程控交換課程設(shè)計企業(yè)交換機配置計劃

1、程控交換課程設(shè)計設(shè)計題目 企業(yè)交換機配置計劃設(shè)計人：系別：通信工程 班級：通信072 學號： 指導教師： 日期：2010. 6.72010.6.1大連工業(yè)大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書專 業(yè)通信班 級072題 目企業(yè)交換機配置計劃子 題指導教師李萍答疑教師李萍設(shè)計時間2010年 6 月7 日至 2010 年 6月13 日共 1 周設(shè)計要求設(shè)計（論文）的任務(wù)和基本要求，包括設(shè)計任務(wù)、查閱文獻、方案設(shè)計、說明書（計算、圖紙、撰寫內(nèi)容及規(guī)范等）、工作量等內(nèi)容。設(shè)計要求：1、根據(jù)本課程的知識點，以企業(yè)區(qū)為模型，完成一個用戶交換機的配置計劃。2、設(shè)計組工作要求1）      &

2、#160; 設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出系統(tǒng)原理介紹。2）        設(shè)計用戶容量和系統(tǒng)容量。3）        設(shè)計用戶編號計劃。4）        設(shè)計中繼線。3、用戶交換機配置計劃的技術(shù)要求和技術(shù)指標： 有效利用光纖技術(shù)，最大利用端口帶寬，提供單端口帶寬應(yīng)在100m比特率以上，骨干設(shè)備的端口應(yīng)具備高速的處理性能，以提供無擁塞處理能力。具備足夠的冗余與容錯性能，包括交換模塊、電源、鏈路、設(shè)備的冗余，動態(tài)的路由選擇，網(wǎng)絡(luò)故障的重新路由，以及在線熱插拔等性能。具備充分的接入能力和可

3、擴展性，包括多種接入方式的提供和接入的可擴展性，帶寬的擴展與速率的平滑升級以及處理能力的可擴展性。具有服務(wù)質(zhì)量(qos)保障和帶寬管理能力，有效處理包延時、抖動、丟失和吞吐量問題。具有網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用，可以提供電視會議、視頻點播等多種視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持組播協(xié)議。具有vlan的劃分管理，提高園區(qū)網(wǎng)的性能、安全和便于管理。應(yīng)具備對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理、運營管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。寫作規(guī)范除了要有摘要，目錄外，在正文中包括設(shè)計要求，系統(tǒng)概述，系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)設(shè)計，心得體會（結(jié)果結(jié)論），參考文獻，教師評語等。指導教師簽字： 系（教研室）主任簽字： 2010年6月1日目錄1設(shè)計要求1.1設(shè)計目的 . 第5頁1.2設(shè)計內(nèi)

4、容及要求. 第5頁2系統(tǒng)分析 . 第9頁3系統(tǒng)設(shè)計 3.1 總體設(shè)計 . 第11頁3.2 硬件結(jié)構(gòu) . 第12頁3.3 軟件結(jié)構(gòu) . 第14頁3.4網(wǎng)絡(luò)拓撲圖 . 第16頁4 心得體會 . 第17頁5.參考文獻 . 第17頁6.教師評語 . 第17頁摘要：介紹了三層交換技術(shù)的原理與優(yōu)勢，依此為基礎(chǔ)，利用三層交換的技術(shù)實現(xiàn)企業(yè)系統(tǒng)的運作關(guān)鍵詞：程控交換 三層交換機 局域網(wǎng)1設(shè)計要求1.1設(shè)計目的程控交換課程設(shè)計旨在提高我們在通信領(lǐng)域內(nèi)的理論認識和實踐動手能力，培養(yǎng)我們綜合運用理論知識解決實際問題的能力。鞏固和加深對控制理論基本知識的理解和對儀表的認識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，經(jīng)過搜集資料，初步方案設(shè)計，系

5、統(tǒng)組建，撰寫設(shè)計報告的過程，得到一次科學研究工作的初步訓練，提高科研綜合素質(zhì)。為后續(xù)課程的學習、畢業(yè)設(shè)計乃至畢業(yè)后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。1.2設(shè)計內(nèi)容及要求根據(jù)本課程的知識點，用戶交換機配置計劃的技術(shù)要求和技術(shù)指標： 有效利用光纖技術(shù)，最大利用端口帶寬，提供單端口帶寬應(yīng)在100m比特率以上，骨干設(shè)備的端口應(yīng)具備高速的處理性能，以提供無擁塞處理能力。具備足夠的冗余與容錯性能，包括交換模塊、電源、鏈路、設(shè)備的冗余，動態(tài)的路由選擇，網(wǎng)絡(luò)故障的重新路由，以及在線熱插拔等性能。具備充分的接入能力和可擴展性，包括多種接入方式的提供和接入的可擴展性，帶寬的擴展與速率的平滑升級以及處理能力的可擴展性。具有

6、服務(wù)質(zhì)量(qos)保障和帶寬管理能力，有效處理包延時、抖動、丟失和吞吐量問題。具有網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用，可以提供電視會議、視頻點播等多種視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持組播協(xié)議。具有vlan的劃分管理，提高園區(qū)網(wǎng)的性能、安全和便于管理。具備對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理、運營管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。1匯聚層千兆交換機技術(shù)指標指標要求端口數(shù)量：10/100/1000m端口>=241000m光端口>=2（其中一臺配置1000兆單模光端口2個）性能:整機交換容量>=80gbps整個系統(tǒng)最大第三層包轉(zhuǎn)發(fā)能力>=80mppsqos：每端口優(yōu)先級隊列數(shù)目>= 4vlan：802.1p/q 虛網(wǎng)中繼協(xié)議支持基于端口、

7、協(xié)議、mac、ip劃分虛網(wǎng)支持支持的vlan數(shù)>=4096安全:廣播風暴抑制支持路由:硬件線速路由 支持并配備以及支持基于mac地址、ip地址和協(xié)議的多種vlan劃分2三層百兆交換機 技術(shù)指標 指標要求端口數(shù)量：10/100basetx端口=241000m光端口>=2（配置1000兆單模光端口2個）性能:整機交換容量>=6gbps整個系統(tǒng)最大第三層包轉(zhuǎn)發(fā)能力>=6mppsqos：每端口優(yōu)先級隊列數(shù)目>= 4 vlan：802.1p/q 虛網(wǎng)中繼協(xié)議支持基于端口、協(xié)議、mac、ip劃分虛網(wǎng)支持支持的vlan數(shù)>=4096安全:廣播風暴抑制支持路由:硬件線速路由

8、 支持并配備1、 接入層100兆交換機24端口：48端口：技術(shù)指標指標要求端口：24/48*10/100basetx1000base-gbic：sx、lx支持性能背板帶寬>=10/15gbps (24/48口)千兆端口>=2vlan802.1p/q 虛網(wǎng)中繼協(xié)議支持基于端口、協(xié)議、mac、ip劃分虛網(wǎng)支持支持的vlan數(shù)>= 409qos每端口優(yōu)先級隊列數(shù)目>= 4每端口隊列總數(shù)>=2048安全性802.1x虛網(wǎng)用戶身份認證支持網(wǎng)管 snmp、telnet、rmon以及web網(wǎng)絡(luò)管理支持2 系統(tǒng)分析三層交換的概念第三層交換技術(shù)也稱為ip交換技術(shù)或高速路由技術(shù)等，是

9、相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在osi 網(wǎng)絡(luò)標準模型中的第二層數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而第三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，第三層交換技術(shù)就是：第二層交換技術(shù)第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強第二層交換功能的機制。一個具有第三層交換功能的設(shè)備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結(jié)合，并不是簡單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機上。三層交換的原理從硬件的實現(xiàn)上看，目前，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板/總線交換數(shù)據(jù)的。在第三層交換機中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背

10、板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速地交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制（10mbit/s100mbit/s）。在軟件方面，第三層交換機將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器重新進行了界定：（1）。數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如ip/ipx封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過程通過硬件高速實現(xiàn)；（2）。第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。假設(shè)有兩個使用ip協(xié)議的站點，通過第三層交換機進行通信的過程為：若發(fā)送站點a在開始發(fā)送時，已知目的站b的ip地址，但尚不知道它在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的mac 地址，則需要采用地址解析（arp）來

11、確定b的mac 地址。a把自己的ip 地址與b的ip 地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定b是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若b 與a 在同一子網(wǎng)內(nèi)，a 廣播一個arp 請求，b 返回其mac 地址，a 得到b 的mac 地址后將這一地址緩存起來，并用此mac 地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找mac 地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個站點不在同一子網(wǎng)內(nèi)，則a 要向"缺省網(wǎng)關(guān)"發(fā)出arp（地址解析）封包，而"缺省網(wǎng)關(guān)"的ip 地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置，這個ip 地址實際上對應(yīng)第三層交換機的第三層交換模塊。當a 對"缺省網(wǎng)關(guān)&q

12、uot;的ip 地址廣播出一個arp 請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到b 的mac 地址，則向發(fā)送站a 回復b 的mac 地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個arp 請求，b 得到此arp 請求后向第三層交換模塊回復其mac 地址，第三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送站a .以后，當再進行a 與b 之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，將用最終的目的站點的mac 地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換1 . 第三層交換的特點突出的特點如下： （1）。有機的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速；（2）。優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高；（3）。除了必要的路由決定過程外，

13、大部分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第二層交換處理；（4）。多個子網(wǎng)互連時只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護了用戶的投資。第三層交換的目標是，只要在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒有必要經(jīng)過路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。第三層交換使用第三層路由協(xié)議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲起來，供以后使用。之后數(shù)據(jù)包通過一條虛電路繞過路由器快速發(fā)送。第三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。當然，三層交換技術(shù)并不是網(wǎng)絡(luò)交換機與路由器的簡單疊加，而是二者的有機結(jié)合，形成

14、一個集成的、完整的解決方案。3系統(tǒng)設(shè)計3.1 總體設(shè)計 vlsw 4150交換機有24個rj45 10/100basetx自適應(yīng)端口，提供2個可選光纖10/100basetx以太口、100basefx快速以太端口或者千兆以太網(wǎng)口（sx，lx，zx），并另外提供一個串口和一個100m以太網(wǎng)口對交換機進行配置。 vlsw 4150交換機體系結(jié)構(gòu)可以支持最高到11gbps速率，多層交換速率達到6.6mpps；可以支持8,192個mac地址；為了更好控制網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)安全，還支持以1m為步長速率限制；支持tagged vlan和mac-based 幀過濾以及rip、ospf和bgp路由協(xié)議。 vlsw

15、 4150交換機提供堆棧技術(shù)可以以一個邏輯ip地址來管理多個交換機，并可在一個口上鏡像其他數(shù)據(jù)包，提供基于web網(wǎng)管系統(tǒng)以及cli方式來調(diào)試交換機。vlsw 4150支持snmp協(xié)議、rmon和telnet功能來便于管理。 3.2 硬件結(jié)構(gòu) vlsw 4150三層交換機硬件結(jié)構(gòu)分為兩個部分，處理器模塊和交換模塊，它們之間通過pci接口相連，同時配合相應(yīng)外圍電路形成完整三層交換機系統(tǒng)，見圖1。 : (1)處理器模塊 如圖2所示，處理器部采用一款motorola powerquicc ii cpu，同一些外部存儲設(shè)備以及一些外圍電路構(gòu)成三層交換機處理器部分。處理器模塊主要是運行嵌入式操作系統(tǒng)，配置

16、系統(tǒng)和路由表維持，而不是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通路組成部分。cpld 保存一些cpu初始化一些配置以保證上電后cpu正常啟動，flash 芯片用于存儲三層交換機所需要所有軟件和相關(guān)配置，sdram在系統(tǒng)啟動之后載入flash中程序，保證系統(tǒng)正常運行。處理器模塊一方面提供一個快速以太網(wǎng)接口和一個異步口，用于對交換機進行配置和調(diào)試；另一方面通過pci接口和交換模塊相連，通過pci接口對交換模塊進行控制，并進行數(shù)據(jù)傳輸2 。 pc提示請看下圖: 圖2 處理器模塊硬件組成 (2)交換模塊 如圖3所示，交換模塊采用了broadcom公司bcm5645作為asic芯片，通過pci接口與處理器模塊進行通信完成數(shù)據(jù)傳輸，通

17、過5645提供內(nèi)存接口，可以給交換模塊提供一個64m外部sdram，從而提高交換機吞吐量和交換速度。5645通過mii接口和gmii接口分別連接24個百兆以太網(wǎng)和2個千兆以太網(wǎng)3 。 圖: 圖3 交換模塊硬件組成 3.3 軟件結(jié)構(gòu) vlsw 4150三層交換機軟件系統(tǒng)采用了模塊化、分布式設(shè)計方法，基于實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈層次結(jié)構(gòu)，一層建立在另一層基礎(chǔ)上，每一層都使用近鄰它下一層所提供服務(wù)，并且為它上面一層提供更高一級服務(wù)，其優(yōu)點是：可以向上層軟件屏蔽底層操作，提高上層軟件可移植性，提高軟件可維護性。 大概分為三個層面 (1)驅(qū)動層 驅(qū)動程序?qū)⑸蠈榆浖陀布到y(tǒng)進行了連接，把上層軟

18、件路由更新、管理及配置命令轉(zhuǎn)化為硬件系統(tǒng)所能識別格式，從而達到更新其內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如路由表，地址表等，控制及管理硬件交換系統(tǒng)目；同時設(shè)備驅(qū)動程序把底層硬件收到路由更新報文、控制管理幀及收到各種信息傳遞給上層軟件處理；（2）協(xié)議棧實現(xiàn)了tcp/ip、802.1d和802.1q等協(xié)議，為上層的應(yīng)用程序提供良好的接口；（3）應(yīng)用層主要包括路由模塊和網(wǎng)管模塊，路由模塊實現(xiàn)了rip和ospf等協(xié)議，即實現(xiàn)第三層路由的主要功能；網(wǎng)管模塊實現(xiàn)了snmp和rmon等網(wǎng)管模塊，使三層交換機具有部分網(wǎng)管功能，保證三層交換機更好地正常運轉(zhuǎn)。圖4  軟件結(jié)構(gòu)3.4網(wǎng)絡(luò)拓撲圖4心得體會通過本次課程設(shè)計 對三層交換機有了更深的認識，三層交換機就是具有部分路由器功能的交換機，三層交換機的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務(wù)的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。對于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等規(guī)律性的過程由硬件高速實現(xiàn)，而象路由信息更新、路由表維護、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現(xiàn)。它具有很多特性如高可擴充性，高性價比，內(nèi)