智能变电站交换机及组网技术

1智能变电站交换机及组网方案2典型智能变电站结构3智能变电站概念•智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。•变电站智能化的基础是信息化–信息采集数字化–信息封装标准化–信息传输网络化–信息处理智能化4•学习目的–对智能变电站规程中相关网络技术概念和术语有所了解•学习内容–智能站网络拓扑结构–以太网的工作原理–交换机的工作原理–交换机的增强功能学习目的和内容56《智能变电站技术导则》7《智能变电站技术导则》89《智能变电站网络交换机技术规范》10《智能变电站网络交换机技术规范》11《智能变电站网络交换机技术规范》12《智能变电站网络交换机技术规范》13《智能变电站网络交换机技术规范》14《智能变电站网络交换机技术规范》15智能站网络拓扑结构•多台交换机的简单串接，易于布线•没有冗余能力，任一电缆/交换机的故障可能导致多个IED与站控级断开IEDIEDIEDIED总线形16智能站网络拓扑结构•最小延迟–从IED到IED之间只有三跳•没有冗余能力，但故障的影响面可能比总线型要小一些IEDIEDIEDIED星形17智能站网络拓扑结构•N+1网络冗余容错能力•采用RSTP自动重新组态IEDIEDIEDIED需要采用RSTP实现备用连接环形18智能站网络拓扑结构IEDIEDIEDIED冗余星形19智能站网络拓扑结构双倍的设备和线路双网结构—双星形20智能站网络拓扑结构双网结构—双环形21网络通信交换技术•交换（switching）–按照某种方式动态地分配传输线路的资源•电路交换交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA22网络通信交换技术•报文交换存储转发器BA存储转发器存储转发器存储转发器存储转发器23网络通信交换技术•分组交换路由器存储转发器路由器BA存储转发器存储转发器存储转发器存储转发器24网络通信交换技术•分组交换路由器存储转发器路由器BA存储转发器存储转发器存储转发器存储转发器存储转发器25网络通信交换技术•分组的称谓–数据包（Packet）：在网络层的称谓–数据帧（Frame）：在数据链路层的称谓26网络通信交换技术•以太网帧格式数据链路层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据包MAC地址为48位二进制数，例如：00-30-67-3F-9D-DF27以太网工作原理•CSMA/CD（载波监听多路接入/冲突检测）协议–一点发送，多点接收（广播方式）–发送规则：先听后说，边说边听–接收规则：接收目的地址是自己的帧和广播帧，其他帧则丢弃–冲突处理：采用退避算法–术语：广播域、冲突域28以太网工作原理集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线29交换机工作原理•交换机基本结构30交换机工作原理•结点A结点D–交换机接收到来自结点A的数据帧，解析出源地址和目标地址–在地址表中查找目的地址，若匹配，则将帧转发到对应的端口；若不匹配，则转发到所有端口–判断源地址是否在地址表中，不在的话，将源地址及其对应的端口号加入到地址表中31交换机工作原理•交换机中的地址表是怎样建立的？–自学习机制，使用接收帧的源地址•假如地址表已满，交换机如何处理接收到的新MAC帧？–不会将新的MAC加入到地址表中–智能电网交换机要求地址表长度大于4096个•针对交换机的溢出攻击是怎么回事？–攻击计算机向交换机发送大量的伪造MAC地址数据帧，导致交换机地址表溢出，这样交换机不能正常转发数据帧，而是将所有接收的帧以广播方式转发，攻击计算机就可截获整个网络中的数据帧，从中窃取私密数据（账号、密码等）。•交换机性能取决于哪些因素？–地址表的大小–地址匹配的速度–帧转发的方式和速度32交换机工作原理•转发方式–存储转发（Store-and-Forwardswitching）–直通转发（cut-throughswitching）–无碎片转发（segment-freeswitching）目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~150033交换机工作原理•帧类型–单播帧、广播帧、组播帧•广播帧–目的地址全为1的帧，即：FF-FF-FF-FF-FF-FF–交换机对接收到的广播帧转发到除源端口以外的所有端口•组播帧–目的地址为：01-00-5E-00-00-00~01-00-5E-7F-FF-FF–不支持组播的交换机将组播帧转发到除源端口以外的所有端口–支持组播的交换机则将组播帧转发到对应的一组端口•单播帧–具有有效目的MAC地址的帧–地址表中有对应的目的地址，则转发到对应的端口，否则转发到除源端口以外的所有端口34交换机的增强功能（VLAN）•VLAN（虚拟局域网）35交换机的增强功能（VLAN）•VLAN帧格式802.3MAC帧字节66246~15004MAC帧目地地址源地址长度/类型数据FCS802.1Q标记类型标记控制信息1000000100000000VID2字节2字节插入4字节的VLAN标记4用户优先级CFI36交换机的增强功能（VLAN）•VLAN划分的几种模式–静态VLAN•基于端口划分VLAN–动态VLAN•基于MAC地址划分VLAN•基于网络层协议划分VLAN•按策略划分VLAN•智能变电站中使用VLAN–使用VLAN技术，将局域网内的设备逻辑地划分成不同网段，广播风暴，提高数据传输的实时性（时延小）、正确性（不丢包）–使用VLAN帧中的优先级设置，可保证重要数据的优先传输37交换机的增强功能（STP）•生成树协议（STP，RSTP，MSTP）–自动阻塞某些端口，消除环路–当链路出现故障时，自动启用被阻塞端口，恢复数据链路38交换机的增强功能（端口聚合）•端口聚合（链路聚合）39交换机的增强功能（端口镜像）•端口镜像（portMirroring）–将一个或多个源端口的数据帧转发到某一个指定端口，指定端口称之为“镜像端口”或“目的端口”。•端口镜像的作用–在不影响源端口正常吞吐流量的情况下，可以通过镜像端口对网络的流量进行监控分析。在企业中用镜像功能，可以很好地对企业内部的网络数据进行监控管理，在网络出故障的时候，可以快速地定位故障。40