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          交換機和路由器詳細介紹

          2014-05-30 16:30:50 www.pb939.com

           8.1 .1交換機基礎

            1.交換機的分類

          (1)根據交換方式劃分:

              存儲轉發式交換(Store and Forward)。交換機對輸入的數據包先進行緩存、驗證、碎片過濾,然后再進行轉發。這種交換方式延時大,但是可以提供差錯校驗,并支持不同速度的輸入輸出端口間的交換(非對稱交換),是交換機的主流工作方式。

              直通式交換(Cut-through)。直通式交換類似于采用交叉矩陣的電話交換機,它在輸入端口掃描到目標地址后立即開始轉發。這種交換方式的優點是延遲小、交換速度快。其缺點是沒有檢錯能力;不能實現非對稱交換;并且當交換機的端口增加時,交換矩陣實現起來比較困難。

              碎片過濾式交換(Fragment Free)。這是介于直通式和存儲轉發式之間的一種解決方案。交換機在開始轉發前先檢查數據包的長度是否夠64個字節,如果小于64字節,說明是沖突碎片,則丟棄:如果大于等于64字節,則轉發該包。這種轉發方式的處理速度介于前兩者之間,被廣泛應用于中低檔交換機中。

          (2)根據交換的協議層劃分。

              第二層交換。根據MAC地址進行交換。

              第三層交換。根據網絡層地址(護地址)進行交換。

              多層交換。根據第四層端口號或應用協議進行交換。

          (3)根據交換機結構劃分。

              固定端口交換機。提供有限數量的固定類型端口。例如,CISCO WS-C2950-24是一種快速以太網交換機,具有241 OM / l OOM的端口。

              模塊化交換機。這種交換機的機箱中預留了一定數量的插槽,用戶可以根據網絡擴充的需求選擇不同類型的端口模塊。這種交換機具有更大的可擴充性。

          (4)根據配置方式劃分。

              堆疊型交換機。這種交換機具有專門的堆疊端口,用堆疊電纜把一臺交換機的UP口連接到另一臺交換機的DOWN口,以實現端口數量的擴充。一般交換機能夠堆疊4-9層,所有交換機可以當作一臺交換機來統一管理。

          非堆疊型交換機。這種交換機沒有堆疊端口,但可以通過級連方式進行擴充。級連模式使用以太網端口(LOOM FE端口、GE端口或l OGE端口)進行層次間互聯( 8-2所示),可以通過統一的網管平臺實現對全網設備的管理。為了保證網絡運行的效率,級連層數一般不要超過4層。

          首先根據圖中要求配置各路由器的各接口地址。

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          (5)根據管理類型劃分。

              網管型交換機。這種交換機支持簡單網絡管理協議(SNMP )和管理信息庫(MlB),可以指定IP地址,實現遠程配置、監視和管理。

              非網管型交換機。這種交換機不支持SNMPMIB,只能根據MAC地址進行交換,無法進行功能配置和管理。

              智能型交換機。這種交換機支持基于Web的圖形化管理和MIB-II,無須使用復雜的命令行管理方式,配置和維護比較容易。更重要的是,智能型交換機提供QOS管理、VPN.

              用戶認證以及多媒體傳輸等復雜的應用功能,而不僅是轉發數據分組。

              (6)根據適用范圍劃分。

          網絡的分層結構把復雜的大型網絡分解為多個容易管理的小型網絡,每一層交換設備分別實現不同的特定任務。分層的網絡設計如圖8-3所示。

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              接入層交換機。接入層是工作站連接網絡的入口,實現用戶的訪問控制,這一層的交換機應該以低成本提供高密度的接入端口。例如,Cisco Catalyst 2950系列可以提供1224個快速以太網端口,適合中小型企業網絡使用。

              匯聚層交換機。匯聚層將網絡劃分為多個廣播/組播域,可以實現VLAN間的路由選擇,并通過訪問控制列表實現分組過濾。這一層交換機的端口數量和交換速率不要求很高,但應提供第三層交換功能。例如,Cisco Catalyst 3550系列交換機具有多個IOM/100M端口和兩個內置的千兆以太網端口,可以支持多種GBIC收發器,同時提供先進的服務質量(QoS)和速度限制,以及安全訪問控制列表、組播管理和高性能的IP路由。

          核心層交換機。核心層應采用可擴展的高性能交換機組成園區網的主干線路,提供鏈路冗余、路由冗余、VLAN中繼和負載均衡等功能,并且與匯聚層交換機具有兼容的技術,支持相同的協議。例如, Cisco Catalyst 6500系列交換機就是一種適合部署到核心網絡的交換機。

              2.交換機的性能參數

              (1)端口類型。

              雙絞線端口.雙絞線端口主要有100Mbps1000Mbps兩種。百兆端口可連接工作站,

          千兆端口一般用于級連。光纖端口。SC端口(Subscriber Connector)是一種光纖端口,可提供千兆位數據傳輸速率,通常用于連接服務器的光纖網卡。這種端口以“100bFX”標注,如圖8-4所示。交換機的光纖端口都是兩個,分別是一發一收,光纖跳線也必須是兩根,否則端口間無法進行通信。SC型光纖連接器如圖8-5所示。

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              GBIC端口。交換機上的GBIC插槽( Slot)用于安裝吉比特端口轉換器(Giga Bit-rateInterface Converter, GBIC )GBIC模塊(如圖8-6所示)是將位電信號轉換為光信號的熱插拔器件,分為用于級連的GBIC模塊和用于堆疊的GBIC模塊。用于級連的GBIC模塊又分為適用于多模光纖(MMF)或單模光纖((SMF)的不同類型。

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          SFP端口。小型機架可插拔設備(Small Form-factor Pluggable, SFP)GBIC的升級版本,其功能基本和GBIC一致,但體積減少一半,可以在相同的面板上配置更多的端口。有時也稱SFP模塊為小型化GBIC (MINI-GBIC)模塊,如圖8-7所示。

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          (2)傳輸模式。

              半雙工(half-duplex)。在一個時間段內只能有一個動作發生,發送和接收不能同時進行。早期的集線器是半雙工產品,隨著技術進步,半雙工方式逐漸被淘汰。

          全雙工(fullplex )。交換機在發送數據的同時也能接收數據,兩者同步進行。全雙工傳輸需要使用兩對雙絞線或兩根光纖,一般雙絞線端口和光纖端口都支持全雙工傳

          輸模式。這種傳輸模式在一對主機之間建立了一條虛擬的專用連接,使得數據速率成倍提高。

          全雙工/半雙工自適應。在以上兩種方式之間可以自動切換。1000Base-TX支持自適應, 1000Base-SX. 1000Base-LX. 1000Base-LH1000Base-ZX均不支持自適應,不同速率和傳輸模式的光纖端口間無法進行通信,因而要求相互連接的光纖端口必須具有完全相同的傳輸速率和傳輸模式,否則將導致連通故障。千兆光纖端口標準如表8-1所示。

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              (3)包轉發率.包轉發率也稱端口吞吐率,指交換機進行數據包轉發的能力,單位為pps

          (package per second).包轉發速率是以單位時間內發送64字節數據包的個數作為計算基準的.

          對于千兆以太網來說,計算方法如下:

                              1000Mbps=8b=(64+8+ 12)byte=l 488 095pps

              當以太網幀為64字節時,需考慮8字節的幀頭和12字節的幀間隙開銷。據此,包轉發速率的計算方法如下:

              包轉發率=千兆端口數X 1.488Mpps+百兆端口數X 0.1488Mpps+其余端口X相應計算方法

              (4)背板帶寬。交換機的背板帶寬是指交換機端口處理器和數據總線之間單位時間內所能傳輸的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的交換能力,單位為Gbps。一般交換機的背板帶寬從幾個Gbps到上百個Gbps。交換機所有端口能提供的總帶寬的計算公式為:

                              總帶寬=端口數X端口速率X2(全雙工模式)

              如果總帶寬小于標稱背板帶寬,那么可以認為背板帶寬是線速的。例如,Catalyst 6500d系列交換機的背板帶寬可擴展到256Gbps,包轉發速率可擴展到150Mpps.

              (5) MAC地址數。交換機可以識別網絡節點的MAC地址,并把它放到MAC地址表中。

          MAC地址表存放在交換機的緩存中,當需要向目標地址發送數據時,交換機就在MAC地址表中查找相應MAC地址的節點位置,然后直接向這個位置的節點轉發。MAC地址數是指交換機的MAC地址表中可以存儲的MAC地址數量。

              不同檔次的交換機端口所能夠支持的MAC地址數量不同。在交換機的每個端口,都需

          要足夠的緩存來記憶這些MAC地址,所以緩存容量的大小決定了交換機所能記憶的MAC地址數。

              (6) VLAN表項。VLAN是一個獨立的廣播域,可有效地防止廣播風暴。由于VLAN基于邏輯連接而不是物理連接,因此配置十分靈活。在有第三層交換功能的基礎上,VLAN之間也可以通信。最大VLAN數量反映了一臺交換機所能支持的最大VLAN數目。目前交換機VLAN表項數目在1024以上,可以滿足一般企業的需要。

              (7)機架插槽數。固定配置不帶擴展槽的交換機僅支持一種類型的網絡,固定配置帶擴9槽的交換機和機架式交換機可支持一種以上類型的網絡,例如以太網、快速以太網、千兆以丈網、ATM網、令牌環網及FDDI等。一臺交換機所支持的網絡類型越多,可擴展性就越強。打架插槽數是指機架式交換機所能安插的最大模塊數,擴展槽數是指固定配置帶擴展槽的交換書所能安插的最大模塊數。

              3.交換機支持的以太網協議

          有關交換機的以太網協議如表8-2所示。

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             8.1.2路由器基礎

             1. 路由器的分類

              從功能、性能和應用方面劃分,路由器可分為如下幾種。

              骨干路由器。骨干路由器是實現主千網絡互連的關鍵設備,通常采用模塊化結構,通過熱備份、雙電源和雙數據通路等冗余技術提高可靠性,并且采用緩存技術和專用集成電路(ASIC)加快路由表的查找,使得背板交換能力達到幾十個“Gbps",被稱為線速路由器。例如,Cisco7600系列以上路由器就屬于骨干路由器。

              企業級路由器。企業級路由器連接許多終端系統,提供通信分類、優先級控制、用戶 認證、多協議路由和快速自愈等功能,可以實現數據、語音、視頻、網絡管理和安全應用(VPN、入侵檢測和URL過濾等)等增值服務,對這類路由器的要求是實現高密度的LAN端口,同時支持多種業務。

              接入級路由器。也叫邊緣路由器,主要用于連接小型企業的客戶群,提供12個廣

          域網端口卡(WIC),實現簡單的信息傳輸功能,一般采用低檔路由器就可以了(Cisco

          2600以下型號)

          2.路由器的端口

              路由器不僅能實現局域網之間的連接,還能實現局域網與廣域網、廣域網與廣域網之間的相互連接。路由器與廣域網連接的端口稱為WAN端口,路由器與局域網連接的端口稱為LAN端口。常見的網絡端口有以下幾種。

              (1) RJ-45端口。這種端口通過雙絞線連接以太網。I OBase一的RJ-45端口標識為ETH,10OBase-TXRJ-45端口標識為10/1 OObTX,這是因為快速以太網路由器采用10/100Mbps自適應電路,如圖8-8所示。

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              (2) AUI端口。AUI端口是一種D15針連接器,用在令牌環網或總線型以太網中。路由器經AUI端口通過粗同軸電纜收發器連接1OBase-5網絡,也可以通過外接的AUI-to-RJ-45適配器連接l OBase一以太網,還可以借助其他類型的適配器實現與l OBase一細同軸電纜或10Base-F光纜的連接。AUI端口如圖8-9所示。

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              (3)高速同步串口。在路由器與廣域網的連接中,應用最多的是高速同步串行口(Synchronous Serial Port),這種端口用于連接DDN、幀中繼、X.25PSTN等網絡。通過這種端口所連接的網絡兩端要求同步通信,以很高的速率進行數據傳輸。高速同步串行口如圖8-9所示.

              (4) ISDN BRI端口。ISDN BRI端口(如圖8-9所示)通過ISDN線路實現路由器與Internet或其他網絡的遠程連接。ISDN BRI三個通道(2B+D)的總帶寬為144 Kbps端口采用RJ-45標準,與ISDN NT1的連接使用RJ-45-to-RJ-45直通線。

              (5)異步串口。異步串口(ASYNC)主要應用于與ModemModem池的連接,以實現遠程計算機通過PSTN撥號接入。異步端口的速率不是很高,也不要求同步傳輸,只要求能連續通信就可以了。圖8-10所示為異步串口。

          (6) Console端口。Console端口通過配置專用電纜連接至計算機串行口,利用終端仿真程序( Windows中的超級終端)對路由器進行本地配置。路由器的Console端口為RJ-45(如圖8-9所示)Console端口不支持硬件流控。

              (7) AUX端口。對路由器進行遠程配置時要使用AUX端口(Auxiliary Prot ),如圖8-9所示。AUX端口在外觀上與RJ-45端口一樣,只是內部電路不同,實現的功能也不一樣。通過AUX端口與Modem進行連接必須借助RJ-45 to DB9RJ-45 to DB25適配器進行電路轉換。AUX端口支持硬件流控。

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          3。路由器的操作系統

              稍微復雜一點的路由器都有一個操作系統,各個廠家的路由器操作系統不盡相同,但都以Cisco的因特網操作系統(Internetwork Operating System, IOS)作為工作標準。熟悉T Cisco IOS的操作,對其他路由器操作系統也不難掌握。

              每種路由器平臺的IOS版本都不同,事實上有幾百個不同的IOS版本,甚至會有一些特定版本的IOS提供一些特殊的功能和解決方案,例如適合服務提供商的IOS、適合企業的IOS或者適合SNA集成或支持IPXIOS等。Cisco IOS一般有幾兆字節大小,運行在路由器或交換機上,為這些交換設備提供一個管理平臺,確保網絡的連通性、可靠性、安全性、服務質量和可伸縮性等性能指標。

              路由器或交換機的操作是由配置文件(configuration fileconfig)控制的。配置文件包含有關設備如何操作的指令,是由網絡管理員創建的,一般有幾百到幾千個字節大小。

              IOS的每一個組件都是作為獨立的文件存放在存儲器中,不同類型的存儲器見下面的介紹。

              IOS命令在所有路由器產品中都是通用的。這意味著只要掌握一個操作界面就可以了,即命令行界面(Command Line Interface, CLI )。所以無論是通過控制臺端口,或通過一部Modem還是通過Telnet連接來配置路由器,看到的命令行界面都是相同的。

              IOS有三種命令模式,即用戶模式(User mode)、特權模式(Privileged mode)和配置模式(Configuration mode).在不同的命令模式中可執行的命令集不同,可實現的管理功能也不同,詳見下面的解釋。

              8.1.3訪問路由器和交換機

          要對網絡互連設備進行具體的配置首先就要有效地訪問它們,一般來說可以用以下幾種方法訪問路由器或交換機。

              (1)通過設備的Console(控制臺)端口接終端或運行終端仿真軟件的計算機。

              (2)通過設備的AUX端口接Modem,通過電話線與遠方的終端或運行終端仿真軟件的計算機相連。

              (3)通過Telnet程序。

              (4)通過瀏覽器訪問。

              (5)通過網管軟件。

              下面以路由器為例給出幾種訪問路由器方法的連接圖(如圖8-11所示)

           

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              但是,路由器的第一次設置必須通過第一種方法來實現,同時第一種方法也是最常用、最直接有效的一種配置方法。因此,本書中對路由器和交換機的配置都是通過Console端口連接運行超級終端仿真軟件的PC來實現。

              Console端口是路由器和交換機設備的基本端口,它是對一臺新的路由器和交換機進行配置時必須使用的接口。連接Console端口的線稱為控制臺電纜(Console Cable)。在具體的連接上,Console電纜一端插入網絡設備的Console端口,另一端接入終端或PC的串行接口,從而實現對設備的訪問和控制。


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