计算机网络二层交换机和高速交换网的研究及其应用.doc

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1、摘 要在当今这个全球网络化的网络时代，网络已成为人类生活的必须。作为局域网组建的重要设备：交换机，起着局域网的数据传送“枢纽”的作用。随着计算机技术的不断发展，各种信息系统的相继建立，计算机通信与网络技术的应用越来越普遍。网络以逐渐成为了人们生活中不可缺少的一部分。信息网络经济的蓬勃发展，更使人们意识到知识在未来的网络科技社会中所要带来的巨大影响和起到的主导作用。为了适应这种形式的需要，我们在吴自恒老师的指导下，作了这个题为“二层交换机和高速交换网的研究及其应用”的毕业论文。通过对高速宽带以太网的核心-交换机的研究，得出宽带化的网络将会是以二层交换机与路由器的有机结合的三层交换机或多层交换机为

2、核心，三层交换机将为信息网络的高速宽带化起到主导作用的结论。 关键词Cisco，二层交换机，三层交换机，交换技术，网络，网络高速宽带，全球网络化，VLAN。目录摘 要1关键词1目录2引 言3第一章 概 论41.1计算机网络的发展史4第二章 二层交换机原理52.1交换机技术现状52.2交换机的层次52.3交换技术分类5第三章 三层交换机73.1三层交换原理73.2网络基础设备的问题84 Trunk口94.1 Trunk口的含义94.2 设置交换机端口Trunk口和access的区别：9第五章二层交换机与三层交换的联通设计105.1项目背景：105.2实现步骤105.2.1 已知条件分析105.2

3、.2 网络规划105.2.3 网络拓扑图115.2.4 配置过程11结束语19致谢19参考文献19引 言在当今这个全球网络化的网络时代，网络已成为人类生活的必须。作为局域网组建的重要设备：交换机，起着局域网的数据传送“枢纽”的作用。所谓交换机其实是从集线器技术发展而来的。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术三层转发技术。它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 下来我将从交换机概念，种类，特点，OSI体系结构，工作方式等基本问题上对二者的区别进行分析说明。为了适应这种形式的需要，我们在陈侠老师的指导下，作了这个题

4、为“二层交换机与三层交换机应用”的毕业论文。通过二层交换机与局域网的基本知识与发展的研究，得出宽带化的网络将会是以二层交换机与路由器的有机结合的三层交换机或多层交换机为核心。论文主要介绍了Cisco，二层交换机，三层交换机。由于自己知识水平有限，内容中难免出错和不妥之处，还望老师原谅第一章 概 论随着计算机技术的不断发展，各种信息系统的相继建立，计算机通信与网络技术的应用越来越普遍。网络以逐渐成为了人们生活中不可缺少的一部分。信息网络经济的蓬勃发展，更使人们意识到知识在未来的网络科技社会中所要带来的巨大影响和起到的主导作用。为了适应这种形式的需要，我们在吴自恒老师的指导下，作了这个题为“二层交

5、换机和高速交换网的研究及其应用”的毕业论文。通过对高速宽带以太网的核心-交换机的研究，得出宽带化的网络将会是以二层交换机与路由器的有机结合的三层交换机或多层交换机为核心，三层交换机将为信息网络的高速宽带化起到主导作用的结论。1.1计算机网络的发展史计算机网络近年来获得了飞速的发展。20年前，在我国很少有人接触过网络。现在，计算机通信网络以及Internet已成为我们社会结构的一个基本组成部分。网络被应用于工商业的各个方面，包括电子银行、电子商务、现代化的企业管理、信息服务业等都以计算机网络系统为基础。从学校远程教育到政府日常办公乃至现在的电子社区，很多方面都离不开网络技术。可以不夸张地说，网络

6、在当今世界无处不在。1957年，前苏联发射了第一颗人造卫星，使美国人感到震惊。于是美国决定建立高级研究计划署，简称ARPA。来保证美国的技术跟得上苏联。并于20世纪60年代后期，构造了一个实验性的计算机网络，叫做ARPANET。它采NCP（网络控制程序）作为主机与主机之间的通信协议。在计算机网络产生之初，每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构的概念，他们之间互不相容。为此，国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委会来专门研究一种用于开放系统互连的体系结构（OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION），简称OSI。第二章 二层交换机原理交换机的第二层采用的程度决定了网络

7、控制分类，一个纯二层的解决方案是最便宜的方案，但它在划分子网和广播限制等方面提供的控制也最少。而第三层交换机需要能为分类中的所有层次提供动态的集成支持。传统的通用路由器与外部的交换机一起使用也能达到此目的，但是与这种解决方案相比，第三层交换机需要更少的配置，更小的空间，更少的布线，并能提供更高的可靠性。2.1交换机技术现状目前Internet信息传输交换的关键是利用交换机的第三层：路由交换功能，它是将交换机的二层交换技术和三层路由功能结合成一个灵活的解决方案，可在各个层次提供线速性能。这种集成化的结构还引进了路由的策略管理功能，不仅使二层、三层相互联系，而且还提供流量优先处理、安全以及多种其他

8、功能，如：链路汇聚、VLAN和Internet的动态部署。2.2交换机的层次交换机的三层分别为接口层、交换层、路由层三部分。接口层包含了所有重要的局域网接口；10100M以太网、千兆以太网、ATM网等。交换层集成了多种局域网接口并辅之以策略管理，同时还提供链路汇聚、VLAN和Tagging机制。路由层提供主要的LAN路由协议：IP、IPX和AppleTalk，并通过策略管理，提供传统路由或直通的第三层转发技术。策略管理和行政管理使网络管理员能根据单位的特定需求调整网络。2.3交换技术分类1. 第二层交换（L2交换）：如网桥（Bridge）、交换机和传统交换机(Switch)工作是第二层（数据链

9、路层）属于第二层交换设备。它们的功能受到层次的限制，如它们没有网络控制功能和路由功能，但它们的优点是结构简单，数据传输快（依赖硬件）,价格便宜。 2. 第三层（L3）：它的主要设备有路由器（Router），由于路由器工作在第三层，路由器在网络连接能力、路径选择，网络管理和控制方面具有独特的优越性。随着网络的发展，特别是IP网络的发展，路由器得到了广泛的应用，但路由器的数据转发能力差（拆/打包，软件工作方式）和复杂性始终是网络发展的瓶颈。 这就造成了必须使用路由器但网络传输带宽无法提高的问题。 解决方案：网络路由器-ATM网络上路由器-L3/L4交换技术（交换路由器）。尽可能交换，必要时路由。

10、3. 第三层交换（L3交换）：在L2基础上发展起来了L3交换技术，即在低端的L2交换机上增加网络层的路由功能实现（既可提高带宽又有路由技术）；或在原路由器结构上通过增加交换功能来实现。L3交换机又叫交换路由器，具有一定的网络控制和路由功能。 第三章 三层交换机传统路由器在网络中起到隔离网络、隔离广播、路由转发以及防火墙的作用，并且随着网络的不断发展，路由器的负荷也在迅速增长。其中一个重要原因是出于安全和管理方便等方面的考虑，VLAN技术在网络中大量应用。VLAN技术可以逻辑隔离各个不同的网段、端口甚至主机，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发。由于局域网中数据流量很大，VLAN间

11、大量的信息交换都要通过路由器来完成转发，这时候随着数据流量的不断增长，路由器就成为了网络的瓶颈。为了解决局域网的这个瓶颈，很多企业内部、学校和小区建设局域网时都采用了二层交换机。三层交换技术将交换技术引入到网络层，三层交换机的应用也从最初网络中心的骨干层、汇聚层一直渗透到网络边缘的接入层。3.1三层交换原理交换机第三层交换的原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层转发。若两个站点不在同一子网内，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地

12、址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中，已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层的速度，同时比相同的路由器价格低很多。摘 要：无论是数据、语音、

13、视频还是无线接入，路由器和交换机都是所有企业通信不可缺少的组成部分。它们能够促进解决一个公司的关键问题，帮助该公司提高生产力，降低业务成本，改善安全性和客户服务质量。文章对Cisco路由器和交换机的技术应用进行了分析和阐述。网络的工作方式是使用两种设备，交换机和路由器将计算机和外围设备连接起来。这两种工具使连接到网络上的设备之间以及其它网络相互通信。虽然路由器和交换机看起来很像，但是它们在网络中的功能却截然不同：交换机主要用于将一栋大厦或一个校园里的多台设备连接到同一个网络上。路由器主要用于将多个网络连接起来。首先，路由器会分析网络发送的数据，改变数据的打包方式，然后将数据发送到另一个网络上或

14、者其他类型的网络上。它们将公司与外界连接起来，保护信息不受安全威胁，甚至可以决定哪些计算机拥有更高的优先级。系统管理员和安全专家经常花费大量的精力配置各种防火墙、Web服务器和那些组成企业网络的基础设备。但是，他们经常会忽略路由器和交换机。这经常会导致黑客监听网络数据包、修改路由和其他一些恶意攻击行为。本文对Cisco路由器和交换机技术应用进行分析和探讨。3.2网络基础设备的问题尽管很多攻击的目标是终端主机如web服务器、应用服务器和数据库服务器，许多用户忽略了网络基础设备的安全问题。路由器和交换机不仅可以被攻击还可以作为黑客进行攻击的工具，还是黑客收集有用信息的合适设备。Cisco路由器和交

15、换机有自己的操作系统，或者被称为Cisco IOS(网络操作系统)。同其他操作系统一样，早期的版本有许多漏洞，如果用户没有升级，会带来很多问题。从应用的角度看，路由器和交换机不仅可以作为攻击目标，还可以帮助黑客隐瞒身份、创建监听设备或者产生噪音。例如，很多Cisco交换机可以创建一个监视端口来监听交换机的其他端口。这样管理员和黑客就可以把交换机上看到的网络数据包备份到一个指定的交换机端口。尽管管理员努力在系统中杜绝集线器造成的监听问题，但是如果黑客可以通过交换机访问网络，网络安全便面临危险。4 Trunk口4.1 Trunk口的含义TRUNK是端口汇聚的意思:就是通过配置软件的设置，将2个或多

16、个物理端口组合在一起成为一条逻辑的路径从而增加在交换机和网络节点之间的带宽，将属于这几个端口的带宽合并，给端口提供一个几倍于独立端口的独享的高带宽。Trunk是一种封装技术，它是一条点到点的链路，链路的两端可以都是交换机，也可以是交换机和路由器，还可以是主机和交换机或路由器。基于端口汇聚（Trunk）功能，允许交换机与交换机、交换机与路由器、主机与交换机或路由器之间通过两个或多个端口并行连接同时传输以提供更高带宽、更大吞吐量， 大幅度提供整个网络能力。4.2 设置交换机端口Trunk口和access的区别：交换机的端口工作模式一般可以分为三种：Access（普通模式），Multi（多vlan模

17、式），Trunk（中继模式）。1、允许多个vlan的是multi模式，而不是trunk模式。2、两个都设为trunk模式：一：如果在同一交换机上，则决不会在同一vlan；二：如果是两个交换机上，且两端口物理连接的话，共享vlan信息。但是这两个端口已经被使用，所以只能说，使用与这两个端口相同vlan的端口的计算机是同一虚拟局域网。3、access和multi模式下，端口用于计算机；trunk模式下，端口用于交换机间连接。所以access和trunk没有可比性。第五章二层交换机与三层交换的联通设计5.1项目背景：某学校有10台计算机，这些计算机部署给连个部门，分别是电子部门和计算机部门。但是要求

18、两个部门间不能通信5.2实现步骤5.2.1 已知条件分析1、采用24口交换机 2、2部门用VLAN隔开 3、每个部门接口不超过5个 剩余12个5.2.2 网络规划用户名：admin密码：123456特权密码：07g603SA VLAN IP：192.168.1.1/24SB VLAN IP：192.168.1.2/24vlan 1:192.168.1.1/24vlan 10:192.168.10.1/24vlan 20:192.168.20.1/24pc1:192.168.1.2/24 网关:192.168.1.1pc2:192.168.1.3/24 网关:192.168.1.1pc11:19

19、2.168.10.2/24 网关:192.168.10.1pc12:192.168.10.3/24 网关:192.168.10.1pc13:192.168.10.4/24 网关:192.168.10.1pc14:192.168.10.5/24 网关:192.168.10.1pc21:192.168.20.2/24 网关:192.168.20.1pc22:192.168.20.3/24 网关:192.168.20.1pc23:192.168.20.4/24 网关:192.168.20.1pc24:192.168.20.5/24 网关:192.168.20.15.2.3 网络拓扑图5.2.4 配置

20、过程1、配置二层交换机Switch a的管理IP地址、用户名和密码，实现telnet远程登录2、对交换机A进行配置（1）修改交换机的名字为 SASwitchenable（进入特权模式）Switch#configure terminal （进入全局配置）Switch(config)#hostname SA（2）创建vlan并添加端口SA(config)#vlan 10SA(config-vlan)#exitSA(config)#vlan 20SA(config-vlan)#exitSA(config)#interface range f0/1 8（进入1-8端口这些端口分配各部门使用）SA(co

21、nfig-if-range)#switchport access vlan 10SA(config-if-range)#exitSA(config)#interface range f0/9 16SA(config-if-range)#switchport access vlan 20（进入9-16把这些端口加入Vlan20，同时是access模式）SA(config-if-range)#exitSA#show vlan（验证配置）SA#write memory（保存配置）3、配置二层交换机Switch b的管理IP地址、用户名和密码，实现telnet远程登录4、对交换机B进行配置（1）修改交

22、换机名字为SBSwitchenableSwitch#configure terminal Switch(config)#hostname SB（2）创建VLAN并添加端口SB(config)#vlan 10SB(config-vlan)#exitSB(config)#vlan 20SB(config-vlan)#exitSB(config)#int range f0/1 - 8SB(config-if-range)#switchport access vlan 10SB(config-if-range)#exitSB(config)#int range f0/9 - 16SB(config-i

23、f-range)#switchport access vlan 20SB(config-if-range)#exitSB(config)#ZSB#show vlan（验证配置）SB#write memory（保存配置）3、配置交换机SC修改交换的名字为SCSwitchenSwitch#conf ter）Switch(config)#host SC(2)创建vlanSC (config)#vlan 10SC (config-vlan)#exitSC (config)#vlan 20SC h(config-vlan)#exitSC (config)#ZSC #write Memory配置交换机tr

24、unk端口SAenSA#confSA(config)#interface range f0/24SA(config-if)#switchport mode trunkSA(config-if)#switchport trunk allowed vlan allSA(config-if)#exitSA(config)#ZSA#show vlanSA#write meSB# conf terSB(config)#interface range f0/24SB(config-if)#switch port mode trunkSB(config-if)#switch port trunk allow

25、ed vlan allSB(config-if)#exitSB#write memorySC#conf terConfiguring from terminal, memory, or network terminal? Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.SC(config)#interface range f0/1 2SC(config-if-range)#switchSC(config-if-range)#switchport mode trunkSC(config-if-range)#switchSC(

26、config-if-range)#switchport trunk allSC(config-if-range)#switchport trunk allowed vlan allSC(config-if-range)#Z%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by consoleSC#write memoryBuilding configuration.OKSC#show vlan在交换机SC中添加vlan接口地址SC#conf terSC(config)#int vlan 10SC(config-if)#ip address 192.168.10.

27、1 255.255.255.0SC(config-if)#no shutdownSC(config-if)#exitSC(config)#int vlan 20SC(config-if)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0SC(config-if)#no shutdownSC(config-if)#exit SC(config)#int vlan 1SC(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0SC(config-if)#no shutdown保存配置SC(config-if)#exitSC(config)#ZSC#

28、write memorySC#show run结束语三个月的时间真的过得很快，我的论文二层交换机与高速交换网的研究及应用也即将完成，在这期间收获颇多，也是我四年学习的总结。二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。局域网又分为局域网和高速局域网，以太网交换机的原理是它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC(介质访问层)地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。致谢刚拿到这个题目的时候真的是无从下笔，我们的指导老师杨静老师对我们的帮助良多。为我们的论文提供了不少的意见和建议，花费很多自己私人时间在我们身上。在杨老师的多次指导下对以前不明白的，不懂的都搞清楚了不少，在这里要非常感谢杨老师。参考文献(1) 计算机网络基础及应用主编 王帏 电子工业出版社 (2) 计算机网络 主编 谢希仁 电子工业出版社 (3) 组网用网：千兆位以太网组网技术 著美David D Cunninguam 电子工业出版社 (4)组网用网：Cisco ATM解决方案 电子工业出版社 著美 Galina Diker Pildush .20