【文章內(nèi)容簡介】 提供真正的高速無阻塞的傳輸,保證全線速交換；不僅硬件實現(xiàn)三層路由和交換，關(guān)鍵功能均通過硬件實現(xiàn),極大程度上提高了數(shù)據(jù)處理能力；而管理交換引擎、電源等關(guān)鍵部件的冗余,實現(xiàn)了系統(tǒng)高穩(wěn)定性和可靠性[2]。（4）校園網(wǎng)系統(tǒng)可擴展性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)以開放性為基礎(chǔ),具有廣泛的適應(yīng)性和可擴充性, 作為一個骨干網(wǎng)的核心,下面的一些新的應(yīng)用將不斷增加,系統(tǒng)的容量也將隨之擴展,因此方案應(yīng)具有良好的可擴充性適應(yīng)系統(tǒng)不斷增長的需求[3]。（5）校園網(wǎng)系統(tǒng)可維護性整個業(yè)務(wù)網(wǎng)必須具備良好的可管理性,網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)具有監(jiān)測、故障診斷、故障隔離、過濾設(shè)置等功能,以便于系統(tǒng)的管理和維護。同時應(yīng)盡可能選取集成度高、模塊化、可通用的產(chǎn)品,以便于管理和維護。（1）先進性技術(shù)上的先進性將保證處理數(shù)據(jù)的高效率、系統(tǒng)工作的靈活性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性，技術(shù)上的先進性也使系統(tǒng)的擴充和維護變得十分簡單。（2）實用性課題的設(shè)計既要在相當長的時間內(nèi)保證其先進性，還應(yīng)本著實用的原則，在實用的基礎(chǔ)上追求先進性，使系統(tǒng)便于聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息資源共享。易于維護管理，具有廣泛兼容性，同時為適應(yīng)我國實際情況，設(shè)備應(yīng)具有使用靈活、操作方便的漢字、圖形處理功能。（3）經(jīng)濟性在完成系統(tǒng)目標的基礎(chǔ)上，力爭用最少的錢辦最多的事，創(chuàng)造出最大的使用效益（4）安全性目前，計算機網(wǎng)絡(luò)都與外部網(wǎng)絡(luò)互連互通日益增加，都直接或間接與國際互連網(wǎng)連接。因此，在系統(tǒng)方案設(shè)計需考慮到系統(tǒng)的可靠性、信息安全性和保密性的要求。（5）易于擴展性由于信息技術(shù)和人們對于新技術(shù)的需求發(fā)展都非常迅速，為了避免不必要的重復(fù)投資，應(yīng)選擇具有一定擴展能力的設(shè)備，能夠保證在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸擴大的時候，不需要增加的設(shè)備，而只需要增加一定數(shù)量的模塊就行。（6）安全、穩(wěn)定、可靠作為整個校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須是具備安全性、穩(wěn)定性和可靠性的特點。這是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最基本條件。最好是經(jīng)過相當長時間，在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，所以在選擇產(chǎn)品時選用國際知名廠商的產(chǎn)品。（7）管理和維護方便先進的設(shè)備必須配合先進的管理和維護的方法，才能夠發(fā)揮最大的作用。所以，在選擇設(shè)備時必須支持現(xiàn)有的、常用的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和多種網(wǎng)絡(luò)管理軟件，便于管理人員的維護。整個校園網(wǎng)的信息點都可接入Internet，Internet通過校園外部的路由器進入到整個校園的核心交換機上，再經(jīng)核心交換機分別接入到每棟樓的交換機，校園網(wǎng)能夠提供WWW服務(wù)器、域名服務(wù)器、FTP服務(wù)器、代理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要是內(nèi)部管理、教學數(shù)據(jù)庫，學生和教師資料數(shù)據(jù)庫。對校園網(wǎng)內(nèi)部提供視頻點播服務(wù)，使用教務(wù)教學管理系統(tǒng)對學校教務(wù)教學進行管理，因此有一個專門的服務(wù)區(qū)連接核心交換機來為整個校園網(wǎng)提供服務(wù)。各大樓之間可互聯(lián)互通，每棟樓有一個總交換機連接每一層的交換機，層交換機再經(jīng)連接到每個房間的交換機，每個房間的所有信息點連接到這個房間的交換機上。這樣整個校園的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本完成。 校園網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)拓撲圖設(shè)備選擇的原則[4]：(1) 安全、穩(wěn)定、可靠：作為整個校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須是具備安全性、穩(wěn)定性和可靠性的特點。這是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最基本條件。 (2) 技術(shù)先進性：在選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)該采用當今較先進的技術(shù)，能夠保持該設(shè)備在相當長的一段時間內(nèi)不會因為技術(shù)落后而被淘汰。同時，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進一步擴大，該設(shè)備不能承擔繁重的負荷時，能夠降級使用。(3) 易于擴展性：由于信息技術(shù)和人們對于新技術(shù)的需求發(fā)展都非常迅速，為了避免不必要的重復(fù)投資，應(yīng)選擇具有一定擴展能力的設(shè)備，能夠保證在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸擴大的時候，不需要增加的設(shè)備，而只需要增加一定數(shù)量的模塊就行。(4) 管理和維護方便：先進的設(shè)備必須配合先進的管理和維護的方法，才能夠發(fā)揮最大的作用。所以，在選擇設(shè)備時必須支持現(xiàn)有的、常用的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和多種網(wǎng)絡(luò)管理軟件，便于管理人員的維護。2 主要技術(shù)概述在計算機數(shù)量眾多的局域網(wǎng)絡(luò)中，為了提高網(wǎng)絡(luò)安全性和通信效率必須劃分VLAN,而不同VLAN間的通信只有通過路由設(shè)備才能實現(xiàn)。如果使用傳統(tǒng)路由器作為VLAN間的路由設(shè)備，將由于其吞吐量太小而很難適應(yīng)大規(guī)模、高速率網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰@無疑將成為快速以太網(wǎng)或千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠款i。于是，專門用于解決VLAN間通信的、集第三層轉(zhuǎn)發(fā)與第二層交換于一身的第三層交換技術(shù)產(chǎn)生了。第三層交換技術(shù)實際上是使用了集成電路的路由器，但比傳統(tǒng)的路由器提供了更高的速度和更低的成本，也比傳統(tǒng)的路由器更易于管理。正因為第三層交換技術(shù)集成了路由器的功能，所以第三層交換機也被成為路由交換機。第三層交換機根據(jù)OSI模型網(wǎng)絡(luò)層（即第三層）的IP地址完成端到端的數(shù)據(jù)交換，主要應(yīng)用于不同VLAN子網(wǎng)間的路由。當某一信息源的第一個數(shù)據(jù)流進行第三層交換（路由）后，交換機會產(chǎn)生一個MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲起來，如同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進入交換機，交換機將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二次有源地址傳輸?shù)侥康牡刂罚辉俳?jīng)過第三路由系統(tǒng)處理，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了VLAN子網(wǎng)間傳輸信息時傳統(tǒng)路由器產(chǎn)生的速率瓶頸。根據(jù)第三層協(xié)議對路由進行計算，其支持的路由協(xié)議包括RIP（路由信息選擇協(xié)議）和OSPF（開放最短路徑優(yōu)先）等。支持IGMP（Internet組管理協(xié)議）、DVMRP（距離矢量組播路由選擇協(xié)議）等各種常用的IP組播協(xié)議，當交換式路由器收到組播報文后，首先將報文轉(zhuǎn)發(fā)到包含組播組成員的VLAN上，繼而再把報文轉(zhuǎn)發(fā)到組播組成員的端口上。支持服務(wù)質(zhì)量（QoS），將報文賦予特定的優(yōu)先級，不同優(yōu)先級的報文送到不同的隊列按先后轉(zhuǎn)發(fā)。支持標準的SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）協(xié)議，支持傳統(tǒng)的命令行接口（CLI）。對虛擬網(wǎng)的多種劃分策略，尤其是它不僅支持傳統(tǒng)的機遇端口的VLAN劃分，而且還支持基于IP地址，子網(wǎng)號和協(xié)議類型的VLAN劃分，這給園區(qū)網(wǎng)的管理帶來極大的方便。具有自動發(fā)現(xiàn)功能，該功能可以減少配置的復(fù)雜性。第三層交換機可以通過監(jiān)視數(shù)據(jù)流來學習路由信息，通過對端口入站數(shù)據(jù)包的分析，第三層交換機能自動的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)生一個廣播域、VLAN 、IP 子網(wǎng)和更新他們的成員。自動發(fā)現(xiàn)功能在不改變?nèi)魏闻渲玫那闆r下，提高網(wǎng)絡(luò)的性能[5]。除了優(yōu)秀的性能之外，三層交換機還具有一些傳統(tǒng)的二層交換機沒有的特性，這些特性可以給校園和城域教育網(wǎng)的建設(shè)帶來許多好處，列舉如下：（1）高可擴充性三層交換機在連接多個子網(wǎng)時，子網(wǎng)只是與第三層交換模塊建立邏輯連接，不像傳統(tǒng)外接路由器那樣需要增加端口，從而保護了用戶對校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)的投資。并滿足學校3—5年網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用快速增長的需要。（2）高性價比三層交換機具有連接大型網(wǎng)絡(luò)的能力，功能基本上可以取代某些傳統(tǒng)路由器，但是價格卻接近二層交換機?，F(xiàn)在一臺百兆三層交換機的價格只有幾萬元，與高端的二層交換機的價格差不多。（3）內(nèi)置安全機制三層交換機可以與普通路由器一樣，具有訪問列表的功能，可以實現(xiàn)不同VLAN間的單向或雙向通訊。如果在訪問列表中進行設(shè)置，可以限制用戶訪問特定的IP地址，這樣學校就可以禁止學生訪問不健康的站點。訪問列表不僅可以用于禁止內(nèi)部用戶訪問某些站點，也可以用于防止校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)外部的非法用戶訪問校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提高網(wǎng)絡(luò)的安全。（4）適合多媒體傳輸教育網(wǎng)經(jīng)常需要傳輸多媒體信息，這是教育網(wǎng)的一個特色。三層交換機具有QoS（服務(wù)質(zhì)量）的控制功能，可以給不同的應(yīng)用程序分配不同的帶寬。虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)用于在不更改網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)的前提下對局域網(wǎng)進行重組。在以前的局域網(wǎng)應(yīng)用中，當站與站之間的通信關(guān)系改變后，需要對網(wǎng)絡(luò)的的物理結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，而采用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)后，網(wǎng)管人員只需在交換機上對網(wǎng)絡(luò)進行邏輯重構(gòu)，即可使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適應(yīng)新的通信要求，并維持通信的高效率。具體的講，虛擬局域網(wǎng)技術(shù)是通過路由和交換設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)物理拓撲的基礎(chǔ)上建立一個邏輯網(wǎng)絡(luò)。每個VLAN都構(gòu)成一個獨立的廣播域，處于同一VLAN中的網(wǎng)絡(luò)用戶可以不受地理位置的限制而像處于同一個VLAN上那樣互相交換信息。VLAN必須在交換網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，每個交換設(shè)備均可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理人員所定義的VLAN劃分方法對報文進行過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，并能將這種劃分信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)中其他交換設(shè)備和路由器中。LAN交換設(shè)備在VLAN的劃分及實現(xiàn)低延遲的報文轉(zhuǎn)發(fā)方面起著重要的作用。事實上，在網(wǎng)絡(luò)層對網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)的路由器，能夠在網(wǎng)絡(luò)層對網(wǎng)絡(luò)進行隔離，并抑制廣播數(shù)據(jù)。而VLAN則是一種不采用路由器對廣播數(shù)據(jù)進行抑制的解決方案。在VLAN中，對廣播數(shù)據(jù)的抑制由交換機完成。采用VLAN技術(shù)后，可使當網(wǎng)絡(luò)中的站點發(fā)生移動，增強和移出時的管理開銷大為減少，可以抑制廣播數(shù)據(jù)的泛濫、提高網(wǎng)的安全性。這些優(yōu)點都源于交換機具有可根據(jù)管理員的要求生成VLAN的功能，即交換機能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)工作站組織為若干虛擬局域網(wǎng)并實現(xiàn)虛擬網(wǎng)間的隔離，虛擬網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以獨立于網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)。VALN的主要功能如下：（1） 提高管理效率。當網(wǎng)絡(luò)中站點出現(xiàn)了移動、增加和移出時，網(wǎng)絡(luò)管理員可以十分方便的對VLAN進行重組。（2） 抑制廣播數(shù)據(jù)。當集線器或一般交換機組建局域網(wǎng)時，第二層廣播數(shù)據(jù)將被傳送到集線器或一般交換機的所有接口，進而傳到所有用戶，這樣勢必耗費大量的網(wǎng)絡(luò)資源。雖然用路由器對網(wǎng)絡(luò)進行分段可以減少廣播數(shù)據(jù)（路由器一般不在接口間轉(zhuǎn)發(fā)廣播數(shù)據(jù)），但傳輸會延遲會增加。而VLAN可以有效的抑制廣播數(shù)據(jù)，某個VLAN中的廣播數(shù)據(jù)只是被復(fù)制到其成員所連接的端口。這實際上是為在交換型網(wǎng)絡(luò)中建立起同路由器功能類似的防火墻提供了一種有效的手段。在VLAN中，大部分數(shù)據(jù)都是通過交換機轉(zhuǎn)發(fā)的，只有VLAN間的數(shù)據(jù)才需經(jīng)過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，可有效地提高VLAN中大部分數(shù)據(jù)的傳輸速度。（3） 增強網(wǎng)絡(luò)安全性。將整個網(wǎng)絡(luò)劃分成若干互相獨立的廣播組是一種有效的增強網(wǎng)絡(luò)安全性的方法。可以限制某個VLAN中的用戶數(shù)量，可以禁止那些沒有得到許可的用戶加入到某個VLAN中。這樣,VLAN就可以提供一道防火墻，以控制用戶對網(wǎng)絡(luò)資源的訪問，控制廣播組的大小和構(gòu)成，并借助于網(wǎng)管軟件在非法入侵發(fā)生時通知網(wǎng)管人員。（4） 實現(xiàn)虛擬工作組。在整個園區(qū)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)VLAN后，同一個部門的所有成員將可以像處于同一個LAN上那樣進行通信。當某人從一個場地遷移到另一個場地時，只要其工作部門不變，就用不著對其機器進行重新配置。與此類似，如果某人改變了工作部門，可以不改變工作地點，只需網(wǎng)管人員修改其VLAN成員身份即可[5]。（1）VLAN與由物理位置決定的傳統(tǒng)VLAN有著本質(zhì)不同，它不受網(wǎng)絡(luò)物理位置的限制，可跨越多個物理網(wǎng)絡(luò)、多臺交換機。我們可將網(wǎng)絡(luò)用戶按功能分成多個邏輯工作組，每一個組為一個VLAN。（2）每一個VLAN中的廣播只有VLAN中的成員才能聽到，而不會傳輸?shù)狡渌鸙LAN中去，因此，VLAN可隔離廣播信息，每個VLAN為一個廣播域，用戶可以通過劃分VLAN的方法來限制廣播域，以防止廣播風暴的發(fā)生。如果要實現(xiàn)不同VLAN之間的主機通信，則必須通過一個路由器或者三層交換機。（3）劃分VLAN可以有效提升寬帶，我們可以將網(wǎng)絡(luò)上的用戶按業(yè)務(wù)功能劃分成多個邏輯工作組，每一個為一個VLAN,這樣，日常的通信交流信息絕大部分被限制在一個VLAN內(nèi)部，使帶寬得到有效利用。（4）VLAN均由軟件實現(xiàn)定義與劃分，使得建立與重組VLAN十分靈活，當一個VLAN中增加、刪除和修改用戶時不必從物理位置上調(diào)整網(wǎng)絡(luò)[6]。劃分VLAN的方法主要有以下幾種：（1） 按交換機端口進行劃分。這種方法最常用，也最簡單和有效。其缺點是，當用戶從一個端口移至另一個端口時，必須對VLAN成員重新配置。（2） 按MAC地址劃分。由網(wǎng)管人員指定屬于同一個VLAN中的各用戶站的MAC地址。這種劃分的優(yōu)點是：由于MAC地址是固化在網(wǎng)卡中的，當用戶站移至其他位置后，其仍將屬于原VLAN，這樣定義的VLAN可以看成是基于用戶的VLAN。采用這種方法劃分VLAN的缺點是：在大型網(wǎng)絡(luò)中初始配置工作量很大。（3） 按第三層協(xié)議劃分。這種劃分方法在決定VLAN成員的身份時，主要考慮網(wǎng)絡(luò)層地址（如TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)地址）。當按網(wǎng)絡(luò)層地址劃分VLAN時，要將子網(wǎng)地址映射到VLAN，交換機則根據(jù)子網(wǎng)地址將各機器的MAC地址同VLAN聯(lián)系起來。這種劃分方法的優(yōu)點是：根據(jù)第三層協(xié)議劃分VLAN，當用戶的機器移動位置后，不必重新配置網(wǎng)絡(luò)地址。這種劃分方法的缺點是：對報文中的網(wǎng)絡(luò)地址（IP）進行檢查比對幀中MAC地址檢查所需要的開銷大，使交換設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)速率下降。（4） IP組播VLAN。IP組播是用一個D類地址表示的，當向一個IP組播發(fā)送一個IP報文時，這個報文會傳到該組中每一個站點。即可以把一個IP組播看成一個VLAN。（5） 基于策略的VLAN。允許網(wǎng)絡(luò)管理員使用前述的任何一種劃分VLAN的方法，也可以把不同方法組合成一種新的策略來劃分VLAN，當一個策略被指定到一個交換機時，該策略就可以在整個網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用[6]。VLAN技術(shù)存在的主要問題有三個。首先是標準不一致的問題。目前，不同廠商生產(chǎn)的交換機不能在VLAN層面上互相操作。這意味著，如果需