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摘要:

為了使學生深入理解實現大型局域網中vlan間可靠性通信技術和方法，教學過程中有針對性地設計了實驗，該實驗采用LITO模擬器設計，即給出了三層架構交換機的組網圖，并應用鏈路聚合、多生成樹協議、VLAN、ospf協議等技術進行設備的配置、驗證，最終實現了VLAN間可靠通信。通過該實驗，加深了學生對大型局域網中VLAN可靠通信相關知識的理解，進一步增強了他們綜合運用知識的能力。

關鍵詞:

大型局域網;LITO模擬器;交換機;VLAN間可靠通信

隨著計算機性能的提高及通信量的劇增，傳統局域網已經超出了自身的負荷，交換式以太網技術應運而生［1-3］，它最初僅實現OSI模型最低兩層協議，伴隨交換技術的發展，又實現了OSI模型最低三層或多層協議。交換式以太網技術具有以下4個突出的優點［4］:①僅需要用交換式交換機改變共享式HUB，節省用戶網絡升級的費用;②可在高速與低速網絡間轉換，實現不同網絡的協同;③同時提供多個通道，比傳統的共享式集線器提供更多的帶寬;④相對路由器成本低、高帶寬、高速度。因此，交換式以太網技術應用到局域網中，產生了交換式以太網，大大提高了傳統局域網的性能。隨著交換式以太網技術的廣泛應用，基于交換機的虛擬局域網(VirtualLocalAreaNetwork，VLAN)技術也得到了長足的發展［5］。VLAN是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組［6-7］，VLAN技術的優點如下［8］:①有效控制廣播域范圍，節省帶寬;②不同VLAN內的報文傳輸是隔離的，增強了局域網的安全性;VLAN技術可以將不同的用戶劃分到不同的工作組，同一工作組的用戶不必局限于固定的物理范圍，網絡構建和維護更靈活;③VLAN技術可以將網絡故障限制在一個VLAN中，增強了網絡的健壯性。因此，VLAN技術已經成為局域網組網的一個關鍵技術［9-12］。目前，在大型局域網組網時，經常用到各種類型二層、三層交換機，如何使用它們實現VLAN間可靠通信，是大型局域網的規劃與設計過程中需要實現的關鍵技術，也是網絡規劃與設計課程的教學重點，為了使學生更好地在大型局域中應用VLAN技術和網絡可靠性技術，本文使用LITO1．4．4模擬器設計組網圖，運用VLAN技術、鏈路聚合［13］和多生成樹協議(MultipleSpanningTreeProtocol，MSTP)［14-16］等網絡可靠性技術實現組網配置，在配置過程中，學生通過動手實踐、分析和解決問題，深入理解了大型局域網中VLAN間可靠通信的關鍵技術。

1關鍵技術分析

1．1VLAN技術分析

1．1．1VLAN標簽操作在VLAN技術中，給以太網幀附加一個標簽標記它能夠在哪個VLAN中傳播，因此，交換機在轉發數據幀時，不僅要查找MAC地址來決定轉發到哪個端口，還要檢查端口上的標簽是否匹配。為了使交換機實現標簽匹配，需要手工配置交換機不同端口的屬性。支持VLAN的交換機的每個端口可以配置為3種屬性之一:Access、Trunk、Hybrid。Access端口只能屬于一個VLAN，發送的幀不打標簽，也不接收打標簽的幀，用于連接PC機;Trunk端口可以屬于多個VLAN，發送帶標簽的幀，接收到的幀都帶有標簽，用于在多個交換機之間傳輸多個VLAN幀，實現多個交換機相同VLAN的通信;Hybrid端口同時具有Access端口和Trunk端口的功能，可以屬于多個VLAN，主要用于組建基于協議的VLAN。本文設計的實驗僅配置了Access和Trunk端口。

1．1．2VLAN間路由為了實現不同VLAN之間的通信，引入了VLAN間路由技術，該技術有多種實現方式，如2層交換機+路由器方式，單臂路由方式，3層交換機方式，相對前兩種方式，3層交換機內置3層轉發引擎硬件，速率高、吞吐量大，避免了外部物理連接帶來的延遲和不穩定，轉發性能優于路由器實現的VLAN間路由，因此，本文應用3層交換機實現VLAN間路由。

1．2網絡可靠性技術分析網絡可靠性是指網絡提供的服務不間斷，由于任何一個網絡組件都可能出現故障，因此，網絡可靠性一般需要通過一定的冗余來實現，而通信網絡中最主要的組件是網絡設備和鏈路，所以，網絡的可靠性設計主要是實現設備和鏈路的冗余設計。大型網絡結構較復雜，通常采用層次化模型設計，即將網絡設計分成幾個層次，每個層次重點關注某些特定的功能，從而使一個復雜的大問題轉換成多個簡單的小問題。3層網絡架構設計的網絡有3個層次:核心層、匯聚層、接入層，具體功能如下:(1)核心層。是網絡的高速交換主干，對整個網絡的連通起到至關重要的作用，是網絡的樞紐中心，它具有如下特性:可靠性、高效性、冗余性、容錯性、可管理性、適應性、低延時性等。因此，核心層應該采用高帶寬的千兆以上交換機，通常需要利用雙機冗余熱備份技術、負載均衡技術改善網絡性能。(2)匯聚層。是網絡接入層和核心層的中介，即在工作站接入核心層前先做匯聚，以減輕核心層設備的負荷。匯聚層具有實施策略、安全、工作組接入、虛擬局域網(VLAN)之間的路由、源地址或目的地址過濾等多種功能。因此，匯聚層應該采用支持三層交換技術和VLAN的交換機，以達到網絡隔離和分段的目的。(3)接入層。向本地網段提供工作站接入，減少同一網段的工作站數量，能夠向工作組提供高速帶寬。接入層可以選擇不支持VLAN和三層交換技術的普通交換機。在大型局域網中，一方面合理配置核心交換機，充分發揮它的硬件性能，調整它在帶寬、網絡流量處理能力位置結構，會使網絡具備良好的擴展性;另一方面依據業務需求合理劃分VLAN，控制廣播范圍、抑制廣播風暴，可以提高網絡的整體性能和安全性。為提高網絡的可靠性，本文在網絡的核心層采用鏈路聚合，核心層和接入層采用MSTP。

2實驗設計與實現

2．1實驗設計本文使用H3C模擬器LITO1．4．4，設計組網圖，設計的組網圖如圖1所示。圖1建立了一個大型企業網模型，SW1、SW2是接入層交換機，它們是2層交換機，分別劃分了2個VLAN和3個VLAN，表示5個不同的部門，PC1、PC2、PC3、PC4、PC5分別代表這5個部門的經理用戶，它們需要互相通信;SW3～SW5、SW7是三層交換機，其中，SW3、SW4是匯聚層交換機;SW5、SW7是核心層交換機;RT1是連接外網的路由器。

2．2設備配置SW3和SW4之間配置鏈路聚合，SW1、SW2、SW3、SW4之間配置MSTP，避免轉發環路，同時實現鏈路和設備備份，保證數據更可靠地傳輸;SW3、SW4、SW5、SW7、RT1之間配置ospf協議，自動維護它們之間的路由信息。各設備接口的IP地址如表1所示。SW1和SW2、SW3和SW4、SW5和SW7的配置類似，下面以SW2、SW4、SW7的配置為例說明配置過程。

2．3驗證

2．3．1ospf協議驗證SW3、SW5、RT1、SW7、SW4之間配置了ospf協議，在SW3上pingSW4，如圖2所示，可以看出SW3可以ping通SW4，ospf協議正常工作。

2．3．2SW3和SW4正常工作，局域網內互通性驗證(1)在SW1上查看生成樹的狀態，如圖3所示，e0/4/1為阻塞端口，不能轉發流量，可避免環路。(2)在SW2上查看生成樹的狀態，如圖4所示，e0/4/4為阻塞端口，不能轉發流量，可以而避免環路。(3)在SW3和SW4是核心交換機，它們之間配置了鏈路聚合，其生成樹的所有端口都為轉發端口，以SW4為例，查看生成樹的狀態如圖5所示。(4)如圖6所示，PC3pingPC1，PC3pingPC2，PC2pingPC3，PC2pingPC4，PC2pingPC5均可ping通，局域網內主機互通。

2．3．3SW4端口故障，SW3正常工作，局域網內主機互通性驗證關閉SW3的e/4/2端口，并查看聚合組摘要信息，如圖7所示，可知e/4/2端口為U狀態，即未選擇狀態，不工作。此時PC1pingPC5，結果顯示如圖8，由圖可知，PC1可以ping通PC5，說明鏈路聚合起了作用，聚合組的一條鏈路故障，不影響通信。

3結語

在大型局域網的規劃與設計過程，經常用到許多2層、3層交換機，如何在2層交換機上劃分VLAN，如何配置3層交換機實現VLAN間可靠通信，是網絡規劃與設計課程的教學重點和難點之一，也是學生難以理解、不容易在實際中靈活應用的知識。本文用LITO模擬器建立實驗組網圖，分析組網的具體需求，并在模擬器中實現了各個設備的配置、驗證，使學生在實驗過程中直觀地感受到大型局域網組建中可能遇到的問題，較好地培養了學生發現問題、分析問題、解決問題、綜合應用知識的能力，達到了良好的教學效果。

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作者：廉佐政 王海珍 單位：齊齊哈爾大學 計算中心 計算機與控制工程學院