网络系统集成与工程设计：局域网技术与系统集成 4.1 以太网技术概述 以太网技术发展 1973年， 2.98Mbps ，Xerox 1980 年，10Mbps， Xerox 、Digital和Intel 1983年，以太网技术（802.3）、令牌总线（802.4）、令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准 1995年，802.3u快速以太网标准 1998年，802.3z千兆以太网标准 2002年，IEEE通过了802.3ae万兆以太网标准 交换机具备两个基本的功能： 基于MAC地址建立和维护交换表 类似于网桥表 将数据帧交换到连接到目的地的接口 交换机和网桥的区别 交换机的运行速度较快 通过微分段技术，交换机有创建虚拟局域网 VLANs 的能力 网桥中的数据交换通过软件实现；交换机则采用硬件来实现数据交换 叫做“交换结构” “switch fabric” 每个交换机增加21us的延迟 通过采用不同的交换方法会降低延迟 与存储-转发方法不同，交换机使用直通 cut-through 方式进行数据交换，即当交换机接收并读取到数据帧的目的MAC地址就开始转发数据帧 交换机动态的学习MAC地址并将它存在内容可寻址内存 CAMcontent-addressable memory 每次交换机接收到一个数据帧后，向交换表中存放一个地址项，并且在该项上加上时间戳 当CAM中已有的相关地址的每个数据帧到达后，表中地址相关的项的时间戳将被更新 当地址的时间戳过期后，该项将从表中删除 上述更新办法将使得交换表维持在一个较小的规模 地址学习 地址学习 地址学习 性能价格比较高；交换机仅比集线器贵3到5倍 可以创建虚拟线路 管理网络方面更加有弹性 减少冲突的数量 与802.3布线系统兼容 均衡交换提供在相同带宽端口之间的交换连接 10/10 Mbps或100/100 Mbps 在存取其他网段的服务器时会出现瓶颈 非均衡交换 定义不同带宽端口之间的交换 在非均衡交换情况中，当服务器连接到大带宽端口时，出现服务器瓶颈的可能性大大降低了 100 Mbps 非均衡交换需要交换机具有存储缓冲区 定义 在交换机中的内存区段，用来临时存放数据，这些数据最终将被交换到目的端口传输出去 两种类型 基于端口的内存缓冲 每个端口都有一个缓存区，在缓存区中有一个缓存数据队列 缓存数据存放在每个端口的缓存区队列中 队列中的每个缓存数据将按队列的先后次序进行转发 共享存储缓存 所有的端口共享共同的内存缓冲区 每个端口的缓存区的大小根据需要进行动态分配 在不改变数据报存放位置的情况下，可以在一个端口接收数据报的同时在另一个端口发送数据报 存储-转发 交换机接受整个数据帧，在转发到目的地之前，计算并校验数据帧末尾的CRC值 直通 Cut-through 快速转发交换在接受并读取了数据帧的目的MAC地址后就开始转发数据帧 优点：降低延迟 缺点：会转发错误数据 万兆以太网技术提供更加丰富的带宽和处理能力，能够有效地节约用户在链路上的投资，并保持以太网一贯的兼容性、简单易用和升级容易的特点。由于万兆以太网尚处于发展初期，还存在着一些问题和不足。首先，在价格方面，目前一个10GE端口的价格是GE端口的100倍左右，尤其是在带宽得不到充分利用的情况下，会造成投资的极大浪费。其次，万兆以太网继承了以太网一贯的弱QoS特点，如何进行有保障的区分业务承载的问题仍然没有解决，弹性分组环RPR、多协议标签交换MPLS等特性的支持尚不成熟。第三，10GE要求设备具有强大的处理能力，而目前业界有些厂商推出的10GE端口并达不到真正的线速处理，带宽优势大打折扣。 针对上述问题以及目前网络带宽需求不太迫切的现状，建议网络建设应侧重业务和性价比，网络核心仍采用2.5GPOS接口或GE Trunk方式，当万兆以太网在技术和成本方面得到重大进步之后，再平滑升级至万兆。 目前，城域网的问题不是缺少带宽，而是如何将城域网建设成为可管理、可运营并且可盈利的网络。所以，10Gbps以太网技术的应用将取决于宽带业务的开展。只有广泛开展宽带业务，如视频组播、高清晰度电视和实时游戏等，才能促使10Gbps以太网技术广泛应用，推动网络健康有序发展。 现有的共享局域网配置 LAN和VLAN的区别 跨越主干网络的VLAN 在VLAN中的路由器的角色 在VLAN中的数据帧的使用状况 帧标记，端口、VLAN和广播 基于端口VLAN的优点 静态VLAN，动态VLAN VLAN使得网络改变更加容易 VLAN控制广播与增加安全性 VLAN设计案例 在传统的共享LAN环境中. 用户根据他们所接入的交换机物理地进行了分组 路由器将LAN进行了分段，并起到了LAN中的广播防火墙的作用 在VLAN环境中. 可以按照功能、部门或使用的应用等因素来进行逻辑地分组 通过软件完成配置 VLAN可以对不同子网中的用户进行逻辑分段处理 将他们置于一个广播域中 广播帧将被而且仅被交换到具有相同VLAN ID的交换机或交换机端口 用户通过软件可以按照如下的因素（或参数）被逻辑地分组 端口号 MAC地址 使用的协议 使用的应用（或应用程序） VLANs. 工作在数据链路层和网络层 控制网络广播 可以由网络管理员对用户进行网络分配 提供相对严谨的网络安全。请思考其原因？ VLAN支持通过主干网络的数据传输，这些主干网络由路由器和交换机连接 主干网络是用来进行VLAN间通讯的区域 主干网络是高速的连接，一般大于等于100Mbps 路由器提供不同VLAN间的互联 例如，VLAN1和VLAN2 在交换机中，用户被分隔在不同的网段中无法相互通讯 VLAN的特点 因此，需要一个路由器来连接着两个网段 交换机利用数据帧中的地址数据进行过滤和转发的计算 这里使用了两种技术 帧过滤检查每个数据帧的详细信息 MAC地址或网络层协议类型 帧标记 Frame Tagging 在向网络主干转发的每个数据帧的头部放入一个唯一的标示 实现VLAN的三种方式 基于端口 静态 动态 每个可交换的端口都可以被分配到一个VLAN中 端口不具有相同的VLAN，则不在一个广播域中 端口具有相同的VLAN ，则处在一个广播域中 相同VLAN的所有节点连接在相同的路由器接口上 管理更加容易. 由路由器端口来分配用户 VLAN更加容易管理 增加了网络的安全性 数据帧不会泄露到网络中的其他区域中 定义 静态VLAN是指交换机上的端口被人工的设定为VLAN的成员的 优点 可以利用端口、地址和协议类型进行分配 安全、容易被配置和监控 适合用在网络成员较少移动的情况下 定义 交换机的端口自动的决定用户所属的VLAN，使用如下参数的一个或多个： MAC地址 逻辑地址 协议类型 当一个工作站连接到一个未分配的端口时，交换机检查自身的信息表，并动态的将该端口分配到正确的VLAN中 优点 当用户增加和移动时，管理性的工作较少 预先做好了 集中控制网络和管理未经许可的用户 移动的用户 在一个网络中每年大约有20%到40%的节点由于工作原因需要变动 占用网络管理员相当的工作量（重复性工作） 管理网络工作中的耗资最大的部分，因为移动需要. 重新布线 重新分配地址和配置网络 VLAN提供了控制这些费用的方法；只要一个用户一直属于一个VLAN. 简单地将新的交换机端口配置到该VLAN中 路由器的配置无需改变 路由器在控制广播方面非常有效 VLAN将扩展路由器控制广播方面的功能 越小的VLAN，越少的用户被广播所影响 共享LAN是易于被入侵的.只需要简单的接入任何一个共享的集线器 VLAN增加了安全性. 严格控制了VLAN中的用户数量 将防止未经认证的用户访问网络 可以将所有未用的端口配置为“Disabled”状态 控制存取的方法还有 地址 应用类型 协议类型 代替Hub和网络分段 非智能集线器上所有端口分配为一个VLAN. 交换机的性能价格比远远优于集线器 右图中，在扩展星形网络拓扑中，使用具备VLAN的交换机代替中心节点的集线器后，整个网络从一个共享网段被划分成6个网段 多层交换（MLS，Multilayer Switching）为交换机提供基于硬件的第三层高性能交换。它采用先进的专用集成电路（ASIC，Application Specific Integrated Circuit）交换部件完成子网间的IP包交换，可以大大减轻路由器在处理数据包时所引起的过高时间延迟。 交换机列表支持方式（Table Maintenance）。这种方式的工作步骤是：当客户机第一次在网络上广播其存在时，交换机就在自己内置的地址列表中将客户机的MAC地址或交换机的端口号与所属虚拟网一一对应起来。并不断的向其他交换机广播。如果客户机的虚拟网成员身分改变了，交换机中的地址列表将由网络管理员在控制台上手动修改。然而，随着网络规模的扩充，大量用来升级交换机地址列表的广播信息将导致主干网路上的拥塞。因此，这种方式并不太普及。 帧标签方式（Frame Tagging）。在这种形式下，每个数据包都在包头位置插入了一个标签以显示该数据帧属于哪个虚拟网。不同厂家的标签长度是不一样的。有时，一个数据包加上标签后的长度甚至超过了网络设备所能处理的极限。另一个问题是，数据包加上标签后使网络负载加重了。 TDM方式（Time Division Multiplexing，时分复用）。TDM在虚拟网上的实现方式与它在广域网上的实现方式非常类似。在这里，每个虚拟网都将拥有自己的网络通路。这样，在一定程度上避免了前两者方式中所遇到的问题。但另一方面，属于某一个虚拟网的时间片断只能被该虚拟网的成员使用。所以，仍然有很多带宽被浪费了。现在，非常流行的ATM网络也允许内部的两个交换机之间交换虚拟网信息。与上述三种方式都不同的是，ATM使用一种被称作LANE（LAN Emulation，局域网仿真）的技术来实现这项功能。 冗余连接-提高网络链路的可靠性 链路聚合-消除交换机间的带宽瓶颈 堆叠 -增加交换机端口的密度 上连 -扩张网络覆盖的范围 4.6 交换机的性能与选型 （1）机架插槽数。 （2）扩展槽数。 （4）端口密度。 （5）1000Mbps以太网端口数。 （6）支持的网络类型。 （7）全双工（Full Duplex）。 （8）高速端口集成 （9）缓冲区大小 （10）最大MAC地址表大小 （11）最大电源数 交换机选型基本原则 （1）品牌选择。 （2）扩展性考虑。 （3）“量体裁衣”策略。 （4）性价比高、质量可靠。 核心网络骨干交换机是宽带网的核心，应具备： （1）高性能，高速率。 （2）便于升级和扩展。 （3）高可靠性。 （4）强大的网络控制能力，提供QoS（服务质量）和网络安全，支持RADIUS、TACACS+等认证机制。 （5）良好的可管理性，支持通用网管协议，如SNMP、RMON、RMON2等。 汇聚和接入层交换机选型要求 （1）灵活性。提供多种固定端口数量，可堆叠、易扩展。 （2）高性能。作为大中型网络的二级交换设备，应支持1000Mbps高速上连（最好支持链路聚合FEC/GEC），以及同级设备堆叠。当然还要注意与核心交换机品牌的一致性。如果用作小型网络的中心交换机，要求具有较高背板带宽和三层交换能力。 （3）在满足技术性能要求的基础上，最好价格便宜，使用方便，即插即用，配置简单。 （4）具备一定的网络服务质量和控制能力（802.1x）以及端到端的QoS（服务质量）。 （5）如果用于跨地区企业分支部门通过公网进行远程上连的交换机，还应支持虚拟专网VPN标准协议。 （6）支持多级别网络管理。 无线局域网： 概述 协议标准（IEEE802.11、蓝牙技术、HomeRF） 特点 不足与发展前景 无线因特网 介绍 技术简介 WAP协议 J2ME 无线局域网是以无线方式、或无线与有线相结合的方式