机一般作为骨干交换机来使用。•企业骨干网--企业网络核心部分，由于这个核心部分需要对整个网络的数据进行处理和交换，所以选择的交换机性能一定要高。因而，足够高的性能也就成为衡量骨干交换机的一个基本指标。•骨干交换机具有多层的交换能力，多层实际上就是增加了三层交换的能力，普通的二层千兆交换机也具有多层交换能力，但它不具有三层交换能力。桌面交换机、骨干交换机大型企业骨干交换机D-LINKDES-7600DES-7600属于一款企业核心路由交换机，该交换机具有240Gbps的背板带宽，提供90Mpps的数据包转发率，提供448个快速以太网端口和4个千兆端口，拥有8个扩展模块插槽，提供IEEE802.3x流量控制功能，IEEE802.3ad链路汇聚功能，内置防火墙，支持IP包过滤，具有完善的Qos服务机制，支持VLAN等多种功能，采用多种方式进行管理。•交换机的物理特性–物理尺寸：•宽度：48.26cm（19in）或58.42（23in）•高度：1U=4.445cm千兆桌面交换机美国网件GS105美国网件GS105是一款桌面型的千兆交换机，该交换机性能非常突出，适合于对网络带宽要求高的用户使用，例如服务器和工作站等。该交换机提供了5个千兆LAN口，具有10Gbps的交换容量和快速以太网线速值的数据包转发率，提供了对VLAN等功能的支持。模块化交换机则拥有开放性的插槽，在网络规模增大时可以通过向空闲插槽添加相应的网络模块来提高网络的接入容量。3.交换转发方式（1）直通转发-Cutthrough:直通方式接收到数据包前14个字节后，以连续数据流方式将它转发到目标端口。这种方式传输延迟最小，但由于以连续数据流发送，故无法在不同速率的源和目标端口之间进行转发,但容易出现丢包现象；它可以检查CRC校验位。（2）存储转发Store＆Forward存储转发方式先暂存数据包，检查其CRC校验，如果数据没错，则转发，否则丢弃。这种方式消除了错误在网络上的蔓延，但增加了交换的延迟时间。其暂存机制使交换机能够以不同的接收的速率进行发送，例如向1000Mbps端口转发100Mbps端口传来的数据包。克服了丢包现象，但降低了交换速度；（3）碎片隔离式FragmentFree:这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案。它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节(512bit),如果小于64字节,说明是假包(或称残帧),则丢弃该包;如果大于64字节,则发送该包。Port1Port2Portn……Port3data交换处理模块datadata64Byte=Frame以太网交换机与以太网集线器的区别是：（1）数据转发给哪个端口，交换机基于MAC地址作出决定，集线器根本不做决定，而是将数据转发给所有端口。数据在交换机内部可以采用独立路径，在集线器中所有的数据都可以在所有的路径上流动。（2）集线器所有端口共享一个带宽，交换机每个端口有自己独立的带宽，互不影响。（3）集线器所有端口均是同一个冲突域，而交换机每个端口下是一个独立的冲突域。•端口密度一台交换机上可用的端口数。在空间和电源接口有限的情况下，较高的端口密度可以更有效地利用资源。•两台24口交换机最多可以支持46台设备，需要2个电源插座。•一台48口交换机则可支持47台设备，只需要1个电源插座。•转发速率交换机每秒能够处理的数据量。最佳情况是交换机的转发速率可以支持其所有端口之间实现全线速的通信。•三层功能汇聚层和核心层需要具有三层功能的交换机。分层网络对交换机功能的要求•接入层交换机的功能支持端口安全功能、VLAN和链路聚合等功能。•汇聚层交换机的功能具有第三层的功能，支持安全策略、链路聚合，具有一定的冗余和较高的转发速率。•核心层交换机的功能具有第三层的功能并且支持动态路由选择协议，支持链路聚合，并且需要高度的冗余和极高的转发速率。3.1.4生成树协议和链路聚合1.生成树协议(Spanning-Tr