网络构建-第2单元

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1、课程内容构造第2单元 组建中型网络2.1 项目一 多办公区之间的网络连接2.1.1 互换机之间的级联技术互换机是局域网络的核心，它连接网络中所有的工作设备，如服务器、工作站、PC机、笔记本电脑、路由器、防火墙、网络打印机等，构成互联互通的星形网络。网络规模扩展后来，构建一种中型局域网络，网络中互换机的数量一般不只是一种，网络中顾客数有上百个，甚至上千个，就必须需要使用更多的互换机来连接。网络中互换机和互换机之间的连接方式有级联技术和堆叠技术之分。级联技术和堆叠技术分属于二种不同的网络连接技术，它们的应用范畴也有很大的区别。1、互换机级联技术所谓级联，是指使用一般的网线，将互换机一般端口（如RJ

2、-45端口）连接在一起，实现互相之间的通讯，使用级联技术连接网络，一方面解决了单互换机端口数局限性的问题，此外方面就是迅速延伸网络直径，解决离机房较远距离的客户端和网络设备的连接。需要注意的是，互换机也不能无限制地级联下去，超过一定数量的互换机进行级联，最后会引起广播风暴，导致网络性能严重下降。并且还由于线路过长，一方面信号在线路上的衰减也较多，另一方面，下级互换机是通过共享上级互换机的一种端口可用带宽，层次越多，最后的客户端可用带宽也就越低，这样对网络的连接性能影响非常大。从实用的角度来看，建议最多部署三级互换机级连：核心互换机-汇聚互换机-接入互换机。2、级联端口区别级联又分为如下两种：使

3、用一般端口级联和使用级联端口的级联方式。R 使用Uplink端口级联有些互换机配有专门的级联（UpLink）端口是专门用于与其她互换机连接的端口，通过UpLink口使得互换机之间的连接变得更加简朴。UpLink端口是专门为上行连接提供的，通过直通线将该端口，连接至其她互换机上除“Uplink端口”外的任意端口，这种连接方式跟计算机与互换机之间的连接完全相似。R 使用一般端口级联一般端口就是通过互换机的RJ-45以太端口进行连接。如果互换机没有提供专门的级联Uplink端口，只能使用交叉线，将两台互换机的一般端口连接在一起，扩展网络端口数量， 2.1.2 互换机的堆叠1、互换机堆叠技术简朴局域网

4、使用固定24或48端口100M互换机，由于其配备简朴、成本低，得到广泛使用。当网络规模不断提高时，需要高密度的端口时，固定端口的互换机可扩展性受到极大挑战，可管理互换机的堆叠技术则解决了这一问题，将几台互换机通过专用的堆叠模块，使用专用的堆叠线缆相连，可以成倍地提高网络接入端口密度和端口带宽。由于堆叠是把互换机的背板带宽通过专用模块汇集在一起，这样堆叠互换机的总背板带宽就是几台堆叠互换机的背板带宽之和，堆叠互换机组可视为一种整体的互换机进行管理，从而满足了大型网络对端口的数量规定。互换机堆叠是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台互换机的“UP”堆叠端口直接连接到另一台互换机的“DOWN”堆叠

5、端口，以实现单台互换机端口数的扩大。一般互换机可以堆叠48台，在大型网络中对端口需求比较大的状况下，互换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式，同步堆叠后的带宽是单一互换机端口速率的几十倍。需要注意的是：R 并不是所有的互换机都支持堆叠的，这取决于互换机的品牌、型号与否支持堆叠；并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块。R 采用堆叠的互换机要受到种类和互相距离的限制。一方面实现堆叠的互换机必须是支持堆叠的；此外由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都在1M左右，故只能在很近的距离内使用堆叠功能；R 最后还要注意同一堆叠中的互换机必须是同一品牌。目前流行的堆叠模式重要有两种：菊花链模式和星型模式。2、菊花

6、链式堆叠菊花链式堆叠是一种基于级联构造的堆叠技术，通过堆叠接口或模块首尾相连对互换机硬件上没有特殊的规定，但就互换效率来说，同互换机级联模式处在同一层次。菊花链式堆叠形成的环路可以在一定限度上实现冗余。堆叠连接时，每台互换机均有两个堆叠接口，通过随机附带的堆叠电缆和相邻的互换机堆叠接口相连。如果要实现链路冗余，可将最后一台互换机的另一种堆叠接口与第一台互换机的另一种堆叠接口连接，从而形成环路，环路可以在一定限度上实现冗余，但也带来广播风暴。菊花链式构造由于需要排除环路所带来的广播风暴，在正常状况下，环路中的某一台互换机达到主互换机只能通过一种高速端口进行，需要通过所有上游互换机来进行互换。菊花

7、链式堆叠是一类简化的堆叠技术，重要是一种提供集中管理的扩展端口技术，对于多互换机之间的转发效率并没有提高，需要硬件提供更多的高速端口。菊花链式堆叠的层数一般不应超过四层，在堆叠层数较多时，堆叠端口会成为严重的系统瓶颈。3、星型堆叠星型堆叠技术是一种高档堆叠技术，对互换机而言，需要提供一种独立的或者集成的高速互换中心（堆叠中心），所有的堆叠主机通过专用的高速堆叠端口，也可以是通用的高速端口，上行到统一的堆叠中心。堆叠中心一般是一种基于专用ASIC的硬件互换单元，根据其互换容量，带宽一般在1032G之间，其ASIC互换容量限制了堆叠的层数。星型堆叠需要一种主互换机，其他是从互换机，每台从互换机都通

8、过堆叠接口或模块与主互换机相连，这种方式规定主互换机的互换容量（背板带宽）要比从互换机的要大星型堆叠技术中所有的堆叠构成员互换机，达到堆叠中心互换机的级数缩小到一级，任何两个端节点之间的转发，只需要通过三次互换，与菊花链式构造相比，它可以明显地提高堆叠成员之间数据的转发速率，同步还提供统一的管理模式，一组互换机在网络管理中，可以作为单一的节点浮现。 星型堆叠模式克服了菊花链式堆叠模式，多层次转发时的高时延影响，但需要提供高带宽堆叠中心，成本较高，并且堆叠中心接口一般不具有通用性，无论是堆叠中心还是成员互换机的堆叠端口，都不能用来连接其她网络设备。使用高可靠、高性能的堆叠中心芯片是星型堆叠的核心

9、。一般的堆叠电缆带宽都在2G-2.5G之间（双向），堆叠电缆长度一般不能超过2m，因此星型堆叠模式下，所有的互换机需要局限在一种机架之内。2.1.3 互换机之间的链路聚合1、聚合链路技术链路聚合技术就是将互换机的多种端口在物理上分别连接，在逻辑上通过技术捆绑在一起，形成一种拥有较大带宽的复合主干链路，聚合链路还可以实现均衡负载，并提供冗余链路网络效果。在局域网建设中，由于网络中数据通信量的迅速增长，既有的百兆位、千兆位带宽，对于局域网许多网络服务连接来说，网络的带宽远远不够。于是浮现了将多条物理链路，当作一条逻辑链路使用的聚合链路技术，网络通信由聚合到逻辑链路中的所有物理链路来共同承当。聚合链

10、路是在可管理互换机上实现的一种技术，它把两台互相连接的互换机之间两条以上的链路，虚拟成为一条复合链路来传播信息。聚合在一起的链路，可以在单一逻辑链路上，组合使用上述传播速度，使顾客在互换机之间，获得一条千兆传播速度的选择，以承当得起的方式逐渐增长网络传播带宽。2、聚合链路特点组合在一起的聚合链路端口，可以作为单一连接端口来使用，提供单一连接带宽，聚合链路一般用来连接一种或多种带宽需求大的设备，如连接骨干网络的服务器或服务器群，网络传播流被动态地分布到各个端口。聚合链路的另一种重要长处是可靠性。聚合链路技术在点到点链路上提供了固有的、自动的冗余性。如果链路使用的多种端口中的一种浮现故障，网络传播

11、的数据流，可以动态地转向链路中其她正常的端口进行传播，自动地完毕了对实际流经某个端口的数据的管理。聚合链路技术只能在100Mbit/s以上的链路上实现，并且各品牌设备对聚合链路的支持能力不尽相似，大部分互换机都支持最多4-8条平行链路的聚合链路，但有少数互换机支持更多链路的聚合；有的互换机只能把相邻端口设为一组聚合端口，而有的互换机则可以把任意端口设为一组聚合端口。2.1.4 互换机之间的冗余链路1、冗余链路在骨干网设备连接中，单一链路的连接很容易，但一种简朴的故障就会导致网络的中断。因此在实际网络组建的过程中，为了保持网络的稳定性，在多台互换机构成的网络环境中，一般都使用某些备份连接，以提高

12、网络的健全性、稳定性。这里的备份连接也叫备份链路、或者冗余链路。备份链路之间的互换机之间常常互相连接，形成一种环路，通过环路可以在一定限度上实现冗余 。链路的冗余备份能为网络带来健全性，稳定性和可靠性等好处，但是备份链路会使网络存在环路，环路问题是备份链路所面临的最为严重的问题，互换机之间的环路将导致网络新问题的发生。R 广播风暴R 多帧复制R 地址表的不稳定广播风暴互换机采用了按信息中携带的MAC 地址，实目前不同端口之间转发数据，每一种端口通过辨认来源于每个端口的 MAC， 学习生成地址表，互换机后来按照信息帧中携带的地址信息，根据生成地址表信息，把信息转发到不同端口，从而完毕通信。由于互

13、换机依赖网络设备的MAC 地址和端口的地址相应表，进行数据的转发。若收到目的地址未知的数据帧，只能运用广播的形式来寻址，把收到的信息转发到所有的端口上，如果互相连接成环路的互换机之间都互相广播，其后果就是在一种环形网络中导致大量的数据在反复传播，即“广播风暴”，从而导致网络的瘫痪。多帧复制网络中如果存在环路，目的主机也许会从不同的端口，收到某个数据帧的多种副本，此时会导致互换机在解决这些数据帧时无从选择，产生困惑：究竟该如何解决哪个帧呢？严重时会导致网络连接的中断。MAC地址表的不稳定当互换机连接不同网段时，将会浮现通过不同端口收到来自同一种广播帧的多种副本的状况。这一过程也会同步导致MAC地

14、址表的多次刷新。这种持续的更新、刷新过程会严重消耗内存资源，影响互换机的互换机的互换能力，同步减少整个网络的运营效率。严重时，将耗尽整个网络的资源，并最后导致网络的瘫痪。2、生成树合同为理解决互换机冗余环路带来的“广播风暴”问题，互换机上启动生成树合同避免此类现象的发生。生成树的工作方式犹如生成一棵树，建立无环路连接。生成树合同(STP)通过软件合同，通过判断网络中存在环路地方，临时阻断冗余链路来实现，等主干链路浮现故障时，临时阻塞的链路立即恢复工作。通过这种方式，它保证到每个目的地数据帧，都只有唯一途径，不会产生环路，从而达到管理冗余链路的目的。2.2 项目二 部门间网络的安全隔离2.2.1

15、 IP地址知识：子网地址1、划分子网 (subnetting)一种大的网络中所有的设备，都处在一种广播域中，随着设备的增多，网络的干扰也会越来越大，以B类网络为例：一种B类网络，如果不进行网络细分，整个网络中将有65534台主机，这样大量的设备存在，既不便于管理，并且网络中大量的广播信息，将会导致网络效率下降，甚至网络瘫痪，为了合理配备系统，减少资源挥霍，人们常常把一种大的网络，缩小为若干小的网络，把网络中的设备之间，互相广播范畴尽量减少在本地发生，这种把一种大的网络划分变小的过程叫子网划分。2、子网划分的长处具体来说子网划分的长处表目前：R 减少网络流量，将本来同处在在同一网段上的主机提成不

16、同的网络段，同步也将本来的一种广播域划提成若干个小的广播域 ；R 提高网络性能 ；R 简化管理；R 易于扩大地理范畴。3、划分子网的措施网络地址是由网络部分和主机部分构成，将一种网络划分为子网：一般采用借位的方式，从主机位最高位开始借位，把主机位变为子网位：即本来的主机地址为升级为网络，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的构造分为三部分：网络位、子网位和主机位。4、子网掩码引入子网概念后，网络位加上子网位，才干唯一地标记一种网络。为了较好区别网络地址的构造，把所有的网络位用1来标记，主机位用0来标记，就得到了子网掩码。子网掩码是为了迅速拟定IP地址，哪部分代表网络号，哪部分代表主机号，以

17、及判断两个IP地址与否属于同一网络。子网掩码给出了整个IP地址的位模式，其中用1代表网络部分，0代表IP主机号部分，表达措施上也采用点式十进制表达，用它来协助拟定IP地址网络号在哪结束，主机号在哪开始。5、拟定子网掩码措施 子网掩码的位数，决定于也许的子网数目和每个子网的主机数目。在求子网掩码之前，必须先弄清晰要划分子网数目，以及每个子网内的所需主机数目，定义子网掩码的环节为： 1) 将子网数转化为二进制来表达2) 计算该二进制的位数，为 N3) 获得该IP地址的子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置 1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。如欲将B类IP地址168.195.0.0划提成27个

18、子网：1) 27=110112) 该二进制为五位数，N = 53) 将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到255.255.248.0，即为划提成 27个子网的B类。2.2.2 网络分段技术：划分部门间的网络1、网络分段由于局域网传播使用的是共享媒体技术，当越来越多的设备争用共享的带宽时，就产生了冲突，冲突的产生更减少了以太网的传播速度。显而易见的解决措施是：限制以太网传播线上的连接的计算机数量，需要对网络进行物理分段 。2、局域网分段波及技术R 广播域广播域是局域网中设备之间发送广播帧的区域，即一台计算机发送广播帧的最远范畴。如果一种局域网络连接的设备增多，广播

19、的范畴将变得过大，广播流量所占的比例也加大，就有也许发生网络性能上问题。广播存在于所有的局域网中，如果不对它们进行合适的控制，便会充斥于整个网络，产生大量的网络通信流量。广播不仅消耗掉带宽，并且还会减少顾客计算机的解决效率。R 冲突域在局域网中，各台计算机为接入网络而互相争用传播通道，由于在一种局域网中所有的设备，都连接在一种共享的物理介质上，由于二个连入网络的设备同步向介质发送数据时，就会发生冲突。冲突发生后极大地延缓了数据的发送，减少了设备的吞吐量。并且连接到冲突域中的设备越多，冲突发生的也许性就越大，其成果就是减少了冲突域中每个设备的带宽和性能。3、局域网分段提高性能局域网分段可以在数据

20、传播过程中，将局域网划提成更小的网段，从而将本地通信限制在本地发生，保证了局域网的性能和可扩展性。由于在更小的冲突域中，争用共享带宽的设备会变得更少，因此增长了设备可以使用的带宽。2.2.3 虚拟局域网技术1、虚拟局域网VLAN技术互换机提供了将大的冲突范畴划分为小冲突域的技术：虚拟的局域网。虚拟局域网（Virtual Local Area Network）是在一种物理网络上划分出来的逻辑网络。网络中的每台主机，连接在一台互换机端口上，并属于一种VLAN，相称于一种小的网络，相应于OSI模型的第二层。2、VLAN内部设备的通信VLAN有着和一般物理网络同样的属性，除了没有物理位置的限制，它和一

21、般局域网同样，单播、广播帧在一种VLAN内转发、扩散，而不会直接进入其她的VLAN之中。同一种VLAN中的成员都共享广播，形成一种广播域，而不同VLAN之间广播信息是互相隔离的。3、VLAN之间通信虚拟局域网和一般局域网同样，第二层的单播、广播帧在一种VLAN内转发、扩散，而不会直接进入其她的VLAN之中。如果一种端口所连接的主机，想要同和它不在同一种VLAN的主机通讯，则必须使用第三层的设备：也就是需要使用IP地址来进行通信，这就意味着不同VLAN中的设备之间通信，需要通过一种路由器或者三层互换机来实现转发4、VLAN的优越性 1、增长了网络连接的灵活性。2、控制网络上的广播。3、增长网络的

22、安全性。 5、基于端口划分的VLANU措施，可以用的带宽，这是的冲突域，从而其她物理网段的信息。所基于互换机的端口技术，是划分VLAN多种技术中最常用的一种VLAN划分措施，应用也最为广泛，目前绝大多数支持VLAN合同的互换机，都提供这种VLAN配备措施。这种划分VLAN的措施，它是将互换机上的物理端口，划分到若干个组中，每个组构成一种虚拟网VLAN。2.2.4 部门间网络的隔离：虚拟局域网干道技术互换机的端口在默认状况下，所有端口的功能都是相似的，但在进行连接设备的时候，会根据连接设备对象的不同，划分VLAN的互换机端口，将根据转发信息帧功能的不同，分为Access模式和Trunk模式二种类

23、型。1、Access端口模式如果互换机的端口连接的是终端计算机或服务器，则该端口类型一般指定为Access模式。Access模式意为接入设备模式，该端口只能属于一种VLAN，这也是互换机端口的默认模式。2、Trunk端口模式如果VLAN跨互换机划分 ，则互换机与互换机之间的连接端口，则一般指定为Trunk干道模式。干道是在两台互换机端口或互换机与路由器间的一条点对点连接链路，干道链路上可以承载多种vlan。3、IEEE 802.1Q802.1Q 原则就是用来解决如何将大型网络划分为多种小网络，跨互换机中同一VLAN的通信问题，是一种常用的以太网Trunk合同。当在Trunk链路上传送多种VLA

24、N的数据帧的时候，为了让接受端互换机可以辨认该数据帧是来自于哪个VLAN的，必须在原数据帧的基本上加VLAN标签。2.3 项目三 全网络的互连互通2.3.1 公司内部网络地址规划1、IP地址分类Internet上有成千上万台主机，为了辨别这些主机，人们给每台主机都分派了专门的地址，称为IP地址。通过IP地址可以访问到网络上的每一台主机。IP地址分为公有地址和私有地址二种，但只有公有地址才干在Internet上进行通信，私有地址不能直接在公网上使用。公有地址和私有地址的分类，是当时国际组织设立IP地址的时候，考虑到全球的IP地址不够用，所有就在ABC三类地址里面保存下了一部分地址，给公司网络内部

25、的计算机使用地址。2、私有IP地址分类在局域网络内部规划网络的地址时候，一般都使用Internet组织设计的私有地址，私有地址属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，预留的专用于内部的私有地址有：A类 10.0.0.0-10.255.255.255B类 172.16.0.0-172.31.255.255C类 192.168.0.0-192.168.255.255 3、私有IP地址长处当你规划网络时，在网络内部使用私有地址，给你带来的好处是：R 地址数量巨大R 安全性好4、公司内部网络地址规划最常用的规划措施是：使用B类私有地址信息来规划不同部门之间的网络地址，也即是使用B类 172.16.0.

26、0-172.31.255.255，把第三个字节拿出来做部门之间的编号，把第四个字节作为部门内部设备编号，从而避免使用A类私有地址过多，C类私有地址子网络地址和设备地址都集中在第四个字节，避免计算麻烦的现象发生，也能以便顾客不久辨认和使用。2.3.2 全网络互告知识： 三层互换机1、三层互换技术在过去的几十年里，局域网在速度这个技术方向急剧发展，速度方面甚至达到了100000Mbit/s，极大地提高了局域网传播的效率。在网络内部传播中，提供应顾客的二层互换设备，已经获得了到令人满意的答案，但是，作为网络核心、在网络之间起连接作用的路由器，却没有质的突破和发展。老式的路由器是基于软件来工作和传播数

27、据的，与局域网内部互换传播速度相比，数据传播的效率较低。如何提高网络之间的传播效率，提高网络之间的传播速度，建立全互换网络的思想，因此改善老式的路由技术迫在眉睫。一种新的路由技术应运而生，这就是第三层互换技术。三层互换机说它是路由器，由于它具有路由模块，可转发IP地址数据包，工作在网络的第三层，是一种能辨认IP设备并可起路由的功能；说它是互换机，是由于它具有互换功能，二层互换数据的速度极快，它是把路由和互换技术拥护为一体的设备。2、三层互换机三层互换机是工作在局域网络中，更高性能的互换产品，事实上是将老式互换机与老式路由器结合起来，既可以完毕老式互换机的端口互换，又可完毕部分路由功能设备。固然

28、，这种二层设备与三层设备的结合，并不是简朴的物理结合，而是各取所长的逻辑结合。三层互换机把老式的互换和路由二个互相独立的过程合二为一，以提高网络之间的传播速度。三层互换机在对第一种数据流进行路由后，会产生一种MAC地址与IP地址的映射表，并将该表存储起来，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层互换通过而不是再次路由。这种工作机制消除了数据此前通过路由器时，进行路由选择而导致网络的延迟，提高了数据包转发的效率，消除了路由器也许产生的网络瓶颈问题。可见，三层互换机集路由与互换于一身，在互换机内部实现了路由，是一种带有第三层路由功能的第二层互换机。从硬件上看，三层互换机的二层互换的接口模块都

29、是通过高速背板/总线(速率可高达几十Gbit/s) ASIC芯片互换数据，在三层路由过程中，进行路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块，可以与其她的模块间高速的互换数据，从而突破了老式的外接路由器接口速率的限制。3、二种类型互换机对比 R 二层互换机重要用在小型局域网中，机器数量在二、三十台如下，这样的网络环境下，广播包影响不大，二层互换机的迅速互换功能、多种接入端口和低便宜格，为小型网络顾客提供了很完善的解决方案。R 三层互换机是为IP设计的，接口类型简朴拥有很强二层解决能力，合用于大型局域网。为减小广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地区等因素划她成一种个小局域网，

30、就是一种个小网段，导致不同网段这间存在大量的互访。单纯使用二层互换机没措施实现网间的互访而单纯使用路由器，因此这种环境下，由二层互换技术和路由技术有机结合而成的三层互换机就最为适合。 2.3.3 全网络互告知识：VLAN间的互换机的路由原理 1、VLAN内的设备通信VLAN和一般局域网同样，一台设备发出的信息帧只能在同一种VLAN内转发，而不会直接进入其她的VLAN之中。如果想要同其他VLAN的主机通讯，则必须使用工作在网络层的三层互换机设备，解决本地互相隔离的部门网络之间连通，是保证所有网络之间互连互通的核心。那么在三层互换机内部，VLAN间的数据究竟是如何传播的呢？ 考虑一下计算机A与B之

31、间时的通信过程：一方面是目的地址为B的数据帧被发到互换机；通过检索同一VLAN的MAC地址表，发现计算机B连在互换机的端口2上，因此将数据帧直接转发给端口2，这就是VLAN内部的数据通信过程。2、VLAN之间的通信如果通讯中的计算机不在本VLAN中，该怎么办？按照网络之间通信的默认规则，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设立，这个“缺省网关”的IP地址，事实上就是相应三层互换机上的路由模块IP地址。当使用路由模块连接时，一般需要在互换机上设立相应各VLAN的子接口，相称于下面连接VLAN的默认网关闭； 相应三层互换机上VLAN的子接口，用于各VLAN收发数据的接口，它是各个VLAN内通讯的数据无法找到目的主机时发向外部的“缺省网关”。再在三层互换机的路由模块上，运用路由技术，把数据转发到相应的VLAN中，从而获得互换机跨VLAN之间的通信。此外，我们还需要在所有VLAN内连接的主机上配备网关，指向三层互换机上所相应的SVI子接口所配备IP地址。这样就可以运用三层互换机的虚拟子接口SVI，实现不同虚拟网络之间的互通，从而实现不同VLAN之间的互相访问。