企业交换机配置计划课程设计说明书

企业交换机配置计划1、课程设计的目的（1）提高我们在通信领域内的理论认识和实践动手能力，培养我们综合运用理论知识解决实际问题的能力。（2）巩固和加深对控制理论基本知识的理解和对仪表的认识，培养创新能力，经过搜集资料，初步方案设计，系统组建，撰写设计报告的过程，得到一次科学研究工作的初步训练，提高科研综合素质。（3）为后续课程的学习、毕业设计乃至毕业后的工作打下一个良好的基础。2、设计方案论证21设计内容及要求根据本课程的知识点，用户交换机配置计划的技术要求和技术指标有效利用光纤技术，最大利用端口带宽，提供单端口带宽应在100M比特率以上，骨干设备的端口应具备高速的处理性能，以提供无拥塞处理能力。具备足够的冗余与容错性能，包括交换模块、电源、链路、设备的冗余，动态的路由选择，网络故障的重新路由，以及在线热插拔等性能。具备充分的接入能力和可扩展性，包括多种接入方式的提供和接入的可扩展性，带宽的扩展与速率的平滑升级以及处理能力的可扩展性。具有服务质量QOS保障和带宽管理能力，有效处理包延时、抖动、丢失和吞吐量问题。具有网络多媒体应用，可以提供电视会议、视频点播等多种视频网络服务支持组播协议。具备充分的接入能力和可扩展性，包括多种接入方式的提供和接入的可扩展性，带宽的扩展与速率的平滑升级以及处理能力的可扩展性。具有服务质量QOS保障和带宽管理能力，有效处理包延时、抖动、丢失和吞吐量问题。具有网络多媒体应用，可以提供电视会议、视频点播等多种视频网络服务支持组播协议具有VLAN的划分管理，提高园区网的性能、安全和便于管理。具备对网络设备的管理、运营管理等网络管理功能。22交换机构成程控交换机的主要任务是实现用户间通话的接续,由两大部分组成话路设备和控制设备。话路设备主要包括各种接口电路如用户线接口和中继线接口电路等和交换或接续网络；控制设备在纵横制交换机中主要包括标志器与记发器，而在程控交换机中，控制设备则为电子计算机，包括中央处理器CPU,存储器和输入/输出设备。程控交换机实质上是采用计算机进行存储程序控制的交换机。它将各种控制功能，方法编成程序，存入存储器，利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制，管理整个交换系统的工作。221交换网络交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器如纵横接线器，编码接线器，笛簧接线器等,在程控交换机中目前主要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。222用户电路用户电路的作用是实现各种用户线与交换之间的连接，通常又称为用户线接口电路SLIC,SUBSCRIBERLINEINTERFACECIRCUIT。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路ALC及与数字话机，数据终端或终端适配器连接的数字用户线电路DLC。模拟用户线电路是适应模拟用户环境而配置的接口，其基本功能有（1）馈电BATTERYFEED交换机通过用户线向共电式话机直流馈电；（2）过压保护OVERVOLTAGEPROTECTION防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机；（3）振铃RINGING向被叫用户话机馈送铃流；（4）监视SUPERVISION借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求；（5）编解码CODEC利用编码器和解码器CODEC,滤波器，完成话音信号的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口；（6）混合HYBRID进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求；（7）测试TEST提供测试端口，进行用户电路的测试。这7种功能常用第一个字母组成的缩写词BORSCHT代表。对于模拟程控交换机，不需要编解码功能；而在数字程控交换机中，除某些特定应用的小型交换机利用增量调制方式外，其它大部分均采用PCM编解码方式。数字用户线电路是为适应数字用户环境而设置的接口，它主要用来通过线路适配器LAM或数字话机SOPHOSET与各种数据终端设备DTE如计算机，打印机，VDU,电传相连。223出入中继器出入中继器是中继线与交换网络间的接口电路，用于交换机中继线的连接。它的功能和电路与所用的交换系统的制式及局间中继线信号方式有密切的关系。对模拟中继接口单元ATU,其作为是实现模拟中继线与交换网络的接口，基本功能一般有发送与接收表示中继线状态如示闲，占用，应答，释放等的线路信号。转发与接收代表被叫号码的记发器信号。供给通话电源和信号音。向控制设备提供所接收的线路信号。对于最简单的情况，某一交换机的中继器通过实线中继线与另一交换机连接，并采用用户环路信令，则该模拟中继器的功能与作用等效为一部“话机”。若采用其它更为复杂的信号方式，则中继器应实现相应的话音，信令的传输与控制功能。数字中继线接口单元DTU的作用是实现数字中继线与数字交换网络之间的接口，它通过PCM有关时隙传送中继线信令，完成类似于模拟中继器所应承担的基本功能。但由于数字中继线传送的是PCM群路数字信号，因而它具有数字通信的一些特殊问题，如帧同步，时钟恢复，码型交换，信令插入与提取等，即要解决信号传送，同步与信令配合三方面的连接问题。数字中继接口单位的基本功能包括帧与复帧同步码产生，帧调整，连零抑制，码型变换，告警处理，时钟恢复，帧同步搜索及局间信令插入与提取等，如同模拟用户电路的BORSCHT,也可将数字中继单元的上述8种功能概括为GAZPACHO。224控制设备控制部分是程控交换机的核心，其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储程序和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。程控交换机控制设备的主体是微处理器，通常按其配置与控制工作方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类。为了更好的适应软硬件模块化的要求，提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性，目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高，已广泛采用部分或完全分布式控制方式。23汇聚层千兆交换机技术指标指标要求端口数量10/100/1000M端口241000M光端口2（其中一台配置1000兆单模光端口2个）性能整机交换容量80GBPS整个系统最大第三层包转发能力80MPPSQOS每端口优先级队列数目4VLAN8021P/Q虚网中继协议支持基于端口、协议、MAC、IP划分虚网支持支持的VLAN数4096安全广播风暴抑制支持路由硬件线速路由支持并配备24三层百兆交换机技术指标指标要求端口数量10/100BASETX端口241000M光端口2（配置1000兆单模光端口2个）性能整机交换容量6GBPS整个系统最大第三层包转发能力6MPPSQOS每端口优先级队列数目4VLAN8021P/Q虚网中继协议支持基于端口、协议、MAC、IP划分虚网支持支持的VLAN数4096安全广播风暴抑制支持路由硬件线速路由支持并配备25接入层100兆交换机技术指标指标要求端口24/4810/100BASETX1000BASEGBICSX、LX支持性能背板带宽10/15GBPS千兆端口2VLAN8021P/Q虚网中继协议支持基于端口、协议、MAC、IP划分虚网支持支持的VLAN数409QOS每端口优先级队列数目4每端口队列总数2048安全性8021X虚网用户身份认证支持网管SNMP、TELNET、RMON支持3、系统分析三层交换的概念第三层交换技术也称为IP交换技术或高速路由技术等，是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层数据链路层进行操作的，而第三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，第三层交换技术就是第二层交换技术第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。三层交换的原理从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线交换数据的。在第三层交换机中，与路由器有关的第三层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需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（10MBIT/S100MBIT/S）。在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定（1）数据封包的转发如IP/IPX封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现；（2）第三层路由软件如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。假设有两个使用IP协议的站点，通过第三层交换机进行通信的过程为若发送站点A在开始发送时，已知目的站B的IP地址，但尚不知道它在局域网上发送所需要的MAC地址，则需要采用地址解析（ARP）来确定B的MAC地址。A把自己的IP地址与B的IP地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定B是否与自己在同一子网内。若B与A在同一子网内，A广播一个ARP请求，B返回其MAC地址，A得到B的MAC地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC地址表确定将数据包发向目的端口。若两个站点不在同一子网内，则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置，这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。当A对“缺省网关“的IP地址广播出一个ARP请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到B的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP请求，B得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A以后，当再进行A与B之间数据包转发时，将用最终的目的站点的MAC地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换1第三层交换的特点突出的特点如下（1）有机的硬件结合使得数据交换加速；（2）优化的路由软件使得路由过程效率提高；（3）除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由第二层交换处理；（4）多个子网互连时只是与第三层交换模块的逻辑连接，不象传统的外接路由器那样需增加端口，保护了用户的投资。第三层交换的目标是，只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。第三层交换使用第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也可以存储起来，供以后使用。之后数据包通过一条虚电路绕过路由器快速发送。第三层交换技术的出现，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。当然，三层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单叠加，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。4、系统设计41总体设计VLSW4150交换机有24个RJ4510/100BASETX自适应端口，提供2个可选光纤10/100BASETX以太口、100BASEFX快速以太端口或者千兆以太网口（SX，LX，ZX），并另外提供一个串口和一个100M以太网口对交换机进行配置。VLSW4150交换机体系结构可以支持最高到11GBPS速率，多层交换速率达到66MPPS；可以支持8,192个MAC地址；为了更好控制网络流量和网络安全，还支持以1M为步长速率限制；支持TAGGEDVLAN和MACBASED帧过滤以及RIP、OSPF和BGP路由协议。VLSW4150交换机提供堆栈技术可以以一个逻辑IP地址来管理多个交换机，并可在一个口上镜像其他数据包，提供基于WEB网管系统以及CLI方式来调试交换机。VLSW4150支持SNMP协议、RMON和TELNET功能来便于管理。42硬件结构VLSW4150三层交换机硬件结构分为两个部分，处理器模块和交换模块，它们之间通过PCI接口相连，同时配合相应外围电路形成完整三层交换机系统，见图1。图1三层交换机系统1处理器模块如图2所示，处理器部采用一款MOTOROLAPOWERQUICCIICPU，同一些外部存储设备以及一些外围电路构成三层交换机处理器部分。处理器模块主要是运行嵌入式操作系统，配置系统和路由表维持，而不是数据转发通路组成部分。CPLD保存一些CPU初始化一些配置以保证上电后CPU正常启动，FLASH芯片用于存储三层交换机所需要所有软件和相关配置，SDRAM在系统启动之后载入FLASH中程序，保证系统正常运行。处理器模块一方面提供一个快速以太网接口和一个异步口，用于对交换机进行配置和调试；另一方面通过PCI接口和交换模块相连，通过PCI接口对交换模块进行控制，并进行数据传输2。图2处理器模块硬件组成2交换模块如图3所示，交换模块采用了BROADCOM公司BCM5645作为ASIC芯片，通过PCI接口与处理器模块进行通信完成数据传输，通过5645提供内存接口，可以给交换模块提供一个64M外部SDRAM，从而提高交换机吞吐量和交换速度。5645通过MII接口和GMII接口分别连接24个百兆以太网和2个千兆以太网3。图3交换模块硬件组成43软件结构VLSW4150三层交换机软件系统采用了模块化、分布式设计方法，基于实时多任务操作系统。软件系统结构呈层次结构，一层建立在另一层基础上，每一层都使用近邻它下一层所提供服务，并且为它上面一层提供更高一级服务，其优点是可以向上层软件屏蔽底层操作，提高上层软件可移植性，提高软件可维护性。大概分为三个层面（1）驱动层驱动程序将上层软件和硬件系统进行了连接，把上层软件路由更新、管理及配置命令转化为硬件系统所能识别格式，从而达到更新其内部数据结构如路由表，地址表等，控制及管理硬件交换系统目；同时设备驱动程序把底层硬件收到路由更新报文、控制管理帧及收到各种信息传递给上层软件处理；（2）协议栈实现了TCP/IP、8021D和8021Q等协议，为上层应用程序提供