网络互连技术范文

2024-07-18

网络互连技术范文（精选10篇）

网络互连技术第1篇

·了解必要的和可选的MAC帧格式, 其目的, 他们的兼容性要求。

·列出的各种以太网物理层, 信令程序, 链接媒体要求/限制。

·描述权衡与实施或升级以太网LAN-选择数据传输速率, 业务模式和网络设备。

以太网技术

以太网网络元素

以太网LAN组成的网络节点和互连媒体。该网络节点分为两大类:

·数据终端设备 (终端) 设备, 无论是源或目的地的数据帧。DTEs一般的设备, 如个人电脑, 工作站, 文件服务器或打印服务器上, 作为一个群体, 都常常被称为结束站。

·数据通信设备 (二氯乙烯) , 中间的网络设备, 接收和转发帧的整个网络。DCEs可以是独立的设备, 如中继器, 网络交换机和路由器, 或通信接口单位, 如接口卡和调制解调器。

在整个这一章中, 独立的中间网络设备将被称为要么中间节点或DCEs。网络接口卡将称为网卡。

目前的以太网媒体选择包括两个一般类型的铜电缆:非屏蔽双绞线 (双绞线) 和屏蔽双绞线 (如STP) , 加上几种类型的光缆。

以太网网络拓扑结构

局域网上许多拓扑配置, 但是, 不论其大小或复杂性, 都将是一个结合的仅有的三个基本互连结构或网络的基石。

最简单的结构是点到点互连, 如图7-1。只有两个网络单位都参与, 而且连接可能是终端到终端。

图7-1为例点对点互连

原来的以太网网络的实施与同轴总线结构。

虽然新的网络不再是连接在总线配置, 一些较旧的总线网络的连接仍然存在, 并且仍然有用。

如图7-2为例同轴总线拓扑

网络配置的选择一直是明星连接拓扑结构, 如图7-3。中央网络股是不是多端中继器 (也称为集线器) 或网络交换机。

图7-3为例星连通拓扑

在IEEE 802.3的逻辑关系的ISO参考模型

图7-4显示了符合IEEE 802.3标准逻辑层次及其相互关系的OSI参考模型。与所有IEEE 802协议, 在ISO数据链路层分为两个IEEE 802层, 媒体访问控制 (MAC) 子层和MAC的客户层。在IEEE 802.3物理层对应到了ISO物理层。

陆委会客户层可能是下列之一:

·逻辑链路控制 (LLC公司) , 如果该单位是一个终端。这层之间的接口提供了以太网MAC和上层的协议栈的结束站。层的有限责任公司的定义是:符合IEEE 802.2标准。

·大桥实体, 如果该单位是一个增强。大桥实体提供局域网到局域网网络之间的接口, 使用相同的协议 (例如, 以太网到以太网) 之间以及不同协议 (例如, 以太网到令牌环) 。大桥实体所确定的IEEE 802.1标准。

图7月4日以太网的逻辑关系与ISO参考模型

由于规格LLC和桥梁实体共同为所有IEEE 802 LAN协议, 网络兼容性将成为首要责任, 特别是网络协议。图7-5显示不同的兼容性要求所施加的MAC和物理水平的基本数据通信的以太网链接。

图7-5 MAC和物理层兼容性要求基本数据通信

MAC层控制节点的接入网络媒体, 是具体的个别协议。所有符合IEEE 802.3标准互委会必须符合相同的一套基本的逻辑要求, 不管他们是否包括一个或多个确定的任择议定书扩展。唯一的要求基本通信 (通讯, 不需要任择议定书延伸) 两个网络节点之间是双方互委会必须支持相同的传输速率。

802.3物理层是特定于传输的数据速率, 信号编码, 和类型的媒体互连的两个节点。千兆以太网, 例如, 被定义为操作或者双绞线或光缆, 但每个特定类型的电缆或信号的编码程序, 需要不同的物理层执行。

以太网MAC子层

的MAC子层有两个主要责任:

·数据封装, 包括传输帧大会之前, 和帧解析/错误检测接待期间和之后

·媒体访问控制, 包括启动帧传输和传输失败恢复

基本以太网帧格式

IEEE 802.3标准定义了一个基本数据帧格式所需要的所有Mac实施, 再加上一些额外的可选格式, 是用来延长该议定书的基本能力。基本数据帧格式包含了7个领域如图7-6。

·序言 (预) , 包括7字节。在预是轮流的和为零, 告诉接收站, 一个帧的到来, 并提供了一种手段来同步帧接收部分接收的物理层与新任位流。

·起始帧首定界符 (特种部队) , 包括1字节。该特种部队是轮流的和为零, 结束连续两个1位, 表明未来位是最左边的位在最左边的字节的目标地址。

·目的地地址 (DA) 的, 包括6字节。检察领域哪些站 (县) 应得到帧。最左边的位在外地表明多巴胺是否解决是个人地址 (以0) 或一组地址 (1所示) 。第二位从左边表明是否多巴胺是全球管理 (显示了0) 或当地管理 (1所示) 。其余46位是一个独特的指定值, 确定一个站, 一个定义组的车站, 所有车站或在网络上。

·源地址 (SA) 的, 包括6字节。南非实地确定发送站。该公司始终是个人地址和最左边的位外地的公司始终是0。

·长度/类型, 包括2字节。表明这一领域的人数或者MAC的客户端数据字节中所包含的领域内的数据帧, 或帧类型ID如果帧组装使用一个可选的格式。如果长度/类型字段值是小于或等于1500年, 人数有限责任公司字节的数据字段等于长度/类型字段值。如果长度/类型字段值大于1536年, 该框架是一个可选输入框, 长度/类型字段值确定了特定类型的帧被发送或接收。

·数据是一系列的N字节的任何值, 其中n是小于或等于1500。如果长度的数据字段小于46, 在数据字段必须扩大, 增加了灌装机 (一台) , 足以使数据字段长度为46字节。

·帧校验序列 (FCS) 的-由4字节。这个序列包含一个32位循环冗余校验 (CRC校验) 的价值, 这是所造成的发送MAC和重新计算接收陆委会检查损坏的帧。功能界别产生的多巴胺, 南非, 长度/类型和数据字段。

图7-6基本满足IEEE 802.3的MAC数据帧格式

注意:单独的地址也被称为单播地址, 因为它们是指一个单一的MAC和分配的网卡制造商从一个块的地址分配由IEEE。组地址 (又名组播地址) 确定最终站工作组, 并指定的网络管理员。一个特殊的群体地址 (所有1秒, 广播地址) 表示所有车站在网络上。

帧传输

每当结束站陆委会收到传输帧请求所附地址和数据信息层的有限责任公司, 陆委会开始传输序列通过转让公司信息的MAC帧缓冲。

·序言和起始帧首定界符是插入前后的SOF领域。

·目标和源地址插入地址字段。

·该公司的数据字节计数, 和的字节数插入长度/类型字段。

·该公司的数据字节的数据插入到外地。如果一些公司的数据字节是小于46, 垫被添加到把数据字段长度可达46。

·一种现场总线控制系统的价值产生的多巴胺, 南非, 长度/类型和数据领域和附加到年底的数据域。

在帧组装, 实际帧传输, 将取决于是否陆委会是在半双工或全双工模式。

IEEE 802.3标准的要求, 目前所有的以太网MAC支持半双工操作, 其中的MAC可以是发送或接收一帧, 但它不能做的事都同时进行。全双工运作是一个可选的MAC功能, 使Mac到传输和接收帧同步。

半双工传输的多址/CD的存取方法

CSMA/CD协议最初是作为一种手段, 其中有两个或两个以上的可能有共同的媒体在开关时少环境议定书不需要中央仲裁, 获得令牌, 或指定的时间显示当一个站允许传送。每个以太网MAC确定自己什么时候会被允许发送帧。

在多址/CD的准入规则, 总结了该议定书的缩写:

·载波侦听, 每个站的流量不断聆听的培养基上, 以决定何时差距帧传输发生。

·多址接入站可以开始传输任何时间, 他们发现, 该网络是安静 (没有交通) 。

·碰撞检测, 如果有两个或更多的在同一多址/CD的网络 (碰撞域) 开始转递大约在同一时间, 比特流的传递站, 都会造成干扰 (碰撞) 彼此都传输将不可读。如果出现这种情况, 每个发射站必须能够检测的碰撞发生之前已经完成派遣框架。

每个国家都必须停止转递尽快它已发现了碰撞, 然后必须等待的时间长度quasirandom (确定的回退算法) , 然后尝试重新转发帧。

在最坏的情况时, 就会发生状况的两个最遥远的网络上都需要发送一个帧和第二站时, 不转递, 直到开始前的画面从第一站到达。的碰撞将几乎立即发现的第二站, 但它不会被检测到的第一站, 直到损坏的信号传播的所有返回的车站。最高所需时间来检测碰撞 (碰撞窗口, 或“时间槽”) , 大约等于两倍的信号传播之间的时间两个最遥远的网络上。

这意味着双方的最小帧长度和最大碰撞直径直接关系到插槽时间。再翻译最低帧的长度较长时间和较大的插槽碰撞直径;较短的最低时限缩短长度符合插槽倍和直径较小的碰撞。

取舍之间, 需要减少的影响, 恢复和碰撞需要网络直径是足够大的可容纳合理的网络规模。妥协是为了选择一个最佳的网络直径 (约2500米) , 然后规定最低帧长度足够长的时间, 以确保所有的检测最坏情况的碰撞。

行之有效的妥协为10 Mbps的, 但这是一个问题, 更高的数据传输速率的以太网开发。快速以太网是需要提供向后兼容早期的以太网网络, 包括现有的IEEE 802.3帧格式和错误检测程序, 再加上所有的应用和网络上运行的软件

10-Mbps的网络。

虽然信号传播速度基本上是恒定的所有传输速率, 所需要的时间框架是传输反比相关的传输速率。在高达100 Mbps, 最低长度内可传输大约十分之一的界定插槽时间, 任何碰撞期间发生的传输不太可能检测到的转递站。反过来, 这意味着, 直径最大的网络指定的10-Mbps的网络不能用于100 Mbps的网络。该解决方案的快速以太网是减少网络的最大直径约10倍 (略多于200米) 。

同样的问题也出现在规范发展的千兆以太网, 但直径减小网络的其他因素为10 (约20米) 的1000-Mbps的行动只不过是不实际的。这一次, 开发商当选保持大致相同的碰撞域最大直径为100 Mbps的网络, 并增加明显的最小帧尺寸, 增加了可变长度nondata延伸领域内的短于最小长度 (延长外地期间内被删除的接待) 。

图7-7显示的MAC帧格式与千兆扩展领域, 表7-1显示的效果之间的权衡的传输数据速率和最低帧大小为10-Mbps的100-Mbps的, 和1000-Mbps以太网。

图7-7千兆MAC帧与载波扩展

表7-1限额半双工操作

1520字节适用于1000Base-T的实现。最小帧尺寸与推广领域的1000BASE-X是减少到416字节, 因为1000Base-X编码和传输10位的每个字节。

另一个变化的以太网多址/CD的传输规范是增加了帧突发千兆作业。突发模式是一项功能, 允许陆委会发送短序列 (突发) 帧相当于大约5.4最大长度的帧, 而不必放弃控制的媒介。传输的MAC填充每个帧间间隔延长钻头与所示, 图7-8, 这样, 其他油站将在网络上看到, 网络忙, 也不会尝试传输爆发后才完成。

图7-8千兆帧突发序列

如果长度的第一帧低于最低帧长度, 延长外地添加到延长帧长度价值表7-1所示。随后帧

在一个框架爆序列不需要扩展领域, 一帧突发可能继续只要爆裂限制还没有实现。如果爆裂达到限制后, 已经开始帧传输, 传输允许继续下去, 直到整个帧已发送。

帧扩展字段没有界定, 突发模式是不允许的10 Mbps和100 Mbps的传输速率。

全双工传输, 可选的方法高级网络效率

全双工运作是一个可选的MAC功能, 可同时双向传输的点对点链接。全双工传输功能简单得多半双工传输, 因为它不涉及媒体的争论, 没有碰撞, 没有必要安排转播, 并没有必要延长钻头对短期内结束。其结果是不仅有更多的时间用于传输, 而且还有效地增加了一倍的链路带宽, 因为每一个环节现在可以支持全速率, 同时, 双向传输。

传输通常可以尽快开始帧准备派遣。唯一的限制是, 必须有一个最小长度帧间连续帧之间的差距, 如在图7-9, 每个帧都必须符合标准的以太网帧格式。

图7-9全双工操作允许同时双向传输同一链接

流量控制

全双工操作需要并行执行的任择流量控制功能, 使接收节点 (如网络交换机端口) 正在变得拥挤, 请发送节点 (如文件服务器) 停止传送帧的选择短的时间内。控制是Mac到陆委会通过使用暂停帧, 它会自动接收所产生的MAC。如果是缓解交通拥挤之前请等待已过期, 第二次暂停帧的零时间等待价值可以发送到请求重新传输。概述了流量控制运行图7月10日。

图7月10日概述了IEEE 802.3流量控制序列

在全双工操作和与之配套的流程控制能力都选择所有以太网MAC和所有的传输速率。两个方案都可以使一个链接, 通过链接的基础上, 假定相关的物理层也能够支持全双工操作。

暂停帧被确定为的MAC控制帧的独家分配 (保留) 长度/类型值。他们还指定了一个目标地址保留价值, 以确保传入暂停帧是从来没有转交给上层协议层或其他港口的一个开关。

帧接收

帧接收基本上是相同的半双工和全双工业务, 但全双工互助必须有单独的帧缓冲器和数据路径, 以便同步帧传输和接收。

帧接收反向帧传输。目的地地址收到帧检查站相匹配的地址列表 (其MAC地址, 它的组地址和广播地址) , 以确定是否是相框运往该站。如果一个地址找到匹配的帧长度检查和现场总线控制系统是收到的现场总线控制系统相比, 这期间产生帧招待会。如果帧长度是好的和有FCS的比赛中, 帧类型确定的内容, 长度/类型字段。帧, 然后剖析, 并转达给适当的上层。

期权的VLAN标记

VLAN标记是停战的选择, 提供了三个重要的功能, 以前没有提供以太网网络用户和网络管理员:

·提供了一种手段, 以加速时间至关重要的网络流量设置传输优先即将离任的框架。

·允许站将分配给逻辑团体, 沟通多个局域网, 仿佛他们是在一个单一的网络。桥梁和交换机过滤目的地地址和前瞻性的VLAN帧只端口的VLAN服务的交通属于。

·简化了网络管理, 并补充说, 移动, 和变化更容易管理。

阿的V L A N标记帧只是一个基本的M A C数据帧的有4字节的VLAN头之间插入SA和长度/类型领域, 如图7-11。

图7月11日的VLAN标记帧时确定的MAC查找局域网中的价值型正常长度/类型字段位置

该VLAN的标题包括两个方面:

·保留2字节类型值, 这表明该框架是一个VLAN的帧

·两字节标签控制领域, 同时包含传输优先 (0到7, 其中7条是最高的) 和一个VLAN的编号来识别特定的VLAN是该帧是传送

接受停战内容保留类型值, 这是设在正常长度/类型字段的位置, 并解释收到帧的VLAN的框架。然后, 发生下列情况:

·如果陆委会是安装在交换机端口, 帧转发根据其优先级的所有端口, 与表明的VLAN标识符。

·如果陆委会是安装在结束站, 它消除了4字节的VLAN头和进程的框架内以同样的方式作为一项基本数据帧。

VLAN标记要求所有网络节点参与了的VLAN组配备的VLAN选项。

以太网物理层

由于以太网设备只执行底部两层的OSI协议栈, 他们通常是实施网络接口卡 (NIC) 是插入到主机设备的主板。不同的网卡是确定了三个部分的产品名称, 是基于物理层的属性。

的命名惯例是一个串联的三个条件, 说明传输速率, 传输方法, 和媒体类型/信号的编码。例如, 考虑一下:

·10Base-T的=10 Mbps的基带, 两双绞线电缆

·100兆科技-T2=100 Mbps的基带, 两双绞线电缆

·100兆甲状腺素=100 Mbps的基带, 超过四双绞线电缆

·1000Base-勒克斯=100 Mbps的基带, 长波长的光纤电缆

有时会出现一个问题, 为什么总是中期似乎是“基地”。早期版本的协议还允许对宽带传输的 (例如, 10Broad) , 但宽带的实现没有成功的市场。目前所有的以太网实现使用基带传输。

编码信号传输

在基带传输, 帧信息后, 直接印象深刻的联系作为一个序列脉冲或数据符号通常衰减 (体积减小) 和歪曲 (改变形状) , 然后到达另一端的链接。接收器的任务是检测每个脉冲的到达, 然后提取其正确的价值观的重建之前, 信息传输到接收的MAC。

过滤器和脉冲整形电路可以帮助恢复的大小和形状所收到的波形, 但更多的还必须采取措施, 以确保收到的信号进行采样在正确的时间在脉冲周期和相同的传输速率时钟:

·接收时钟必须从传入的数据流, 使接收物理层同步与新任脉冲。

·补偿必须采取措施为传播效应称为基线漂移。

时钟恢复需要水平过渡的信号, 以确定和同步脉冲的界限。交替1和0的框架设计的序言都表明, 一帧到达和援助的时钟恢复。然而, 恢复时钟可以漂移, 并可能失去同步脉冲的水平, 如果保持不变, 而且没有过渡检测 (例如, 在长字符串的0) 。

基线漂移的结果, 因为以太网链接是交流耦合的收发器和交流电耦合是因为无法维持电压等级以上的很短的时间。因此, 传播脉冲被扭曲了下垂的影响夸大了类似的例子如图7-12。长字符串中的任何1秒或0的下垂可以变得如此严重, 通过电压水平的决定的门槛, 导致错误的采样值为受影响的脉冲。

图7月12日概念为例基线漂移

幸运的是, 即将离任的编码信号在传送, 就可以大大降低的影响, 这两个问题, 以及减少传播的可能性错误。早期以太网实施, 直至并包括10Base-T的, 所有使用曼彻斯特编码方法, 如图7-13。显然是每个脉冲所确定的方向midpulse过渡, 而不是由它的采样级别的价值。

图7月13日过渡曼彻斯特基于二进制编码

不幸的是, 曼彻斯特编码了一些困难频率有关的问题, 使不适合使用在更高的数据速率。以太网版本之后10Base-T的都使用不同的编码程序, 其中包括部分或全部下列技术:

·使用数据加扰人的程序, 争位在每个字节有序 (和可收回) 的方式进行。有些0改为1秒, 约1秒改为0, 并留下一些位相同。其结果是减少了运行长度相同价值位, 增加了转型期的密度, 更容易时钟恢复。

·扩大代码空间的技术, 可以单独转让的编码数据和控制符号 (如起始流和结束流分隔, 延长钻头等) , 并助攻传输错误检测。

·使用着纠错码, 编码的冗余信息被添加到传输的数据流, 使某些类型的传输错误可以纠正帧期间接待。

注意:着纠错码的使用1000Base-T的, 以实现一个有效的减少了误码率。以太网协议限制的错误处理, 以检测位中的错误收到帧。回收帧收到uncorrectable错误或丢失帧的责任是更高层次的协议栈。

802.3物理层关系, 国际标准化组织参考模型

虽然具体的逻辑模型的物理层可能不同版本的版本, 所有的以太网网卡一般符合一般模型如图7月14日。

物理层为每个传输速率分为层是独立于特定的媒体类型和层所特有的媒体类型或信号编码。

·和解层和可选的媒体独立接口 (MII在

10 Mbps和100 Mbps以太网, 千兆以太网GMII) 提供的逻辑之间的联系的MAC和不同的媒体依赖层。信息产业部和GMII是指具有独立的发送和接收数据的路径, 位串行为10-Mbps的实施, 轻咬串口 (4位元宽) 为100 Mbps的实施, 并字节串行 (8位元宽) 为1000-Mbps的实现。媒体独立接口与和解层是共同为各自的传输速率, 并配置为全双工运作在10Base-T和后来的所有以太网版本。

图7月14日在通用的以太网物理层参考模型

·媒体依赖物理编码子层 (PCS) 提供的逻辑编码, 复用和同步卸任流以及象征符号代码对齐, 解复用和解码的数据。

·物理介质附着 (物业) 子层包含信号发射机和接收机 (收发器) , 以及时钟恢复逻辑为收到的数据流。

·媒介依赖接口 (异氰酸酯) 的电缆连接器之间的信号收发器和链接。

·自动协商层允许网卡两端的联系, 交流信息, 对他们个人的能力, 然后进行谈判, 并选择

最有利的业务模式, 它们都能够支持。自动协商是可选以太网年初实施是强制性的和更高版本。

这取决于哪种类型的信号的编码, 以及如何使用的链接配置, 利润和PMA可能不能够支持全双工运作。

10-Mbps以太网-10Base-T的

10Base-T的规定曼彻斯特编码的10-Mbps的比特串行通信在两个非屏蔽双绞线电缆。虽然标准的目的是支持传输普通电话线, 更典型的链接配置是使用二对4对3类或5线, 在每个网卡终止与8引脚RJ-45连接器 (在异氰酸酯) 所示, 图7-15。因为每一个积极的对配置为单纯链接在传输只有一个方向, 在10Base-T的物理层可以支持任何半双工或全双工运作。

图7-15典型10Base-T的链接是四对UTP电缆, 其中两对不使用

虽然10Base-T的可能被认为基本上是过时在某些圈子, 这是因为这里包括还有很多10Base-T以太网网络, 而且由于全双工运作给予10BaseT延长生命。

10Base-T的也是第一个以太网版本, 包括链路完整性测试, 以确定健康的链接。之后立即powerup, 传输的PMA正常链接脉冲 (自由党) , 告诉网卡在另一端的链接, 这网卡要建立积极的联系方面:

·如果网卡在另一端的链接也采用了, 它回应了自己的NLP。

·如果网卡在另一端的链接不能供电, 此卡继续发送的NLP大约每隔16毫秒, 直到它收到答复。

该链接被激活后, 才两个网卡能够有效NLPs交流。

高达100 Mbps, 快速以太网

越来越多的以太网传输速率的10倍以上10Base-T的是不是一项简单的任务, 并努力使发展的三个不同的物理层标准的100 Mbps的UTP线缆:100兆-TX和100兆甲状腺素在1995年, 和100兆科技-T21997年。每个被界定不同编码的要求和不同的媒体依赖层, 即使有一些重叠的链接布线。表7-2比较了物理层的特点10Base-T的各100兆版本。

表7-2总结100兆-T的物理层特性

1一个波特率=1转交象征每秒, 在传播符号可能含有相当于价值1个或多个二进制位。

虽然并非所有三个100-Mbps的版本是成功的在市场上, 所有三个已讨论了文献中, 所有三个没有影响未来设计。因此, 所有这三个是很重要的考虑这里。

100兆-X

100兆, 十大旨在支持传输或者2对第5类双绞线铜线或两个方向的光纤。虽然编码, 解码, 和时钟恢复程序是相同的媒体, 不同的信号传输, 电脉冲的铜和光脉冲在光纤。信号收发器, 包括一部分的PMA功能的通用逻辑模型图7月14日被重新定义为独立的物理媒体依赖 (PMD的) 层如图7-16。

图7月16日的100兆-X逻辑模型

在100兆-X编码程序是基于先前光纤分布式数据介面光纤物理介质依赖和光纤分布数据接口/CDDI铜双绞线物理介质依赖信号标准制定的ISO和ANSI。在100兆, 得克萨斯州物理介质依赖子层 (普瑞尔PMD的) 已经实施, CDDI半导体的收发器和RJ-45接口;光纤PMD的实施与光纤分布式数据介面光收发器和低成本的光纤接口连接器 (俗称双工SC连接器) 。

该4B/5B编码程序是相同的编码采用的程序光纤分布式数据介面, 只有轻微的调整, 以适应以太网络帧控制。每4位数据轻咬 (占一半的数据字节) 映射到了5位二进制代码组是传播位串行的链接。代码空间的扩大所提供的32 5位

代码团体允许单独的转让如下:

·16个可能的值的4位数据轻咬 (16码团体) 。

·四个控制代码团体转交代码组对表明起始流定界符 (SSD) 和结束时的流定界符 (ESD) 的。每个MAC帧是“包裹”, 以标志的开始和结束帧。第一个字节的序言改为固态代码组配对准确地确定了框架的代码组的界限。公共服务电子化代码组对附后帧的FCS的领域。

·特别空闲代码组, 不断发出的差距在帧间保持持续同步进行网卡两端的链接。收到闲置是解释为意味着该连结是平静。

·11无效代码团体, 并非故意传播的网卡 (虽然是所使用的中继器, 宣传收到错误) 。收到任何无效代码组将导致传入帧视为无效帧。

图7-17显示如何MAC帧封装, 然后转交作为一个100兆-X代码组流。

图7月17日的100兆-X码组流框架封装

100兆, 传输和接收得克萨斯州在同一环节对, 并使用相同的引脚分配上的MDI为10Base-T的。100兆-TX和100兆效果均支持半双工和全双工传输。

100兆甲状腺素

100兆甲状腺素的开发, 使10BaseT网络升级到100 Mbps的业务, 而不需要现有的4对3类UTP电缆来取代, 新的第5类电缆。两名4对配置为半双工操作, 可以支持传输的两个方向, 但只是在一个方向上。另外两对是设定为单纯对致力于传输只有一个方向。帧传输同时使用半双工对, 加上单纯一双适合传输方向所示, 图7-18。对单纯形的相反的方向, 并提供载波侦听碰撞检测。全双工操作无法支持100兆甲状腺素。

图7月18日的100兆甲状腺素线对使用在帧传输

100兆甲状腺素使用8B6T编码方案, 每个8位二进制字节映射到的格局6三元 (三个级别:1, 0, -1) 符号称为6T代码团体。单独6T代码团体用于闲置和控制代码的群体所必需的范围内传播。空闲收到专门接收对表明, 链接平静。

在帧传输, 6T数据代码团体传输延迟轮询序列的三个传输线对所示, 图7-19。每帧封装与起始流和结束分组6T代码团体, 标志着双方的开头和结尾的画面, 并开始和结束的6T码流集团的每个线对。收到非空闲代码组在专门接收对前的任何时间, 碰撞窗口到期表明, 发生了碰撞。

图7月19日的100兆甲状腺素帧传输序列

100兆科技-T2

在100兆科技-T2规范发展成为一个更好的选择升级网络安装3类电缆比所提供的100兆甲状腺素。两个重要的新的目标确定了:

·提供通信2对3类或更高电缆

·同时支持半双工和全双工操作

100兆科技-T2采用了不同的信号传输程序比以往任何双绞线以太网的实现。而不是使用两个单纯的联系, 组成一个全双工链接, 100兆科技-T2双全双工基带传输方式传送编码符号同时在两个方向上线对所示, 图7月20日。术语“仪”3:2“”表示最重要的2位前在轻咬编码和传输。“黑索金”3:2“”表示相同的2位后, 接收和解码。

图7月20日的100兆科技-T2连接拓扑

双全双工基带传输需要网卡两端的联系, 将经营的主/从环路定时模式。该卡将船长和将奴隶

是由自动协商期间链接开始。当链接运作, 同步是基于主网卡的内部传输时钟。奴隶网卡使用恢复时钟为传输和接收业务, 如图

7-21。

每个转发帧封装, 并链接同步保持持续流的闲置符号在帧间差距。

图7月21日的100兆科技-T2环定时配置

在100兆科技-T2编码过程中的数据争第一帧nibbles随机比特序列。然后地图上的两个位和两个较低位的每个轻咬分为五个级别 (2, 1, 0, -1, -2) 脉冲幅度调制 (PAM5) 符号同时传输两个线对 (PAM5x5) 。不同的加扰程序主从传输确保数据流在相反的方向行驶在同一线对的不协调。

信号接收基本上扭转的信号传输。由于信号在每个线对上的MDI的总和发送信号和接收信号, 每个接收减去的传播符号从上收到的信号的MDI收回符号传入的数据流。对即将上任的象征, 然后解码, unscrambled, 并改组为数据轻咬转移到Mac中。

1000 Mbps的万兆以太网

千兆以太网标准的发展造成了两个主要规格:1000Base-T的双绞线铜电缆和1000Base-X污水处理厂铜电缆, 以及单, 多模光纤 (见图7-22) 。

图7月22日千兆以太网变化

1000Base-T的

1000Base-T以太网提供全双工传输超过4对5类或更好的UTP电缆。1000Base-T的主要根据调查结果和设计方法, 导致发展的快速以太网物理层的实现:

·100兆, 德克萨斯州证明二进制符号流可以成功传输的第5类UTP电缆在125万桶。

·100兆甲状腺素提供了一个基本的了解有关的问题向多层次的信号四线双。

·100兆科技-T2证明, PAM5编码, 加上数字信号处理, 可以同时处理同时双向数据流的和潜在的串扰引起的问题外来信号的相邻线对。

1000Base-T的争中的每个字节的MAC帧随机比特序列编码之前, 使用的是4-D号, 8-国家网格前向纠错 (FEC) 编码在其中4个被送往PAM5符号在同一时间超过四线对。4个级别每个PAM5符号代表2位的数据字节。第五级是用于前向纠错编码, 提高了象征复苏存在噪音和串扰。单独scramblers的主从物理创造基本上不相关的数据流之间的两种截然相反的, 旅行的象征流对每根电线上。

The1000Base-T的连接拓扑图7月23日。术语“仪”7点06分“”表示最重要的第2位字节的数据编码和传输之前。“黑索金”七点06“”表示相同的2位后, 接收和解码。

图7月23日的1000Base-T的连接拓扑

时钟恢复和主/从循环定时程序基本上是所用的相同的100兆科技-T2 (见图7月24日) 。这将是主网卡 (通常的NIC在一个多中间网络节点) 以及将奴隶是在自动协商确定。

图7月24日1000Base-T的主/从环路定时配置

每个转发帧封装与起始流和结束流分隔, 和循环时间是由连续流闲置符号发出的每个线对在帧间差距。1000Base-T的支持半双工和全双工运作。

所有这三个1000Base-X版本支持全双工二进制传输在1250 Mbps的两个方向的光纤或铜线两个污水处理厂, 对所示, 图7月25日。传输编码是基于光纤通道的ANSI 8B/10B编码方案。每一个8位数据字节映射到一个10位代码组位串行传输。与早期的以太网版本, 每一个数据帧封装在物理层传输之前, 并链接保持同步传送源源不断闲置代码组在帧间差距。所有1000Base-X物理层同时支持半双工和全双工作业。

图7月25日1000Base-X链路配置

主要分歧1000Base-X版本的链接媒体和连接器的特殊版本将支持, 并在案件光学媒体, 波长的光信号 (见表7-3) 。

表7-3 1000Base-X链路配置支持

1 125/62.5米米的规格是指熔覆和核心直径光纤。

网络布线链路交叉要求

链接兼容性要求发射机两端的链接连接到接收器上, 另一端的链接。然而, 由于电缆连接器两端的链接, 输入相同的, 导体必须越过在某个时候, 以确保发射机输出总是连接到接收器输入。

不幸的是, 当这一要求, 第一次在发展10Base-T的, 符合IEEE802.3标准选择不作硬规则, 是否应实施交叉的电缆所显示的图7-26A条还是应在内部实施为如图7所示-26B条。

相反, 符合IEEE 802.3标准定义了两种规则, 提出了两项建议:

·必须有一个奇数的分频器在所有多触点联系。

·如果PMD的配备有一个内部的交叉, 它的MDI必须清楚地标有X的图形符号。

·实施内部交叉功能是可选的。

·当一个终端连接到中继器或交换机 (二氯乙烯) 端口, 建议交叉内执行的DCE端口。

图7月26日的其他途径实施交叉连接要求

最终结果是, 在大多数港口DCEs配备PMDs所载内部交叉电路和DTEs了PMDs没有内部分频器。这导致了下列经常引用时点“安装规则”:

·使用直通电缆连接终端时, 以增强。使用交叉电缆连接时终端到终端或增强, 以增强。

不幸的是, 事实上的规则并不适用于所有以太网版本已制定之后10Base-T的。由于目前情况来看, 以下是正确的:

·全光纤为基础的系统使用的电缆有交叉执行的电缆。

·所有的100兆系统使用双绞线连接使用相同的规则和建议, 10Base-T的。

·1000Base-T的网卡可能实施可选的内部交叉选择, 可以在谈判并启用自动协商。当选择的选项是不交叉执行, 10Base-T的规则和建议适用。

系统思考

鉴于所有的选择讨论之前, 似乎应该没有什么问题, 以升级现有网络或计划一个新的网络。问题是双重的。并非所有的选择是合理的, 所有的网络, 而不是所有的以太网版本, 并选择有市场, 尽管他们可能已被指定的标准。

选择双绞线为基础的元件和媒体分类

现在, 应该显然, 双绞线为基础的新兴工业化国家可用于10-Mbps的100-Mbps的, 和1000 Mbps的实现。选择相对简单为10-Mbps和1000 Mbps的操作:10Base-T和1000Base-T的。从以前的讨论中, 但是, 它似乎不是那么简单的100-Mbps的实现。

虽然三个双绞线为基础的新兴工业化国家被界定为100 Mbps的, 市场的选择, 有效地缩小到100兆, 得克萨斯州, 成为广泛使用在1995年上半年:

·的时候, 100兆甲状腺素产品首次出现在市场上, 100兆, 得克萨斯州是根深蒂固, 与发展的全双工选项, 其中100兆甲状腺素不能支持, 是顺利进行。

·在100兆科技-T2标准没有得到批准, 直到1997年春, 太晚了市场的兴趣。结果, 100兆科技-T2的产品甚至没有生产。

几种选择也被指定为双绞线媒体:分类3, 4, 5或45。分歧是电缆成本和传输速率的能力, 这两个增加的分类编号。然而, 目前的传输速率的要求和电缆的成本不应该成为决定因素, 在选择该电缆类安装。为了让未来的传输速率的需求, 电缆低于5类甚至不应该被视为, 如果千兆利率未来可能的需要, 5e类应该认真考虑:

·安装基本上是劳动力成本不断对所有类型的双绞线4对电缆。

·劳动力成本提升安装电缆 (拆除现有的和安装新的) 通常是大于成本的原始安装。

·UTP线缆是向后兼容。高类别的电缆将支援较低类网卡, 但不反之亦然。

·生活中的物理UTP线缆 (20年) 要长于使用寿命的连接设备。

自动协商, 一个可选的方法自动配置链路经营模式

自动协商的目的是要找到一种方式两个网卡共享双绞线连结彼此沟通, 不管他们是否都执行相同的以太网版本或选择设置。

自动协商进行完全的物理层开始在联系, 没有任何额外开销或者Mac或更高的协议层。自动协商允许双绞线为基础的新兴工业化国家, 以做到以下几点:

·宣传以太网版本和任何可选功能的NIC在另一端的链接

·确认收到和理解经营模式, 这两个网卡共享

·拒绝任何业务模式, 是不同意

·配置每个网卡的最高级别的运作模式, 这两个网卡可以支持

自动协商被指定为一个选项10Base-T的, 100兆, 得克萨斯州, 和100兆甲状腺素, 但它所需的100兆科技-T2和1000Base-T的实现。表7-4列出了明确的选择优先级 (最高级别=最优先考虑) 的双绞线的以太网网卡。

表7-4的定义自动协商选择水平的双绞线网卡

1由于全双工操作允许同时双向传输, 最大传输率为全双工操作一倍半双工传输速率。

的自动协商功能的双绞线为基础的网卡采用了修改10Base-T的链路完整性脉冲序列, 其中NLPs所取代, 用快速链接脉冲 (FLPs) 所示, 图7月27日。每个工党爆发是一个交替时钟/数据序列中, 数据位的爆裂确定业务模式的支持下, 转递网卡, 还提供资料所使用的自动协商握手机制。如果网卡在另一端的链接是一个兼容的网卡, 但并没有自动协商功能, 可进行并行检测功能仍然允许它得到承认。阿网卡, 未能回应工党扫射, 并只返回NLPs视为10Base-T的半双工的NIC。

乍一看, 它可能会出现的自动协商进程将始终选择模式所支持的NIC与出租人的能力, 这将是如果两个网卡使用相同的编码程序和链接的配置。例如, 如果两个网卡是100兆, 得克萨斯州, 但只有一个支持全双工操作, 运作模式的谈判将是半双工100兆, 得克萨斯州。不幸的是, 不同的100兆的版本不符合对方在高达100 Mbps, 而100兆, 得克萨斯州全双工网卡会自动以100兆甲状腺素的NIC经营10Base-T的半双工模式。

图7月27日自动协商取代工党爆发链接NLPs在启动

自动协商的1000Base-X网卡类似自动协商中双绞线为基础的系统, 但它目前只适用于兼容1000Base-X设备, 目前正在谈判的限制只半双工或全双工操作和流量控制的方向发展。

网络交换机提供第二, 而且往往是更好的替代高级链接速度的多址/CD的网络升级

价格竞争力的网络交换机成为可在市场上购买后不久, 20世纪90年代中期, 基本上取得了网络中继器过时的大型网络。虽然中继器可以接受只有一个帧的时间, 然后将其发送给所有积极的港口 (除港口它正在收到) , 交换机配备有以下内容:

·陆委会基于端口的I/O帧缓冲器, 有效地隔离港口交通被在同一时间或从其他港口的开关

·多个内部数据传输路径, 使若干帧转移不同港口之间在同一时

间

这些看似小的分歧, 但它们产生重大影响的网络运营。由于每个端口提供了进入一个高速网桥 (交换机) , 碰撞域网络减少到了一系列的小领域中的参加人数减少到两年的交换机端口和所连接的网卡 (见图7月28日) 。此外, 由于每个参与者现在是在一个私人的碰撞域, 他或她的可用带宽不仅显着增加, 也有人做, 而不必更改的链接速度。

例如, 在48站的工作组与一对夫妇的大型文件服务器和一些网络打印机上的100 Mbps的多址/CD的网络。平均可用带宽, 而不是指望帧间差距和碰撞复苏, 将100≥50=2 Mbps的 (网络打印服务器不会产生网络流量) 。另一方面, 如果同一工作组仍然在10Base-T网络中, 中继器已经取代网络交换机, 带宽提供给每个用户将是每秒10Mb。

显然, 网络配置一样重要原材料连结速度。

注意:为了确保每个端站将能够在充分沟通率, 网络交换机应非饱和 (能够接受和传输数据充分率从每个端口同时进行) 。

Multispeed网卡

自动谈判敞开了大门的发展, 低成本, multispeed新兴工业化国家, 例如, 同时支持半和全双工运行或者100兆, 得克萨斯州或10Base-T的信令程序。Multispeed网卡允许上演网络升级, 其中10Base-T的半双工结束站可以连接到100兆, 得克萨斯州全双工交换机端口的网卡, 而无需在PC改变。然后, 更多的带宽是需要的个人电脑, 这些电脑中的网卡就可以升级到100兆, 得克萨斯州全双工模式。

选择1000Base-X组件和媒体

虽然表7-3显示, 有相当大的灵活性的选择, 1000Base-X联系媒体, 也没有总的灵活性。有些选择是优于其他:

图7月28日更换网络中继器与开关降低碰撞域两个网卡每个

·网卡两端的链接必须是相同的1000Base-X版本 (国泰航空, 光照, 或取) , 以及链接的连接器必须符合网卡接口。

·该1000Base-国泰航空规格允许任何风格1或2连接器的风格, 但风格2是首选, 因为一些风格1连接不适合运行在1250 Mbps的。1000Base-国泰航空联系的目的是修补, 脊髓内使用通讯壁橱和仅限于25米。

·该1000Base-光照和1000Base-取规格允许无论是小型的SFF吨, 雷诺或较大的双工SC连接器。由于准系统吨, 是唯一的RJ连接器的一半左右大双工SC连接器, 并且由于空间狭小的环境, 因此, 小型金属的RJ连接器有可能成为主要的连接器。

·1000Base-勒克斯收发器通常成本超过1000Base-取收发。

·最大工作范围取决于光纤的传输波长和模态带宽 (MHz.km) 等级的纤维。见表7-5。

表7-5最大经营范围共同光纤

11000Base-勒克斯收发器可能也需要使用抵消发射, 模式调节跳线耦合时的一些现有的多模光纤。

经营范围列于表7-5是那些指定在IEEE 802.3标准。

然而在实践中, 最大工作范围光照收发超过六十二点五米米多模光纤, 是大约700米, 一些光照收发已合格的, 以支持10, 000米经营范围内单模光纤。

多给以太网络

由于机会的例子所表现出的前几节中, 这并不奇怪, 多数大型以太网网络目前实施的混合传输速率和连接的媒体, 如有线电视模式图7月29日。

在ISO/IEC 11801电缆模式是网络模型上的IEEE 802.3标准是基于:

·校园分销商, 这个词是指校园内的设施与两个或两个以上的建筑物在一个相对较小的地区。这是中央点的校园骨干和电信连接点外面的世界。以太网局域网, 校园分销商通常是千兆交换机与电信接口能力。

·建立分销商, 这是建设的连接点的校园骨干。以太网建设分销商通常是1000/100-或1000/100/10-Mbps开关。

·楼分销商, 这是地板的连接点的建设的分销商。符合ISO/IEC 11801建议至少有一个地板经销商每1000平方米楼面面积的办公环境中, 而且如果可能的话, 一个独立的分销商在每层楼的建设。以太网地板经销商通常是1000/100/10-或100/10-Mbps开关。

·电信插座, 这是网络连接点的个人电脑, 工作站, 和打印服务器。文件服务器通常colocated与直接连接到校园, 建筑, 分销商或地板, 适合其预定用途。

·校园主干布线, 这通常是单一或多电缆互连中央校园分销商与各分销商的建设。

·建设骨干布线, 这通常是5类双绞线或或更好的多模光纤电缆, 连接建立经销商与每个楼层经销商建设。

·水平布线, 这主要是5类或更好的UTP电缆, 虽然有少数装置使用的是多模光纤。

同UTP电缆的选择, 在选择媒体的联系和中间网络节点应始终与着眼于未来的传输速率的需求和预期寿命的网络元素, 尽管他们无法预料的可能。在20世纪90年代, 网络传输速度提高100倍, 到2002年, 将增加10倍又一次。

这并不意味着一切, 甚至一些高端和他们互相联系, 将需要千兆能力。它意味着, 但是, 更为重要的网络节点 (如大多数校园建设的分销商和许多经销商) 应配备千兆的能力, 并要求所有发言经销商至少应具备100 Mbps的能力。这也意味着, 所有的网络交换机应无阻塞, 所有端口应全双工能力, 并指出, 任何新的校园主干网的联系应安装与单模光纤。

链路聚合建立更高速度的网络中继

链路聚合是最近可选的MAC功能, 使多个物理链路将合并成一个合乎逻辑的高速干线。它提供了手段, 以增加有效的数据传输速率网络节点间的倍数单位的个别环节的传输速率, 而不是命令的规模步骤。

链路聚合可以具有成本效益的方式提供更高速度的连接以太网LAN是达到饱和与100 Mbps的传输速率, 但并不需要千兆的能力, 至少在短期内。举例来说, 最大长度为六十二点五米米的多模光纤连接是2000米至100 Mbps的, 和多模光纤, 已常常被用于校园主干网的联系。升级的逻辑似乎是重复使用这些链接, 为1000 Mbps的操作, 但最大可支持多模光纤的长度只有700米, 只有与1000Base-勒克斯。如果现有的联系长于700米, 总计n现有的联系, 将支持一个有效的传输速率 (100 n) 的Mbps的。

链路聚合应被看作是一个网络配置的选择, 主要是用于一些互联, 需要更高的数据速率比可提供单一的联系, 如交换机到交换机和交换机到文件服务器。它也可以用来提高可靠性的关键环节。汇总链接可以迅速改组 (通常在大约1秒钟或更少) 的情况下链接失败, 低风险的重复或重新安排框架。

链路聚合并不影响无论是符合IEEE 802.3标准的数据帧格式 (S) 或任何更高层次的协议栈。它是向后兼容“聚集不了解”装置, 可用于任何以太网数据传输率 (虽然它没有什么意义了10 Mbps的, 因为它可能会减少采购成本一对100-Mbps的网卡) 。链路聚合可以只启用并行点对点联系和那些支持全双工同样高速运行。

网络管理

所有高速以太网规格包括管理对象的定义和控制剂, 是兼容的简单网络管理协议 (SNMP) 和可用于收集统计资料的运作网络节点, 并协助网络管理。由于使用者的信息轶事最好, 而且通常是长期的事实后, 所有较大的网络至少应配置与管理的交换机和网络服务器, 以确保潜在的问题和瓶颈, 可确定之前, 导致严重的网络恶化。

迁移到更高速度的网络

现在, 应该看出, 改造现有的网络通常并不需要批发设备或媒体的变化, 但它确实需要了解当前的网络配置和网络位置潜在的问题。这意味着, 网络管理系统应制定和一个电缆厂的数据库应该是现有的和准确的。这是耗费时间, 而且往往难以确定链接类型和可用性的电缆后, 已渡过难关管道, 埋在墙, 和多层电缆托盘。

链接往往是限制因素的网络升级。现有第5类的联系应该支持目前所有的以太网率从10 Mbps至1000年Mbps的, 尽管他们应当检验, 以确保自己有能力支持千兆速率。如果网络是配备了只有3类电缆, 将有一些联系, 来取代之前升级到1000年Mbps的。也存在类似的情况与单, 多模光纤。多模光纤, 不能用于所有骨干设施。单模光纤, 另一方面, 不仅可以支持所有骨干长度可达一点〇万米在1000Mbps的, 但它也能支持骨干使用10千兆位的数据传输速率的未来。

开关更换可以尽快开始必要的联系可用。现有的交换机的校园和建设经销商水平往往可以重复使用的建筑物或地板经销商水平。新兴工业化国家一般都可以更换, 延长使用寿命结束站。等等。

陆委会责任的基本定义:

·数据封装组装框架纳入定义格式传输开始之前, 和拆解后的框架已收到和检查传输错误。

·媒体访问控制, 在必要的多址/CD的半双工模式, 并在任择全双工模式。

两项任择陆委会能力及其相关的扩展帧格式进行了讨论。该VLAN标记选项允许网络节点加以界定与逻辑以及物理地址, 并提供了一种手段, 指定传输的优先次序上逐帧基础。一种特定的格式的暂停帧, 这是用于短期链接流量控制, 是指在标准, 但不包括在这里, 因为它是自动的MAC功能, 是援引需要防止输入缓冲区溢出。

讨论的PHY层的描述, 包括信令程序和媒体要求/限制如下:

·100兆, 得克萨斯州, 100兆甲状腺素, 和100兆科技-T2

·1000Base-T的, 1000Base-国泰航空, 1000Base-勒克斯, 和1000Base-取

虽然100兆效果没有具体讨论, 它使用相同的信令程序100兆, 得克萨斯州, 但在光纤媒介, 而不是双绞线铜。

其余各节的一章, 专门进行系统的考虑都双绞线和光纤局域网的实现:

·链接交叉要求双绞线网络

·匹配PMDs和网络媒体, 以确保理想的数据传输速率

·使用链路聚合, 创造更高速度的合乎逻辑的树干

·执行multispeed网络

在基本上完成了第一章, 你应该有一个合理的工作知识的以太网协议和网络技术。下一节应帮助确定您是否需要回去重读的一章。

修改问题

调Q如果不是所有的10Base-T网络刚刚升级到100 Mbps的?为什么或者为什么不呢?

一个不一定, 如果目前的10Base-T网络的中继器为基础的, 取代了中继10/100非饱和开关将导致自动n次增加, 平均可用带宽为每个端站。

调Q哪个100兆版本 (S) 的建议?为什么?

一个100兆, 得克萨斯州, 建议如果是Category5水平布线或更好的双绞线。如果水平布线是第3类, 100BaseT4可以使用, 但可能难以取得 (一些报告表明, 由于100兆, 得克萨斯州提供了一年多前甲状腺素, 它捕获多达百分之九十五的市场) 。100兆科技-T2无法使用。

调Q哪些1000Base版本 (S) 的建议?如果他们会使用?

一个1000Base-T的, 建议如果横向布线第5类或更好的双绞线。1000Base-取可用于水平布线, 如果是多模光纤, 以及一些多骨干。1000Base-光照可用于任何单一模式或多模光纤 (见表7-5) 。1000Base-国泰航空可用于短途设备室跳线高达25米。

调Q什么电缆类型应采用新的网络?为改善现有的网络?为什么?

一个新的或者更新换代的双绞线链接可5e类或更好, 使数据传输速率增长至1000 Mbps的。多模光纤, 可用于如表7-5的1000BASE-取, 或作为该段中指出以下表7-5的1000BASE-LX。 (这些纤维也将提供未来支持短距离[100至300米, 根据波长]为10, 000 Mbps的。) 要做到真正面向未来的, 并确保您将能够运行更长的距离骨干, 选择单模光纤。

调Q你怎么知道当一个网络需要升级?从哪里开始呢?

一个有几种方法:

·您的用户会告诉你 (但往往只有在他们跨越了挫折阈值) 。

·您的网络管理系统应能显示每个负荷特性的DCE端口。

·您的组织正在考虑增加新的应用程序 (如多媒体) , 这将需要更多的通信带宽。

·您的组织越来越多, 并没有足够的DCE港口正确的地点, 以适应更多的用户。

在您确定了需要, 您可以考虑选择。请记住, 网络元素的最长使用寿命 (链接媒体, 其次是网络服务器和网络交换机) 也可以成为最昂贵的, 以取代。选择着眼于未来的增长, 并考虑重新使用这些要素在可能的情况下。

摘要：本章首先概述了以太网技术, 网络构建模块和以太网之间的关系的ISO7层参考模型。所需MAC和PHY的相容性也进行了介绍。

网络互连实训总结第2篇

经过短短一星期的网络设备互联的实训，我深深体会到电脑的神奇和奥妙，也意识到自己在计算机上还有许多不足。

这一次实训中的每每成功，都能让我体会到一种久别的成就感和兴奋感。当别的同学配置没有成功而自己的已经ping通时，心里会有那么一点点的小小高兴，当然别的同学问我问题时我也会努力的帮他们解决。在结束实训以后的一段时间，我偶发感想，计算机网络技术教会我的不仅仅是专业上的知识了，我觉得我已经收获了更多实在的东西了。实训是对每个人综合能力的检验。要想做好任何事，除了自己平时要有一定的功底外，我们还需要一定的实践动手能力，操作能力。此次实训，我深深体会到了积累知识的重要性。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！”在短暂的实习过程中，让我深深的感觉到自己在实际运用中的专业知识的匮乏，刚开始的一段时间里，对一些东西感到无从下手，茫然不知所措，老师也会耐心的教我们，我很喜欢张老师因为他教课的时候不仅认真而且很有责任心。我很喜欢老师曾说过的一句话，在大学里我们真正学到的不是什么知识而是学会自主学习，所以在此次的实训中我在遇到问题的时候不再是像以前一样遇到问题就问老师，我开始学着自己找问题，每一条命令和提示都会认真的看，自己学着总结出现的问题并思考如何解决，当我实在没有办法解决的时候我才会向老师请教。通过这次实训，我对网络有了更深刻的认识，我想做为二十一世纪的大学生不但要有过硬的理论知识，良好的心理素质，健康的体魄，还要有超强的电脑操作能力，何况我们又是计算机专业的学生。通过这次实训我不仅仅学到了许多许多以前不知道的知识，而且还大大的增强和提高了我的动手能力，以前只是接触了理论知识的学习，没能有机会更多更好的接触网络方面的设备，实训中我可以自己动手接触路由器、交换机等机器设备，通过自己连接设备与配置才能更好的了解到自己在学习中的不足之处。

感谢实训，于我而言这是一个短暂而又充实的实习，我认为对我走向社会起到了一个桥梁的作用，过渡的作用，是人生的一段重要的经历，也是一个重要步骤，对将来走上工作岗位也有着很大帮助。

网络互连技术第3篇

关键词：学案导学工作任务课堂教学

以往在教学模式的设计指导上往往重视教法的指导，而忽视学法的指导。作为主体地位的学生，渴求学法的指导，以叩开学习之门。在网络互连技术课程中开展“学案导学”正是顺应了学生的现实需求。学案是教师为指导学生编写的讲义，学案的编写是否科学、合理，将在很大程度上影响到学生的课前学习和课堂教学效率。

一、网络互连技术课程特点与教学反思

网络互连技术这门课程是计算机网络技术专业课程中的核心课程，具有四大特点：一是课程涉及广、难度大，理论性和实践性都很强，包括网络互连设备与管理、网络设备配置与管理、局域网交换技术、路由技术、网络安全技术、网络规划与设计等内容；二是合适的中职教材很匮乏，现有教材，不是内容过于陈旧，就是难度太大；三是对实验室建设要求比较高，设备投入大，同时实训内容开发力度往往不够，实训内容与实训资源不匹配现象存在；四是对教师的综合素质要求高，必须具备相应的软硬件运用能力、网络工程能力、编写网络文档等能力。

二、开展学案导学的必要性

项目教学法是本课程教学过程中普遍使用的教学方法，但是由于教师很难驾驭项目教学特点与课程特点，在实际的教学过程中，出现了课程内容过散、缺乏整合与共享、教学容量过大、课时量明显不足、教学进度过慢、理论知识“够用度”难以把握等一系列的问题。结合课程特点和反思教学中存在的问题，寻找解决方法和途径，使得项目教学法的效果能在深度上和广度上进一步加深和拓展，学案导学顺应了学生的现实需求，也为教师由知识的“讲解者、传递者、灌输者”转变成学生技能学习的“指导者、帮助者、促进者”这一角色的转换提供了有利条件。

三、学案导学的教学实践

“学案导学”是以学案为载体，以导学为方法，教师的指导为主导，学生的自主学习为主体，师生共同合作完成教学任务。教师在备课时，既要设计教师实施教学活动的“教案”，又要结合课程内容和学生的学习特点，设计学生学习活动的“学案”，供学生在课前预习、课上使用和课后复习巩固。网络互连技术课程学案设计与学案实施方法实践如下：

1.网络互连技术课程的学案设计方法与要求

网络互连技术课程的学案设计以行动为导向，从广义的工作情景中认真提取学生必须掌握的计算机网络互连技术，根据典型工作任务和工作过程，从中筛选出符合中职学生的职业工作任务，设计以完成工作任务为目标的教学任务。以实际工作需要设计学案任务，一个工作任务为一个学案单位，通过一个个学案将工作过程案例串联起来，给学生创设一个以双重角色投入学习和工作的情境。教师要从细节入手，将知识点引入具有探索性的工作任务中，把工作任务和工作过程处理成有序的、阶梯性的、符合每阶层学生认知规律的学习方案，加强授课的针对性、计划性。学案的具体设计立足于学生的主体地位，强化学法指导，引导学生去解决实际工程项目和工作任务。在时间安排上尽可能按课次（两课时）编写学案，有利于在一次课中完成一个工作任务。综合考虑多方面因素，我们把实际工作任务的基本思路、基本内容、基本问题都反映到学案上，同时避免将学案变成操作手册。

2.学案导学的操作过程

学案导学的操作过程是一个引导学生积极主动地参与教学的过程，在参与中学习。教师在课前精心准备，课上积极施教，做到位而不越位，具体操作过程如下：

（1）课前预习阶段。教师在课前将学案发给学生，让学生在课前明确工作任务，在学案的指导下对相关知识进行自主预习。同时，教师对学习方法进行适当的指导，要有所为，也要有所不为，要有意识地通过多种途径获得学生预习的反馈信息，使课上的讲解更具针对性。

（2）复习回顾阶段。教师引导学生把自己对上一次任务完成的体验讲出来与其他人分享，在这个过程中应该是引导学生开口，运用“漏斗式”的提问方式引导整个回顾，从完成工作任务本身带来的感受开始引导，随着回顾的深入，运用其他的提问方式，如选择性提问，或者封闭性问题而达到“反思”和“理论提升”的目的。

（3）任务引入阶段。根据每次课要达到的教学目标，设计实际工作任务，从中引出教学目标、情感目标和技能目标要求，使学生明确学习重点，让学生能在认真自学的基础上对学案上的基本工作任务有一个初步的理解。

（4）课堂讨论阶段。在学生课前自主学习的基础上，教师组织学生讨论学案中的工作任务，以小组研究模式进行，让各层次的学生相互交流、集体讨论，探索学案中问题的解决方案，促成各点教学目标的实现。这时，教师应担负起“导演”“教练”“主持人”的责任，鼓励学生打破思维定势大胆创新，鼓励提出多套解决方案。同时，教师要根据学生反馈情况进行点评。

（5）工作任务实施阶段。工作任务应尽量在课上让学生独立完成或以小组方式完成，教师应做好个别辅导工作并及时答疑。一方面，让学生有及时而适当的训练，巩固所学；另一方面，可让教师获得直接的反馈信息，为课后的教学、指导提供信息。

（6）课堂小结与课后反馈。每次课结束，教师应引导学生回顾、总结整个工作过程，对工作过程中出现的问题有自己的见解。反馈课堂教学的效果，一是要求学生练习，在课后对学案进行消化、整理、补充、归纳；二是完成跟踪练习。教师应对每位学生存在的问题进行个别辅导，对共性问题集体讲解，真正做到教学有实效。

3.学案导学实践中应把握的尺度

学案导学的教学方式要把握以下尺度：一是教师设计学案时要兼顾教材与实训环境，要与企业合作，与实际工作任务结合，解决资源不足问题，体现工作过程、体现岗位技能，同时摸清学生的认知情况、学习状况以及对教学效果的反馈，编制体现学生需要的学案；二是教师针对不同层次的学生，确立不同的教学目标，设置不同的教学内容，采取不同的教学策略，要设计出既保证绝大多数学生完成任务，又尽可能满足有余力同学的需要；三是教师评价方式必须多样化，评价方式从单一笔试转化到笔试、机试、实际工程任务相结合，甚至到完全开放式的课程设计，给学生充分发挥创造力的空间，激发学生的学习兴趣，提高教学效果；四是教师要激发学生的主体精神，必须充分信任学生，敢于把足够的时间和空间留给学生，让学生直接参与并完成一系列工作任务，营造学生主动发展的氛围和条件；五是教师要有服务意识，帮助学生学习课堂以外的知识，帮助学生自主地发展自己的知识，提高技能。

四、结论

学案导学实践的体会：一是学案设计，尤其是科学性、实效性强的学案设计是一项艰苦复杂的工作，是需要精雕细刻、精益求精的作品，不下一番苦功难以达到理想的效果；二是学案导学重点在于强化学法的指导，使主导作用和主体作用和谐统一，最大限度地提高教学效率；三是教师在人际关系上向学生的朋友身份转变，变“授人以鱼”为“授人以渔”，实现以人为本的理念。

参考文献：

[1]孙琳.我国中等职业教育产教结合发展的几个基本问题[J].职教通讯，2004（5）

[2]罗珺.用学案导学法提高职高学生上机效率的研究[J].中国科教创新导刊，2008（20）.

[3]斯克良.运用学案导学促进自主学习——物理教学中运用学案导学法的实践与思考[J].物理通报，2002（2）.

网络互连技术第4篇

关键词：网络互连技术,Packet Tracer,仿真实验平台

网络互连技术是计算机网络的核心技术之一, 具有很强的实践性。而在各高校中网络互连实践教学环境未能满足实际教学需要的状况极为普遍, 尽管不少高校不断地投入资金, 但由于计算机网络技术的高速发展, 计划总是赶不上变化。

虽然, 用真实网络互连设备去组建网络互连技术实验室是必需的, 但仅靠有限的网络设备难以解决产品种类多、更新换代快和实践教学环境滞后的问题, 这是其一。其二:实验室运行成本高。操作过程中连线的反复拔插容易对网络设备的接口造成一定的损坏或缩短部件使用寿命, 维护费用大幅上升。其三:受到教学时间和空间的限制。由于学生的学习能力有所不同, 必然有部分学生在指定的教学时间内没能按教学要求完成学习任务, 而学生离开了实验室环境就变得束手无策[1,4]。

基于Packet Tracer的仿真技术构建具有开放式的网络互连技术实验平台, 能够较好的解决上述问题。笔者基于Packet Tracer仿真软件搭建了各种虚拟通信网络, 对各种网络拓扑进行了设备配置、仿真测试和分析研究, 并在真实的网络设备上通过了对比实验验证。

1 Packet Tracer简介

Packet Tracer是Cisco公司开发的一款计算机网络数据包跟踪器仿真软件, 是一个为计算机网络学习者设计的用于设计、配置和解决复杂计算网络问题的学习平台。

该软件利用一组简化网络设备和协议模型, 通过可视化的仿真界面和灵活方便的配置窗口为学习者提供个性化仿真实验环境。利用该环境, 学习者可以重复再现网络运行的参数代码, 帮助学习者有效地学习网络协议、分析网络性能, 更加深入地理解网络中的复杂行为。

使用者可以选择所需要的网络设备、通信协议及其参数, 建立仿真的网络模型, 搭建虚拟的网络实验环境。可在实际的计算机网络工程建设中, 进行开放性的预期规划、方案设计、用户沟通和性能测试。

该软件的技术性能[2]:

1) 支持多协议模型。如:支持ACL Filter、ARP、BGP、CDP、DHCP、DNS、EIGRP、FTP、Frame Relay、HTTP、IP、OSPF、POP3、RIP、STP、SMTP、TCP、Telnet、UDP、VTP等协议模型。

2) 支持大量基于CISCO公司各种档次的各种设备的仿真模型:路由器、交换机、无线网络设备、服务器、连接电缆、终端、可置入模块。对设备参数配置提供有配置窗口和命令行两种方式, 各设备模型均有可视化的外观仿真。

3) 支持逻辑空间和物理空间的设计模式。逻辑空间模式用于进行逻辑拓扑结构的实现, 物理空间模式支持构建网络、城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置。

4) 可视化的数据包工具, 配置有一个全局网络探测器, 可以显示仿真数据报的传送路线。

5) 数据报传输采用实时模式和仿真模式, 实时模式与实际传输过程一样, 仿真模式通过可视化模式显示数据报的传输过程能对抽象的数据的传送具体化。

以上这些特点保证了利用Packet Tracer软件可以方便快捷地进行网络组建、设备配置、协议测试等网络互连技术的实验。

2 网络互连仿真实验

利用Packet Tracer可以仿真实现各种不同类型的网络互连实验。笔者完成了Telnet、VLAN、STP、RIP、OSPF、PPP、Frame Relay、NAT、ACL、VPN、DHCP、HTTP、DNS、Emai等网络互连和仿真通信实验。其中有的实验, 例如广域网连接实验, 即便是在网络互连技术实验室里也难以真实的实现。现以“配置Frame Relay协议实现广域网连接”的实验为例, 进行拓扑规划、端口连线、地址分配、参数配置方法、连通测试验证、结果诊断分析的仿真实验过程。

2.1 Frame Relay原理

帧中继 (Frame Relay, FR) 是现在广域网的主干网最流行的连网协议, 是一个面向连接的第二层传输协议, 帧中继是典型的包交换技术。帧中继技术以X.25分组交换技术为基础改造了原有的帧结构, 继承了X.25提供的统计复用功能和采用虚电路交换的优点, 简化了可靠传输和差错控制机制, 把流量控制和差错控制任务委托给了本地机完成, 减少了网络时延, 降低了通信成本, 从而获得了良好的性能。

帧中继中的虚电路是帧中继包交换网络为实现不同DTE之间的数据传输所建立的逻辑链路, 这种虚电路可以在帧中继交换网络内跨越任意多个DCE设备或帧中继交换机。

2.2 DLCI地址映射

DLCI:Data-Link Connection Identifier, 即数据链路连接标识符。帧中继是一种统计复用协议, 每条虚电路用数据链路连接标识符 (DLCI) 来标识。通过帧中继的地址字段DLCI, 可区分出该帧属于那一条虚电路。DLCI只在本地接口和与之直接相连的对端接口有效, 不具有全局有效性, 即在帧中继网络中, 不同物理接口上相同的电路, 其中用户可用的DLCI范围是10~1007。由于帧中继虚电路是面向连接的, 本地不同的DLCI连接到不同对端设备, 可以认为本地DLCI就是对端设备的帧中继地址。

2.3 用Packet Tracer实现Frame Relay[3, 5]的配置

首先规划好网络拓扑和实验教学要求:用一台帧中继交换机连接二台路由器, 每台路由器分别连接一台交换机, 每台交换机分别连接三台PC机。即:1台帧中继交换机、2台路由器、2台交换机、6台PC机。

2.3.1 绘制拓扑图

运行Packet Tracer, 在Packet Tracer桌面的工作区绘制网络拓扑图, 将选择的设备和线缆拖动到工作区里。

在Packet Tracer桌面下方的设备类型区中, 单击WAN Emulation, 选择1台帧中继交换机Cloud-PT。单击Routers, 选择2台路由器Router-PT, 分别命名为R1和R2。单击Switches, 选择2台交换机2950T-24, 分别命名为S1和S2。单击End Devices, 选择6台PC机, 分别命名为PC-A、PC-B、PC-C、PC-1、PC-2和P-3。然后, 单击Connections, 选择V.35 DCE/DTE串口线 (注意:Serial DCE在DCE端设置Clock有效, 本实验以内设Clock的帧中继为DCE端口) 、RJ45直通线 (Copper Straight-Through) , 并将各设备依次连接起来。如“图1实验拓扑图”所示。

2.3.2 配置PC机的IP参数

在绘制完实验拓扑图后就需要对其进行网络拓扑进一步细化, 如“图1实验拓扑图”所示的地址分配和接口编号。

单击图标:PC-A, 选择Desktop, 单击IP Configurating, 单击Static, 填写IP address为192.168.1.2、Subnetmask为255.255.255.0、Default Gateway为192.168.1.1。如“图2配置PC-A的IP”所示。

类似地, 配置PC-B的IP地址为192.168.1.3、PC-C的IP地址为192.168.1.4。PC-B、PC-C的子网掩码都为255.255.255.0, 网关都为192.168.1.1。

类似地, PC-1的IP地址为192.168.3.2、PC-2的IP地址为192.168.3.3、PC-3的IP地址为192.168.3.4。PC-1、PC-2、PC-3的子网掩码都为255.255.255.0, 网关都为192.168.3.1。

2.3.3 配置、验证路由器参数

配置R1:单击图标:路由器R1, 选择CLI, 在命令行中配置相关参数:

配置R2:

单击图标:路由器R2, 选择CLI, 在命令行中配置相关参数:

2.3.4 配置帧中继交换机

单击“帧中继云”, 进入弹出菜单:

1) 选择Serial0, 在DLCI框中填入102, 在Name框中填入DLCI:102, 单击Add按钮。

2) 选择Serial1, 在DLCI框中填入201, 在Name框中填入DLCI:201, 单击Add按钮。

3) 选择Frame Relay, 在选择项里, 选择Serial0、DLCI:102、Serial1、DLCI:201, 单击Add按钮。如“图3配置帧中继交换机”所示。

2.3.5 连通测试验证

1) 选择PC-A, 用Ping命令检测连通性, 分别与PC-1、PC-2、PC-3, 其结果是都能Ping通。如“图4 Ping连通测试”所示。

2) 类似地选择PC-B、PC-C、PC-1、PC-2、PC-3, 相互之间也都能Ping通。

2.3.6 结果诊断分析

如图5“PC机PC-1的通信过程分析”所示, PC机PC-A从一个局域网, 途径交换机S1、路由器R2、帧中继交换机 (帧中继云-WAN) 、路由器R2、交换机S2, 与另一个局域网PC机PC-1的通信过程。

通过可视化的Flash动态模拟方式, 可以观察到数据报文转发的泛洪过程、单播过程和广播过程。通过报文的捕获/转发、事件列表、PUD细节信息, 包括事件的持续时间、源设备、目的设备、协议类型、端口信息等数据进行分析, 进一步对本实验“配置Frame Relay协议实现广域网连接”的实验结果进行了更充分的诊断和验证。

3 结束语

利用Packet Tracer仿真技术, 构建具有开放式的网络互连技术实验平台, 改善了实践环境、扩展了实践手段、优化了实践过程、提高了实验效率、节约了实验成本, 为网络设备互连的各种实验提供了方便、高效的诊断、验证和分析。

实验/实训环境中采用真实网络设备与仿真软件技术相结合的模式, 将是高校实验室建设的一种趋势。实践证明:这种模式可以有效地提高实验教学效果和保证实验教学质量, 有利于学生更好地掌握相关实验技术与方法, 有利于更好地培养学生的工程能力和创新能力。

参考文献

[1]吴黎兵, 刘丹, 陈波, 网络虚拟实验室的设计[J].计算机教育, 2010 (4) :131-133.

[2]徐洪学, 郭秀英.仿真软件在计算机网络工程课程教学中的应用[J].沈阳教育学院学报, 2010 (1) :34-38.

[3]崔北亮.CCNA认证指南 (640-802) [M].北京:电子工业出版社, 2009.

[4]谢慧, 聂峰, 周大伟.网络实验室虚拟实验系统的规划与设计[J].实验科学与技术, 2006, 4 (2) :69-70.

网络互连技术第5篇

班级:计算机科学与技术07101班

一、课程的性质、目的和任务(黑体小三)《计算机网络工程实践》课程设计是计算机科学与技术专业的一门专业实践课，其主要内容是规划、设计和实现一个中小型网络，课程设计所涉及的工作过程主要包括网络方案的设计、网络方案的实现。通过本课程设计，学生可以了解计算机网络工程设计的一般过程，明确计算机网络设计与建设的基本原则，熟悉计算机网络需求分析的目标、任务与方法，掌握计算机网络设计的通用方法，熟悉常用网络设备的使用方法，并学会撰写规范的计算机网络设计方案说明书。

本课程设计要求学生查询有关Internet接入技术、常用局域网技术，在本课程的设计过程中，要求学生撰写一份课程设计报告(4000字以上)，课程设计主题必须是与课程设计内容相关的学习内容，并由指导教师确定或审定。

本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，独立实践的机会，将理论和实际有机的结合起来，锻练学生的分析、解决实际问题的能力。从而提高学生网络工程的应用能力，使学生可以提高学生分析问题和解决问题的能力和团队协作的能力。

1．课程目标设计

1、能力目标

（1）能理解并熟悉常见中小型企业的网络系统集成方案；

（2）能独立完成中小型网络设计前需求分析方案的设计，并正确分析需求分析结果；

（3）能根据需求分析结构，独立完成中小型网络的设计方案；（4）能根据中小型网络设计方案，独立完成方案的组网与实施；（5）能根据项目需求，依据国家相关规定，协助完成网络标书的写作；

2、知识目标

（1）掌握网络规划需求分析的方法与技巧；（2）掌握逻辑网络设计的方法；（3）掌握物理网络设计的方法；（4）理解网络标书的格式及书写方法；（5）知道网络招标的流程；

（6）掌握常见网络系统集成实施中的关键技术。

3、素质目标

(1)培养良好的逻辑表达和沟通能力。(2)培养良好的文案能力；(3)培养团队协作意识； 4.其他目标

(1)成本与利润的意识；(2)网络安全防范的意识；

(3)网络冗余及可靠性保障的意识；(2)独立分析和解决问题的能力

二、网络规划、设计与实现的主要方法和过程

对网络进行规划设计时，一般从以下几个方面进行。

1、需求分析

选择一家中小规模的网络，首先要选择一家中小规模的网络，通过实地调查等形式了解企业的组织结构、网络建设的背景，明确网络需求和网络性能的评价标准。具体地，包括网络建设的目的与原则、投资规模、现有网络的问题与不足等；网络系统中所包含的信息点的数量、分布及信息流量、应用程序的类型及对QoS的要求、是否需要提供广域网接入和网络安全上的考虑因素等。

（1）用户需求

目前办公网络主要功能实现办公网络内部资源共享。办公网络可共享的资源的主要有硬盘、光驱、应用程序、驱动程序以及重要的数据等。对于办公网络的安全主要涉及的是内部网络共享资源的安全，保护这些重要数据信息的完整性、可用性、保密性和可靠性。

（2）技术目标

统一性、完整性、经济实用性、可靠性与有效性、扩展性与先进性、安全性。

安全性：保证办公网络具有信息安全的功能，主要包括：设备的安全性、应用级的安全性、网络级的安全性、数据级的安全性。由于办公网络用户离不开与外界进行交流，在享受Internet的服务的同时，防范网络病毒、木马等系统和数据的破坏，防止黑客入侵造成数据丢失或泄密等。

统一性：规划设计办公网络，应统一进行规划，统一设计，分步实施，以方便办公网络的后期管理。

完整性：保证整个办公网络的系统功能、数据安全、网络管理等方面应有充分的保证。

经济实用性：每个公司在组建自己内外计算机网络的时候，都需要考虑如何最有效的利用网络资源，使有限的硬件设施获得最优的可用带宽，保证建成的网络安全和规范，并且易于维护、扩展和高效使用。因此,在设计中要采用先进的、成熟的、实用性强的技术和性价比高网络产品，不盲目的追求设备的高档、技术的超前，以免造成不必要的资金浪费，从而使系统具有较强的实用性。

可靠性与有效性：规划设计时必须从系统结构、设计方案、设备选型、厂商的技术服务与维修响应能力、设备备件供应能力等多方面考虑，尽可能减少故障发生的可能性，缩小影响面。同时还须考虑与现有办公设备和事务处理的整合。

扩展性与先进性：进行网络规划设计时应具有较好的扩展性，以降低系统扩展的投入成本，并能充分满足信息技术高速发展的需要。能适应近3-5年内的业务增长和突发性事件的需要，确保各级系统的可扩充性和先进性，并注意设备的冗余设计以及网络的负载均衡。（3）网络应用

Web、FTP、E-Mail、VOD。

2、逻辑设计

网络设计分逻辑设计和物理设计。逻辑设计主要是逻辑拓扑设计，考虑连通哪些站点，地址如何分配和网络技术选型等。物理设计是逻辑设计的物理实现，主要包括网络设备选型和结构化综合布线设计等。

（1）整体结构设计

根据需求分析，以层次化的网络设计方法，选择合适的网络技术，设计一个性能价格比相对优化的网络解决方案，该网络要实现各种资源的兼容性，网络 3 整体安全性、先进性、可靠性，后续网络的可扩展性、易管理性、高有效带宽等。主要包括: 组网技术的选择，子网的划分与隔离，共享资源的配置，应用服务器的设置，IP地址规划等，综合布线系统的规划(工作区子系统，水平子系统，主干子系统，设备间子系统，建筑群子系统，管理子系统，需要考虑机房的安全、布局等等)。

（2）局部网络结构设计

3、物理设计

主要是：布线、交换机与路由器配置（1）网络中心的设计（2）每栋楼设计 4.网络设计方案的编写

以通用的网络方案编制规范撰写一个相应的书面文档，在该文档中要包括需求分析(网络建设的目标与原则)、主干技术的选择、工程总体设计(拓朴结构、功能设计、硬件与软件选择、结构化布线等)、网络管理与安全、投资预算和设备清单。

5、网络设计方案的实现

6、测试

（1）确定测试范围（对哪个网段测试）（2）确定测试内容（连通性、性能、故障）

三、设计（或上机）内容和基本要求

1、认识传输介质(光纤、双绞线、同轴电缆或无线介质)、综合布线设备(指信息插座、端口设备、跳接设备、适配器、信号传输设备、电气保护设备和支持工具等)和其他有关的布线辅助材料或设备(如桥架、金属槽、管或塑料槽、管等。2、3、4、了解令牌网和FDDI的国际标准，掌握以太网家族中的快速以太网、千兆位以太网乃至最新的万兆位以太网；掌握常用的网络设备如交换机，路由器等

掌握以太网接入、调制解调器接入，了解线缆调制解调器接入、数字用环路XDSL技术接入(如高速HDSL、非对称ADSL、超高速VDSL等)和综合业务数字网络ISDN接入等。

5、6、选择一家中小规模的网络，通过实地调查等形式了解企业的组织结构、网络建设的背景，明确网络需求和网络性能的评价标准

根据需求分析，以层次化的网络设计方法，选择合适的网络技术，设计一个性能价格比相对优化的网络解决方案。包括逻辑网络拓扑设计、逻辑网络地址规划、网络可靠性设计、网络安全性设计、物理网络设计

7、以通用的网络方案编制规范撰写一个相应的书面文档，在该文档中要包括需求分析(网络建设的目标与原则)、主干技术的选择、工程总体设计(拓朴结构、功能设计、硬件与软件选择、结构化布线等)、网络管理与安全、投资预算和设备清单。

四、参考设计题目：

1.规划设计一个拥有200个机位的网吧。要求从以下几个方面进行设计: 1).需求分析(目的,特点,策略).2).网络规划设计 ①结构选型(拓朴结构).②Internet接入.③硬件选择(型号,配置).④软件选择(系统软件,管理软件,应用软件).⑤传输介质.3).可行性论证.①传输速度.②用户接口(客户机,操作系统,应用软件,协议).③管理能力(技术, 安全)④投资费用(软件,硬件,安装,布线,培训,维护等).⑤成本回收等.2.某中学校园网规划方案的设计设计要求如下： 1).建立办公自动化系统

办公楼共有40个信息点。要求通过校园网连至INTERNET，达到100M到桌面，并对财务科，人事科等科室进行单独子网管理。2).建立考试监控系统

共有教学楼3座，120个信息点。

（1）综合教学楼一个，60个信息点。其中有10个实验室，每个实验室配置1台PC和1个投影仪（此处无须上网）；20个教室，其中一个教室2个摄像机。

（2）普通教学楼1：40个信息点，共20个教室，其中一个教室2个摄像机。

（3）普通教学楼2：20个信息点，共10个教室，其中一个教室2个摄像机。

3).建立综合多媒体教室

信教中心：共120个信息点。有两个多媒体教室，每个教室60台PC。要求可网管，通过校园网上连至INTERNET，达到100M到桌面。

4).为了满足教职工的需要，提高教职工教学条件和水平，大力发展网上教 6 学，优秀科目科件制作等。将教职工宿舍区的PC通过校园网上连至INTERNET，达到10M到桌面，以后可扩展到100M。

5).学校校园网建设所需PC和投影仪由校方自行选择和安装。学生宿舍由于高中阶段学习生活的特殊性，不进行任何布置。3.企业网(园区网)设计

每一个企业网(园区网)都有自己的特殊性，包括企业网(园区网)的环境和功能需求，这就要求必须针对这些特殊性进行专门的规划与设计。

1).规划和设计企业网(园区网)的主要步骤: 首先，在规划和设计企业网(园区网)前必须进行详细的需求调研，搞清楚用户现有的网络状况以及建网目标。限于网络方面的专业技术水平，用户往往无法清楚地对需求进行描述，这就需要设计人员揣摩用户的意图，通过各种方式了解用户的需求。

有了需求以后，下一步就是对系统进行分析，对企业网(园区网)中的主要技术进行选型，根据先进性和实用性相结合，经济性和可扩展性相结合，按可靠性、安全性、可管理性、可维护性的原则进行设计。具体包括主干网技术选型、主干网拓扑结构、Internet接入方式、广域网互连方式、一些组网关键技术等。

接着是进行详细的设计。首先是设备的选型，设备选型必须在满足功能的前提下，遵循相关的设计原则；然后是VLAN的规划、IP的规划、路由的规划；接着是进行可靠性、安全性的具体规划以及网络的管理规划等。

最后，需要进行综合布线系统设计和机房设计。2).企业网(园区网)在规划过程中应遵循的原则。

（1）标准化及规范化：采用开放的标准网络通信协议，选择符合工业标准的网络设备、通信介质、网络布线连接件及其相关器件器材。工程实施遵照国家电信工程实施标准进行。

（2）先进性与成熟性：按照生命周期的原则，系统设计的基本思想，符合技术发展的基本潮流，使布线系统在其整个生命周期内保持一定的先进性。选择合理的网络拓扑结构，网络工程中所用的设备、器材、材料以及软件平台应选择与网络技术发展潮流相吻合的、先进的、有技术保证的、得到广大 7 用户认可的厂家产品。

（3）安全性与可靠性：为了保证整个网络系统安全、可靠地运行，首先必须在总体设计中从整体考虑系统的安全性和可靠性。在网络设计阶段以及在工程实施各个阶段都必须考虑到所有影响系统安全、可靠性的各种因素。工程实施完成后，必须按照标准进行严格的测试。4.高校校园网的网络规划与设计.高校校园网络的规划设计有多种解决方案，依学校的类型规模和性质的不同，以使网络的设计方案有所不同，体现在技术、应用上更是不同。学校教师的教学、科研工作和学生的学习生活对一个高速的、资源丰富的和应用多方面的校园网络的需求是迫切的、必需的，也是网络规划与设计者的目标。

设计与规划高校校园网要求:

1)．设计的校园网方案的设计应符合近、中和长期发展规划

依据学校规模大小，结合学校教学科研的内容及其发展的需要，制定一个在未来十年中的近期、中期及长期的建设规划，以保持网络建设的延续性，并保护先前的投资(含各种硬件、软件及信息资源)，能融入不断涌现的新技术和新应用。

2)．合理利用I P地址资源

IP(Internet protocol互联网协议)地址是在Internet上的站点及相关设备的地址，它是由Internet指定数字委员会(IAAA)确定的，确保了它在世界上的唯一性。在IPv4技术应用于互联网的今天，IP地址资源到2010年将近枯竭，在Ipv6技术应用之前，我们要合理使用IP地址资源。当申请到一个建网的IP地址之后，必须合理地划分子网，每个子网中的IP地址要合理使用，既要满足当今的需要，也要预留将来网络扩展时所需，以便有足够的各类服务器连入Internet。

3)．注重需求分析

校园网络的规划设计是一个系统建立和优化的过程，建设网络的根本目的是在Internet上进行资源共享与通信。要充分发挥投资网络的效益，需求分析成了网络规划设计中的重要内容，它提供了网络设计应到达的目标，并有助于设计者更好地理解网络应该具有的性能；结合学校的办学规模、管理需求和师生对教学科研的需要，确立一个性能较高的网络计算平台.8

同时，经过系统的需求分析，网络的设计者还能更好地作出决策，评价现有的网络，提供移植的功能及给所有校内师生更为合适的资源。

4)．合理选择组网技术

目前，可用于校园LAN（局域网）的技术有Ethernet（以太网）、Fast Ethernet（快速以太网）、Gigabit Ethernet（千兆位以太网）、Token-Ring（令牌环网）、FDDI（光纤分布式数据接口）和ATM（异步传输模式）。从网络应用、维护、安全和扩展方面而言，Fast Ethernet和ATM在实际应用中得到了广泛的采用。同时，Gigabit Ethernet技术已成为大型Fast Ethernet的升级目标。ATM是一种快速分组交换技术，它在WAN（广域网）上体现的强大功能和在LAN上的成功应用，均以事实说明了它的技术的先进性。在ATM中，不同速率的各种数据，如语音、图像、视频都被分成标准的53字节的信元，以光纤作为传输通道，避免了以太网中的“广播风暴”，提升了网络的整体性能。

5)．校园网络的设计模式

一个良好的设计方案除体现出网络的优越性能之外，还体现在应用的实用性、网络的安全性、易于管理性和未来的可扩展性。因此，设计时要考虑以下问题：

① 要适应未来网络的扩展和拓扑结构的变化。

② 要能为特定的师生用户或用户组提供访问路径。

③ 要保证网络能不间断地运行。

④ 当网络扩大和应用增加时，变化的网络结构要能应付相应的带宽要求。

⑤ 使用频率较高的应用能够支持网上大多数的师生用户。

⑥ 能合理地分配用户对网内、网外的信息流量。

⑦ 能支持较多的网络协议，扩大网络的应用范围。

⑧ 支持IP的单点传送和多点广播数据流。

要达到以上这些设计要求，分层的设计功能及星型、树型和交叉型的拓扑结构应给予足够的重视.6)．网络硬件的选择

除网络上的工作站使用普通的PC机外，主机的选择应使用专业的高性能服务器。连接介质的选择分两部分，第一部分为各交换机（switch）之间（楼与楼 9 之间，楼层之间）及网络出口干线选择光纤，第二部分为从访问层的交换机到用户的PC桌面选择超五类双绞线。如今，交换机的价格已是很低了，应尽可能选择交换机而不用集线器。网络连接的关键设备是路由器（Router），无论是Internet接入，异地网络连接还是大型网络广播域的划分，都离不开路由器。数据存储设备，除可选择大容量硬盘外，还可选磁带机、磁盘阵列、光盘阵列，这些外存设备，均可用于储存海量网络数据，如图书资料，多媒体素材及课件学生学籍和成绩管理等。

7)．ISP的选择

选择ISP（Internet Service Provider，Internet服务提供商）对不同类型的校园网络至关重要。经过近十年的发展，目前在我国形成了以CSTNET（中科院的科学技术网）、CERNET（国家教育部的教育与科研网）、ChinaNet（中国电信网）和ChinaGBN(中国金桥网)为主的四大网络体系，伴随着IT与通信技术的不断发展和社会的广泛需求，近年来ChinaUNICOM(中国联通)、CRC(铁通)、CNC(中国网通)、JiTong(吉通)的接入服务也快速地增长。由于中国的互联网服务商以各自网络体系的发展为主，不同种类的大网之间缺乏协调机制，作为校园网络，无论师生有哪些需求，都离不开以教学、科研为主的信息资源，90%的教育资源都集中在CERNet上，故校园网络在选择ISP时，就要重点考虑CERNet。

8)．网络操作系统的选择

网络操作系统(Net Operation System)的选择关系到网络的应用、安全和管理。目前常用的网络操作系统有：Unix、Linux、Netware、Windows 2000 Server/Advanced Server /Datacenter Serve。综合以上这些网络操作系统的特点与对网络应用的支持，选择一个或几个适合于校园网内各子网服务器的操作系统，以适合各类应用、安全控制和管理。

5.基于_________(如:科来网络分析系统)系统的网络性能测试与分析分析。

1)网络性能测试与分析的主要要求

一个网络系统性能好坏的技术包括吞吐量、报文平均延迟时间、系统的平均响应时间、系统的报文平均队长、最大工作站数、网络吞吐量的最大距离和可靠性等。从应用系统的设计和网络系统的维护、管理角度来看，用户关心的技术指标是：网络吞吐率（S）、介质利用率（U）和延迟时间（D）。

网络测试监控通过直接对实际运行中的网络系统的各种性能指标或与之相关的量进行直接的测试，从而对网络系统的性能进行评价的方法。为了使测试值具有代表性，可以选择网络系统在比较接近条件的正常运行期间进行测试，例如要测试负载条件下的性能，就应该选择在每天网络使用最繁忙的时间内进行测试。

对网络性能进行测试和分析时，首先确定测试范围（对哪个网段测试）；其次是确定测试内容或测试参数（连通性、性能、故障）。

在测试中主要测试网络的流量组成、协议分布和用户行为。网络流量分析是指捕捉网络中流动的数据包，并通过查看包内部数据以及进行相关的协议、流量分析、统计等来发现网络运行过程中出现的问题，流量分析一般有以下主要功能(1)流量监控和分析

流量监控包括对不同粒度的分析对象的流量趋势分析，并可设置报警阈值。可制定监控策略，获取指定时间内分析对象的平均流量、最大流量、平均包数、最大包数、平均Session数、最大Session数等，应可定制流入/流出或双向两种统计方式。流量监控应支持丰富的统计图表，提供基于监控策略的横向和纵向数据分析和比较。提供对不同应用层协议、TOS和IP的TopN(前N个)等数据。通过对各种分析对象进行流量分析，可以清楚地描述出各分析对象的网络带宽的最大占用者，以便于进行以后的网络管理和用户跟踪。可根据摊分策略对分析对象之间流量进行费用分摊，可以组合不同的分析对象制定摊分策略，根据不同设备出口设定费率、针对用户类型分类统计、根据摊分对象的流量和费用做统计排名等。

(2)异常流量侦测

提供实时流量分析，发现了异常，可在实时中对该异常的策略进行有针对的观测。可针对IP、IP对、AS、AS对、IP段、IP段对、全网的协议、Tos等进行单双向流量和包的TopN实时显示。(3)记录、存储功能

包括对指定网络流量连续记录和存储，以及对系统访问、侵入过程的进行记录分析。以便于事后进行故障重现，更有效的故障排除。防止偶发性故障再次发生，甚至恶化。

11(4)异常报警

当流量超过阈值并持续一定时间后，以及侦测到异常流量等情况时，可以及时采取措施维护网络的性能。

在测试过程一般采用主动测试或被动测试多网络性能的相关技术指标进行测试:

2)网络性能测试与分析的主要内容(1)、网络设备测试(2)、子系统测试(3)、网络测试(4)、全网性能测试(5)、网络安全测试 3)、测试方式:(1)、主动测试

主动测试是在选定的测试点上利用测试工具有目的地主动产生测试流量注入网络，并根据测试数据流的传送情况来分析网络的性能。(2)、被动测试

被动测试是指在链路或设备（如路由器和交换机等）上对网络进行监测，而不需要产生流量的测试方法。4)、测试参数选取原则

（1）参数必须是具体而明确的。

（2）参数本身可以对高层应用产生影响，且用户可以感知。

（3）参数的定义不依赖于具体的网络技术与拓扑，并用与具体网络无关的术语进行描述。

（4）参数的测试具有可重复性，在相同条件下测试多次应得到相同的测试结果。（5）参数的测试结果对于采用相同技术的网络不应该表现出差异性，对采用不同技术的网络应该表现出差异性。

（6）参数的选择应避免引入人为的性能目标。(7)网络性能的五项基本技术指标: 可用性(availability)响应时间(response time)网络利用率(network utilization)网络吞吐量(network throughput)网络带宽容量(network bandwidth capacity)5)、测试的不确定性与误差分析

(1)、对于测试来说最重要的就是准确可靠，因此在设计测试方法或选择测试工具之前应该尽量避免进行假设，尤其是带有不确定性的假设。

(2)对结果进行误差分析的一个主要方式就是分析结果中的不合理值。6)、测试结果的统计方法

(1)对测试结果的统计分为两个方面：统计方式和统计方法。（2）对结果的统计方式实际上就是对结果进行抽样。

(3)对测试结果的统计方法就是对测试结果进行统计的不同算法以及对结果的表示方法。

(4)对测试（采样）值的表示可以采用统计分布方法 7)、测试方法(1)、基于SNMP 基于SNMP的流量分析就是通过SNMP协议访问设备获取MIB库中的端口流量信息，获得设备端口的实时或者历史的流入/流出带宽、丢包、误包等性能指标，从而对网络设备端口的整体流量进行分析，典型工具有MRTG(Multi RouterTraffic Grapher)。

(2)、基于网络探针（Probe）

基于网络探针方式的数据抓包、分析和统计等功能一般都在网络“探针”上以硬件方式实现，分析的结果存储在探针的内存或磁盘之中，具体的前端展现依赖与之对应的专门软件。因此具有效率高、可靠性高、高速运行不丢包的特点。本种方式可深入的对网络2层、3层甚至7层的特性进行详细分析。常见的产品有福碌克的Opyiview，Agilent的 NetMetrix 及其Probes，NetScout 的nGenius Performance Manager 及其Probes等。(3)、基于实时抓包分析

基于实时抓包的分析分析技术提供详细的从物理层到应用层的数据分析。但该方法主要侧重于协议分析，而非用户流量访问统计和趋势分析，仅能在短时间内对流经接口的数据包进行分析，无法满足大流量、长期的抓包和趋势分析的要求。常见的产品有NAI 的Sniffer Pro，免费的tcpdump、ethereal等。(4)、基于流（Flow）的流量分析

目前基于流的分析技术主要有两种：sFlow和NetFlow。sFlow是由InMon、HP和Foundry Networks联合开发的一种网络检测技术，它采用数据流随机采样技术，可以适应超大网络流量（如大于10Gbps）环境下的流量分析分析，让用户详细、实时地分析网络传输流的性能、趋势和存在的问题。

6、计算机网络实验室综合布线系统的设计与测试。

7、计算机网络实验室网络方案的设计与实施。

8、锐捷26系列路由器在校园网中的应用.9、基于校园网的网络安全管理及维护

10、三层交换机在校园网中的应用。

五、设计地点及时间安排：

地点:计算机网络分室时间:2009年下学期第1周

六、学生分组安排

根据需要学生以组为单位进行课程设计（一般每组不得超过4人）。

七、课程设计说明书的编写规范

1．写出不少于4000字的课程设计说明书。

2．课程设计说明书应包括首页、摘要、关键字、前言、正文、结束语、参考文献等几个部分。其中参考文献按参考文献表上的著作按论文中引用顺序排列，期刊论文按如下格式著录：

[序号]、作者、文章题目、期刊名（外文可缩写）、年份、卷号、期数、页码。

著作按如下格式著录：

[序号]、著作者、书名、出版地、出版社、出版日期顺次列出。如：1 江北.场论.北京：科学技术出版社，2000年2月

3．课程设计首页格式按统一标准制定格式（已给各班班长）,论文题目应能概括整个论文最重要的内容，简明、恰当，一般不超过25个字。4．文章摘要或设计总说明书及其关键词

摘要又称内容提要，它应以浓缩的形式概括研究课题的内容、方法和观点，以及取得的成果和结论，应能反映整个内容的精华，突出论文的创造性成果和新见解。摘要以300－500字为宜；撰写摘要时应注意以下几点：(1)用精炼、概括的语言来表达，每项内容不宜展开论证或说明；(2)要客观陈述，不宜加主观评价； 4．正文部分一般有如下几个方面的内容： 1.需求分析 2.方案设计 3.方案的实施 4.附录或参考资料

八、考核办法：

本课程设计实践性、应用性强，突出能力考核，采用形成性评价、总结性评价和综合性评价相结合的方式进行评价，对学生课程知识目标和能力目标达到情况进行的综合测试。结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神，总结报告以及学习态度综合考评。成绩分优、良、中、及格和不及格五等。课程设计单独计算学业成绩（设计成绩不及格要求重修），设计完成后学生按规定提交课程设计报告书，课程设计要求学生独立完成，若发现课程设计内容雷同者均判为不及格。

交换机网络互连第6篇

关键词：交换机,VLAN,以太端口,集线器

0 引言

一般来说我们购买来的交换机端口都是24口或48口的, 对于中小企业来说不可能公司只有24或48台员工机, 要想将所有员工机甚至服务器连接到网络中肯定需要不止一台交换机。

另外为了方便公司内部管理, 经常要将不同的员工机赋予不同的权限, 不同权限的员工机是不能互相访问的, 防止隐私资料的泄露。对于网络管理员来说将连接到同一台交换机上的不同计算机隔离最好的办法就是使用虚拟局域网VLAN了。

1 同一台交换机上设置VLAN

在同一台交换机上配置VLAN是非常简单的, 主要有以下几步。我们以cisco设备为例。

第一步:在交换机上通过vlan database进入VLAN设置控制台。 (如图1)

第二步:通过“vlan‘ID’”命令来创建相应的VLAN。

第三步:进入某个接口, 将其设置为属于某个VLAN的ACCESS模式, 命令为switchport mode access。

第四步:设置好该VLAN为ACCESS模式后就要使用命令将该端口添加到此VLAN中了, 命令为switchport access vlan100, 即将给端口添加到VLAN 100中。

第五步:如果要批量设置端口到某某VLAN的话, 可以使用批量添加端口命令, 将多个端口快速添加到某VLAN中。

通过上面五步我们就完成了划分VLAN的工作, 将连接到同一台交换机上的不同接口进行了分隔, 连接到属于不同VLAN接口的计算机将无法互相访问。

2 多个交换机的连接

正如文章前言所说的, 一般中小公司都不会仅仅使用一台交换机, 那么如何将多个交换机连接到一起呢?

实际上我们完全可以把交换机看成是以前的集线器, 过去连接多个集线器HUB都是采取使用网线直接连接不同集线器端口的方法。如今的交换机也不例外, 我们完全可以通过一根交叉线将不同交换机的普通以太端口进行连接, 从而实现多个交换机的连接, 这样接到不同交换机上的PC机就可以互访了。

对于大部分交换机来说各个以太端口都是支持自适应端口线序的, 也就是说不管我们使用平行线还是交叉线连接他们, 都可以自动切换线序自动识别。不过为了稳妥起见还是应该使用交叉线连接多个交换机。

如果公司购买来的交换机有堆叠线或者支持堆叠功能, 那么我们也可以通过堆叠线将不同交换机连接到一起, 通过堆叠线连接到一起的交换机吞吐性能更好, 传输数据更稳定。不过由于涉及到购买堆叠线的问题, 所以带来的开销也会增大。

3 多个交换机上设置VLAN

如果我们公司既需要划分VLAN保护不同PC机的权限, 又需要多个交换机互相连接到一起该如何解决呢?这时使用交叉线将交换机连接到一起并为各个交换机的不同端口设置VLAN就行不通的。

属于不同VLAN的PC不能够互相访问, 因为普通的交换机只是二层设备, 不具备路由功能 (路由问题本文不做过多阐述) 。此时你需要做的是增加一台路由器或者增加一台三层 (具备路由功能的) 交换机, 将网络的二层交换机和一台三层的交换机相连。

在上面我们已经知道switchport mode access命令是将交换机的某个端口设置为ACCESS模式, 这种传输模式将只传输该端口所属的那个VLAN数据包, 例如该接口输入VLAN 10, 那么只有发现VLAN10的数据包才会从这个端口发送和接收, 对于其他VLAN的数据包根本不会从此接口传输。但是交换机网络中运行多个VLAN的情况下, 需要将二层交换机和三层交换机的互连接口设置为TRUNK协议。

工作在TRUNK模式下的端口将传输所有VLAN的数据包, 不丢弃任何数据包, 这样才能保证交换机上发向不同VLAN的数据可以丝毫没有损失的转发到另一台交换机上, 再又另一台交换机分发到正确的VLAN接口。

我们可以采取简单的几步来将交换机上某个接口设置为TRUNK模式, 工程上一般建议大家选择交换机的最后一个端口, 24接口交换机使用24端口, 48接口交换机使用48端口来连接。

第一步:进入交换机中, 然后进入对应接口的配置模式。

第二步:使用switchport mode trunk命令将该接口设置为工作在TRUNK模式。

第三步:接下来还需要为工作在TRUNK模式下的接口设置一个封装方式, 有三种参数提供给我们, 使用switchport trunk encapsulation ISL是使用ISL TRUNK封装方式, 使用switchport trunk encapsulation dot1q是使用802.1q封装方式, 使用switchport trunk encapsulation negotiate是设置自动协商封装方式。

第四步:重新按照第一步到第三步的操作在另外一台交换机上进行设置, 将交叉线连接的另一端设置为工作在TRUNK模式, 封装方式也要和上面设置的一致。

第五步:在三层交换机上配置路由。可选路由协议有:RIPv2, OSPF, EIGRP等。目前工程上建议使用OSPF路由协议。

在完成以上步骤后, 我们就会发现网络又变得隔离和连通了, 隔离的是在两台交换机上或同一交换机上属于不同VLAN的接口, 连通的是在两台交换机上或同一交换机上属于同一个VLAN的接口。企业实现了真正的安全与互访。

对于TRUNK的两种封装模式, ISL属于思科独有的协议, 802.1q是IEEE颁布的公共协议, 因此工程上建议使用802.1q封装协议, 除非你的网络现在、今后都确定只使用思科的设备。所以这点一定要引起高度重视。

4 交换机连接实际中需注意的问题

1) 思科和华为交换机级联, 总是连接失败, 亮红灯的情况。核心交换机是思科的, 和上一级做的trunk。

登陆思科交换机查看日志:

由此得出是端口受到某些BPDU信息后自行关闭。BPDU内包含了STP所需的路径和优先级信息, STP便利用这些信息来确定根桥以及到根桥的路径。不同品牌交换机默认的生成树协议不一致 (思科设备默认使用自己公司独有的协议) , 因此在混合组网时整个网络无法收敛稳定, 导致trunk线网络不畅通。

解决此问题需要对思科交换机相应端口进行配置。具体做法是在进入思科交换机端口配置模式后使用命令spanningtree bpdufilter enable即可。

2) 在使用思科品牌独立组网或混合组网时建议时统一关闭vlan1。

因为不同交换机出厂设置不一样, 有些是关闭VLAN1, 有些是打开VLAN1。并且由于目前VLAN1被各厂商定义为本征VLAN, 是不能被删除的, 并且多数厂商的交换机端口默认下归属于VLAN1。因此, 从安全的角度考虑, 建议关闭VLAN1。

可能有的读者会问——交换机连接起来不就能用了吗?这有什么难的。实际上如果仅仅使用交换机的互联功能, 那么将其接通电源然后用交叉线连接计算机和交换机端口就可以正常使用了。但是作为合格的网络管理员不仅仅是使用网络设备, 还要用好网络设备, 更要了解实现一种手段的多种方法和之间的优劣。所以更应该对交换机互连有一个清晰深入的了解, 这样就可以在日常工作中接到优化网络等任务时不至于措手不及。

5 结束语

通过VLAN与TRUNK的完美结合, 我们将公司网络在管理方面进行了更大的优化, 安全系数更高, 不会再出现隐私泄露与病毒大范围扩散的问题了。同样对于需要连通共享数据的员工机又可以畅通的互连。

当然如果今后公司偶而需要不同VLAN之间数据的交流的话, 可以在服务器的网卡上设置TRUNK信息, 容许他和所有VLAN之间传输数据, 通过服务器将不同VLAN的数据共享, 另外还可以采取临时添加一个路由器的方式, 为不同VLAN添加相应的路由信息。

参考文献

[1]李铁成, 张立, 郝晓光, 陈海滨.智能化变电站网络传输延时分析[J].陕西:陕西电力.2011 (04) .

[2]余祥坤.智能变电站过程层网络设计与分析研究[J].湖北:湖北电力.2011 (02) .

[3]赵华云, 张冉, 陈卓.智能变电站中工业以太网交换机的应用技术[J].北京:低压电器.2010 (18) .

[4]樊陈, 倪益民, 窦仁辉, 沈健, 高春雷, 黄国方.北京:智能变电站过程层组网方案分析[J].电力系统自动化.2011 (18) .

网络互连技术第7篇

随着中央处理器(CPU)运算能力的极速增长,高速互连网络(High Speed Interconnection,HIS)已成为高性能计算机研制的关键所在。HSI是为了改善计算机外围元件扩展接口(Peripheral Component Interface,PCI)的性能不足而提出的一项新技术。经过多年的发展,支持高性能计算(High Performance Computing,HPC)的HSI目前主要是Gigabit Ethernet和Infini Band,分别占全球超级计算机TOP500(2011年11月)的44.8%和41.8%,而Infini Band是其中增长最快的HSI。Infini Band是在Infini Band贸易协会(IBTA)监督下发展起来的一种高性能、低延迟的技术。

2.Infini Band Trade Association(IBTA)

IBTA成立于1999年,由Future I/O Developers Forum和NGI/O Forum两个工业组织合二为一组成,在HP、IBM、Intel、Mellanox、Oracle、QLogic、Dell、Bull等组成的筹划运作委员会领导下工作。IBTA专业从事产品的遵从性和互用性测试,其成员一直致力于推进Infini Band规范的设立与更新。

3. Infini Band概述

Infini Band是一种针对处理器与I/O设备之间数据流的通信链路,其支持的可寻址设备高达64000个[1]。Infini Band架构(Infini Band Architecture,IBA)是一种定义点到点(point-to-point)交换式的输入/输出框架的行业标准规范,通常用于服务器、通信基础设施、存储设备和嵌入式系统的互连[2]。Infini Band具有普适、低延迟、高带宽、管理成本低的特性,是单一连接多数据流(聚类、通信、存储、管理)理想的连接网络,互连节点可达成千上万。最小的完整IBA单元是子网(subnet),多个子网由路由器连接起来组成大的IBA网络。IBA子网由端节点(end-node)、交换机、链路和子网管理器组成[3]。

Infini Band发展的初衷是把服务器总线网络化,所以Infini Band除了具有很强的网络性能以外还直接继承了总线的高带宽和低时延[4]。总线技术中采用的DMA(Direct Memory Access)技术在Infini Band中以RDMA(Remote Direct Memory Access)的形式得以实现。RDMA服务可在处理器之间进行跨网络数据传输,数据直接在暂时内存之间传递,不需要操作系统介入或数据复制。RDMA通过减少对带宽和处理器开销的需要降低了时延,这种效果是通过在NIC的硬件中部署一项可靠的传输协议以及支持零复制网络技术和内核内存旁路实现的[5]。这使得Infini Band在与、及存储设备的数据交换方面天生地优于万兆以太网以及光纤通道(Fiber Channel,FC)。

Infini Band实现了基于客户机-服务器和消息传递的通信方案及基于存储映射实现网络通信的方案,将复杂的I/O系统与处理器、存储设备分离,使I/O子系统独立,是一种基于I/O通道共享机制的总线互连技术[6]。

Infini Band系统由信道适配器(Channel Adapter,CA)、交换机、路由器、线缆和连接器组成。CA分为主机信道适配器(Host Channel Adapter,HCA)和目标信道适配器(Target Channel Adapter,TCA)。IBA交换机原理上与其它标准网络交换机类似,但必须能满足Infini Band的高性能和低成本的要求。Infini Band路由器是用来把大网络分割为更小的子网,并用路由器连接在一起。HCA是一个设备点,诸如服务器或存储设备的IB端节点通过该设备点连接到IB网络。TCA是信道适配器的一种特别形式,多用于存储设备等嵌入式环境[7]。Infini Band体系结构如图1所示。

Infini Band有几大优势:基于标准的协议、高速率、远程直接内存存取(RDMA)、传输卸载(transport offload)、网络分区和服务质量(Qo S)。

标准:成立于1999年的IBTA拥有300多个成员,它们共同设计了IBA开放标准。IBA支持SRP(SCSI RDMA Protocol)和i SER(i SCSI Extensions for RDMA)存储协议。

速率:Infini Band传输速率目前已达168Gbps(12x FDR),远远高于万兆光纤通道的10Gbps和10万兆以太网的100Gbps。

内存:支持Infini Band的服务器使用主机通道适配器(HCA),把协议转换到服务器内部的PCI-X或PCI-E总线。HCA具有RDMA功能,RDMA通过一个虚拟的寻址方案,数据直接在服务器内存中传输,无需涉及操作系统的内核,这对于集群来说很适合[8]。

传输卸载:RDMA实现了传输卸载,使数据包路由从操作系统转到芯片级,大大节省了处理器的处理负担[9]。

网络分区:支持可编程的分区密钥和路由。

服务质量:多层次的Qo S保障,满足服务请求者对Qo S需求的多样性。

4. Infini Band数据包和数据传输

数据包(Packet)是Infini Band数据传输的基本单元。为使信息在Infini Band网络中有效传播,信息由信道适配器分割成许多的数据包[1]。一个完整的IBA数据包由本地路由报头(Local Route Header,LRH)、全局路由报头(Global Route Header,GRH)、基本传输报头(Base Transport Header,BTH)、扩展传输报头(Extended Transport Header,ETH)、净荷(Payload,PYLD)、固定循环冗余检测(Invariant CRC,ICRC)和可变循环冗余检测(Variant CRC,VCRC)等域(field)组成[7],如图2所示。

LRH:8字节,用于交换机转发数据包时确定本地源端口和目的端口以及规范数据包传输的服务等级和虚通路(Virtual Lane,VL)。

GRH:40字节,用于对子网间的数据包进行路由,确保数据包在子网之间的正确传输。它由LRH中的Link Next Header(LNH)域指定,采用RFC 2460定义的IPv6报头规范。

BTH:12字节,指明目的队列偶(Queue Pair,QP)、指示操作码、数据包序列号和分段。

ETH:4-28字节,提供可靠数据报(Datagram)服务。

Payload(PYLD):0-4096字节,被发送的端到端应用数据。

ICRC:4字节,封装数据包中从源地址发往目的地址时保持不变的数据。

VCRC:2字节,封装链接过程中可变的IBA和原始(raw)数据包。VCRC在结构(fabric)中可被重构。

Infini Band数据包使用一个128位的IPv6扩展地址,其数据包包括Infini Band GRH中的源(HCA)和目的(TCA)地址,这些地址使Infini Band交换机可以立即将数据包直接交换到正确的设备上。

基于铜缆和光纤,Infini Band物理层支持单线(1X)、4线(4X)、8线(8X)和12线(12X)数据包传输。

Infini Band标准支持单倍速(SDR)、双倍速(DDR)、四倍速(QDR)、十四倍速(FDR)和增强倍速(EDR)数据传输速率,使Infini Band能够传输更大的数据量(见表1)。由于Infini Band DDR/QDR极大地改善了性能,所以它特别适合于传输大数据文件的应用,如分布式数据库和数据挖掘应用。

与Infini Band SDR一样,DDR和QDR也采用了直通转发技术(cut-through)。如果采用不同的传输速率,则Infini Band子网管理器须是拓扑透明(topology-aware)的,并只把SDR数据包转发至SDR连接(或把DDR数据包转发至DDR连接),或者交换网络须能存储和转发数据包以提供速率匹配。当在SDR和DDR连接之间进行数据交换时,附加的存储转发延时是数据包串行化延时的一半。为了在SDR主机和DDR主机进行数据交换,DDR主机根据连接建立时交换产生的QP参数进行限速传输。

5. Infini Band架构层次结构

根据IBTA的定义,Infini Band架构由物理层、链路层、网络层和传输层组成,其层次结构如图3所示。

物理层:物理层为链路层提供服务,并提供这两层的逻辑接口。物理层由端口信号连接器、物理连接(电信号和光信号)、硬件管理、电源管理、编码线等模块组成,其主要的作用:

(1)建立物理连接;

(2)通知链路层物理连接是否有效;

(3)监听物理连接状态,在物理连接有效时,把控制信号和数据传递给链路层,传输从链路层来的控制和数据信息。

链路层:链路层负责处理数据包中链接数据的收发,提供地址、缓冲、流控制、错误检测和数据交换等服务。服务质量(Qo S)主要由该层体现。状态机(state machine)用来把链路层的逻辑操作定义为外部可访问操作,并不指定内部操作。例如,虽然我们希望链路层的操作能够并行处理数据流的多个字节,但数据包接收状态机还是将从链路层接收到的数据作为字节流来处理。

网络层:网络层负责对IBA子网间的数据包进行路由,包括单点传送(unicast)和多点传送(multicast)操作。网络层不指定多协议路由(如非IBA类型之上的IBA路由),也不指定IBA子网间原始数据包是如何路由。

传输层:每个IBA数据包含有一个传输报头(header)。传输报头包含了端节点所需的信息以完成指定的操作。通过操控QP,传输层的IBA通道适配器通信客户端组成了“发送”工作队列和“接收”工作队列。对于主机来说,传输层的客户端是一个Verbs软件层,客户端传递缓冲器或命令至这些队列,硬件则往来传送缓冲器数据。当建立QP时,它融合了四种IBA传输服务类型(可靠的连接、可靠的自带寻址信息、不可靠的自带寻址信息、不可靠的连接)中的一种或非I-BA协议封装服务。传输服务描述了可靠性和QP传送数据的工作原理和传输内容。

6. Infini Band的交换机制

Infini Band所采用的交换结构(Switched Fabric)是一种面向系统故障容忍性和可扩展性的基于交换的点到点互联结构[10]。

交换机主要作用是把数据包送达数据包本地路由报头指定的目标地址,同时交换机也耗用数据包以满足自管理的需要。IBA交换机是内部子网路由的基本路由构件(子网间路由功能由IBA路由器提供)。交换机的相互连接由链路间的中继数据包(relaying packets)来完成。

Infini Band交换机实现的功能有:子网管理代理(SMA)、性能管理代理(PMA)和基板管理代理(BMA)。SMA提供一个让子网管理者通过子网管理包获得交换机内部的记录和表数据的接口,实现消息通知、服务等级(Service Level,SL)到虚路径(Virtual Lane,VL)的映射、VL仲裁、多播转发、供应商特性等功能。PMA提供一个让性能管理者监控交换机的数据吞吐量和错误累计量等性能信息的接口。BMA在基板管理者和底架管理者之间提供一个通信通道。

Infini Band交换机的数据转发主要功能:

(1)选择输出端口:根据数据包的本地目的标识符(Destination Local Identifier,DLID),交换机从转发表中查出输出端口的端口号。

(2)选择输出VL:支持SL和VL。交换机根据SL-VL映射表确定不同优先级别的数据包所使用输出端口的VL。

(3)数据流控制:采用基于信用的链路级流控机制。

(4)支持单播、多播和广播:交换机能把多播包或广播包转换为多个单播包进行交换。

(5)分区划分:只有同一分区的主机才能相互通信。每个分区具有唯一的分区密钥,交换机检查数据包的DLID是否在密钥所对应的分区内。

(6)错误校验:包括不一致错误检验、编码错误校验、成帧错误校验、包长度校验、包头版本校验、服务级别有效性校验、流控制遵从和最大传输单元校验。

(7)VL仲裁:支持子网VL(包括管理VL15和数据VL)。交换机采用VL仲裁保证优先级高的数据包得到更好的服务。

目前生产Infini Band交换机的厂商主要有Mallanox、QLogic、Cisco、IBM等。

7. Infini Band与以太网

从Infini Band的诞生、发展,到现在占据HPC领域的主流地位,人们总会拿它与普遍采用的以太网技术做比较。作者整理两者的比较如表2所示。

从表2可知,Infini Band在数据传输和低延迟两方面大大超过了以太网。Infini Band的低延迟设计使得它极其适合高性能计算领域。此外,Infini Band在单位成本方面也具有相当的优势。

从最新的全球HPC TOP500(2011年11月)中可以发现,Infiniband的占有率不断提高,其在TOP100中更是占主导地位,而以太网的占有率则逐年下降,目前两者在HPC领域的占有率基本持平。

8. 结束语

随着Infini Band的不断发展,它已成为取代千兆/万兆以太网的最佳方案,必将成为高速互连网络的首选,其与以太网络、i SCSI融合将更加紧密。IBTA对Infini Band的发展作出了预测,表明在未来三年里Infini Band FDR、EDR和HDR将有快速增长的市场需求,2020年之前Infini Band的带宽将有望达到1000Gbps。Infini Band未来在GPU、固态硬盘和集群数据库方面将有广阔的应用前景。

摘要：InfiniBand是目前发展最快的高速互连网络技术,具有高带宽、低延迟和易扩展的特点。通过研究和实践,对InfiniBand技术的数据包、数据传输、层次结构、与以太网技术的对比、交换机制、发展愿景等进行了全面探索,提出了InfiniBand最终成为高速互连网络首选的观点。

关键词：InfiniBand,高速互连网络,数据包,结构模型,交换机制

参考文献

[1]What is InfiniBand[EB/OL].http://searchstorage.techtarget.com/definition/InfiniBand.

[2]IBTA.InfiniBand Architecture Specification Volume1R elease1.2.1[S],Nov.2007.

[3]Gregory F.Pfister.An Introduction to the InfiniBand Architec-ture.USA:IBM Enterprise Server Group,2006.

[4]司马聪.InfiniBand的现状和发展趋势[R].北京:存储在线,2007.

[5]刘伟,郭丽,闫晋锋.高速互联技术探索与发展[J].科技信息,2007(32):93,164.

[6]黄亮,刘福岩.基于R apidIO和存储映射的高速互连网络[J].计算机工程,2008,34(14):116-120.

[7]Paul Grun.Introduction to InfiniBand for End Users.USA:IBTA white paper,2010.

[8]洪钊峰.采用Infiniband构建高性能计算平台[EB/OL].http://server.it168.com/server/2008-01-07/200801071541093.shtml

[9]IBTA.InfiniBand Architecture Specification Volume2R elease1.2.1[S],Oct.2006.

超级扭立方体互连网络及其性质第8篇

在并行处理领域,研究并行机中多处理器连接的方式(互连网络)是一个很重要的课题。迄今为止,人们提出了多种互连网络,其中超立方体是较早提出的一种总体性质较好的互连网络,以其正则性、高对称性、强层次结构和强容错性等优越性质成为最具吸引力的互连网络之一[1,2],它已被用作多种并行机中处理器连接的拓扑结构(如CM-2,iP- SC-860,nCUBE等)。于是人们开展了对超立方体变型及其性质的研究.扭立方体TNn是文献[4]中提出的一类互连网络。与n维超立方体Qn类似,n维扭立方体TNn是具有2n个顶点和n2n-1条边的n-正则图,且都具有最高连通度。

但是,同超立方体一样,它也有一个很大的缺点,即其顶点个数都是2的次幂,这就大大限制了对扭立方体互连网络中顶点个数的选择范围。要使一个扭立方体的维数(即顶点度数)增加1 (称为升级),就必须成倍地增加扭立方体中的顶点个数,由此就带来了两方面的问题:一是成本成倍增加;二是增加了技术难度。这在资金和技术条件欠缺的情况下是无法实现的。为了解决这一问题,文献[8]提出了超立方体的变型——超级立方体。它含有任意多个顶点,因此对它的升级可以增加任意多个顶点,并且保持了超立方体的低顶点度数、小直径和最高连通度等优良性质。基于这一思想,文献[9]和[10]先后提出了交叉立方体和Μöbius立方体的变型——超级交叉立方体和超级Μöbius立方体。

本文根据扭立方体的递归定义[4],提出了扭立方体的一个变型,它是相应扭立方体的超图,因此我们称之为超级扭立方体STN。STN含有任意多个顶点,对它的升级可以增加任意多个顶点。本文中我们用SN表示一个具有N个顶点的超级扭立方体,这里N≥1。本文对SN的顶点度数、边连通度、顶点连通度、tp-可诊断度、Hamilton连通性和直径进行了研究。

1 STN的定义

设G是一个图,我们用V(G),E(G),d(G),κ(G),λ(G),δ(G)和Δ(G)分别表示图G的顶点集、边集、直径、顶点连通度、边连通度、顶点的最小度数和顶点的最大度数。设x,y∈V(G),图G中顶点x的度数表示为deg(G,x)。图G中顶点x与y之间的最短路径是从x到y所含边的数目最少的路径。顶点x与y之间的距离定义为x与y之间最短路径的长度,表示为dist(G,x,y)。图G的直径是该图中任意两个顶点之间距离的最大值。我们用G[V′]表示图G中由顶点子集V′导出的子图,用G-V′表示图G中删去V′中的所有顶点及其关联边所构成的图。定义Γ(G,V′)={υ∈V(G)υ′∈V′,(υ,υ′)∈E(G)}-V′。设G1与G2是两个图,若G1与G2同构,我们记G1≅G2。在本文中,我们对同构的图不加区别。

设{0,1}n表示所有长度为n的由0和1构成的二进制串的集合。对两个二进制串x,y∈{0,1}n,设x+y表示x和y的和(模2加法)。对于x=xnxn-1…x1∈{0,1}n,x1称为二进制串x的第一位,x2是第二位,依次类推,xn是第n位。二进制串x的长度表示为len(x)。n维扭立方体简称为TNn。与n维超立方体Qn类似,TNn是一个具有2n个顶点的n-正则图。TNn中的每个顶点表示为一个n位二进制串(地址) x=xnxn-1…x1∈{0,1}n,其中xi∈{0,1}。在本文中,我们对TNn的顶点及其地址不加区别。文献[4]给出了TNn的递归定义,本文为了讨论问题的方便也采用该递归定义。

定义1[4] 当n≥2时,TNn的递归定义如下:

(1) 当n=2时,u=υ+en,此时也有υ=u+en。

(2) 当n≥3时,TNn是由两个n-1维的扭立方体TN $_{n - 1}^{0}$ 和TN $_{n - 1}^{1}$ 相互连接而成的n-正则图。其中TN $_{n - 1}^{0}$ ≅TN $_{n - 1}^{1}$ ≅TNn-1。即将TN $_{n - 1}^{0}$ 中的每个顶点u=unun-1…u2u1和TN $_{n - 1}^{1}$ 中对应的顶点υ=υnυn-1…υ2υ1按照以下方式相连:

$υ = u + e_{n} + \sum_{k = 1}^{| \frac{n}{2} - 1 |} u_{2 k - 1} e_{2 k} + \sum_{k = 3}^{| n - 1 |} u_{k} e_{2}$

其中‘+’表示模2加法。

3维和4维的扭立方体TN3、TN4如图1所示。

一个超级扭立方体(STN)是一个具有N=2n+h个顶点的图SN,这里0≤h<2n。SN的所有顶点都标有互不相同的长度为n+1的二进制串(地址),这些二进制串表示0到N-1之间的一个整数。其定义如下:

定义2 超级扭立方体SN是一个图,其中 $| V (S_{Ν}) | = Ν = 2^{n} + h ‚ 0 \leq h < 2^{n}$ 。设u=buu′∈V(SN),υ=bυυ′∈V(SN),μ=bμμ′∈V(TNn+1)这里len(u′)=len(υ′)=n,bu,bυ∈{0,1},则(u,υ)∈E(SN)当且仅当下述条件中至少有一个成立:

(1) bu=bυ且(u′,υ′)∈E(TNn);

$(2) b_{u} = \bar{b}_{υ} = 0$ 且(u,υ)∈E(TNn+1);

$(3) b_{u} = \bar{b}_{υ} = \bar{b}_{μ} = 0 ‚ (υ^{'}, μ^{'}) \in V (Τ Ν_{n}) ‚ μ \notin V (S_{Ν})$ 且(u,μ)∈E(TNn+1)。

具有11个顶点的STN S11如图2所示。由定义2易得,具有N=2n+h个顶点的STN SN包含TN $_{n}^{0}$ 作为其子图,且当h=0时,WN=TN $_{n}^{0}$ 。设V0=V(TN $_{n}^{0}$ ),令V1=V(SN)-V0,则V(SN)=V0∪V1。

2 STN的性质

2.1 STN的最小顶点度数和最大顶点度数

定理1n≤δ(SN)≤n+1。

证明若h=0,有δ(SN)=n。若0<h<2n。对任意的x∈V1。设y∈V(TN $_{n}^{1}$ ),且(x,y)∈E(TN $_{n}^{1}$ )。对上述顶点y,若y∈V(SN),由定义2(1),有(x,y)∈E(WN);否则,若y∈V(TN $_{n}^{1}$ )且bυu′∉V(WN)。此时存在z∈V(TN $_{n}^{0}$ ),满足(z,y)∈E(TNn+1)。由定义2(3),有(x,z)∈E(SN)。另外,由deg(TN $_{n}^{1}$ ,x)=n,故满足定义2中(1)或(3)且与x相关联的边的数目为n。又考虑到由定义2(2),存在τ∈V0,使得(τ,x)∈E(TNn+1)且(τ,x)∈E(SN),于是对任意的x∈V1,有deg(SN,x)=n+1,此时δ(SN)=deg(SN,x)=n+1。另外对任意的u∈V0,总有deg(SN,u)≥deg(TNn,u)=n,即δ(SN)=n。

综上所述,对于0≤h<2n,有n≤δ(SN)≤n+1。证毕。

定理2n≤Δ(SN)≤2n。

证明首先,若h=0,有Δ(SN)=n。若0<h<2n,由定义2,有Δ(SN)≥n。故只需要证当0<h<2n时,Δ(WN)≤2n即可。对任意的x∈V0,有deg(TN $_{n}^{0}$ ,x)=n。由定义2,x最多与V1中的n+1个顶点相邻,故deg(SN,x)≤deg(TN $_{n}^{0}$ ,x)+(n+1)≤2n+1。首先假设存在Δ(SN)=2n+1,此时x与V1中的n+1个顶点相邻,即x与V1中顶点的相邻同时满足定义2(2)和(3)。如果满足定义2(2),那么x当且仅当与V1中的1个顶点相邻,而由定义2(3),x与V1中的n个顶点的相邻。这显然与定义2是相矛盾的。于是,对任意的x∈V0,有deg(SN,x)≤2n。又由定理1中的证明,对任意的y∈V1,有deg(SN,y)=n+1。故有n≤Δ(SN)≤2n。证毕。

2.2 STN的连通度

由定义2及连通度的定义容易证明:

引理1 若 $| V_{1} | \geq 1$ ,则SN[V1]是连通的。

证明由定义2中只有一个连通分支,故是连通的。证毕。

文献[11]中提出了对应连接(BC)图这一互连网络族的定义。根据BC图的定义,超立方体、交叉立方体、立方体和扭立方体等都是BC图的真子集,所以扭立方体满足BC图在可诊断性的性质:

引理2 设n≥2,对任意的 $V^{'} \subset V (Τ Ν_{n}) ‚ | V^{'} | = 2$ ,有 $| Γ (Τ Ν_{n}, V^{'}) | \geq 2 n - 2$ 。

引理3 设n≥4,对任意的 $V^{'} \subset V (Τ Ν_{n}) ‚ | V^{'} | = 2 p ‚ 1 \leq p \leq 2 n - 2$ ,有 $| Γ (Τ Ν_{n}, V^{'}) | \geq (2 n - 2) - p + 1$ 。

由引理3容易证明:

推论1 设n≥3,对任意的 $V^{'} \subset V (Τ Ν_{n}) ‚ 2 \leq | V^{'} | \leq n - 1$ ,有 $| Γ (Τ Ν_{n}, V^{'}) | \geq (2 n - 2) -$ $(| V^{'} - 1 |) / 2$ 。

引理4 设n≥1,则κ(TNn)=n。

定理3κ(SN)=δ(SN)。

证明只需证明当n≥3,h≥0时,有κ(SN)=δ(SN)即可。对任意的 $U \subset V (S_{Ν}) ‚ | U | \leq δ (S_{Ν}) - 1$ ,令U=U0∪U1,其中U1=U∩V1,U0=U-U1,则U0⊆V0,U1∩U0=φ。我们只需证明在以下(1)、(2)、(3)三种情形下,SN-U是连通的即可。

(1) 若U1=U。对任意的x∈V1-U1,存在y∈V0,使得(x,y)∈E(TNn+1)。由定义2,有(x,y)∈E(WN),故x与TN $_{n}^{0}$ 连通,因此SN-U是连通的。

(2) 若U0=U。由定理1,有n≤δ(SN)≤n+1,分以下①、②两种子情形讨论。

① 若δ(SN)=n。由引理4,有κ(TN $_{n}^{0}$ )=κ(TNn)=n,又 $| U | \leq δ (S_{Ν}) - 1 \leq n - 1$ ,故TN $_{n}^{0}$ -U0是连通的。由引理1,SN(V1)也是连通的,进一步,我们有以下两种情形。

(I) 若 $| V_{1} | \geq n$ 。令 $A = {y \in V_{0} | x \in V_{1}, (x, y) \in E (Τ Ν_{n + 1})}$ ,则由定义2,有 $| A | \geq | V_{1} | \geq n$ ,故V1中至少有一个顶点与TN $_{n}^{0}$ -U0中的某个顶点相邻,因此SN-U是连通的。

(Ⅱ) 若 $| V_{1} | \leq n - 1$ 。当 $| V_{1} | \geq 2$ 时,若V1为偶数,由引理2和引理3,有 $| Γ (Τ Ν_{n}, V_{1}) | \geq (2 n - 2) - \frac{| V_{1} |}{2} + 1 \geq n$ 。否则,由推论1,有 $| Γ (Τ Ν_{n}, V_{1}) | \geq (2 n - 2) -$ $\frac{(| V_{1} - 1 |)}{2}$ ≥n。故当 $| V_{1} | \geq 2$ 时,有 $| Γ (Τ Ν_{n}, V_{1}) | \geq n$ ,从而 $| Γ (S_{Ν}, V_{1}) | \geq | Γ (Τ Ν_{n}^{1}, V_{1}) | \geq n$ 。当V1=1时,有V1={10n},由定理 $1 ‚ | Γ (S_{Ν}, V_{1}) | = \deg (S_{Ν}, 10^{n}) \geq δ (S_{Ν}) \geq n$ ,故当1≤V1≤n-1时,有 $| Γ (S_{Ν}, V_{1}) | \geq n$ 。又显然Γ(SN,V1)⊆V0,故V1中至少有一个顶点与TN $_{n}^{0}$ -U0连通,因此SN-U是连通的。

② 若δ(SN)=n+1。对任意的x∈V0-U0,由deg(TN $_{n}^{0}$ ,x)=n+1,又deg(SN,x)≥δ(SN)≥n+1,故x与SN[V1]连通。又由引理1,SN[V1]是连通的,故SN-U是连通的。

(3) 若U0≠U且U1≠U。同理可证SN-U是连通的,限于篇幅,这里不再赘述。证毕。

引理5 对于任何一个图G,有κ(G)≤λ(G)≤δ(G)。

推论2 对于超级扭立方体SN,有κ(SN)=λ(SN)=δ(SN)。

证明根据定理3,有κ(SN)=δ(SN)。由引理5,有κ(G)≤λ(G)≤δ(G),故λ(SN)=δ(SN)=κ(SN)。

引理6 设图G表示一个多处理系统S。其中V(G)中的每个顶点表示S的一个处理器,E(G)表示S中处理器间的连接。令 $Ν = | V (G) |$ ,则S是tp-可诊断的必要条件是N≥2tp+1且每个处理器都能由至少tp个其它的处理器测试;充分条件是N≥2tp+1且κ(G)≥tp[11]。

推论3 设n≥3,则STN SN是δ(SN)-可诊断的,这里n=log2N。

由定理3,推论3和引理6,STN在精确策略下的可诊断度为δ(SN)。

2.3 STN的Hamilton性质

Hamilton性质是互连网络中非常重要的性质。在本节中我们使用H-代表Hamilton,对于给定图,若存在一条路,经过图中的每个顶点恰好一次,这条路称作H-路。若存在一条回路,经过图中每个顶点恰好一次,这条回路称作H-回路。具有H-路的图称作半H-图,具有H-回路的图称作H-图。

引理7 设n≥1,n≠2,则TNn是H-连通的。

定理4 设 $G = S_{Ν} [V_{1}] ‚ | V_{1} | \geq 2$ ,则G是一个半H-图。

证明我们对V1用数学归纳法。令m= $\log_{2} | V_{1} |$ ,若 $| V_{1} | \in {2, 4, 8}$ ,则G≅TNm,G是一个半H-图;若 $| V_{1} | \in {2, 4, 8}$ ,令 $V^{'} = {x | x \in {0, 1}^{m + 1}, 0 \leq x \leq | V_{1} | - 1}$ ,设G′是V′中的顶点按定义2中的条件(1)和(2)连接构成的图,则G≅G′,G是一个半H-图。故当 $2 \leq | V_{1} | \leq 8$ 时,定理成立。

假定当 $| V_{1} | \leq Κ (Κ \geq 8)$ 时,定理成立。当 $| V_{1} | = Κ + 1$ 时,令n= $\log_{2} | Κ + 1 |$ ,则n≥3,若K+1=2n,则G≅TNn。由引理7,易知G是一个H-图;否则,可令 $V^{'} = {x | x \in {0, 1}^{n + 1}, 0 \leq x \leq Κ} ‚ V_{2} = V (Τ Ν_{n}^{0})$ ,则V2⊂V′;再令V3=V′-V2。设G″是V′中的顶点按定义2中的条件(1)和(2)连接构成的图,则G≅G″,故只需证明G″是半H-图就可证明该定理成立。显然,G″[V2]=TN $_{n}^{0}$ ,即G″包含TN $_{n}^{0}$ 作为子图。我们分(1)、(2)两种情形讨论:

(1) 若 $| V_{3} | = 1$ 。设 $| V_{3} | = {x}$ ,由定义1和定义2,存在y∈V2,使得(x,y)∈E(G″)。取z∈V2,使得z≠y。由引理7,G″[V2]中存在由y到z的H-路P。于是由边(x,y)和路径P构成G″中的H-路,故G″是半H-图。

(2) 若 $| V_{3} | > 1$ 。令 $Μ = 2^{n} + | V_{3} | ‚ V_{4} = V (S_{Μ}) - V (Τ Ν_{n}^{0})$ 。由定义2易证G″[V3]≅SM[V4]。显然 $| V_{4} | = | V_{3} | = (Κ + 1) - 2^{n} \leq Κ$ ,由归纳假设,SM[V4]是一个半H-图,于是G″[V3]是一个半H-图。设Q1是G″[V3]中由x到y的一条H-路,由定义2,存在y′∈V2,使得(y,y′)∈E(G″),因 $| V_{2} | = | V (Τ Ν_{n}^{0}) | = 2^{n} \geq 8$ ,故可取z∈V2,使得z≠y′。由引理7,可设Q2 是TN $_{n}^{0}$ 中由y′到z的一条H-路,于是由路径Q1,边(y,y′)和路径Q2构成G″中由x到z的一条H-路,故G″是一个半H-图。

综上所述,当 $| V_{1} | = Κ + 1$ 时,定理也成立。证毕。

推论4 设n≥3,则SN是一个H-图。

证明若 $| V_{1} | = 1$ 。设 $| V_{1} | = {y}$ ,由定义2,存在(x1,x2)∈E(V0),使得(x1,y)∈E(SN),(x2,y)∈E(SN)。由引理7,x1,x2之间至少存在一条H-路l2,易得WN中存在由边(y,x1),路径l2和边(x2,y)构成的H-回路。

若 $| V_{1} | \geq 2$ 。由定理4,在V1中至少存在一条H-路l1,那么取路径l1上的两个端点y1,y2。同理,由定义2,存在(x1,x2)∈E(V0),使得(x1,y1)∈E(SN),(x2,y2)∈E(SN)。由引理7易得,顶点x1,x2之间至少存在一条H-路l2,故SN中存在由边(x1,y1),路径l1,边(x2,y2)和路径l2构成的H-回路。

故n≥3,则SN是一个H-图。证毕。

2.4 STN的直径

引理8[4] 当n≥3时,则d(TNn)=(n+1)/2。

定理5d(SN)≤ $\frac{(n + 1)}{2}$ +1,n=log2N。

证明对任意的x,y∈V(SN),我们分以下三种情形进行讨论:

情形1:若x,y∈V0。此时:

dist(SN,x,y)≤dist(TN $_{n}^{0}$ ,x,y)≤d(TNn)

情形2:若x∈V1且x∈V0。设τ,y∈E(TNn+1),且τ∈V0,由定义2,有(τ,x)∈E(SN),于是有:

dist(SN,x,y)≤dist(TN $_{n}^{0}$ ,τ,y)+1≤d(TNn)+1

情形3:若x,y∈V1。令m= $\log_{2} | V_{1} |$ ,又n=log2N,易得n≥m+1。可令 $| V_{1} | = 2^{m} + | V_{3} | ‚ V_{2} = V_{1} - V_{3}$ 。此时,我们容易证明dist(SN,x,y)≤d(TNn1)+1。限于篇幅,这里不再赘述。

综上所述,对任意的x,y∈V(SN),有dist(SN,x,y)≤d(TNn)+1= $\frac{(n + 1)}{2}$ +1由引理8,有d(SN)=max{dist $(S_{Ν}, x, y) | x, y \in V (S_{Ν})} \leq d (Τ Ν_{n}) + 1 =$ $\frac{(n + 1)}{2}$ +1。证毕。

3 SN与TNn和Qn的性质的比较

综上所述,STN SN与TNn和Qn相比较有如下特点:

1) SN是具有任意多个顶点的互连网络,相比较TNn的顶点个数均是2的次幂。克服了TNn不易升级的缺点。

2) SN包含一个与TNn同构的子图,且当N=2n时,SN与TNn同构。

3) SN的顶点度数是对数级的,保持了TNn低顶点度数的优点。

4) SN的连通度满足K(SN)=λ(SN)=δ(SN),保持了TNn高连通度的优点。

5) SN是一个Hamilton图,保持了TNn是一个Hamilton图的优点,相比较Qn不具备该性质。

6) SN的直径满足d(SN)≤ $\frac{(n + 1)}{2}$ +1(n=log2N)。又d(TNn)= $\frac{(n + 1)}{2}$ 。故SN的直径最多只比TNn的直径大1,且SN与TNn的直径均大约是Qn的直径的一半。

4 结语

本文提出了局部立方体的一个超集——超级扭立方体(STN)。通过证明得出以下结论:STN很好地保持了扭立方体低顶点度数、最高连通度、Hamilton性质和小直径等优点。更进一步的,由于STN具有任意多个顶点,因此对其升级可以增加任意多个顶点,这说明超级扭立方体在结构上比扭立方体更容易扩展,具有更大的灵活性,它克服了扭立方体的升级必须成倍增加其顶点个数的不易扩展的缺点。

摘要：扭立方体是超立方体的一类变体,它具有比超立方体更好的性质。但是,同超立方体一样,它也是具有2n个顶点的n-正则图,故要使一个扭立方体的维数(即顶点度数)增加1(称为升级),就必须成倍地增加扭立方体中的顶点个数。为了解决这一问题,将具有2n个顶点的扭立方体的拓扑结构加以改变,得到了包含任意多个顶点的互连网络——超级扭立方体(STN)。证明了超级扭立方体保持了扭立方体的最高连通度、对数级的直径和顶点度数、Hamilton性质、连通度级的tp-可诊断度等方面的优良性质,更进一步地,由于它包含了任意多个顶点,所以对它的升级只需增加任意多个顶点,从而克服了扭立方体的升级必须成倍增加其顶点个数的缺点。

关键词：扭立方体,超级扭立方体,升级,连通度,可诊断性,Hamilton性质,直径

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网络互连技术第9篇

并行处理技术是并行计算机的关健技术, 它涉及的范围很广, 包括并行结构、并行算法、并行操作系统、并行语言及其编译系统等, 其中并行结构是关键因素。

计算机根据指令流和数据流是单一的还是多个的进行分类, 并行处理机可以分为SIMD (单指令流多数据流) 和MIMD (多指令流多数据流) 两大类。SIMD比较专用, 世界上装用的数量并不多, MIMD则应用广泛, 发展出多种类型。MIMD可进一步划分为以下五种类型:并行向量处理机 (PVP) 、对称多处理机 (SMP) 、大规模并行处理机 (MPP) 、分布共享存储器 (DSM) 多处理机、机群系统 (COW) 。

本文讨论当今较为常用的MPP计算机组成的关键部分——互连网络的结构, 并对wormhole寻径技术展开分析和讨论。

1 基本术语与性能指标

1.1 消息、包和片

消息 (Message) 是在多计算机系统的处理接点之间传递包含数据和同步消息的信息包。它是一种逻辑单位, 可由任意数量的包构成。包 (Packet) 的长度随协议不同而不同, 它是信息传送的最小单位, 64-512位。片 (Flit) 的长度固定, 一般为8位。

1.2 互连网络技术指标

互连网络用来在多计算机系统的处理结点之间传递消息。互连网络性能的两个重要指标是传输时延 (Transmission Latency) 和吞吐量 (Throughput) 。吞吐量指系统在每秒内发送或接收到的消息的字节数, 它取决于节点的体系结构和通信机制。传输时延主要有三个部分组成:

一个消息的传输时延:从它在源结点进行发送初始化到它在目的结点完整的被接收所耗费的时间。

一个网络的传输时延:在一定条件下发送消息的平均时延。

网络的吞吐量:单位时间内网络所能传输的消息数目或长度。

2 Wormhole寻径 (Wormhole Routing)

首先把一个消息分成许多片, 消息的头片包含了这个消息的所有寻径信息, 尾片是一个其最后包含了消息结束符的片, 中间的片均为数据片。片是最小信息单位。每个结点上只需要缓冲一个片就能满足要求。

Wormhole寻径方式如图1所示。

当消息的头片到达一个结点A的寻径器后, 寻径器根据头片的寻径信息立即做出寻径选择:如果所选择的通道空闲而且所选择的结点B的通信缓冲器可用, 那么这个头片就不必等待, 直接通过结点A传向下一个结点B;随后的其它片跟着相应的向前“蠕动”一步。当消息的尾片向前“蠕动”一步后, 它刚才所占用的结点就被放弃了。如果所选择的通道非空闲或者所选择的结点的通信缓冲器非可用, 那么这个头片就必须在此结点的通信缓冲器中等待, 直到上述两者都可用为止;其它片也在原来的结点上等待。此时, 被阻塞的消息不从网络中移去, 片不放弃它所占有的结点和通道。这是Wormhole技术和其它流控制技术都不同的地方。

Wormhole方式从管道消息流的概念中所继承的。它的优点是每个结点的缓冲器的需求量小, 易于用VLSI实现;较低的网络传输延迟;所有的片以流水方式向前传送。而在存储转发中, 消息是整个的从一个结点“跳”向另一个结点, 通道的使用是串行的。Wormhole与线路开关的网络传输延迟正比于消息包的长度, 传输距离对它的影响很小 (消息包较长时的情况) 。通道共享性好、利用率高。对通道的预约和释放是结合在一起的一个完整的过程:占有一段新的通道后将立即放弃用过的一段旧通道。易于实现Multicast和Broadcast。允许寻径器复制消息包的片并把它们从多个输出通道输出。

由于wormhole技术淡化了路径长度对网络性能的负面影响, 使人们有希望采用简单、规整的低维网格结构来实现高性能的大规模并行处理 (MPP) 互连网络。所以, wormhole技术已被广泛用于MPP互连网络中, 并收到了较好的效果。

3 虚拟通道与死锁

对于wormhole寻径方式最重要的问题在于防止消息传递的阻塞和死锁。一个消息有可能在一个向相反方向传递的消息后阻塞, 如图2所示。

图中, 源2与目的2两各节点之间首先开始传输片, 这样就阻塞了源1到目的1的片的传送。在这种情况下, 通常使用虚拟通道来解决阻塞的问题。一个虚拟通道是一个物理通道的逻辑抽象概念, 与一个物理通道关联的所有虚拟通道具有不同的片缓存, 并且它们时分复用该物理通道。与此类似, 每个与虚拟通道相关联的缓存实际上是该物理通道的缓存的一部分, 如图3所示。

在图3所示的虚通道示意图中, 两个虚通道共用一个物理通道, 实现了物理通道的时分复用, 从而解决了阻塞的问题。在虚拟通道中, 一条物理通道在逻辑上分成两个传输方向相反的通道, 每一个虚拟通道为单向且有自己的缓存区;一条物理通道上的虚拟通道逻辑上被划分成多个虚拟通道, 这些虚拟通道共享这条物理通道发送或接收信息。由于虚拟通道能够有效的减小冲突和阻塞, 因此为增强性能和设计非死锁的寻径算法方面, 在多计算机系统尤其是MPP中使用的非常频繁。

综上所述, wormhole技术的通道具有共享性好, 灵活的连接方式, 较高的吞吐率等优点。在wormhole技术中, 对通道的预约和释放是结合在一起的一个完整过程。当占有一段新的通道后, 将立即释放用过的一段旧通道, 充分考虑多个数据包对通道资源的共享。数据包经过的每一段通道既不在数据包到达之前预约, 也不在数据包通过之后继续占有, 仅仅在数据包到达时才被使用。对于某一段通道来讲, 在数据包到达之前它不必空闲等待, 当数据包经过之后它立即可以为其它数据包所利用。

4 避免死锁的wormhole寻径方式

4.1 维序寻径

维数排序路由是一种确定的wormhole寻径方式, 它规定了消息传递时所选择的路径的维数即方向的顺序。这种网络的维数按照时限定好的单调的顺序排序。消息首先在最高维或最低维进行置换, 直到它在这一维的方向上到目的节点的距离为0, 然后消息再在一个相邻的维上进行交换, 重复这个过程, 直到该消息抵达目的节点。所有的消息不会反向传送, 不会形成循环, 因此就保证了死锁的避免。

维数排序路由将最短路径分布在整个网络中, 这样同时均衡分布了网络的通信量。对于不对称工作量的网络来说, 有些通道就会比其他通道繁忙得多, 而由于这种算法将路径限制在一个固定的通道上, 即使在冲突或网络发生错误的情况下也不能够分散流量。对于所有的确定的wormhole寻径方式中, 都存在这个问题。因此, 这是确定的wormhole寻径方式的局限性。

4.2 转向模型 (Turn Model)

转向模型开创了避免死锁的自适应算法新方向。它要求通道独立图中没有自环。转向模型针对无附加通道的网络提供了一套发展自适应寻径算法的系统方法, 无论是完全自适应还是部分自适应。在这样的情况下死锁的发生是因为包的寻径转向形成了自环。

摘要：并行处理机MPP由于其良好的可扩展性和联高性能价格比, 已成为实现超高性能计算的重要支持工具。MPP系统性能的发挥极大程度上依赖于互连网络的通信性能, 对于并行计算来说, 寻径技术是至关重要的。互连网络中采用的寻径算法决定了消息在网络中如何选取路径, 其性能对网络效率的发挥起着重要作用。该文以多机系统中的各种消息寻径方式概述为背景, 着重讨论wormhole消息寻径方式。

关键词：直连网络,wormhole寻径,死锁的避免和恢复,虚拟通道

参考文献

[1]Duato J, Yalamanchili S, Ni L.Interconnection Networks[M].IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA, 1997.

[2]SCOTT S, THORSON G.Optimized routing in the CrayT3D[C].Proceedings of the International Workshop on Parallel Computer Routingand Communication, 1994:281-294.

[3]Liu Yan, Deng Bo, Yang Xiao Dong.LCFFA:A LOW-COST FULLY ADAPTIVE ROUTING ALGORITHM[J].JOURNAL OF COMPUT ER RESEARCH&DEVELOPMENT, 1999, 36 (3) :331-336.

[4]Prasant Mohapatra.Wormhole Routing Techniques for Directly Connected Multicomputer Systems[J].ACM Computing Surveys, 1998, 30 (3) :374.

网络互连技术第10篇

随着互联网的蓬勃发展，计算机网络在社会经济和人们生活中占据着越来越重要的地位。为了更好的融入到这个信息化世界中来，越来越多的人想要了解网络，获取与网络有关的知识。

基于WEB的虚拟计算机网络实验平台是配合高校计算机专业网络课实验教学，开发的一个具有演示和简单交互功能的虚拟网络实验平台，并以网页的形式向用户展示，能让学习者在平台上进行虚拟的网络实验。

虚拟网络互联设备路由器、交换机的实验是一个专门介绍网络互联设备相关知识, 模拟网络互联设备相关实验的多媒体系统。本系统主要采用Dreamweaver+Flash技术，并辅以多种图片处理软件对系统的整体效果进行加工。通过基础教学部分和实验部分向学习者介绍了网络互联设备交换机中基础的、关键的知识，并为学习者提供了一个模拟的网络互联设备交换机等实验的平台，其中基础教学部分精心挑选目前最流行的网络互联设备，简单介绍其的相关知识以及新技术的基本概念;实验部分是基于网络互联设备实验的教学环节：并给出了实验的操作步骤;完整的实验操作过程的演示;提供一个Flash模拟的实验环境。系统界面饱满丰富，使得学习者能在虚拟的网络环境中获得知识。

（二）需求分析

1. 功能要求：要求系统能满足高校师生对于计算机网络实验课程教学工作的需要，能够仿真真实路由器、交换机、无线网络、网络服务器进行交互配置操作，如果命令输入正确则可以顺利进入下一步或下一页面，如果命令输入错误，则程序会给出错误提示。同时对于不太熟悉操作命令的使用者，还能够提供各实验的演示过程以供参考。

2. 界面要求：界面一般都要简洁、美观，符合教学系统的基本要求，使学习者可以一目了然的了解系统的功能，并容易上手使用，降低学习者使用系统的难度和所耗费的时间，可以提高工作的效率。尽可能真实模仿各种网络实验界面窗口，配置过程及结果等。

3. 性能要求：系统除应必须满足对定时约束或容量约束，通常包括速度(响应时间)、信息量速率、主存容量、安全性等方面的需求。此外，系统还应具有良好的兼容性和稳定性。在可扩展性方面，系统主菜单和各功能菜单(即课程实验列表菜单)采用了JS+HTML结构，若今后有课程内容或实验需要继续增加扩展，仅需要通过适当的修改HTML文件，不需要再去修改网页的框架以及复杂的JS脚本函数即可以轻松地实现扩展。

（三）系统总体设计

整个虚拟计算机网络实验平台，包括了目前网络实验课程当中比较普遍的也是目前开设网络实验课程当中重点部分，如：网络互连设备(交换机、路由器等)配置、无线网络(无线AP、无线网卡)的配置、网络服务器的配置等。在每个实验当中都设定了基础教学环节、实验演示环节和模拟实训环节。

（四）系统的详细设计

互动模块的设计是整个实验平台开发的重点也是难点，通过实现互动模块，可以使学习者对重点知识学习之后检验自己的学习效果以及对重点知识的掌握情况。互动模块主要是实现人机交互，在虚拟的环境中对网络互连设备路由器、交换机等进行与实际相同或相近的配置。

对于用户而言，人机界面就是系统本身。很大程度上，软件的易用程度和界面的交互友好与否直接影响着软件的声誉和前景，而易用性很大程度上又取决于人机交互的品质，因此人机界面设计显得相当重要。

该网络实验平台是以键盘为主的交互方式的可视化设计平台，人机界面的发展总是伴随新技术的产生。而在人机交互技术的设计中，应具备以下基本原则：(1)以交互功能作为界面设计的核心。使人与计算机之间能够准确地交流信息是人机界面的关键。一方面，人向机器输入时应当尽量采取自然的方式;另一方面，机器向人传递的信息必须准确，不致引起误解或混乱。还有，不能把内部的处理、加工与人机界面混在一起，以免互相干扰，影响速度。(2)界面必须始终一致。一致的人机界面不致增加用户的负担，让用户始终用同一种方式思考与操作。最忌讳的是每换一个屏幕用户就要换一套操作命令与操作方法。尽可能不改变用户已经熟悉的操作功能键(例如Ctrl+s来保存文件)设定界面的缺省状态。(3)界面必须能够提供帮助。让用户驾驭软件，而不是软件驾驭用户。尽可能减少用户的记忆，为此可建立容易记的快捷键(例如Ctrl+p启动打印)，采用演进形式显示提示信息，以免要用户一次记忆大量的信息等。有关的提示、信息、说明应该放在随手可得的位置。

设计人机界面时，经常会遇到灵活性与一致性的权衡问题。原则上，对某一软件来说，用户的思维方式应当是一致的，操作与控制的方式也应当是一致的。只有这样，才能减轻用户使用软件的困难，使用户不知不觉地进入统一的思维框架，从而正确地、顺利地应用这个软件。另外还应当让它们有一定的灵活性，能够自由地选择某些功能的操作方式。

我们通过ASP VBScript脚本编程实现了交换机互动模块即模拟实训和课后练习部分。通过Flash Action Script脚本修改及扩充了路由器部分的互动模块。

1. 路由器互动模块的设计

当用户选择了一节交互部分时就会出现由Flash制作而成的交互界面，选择第一步再按照要求输入相应的配置命令，命令之间用空格隔开，输完后回车加以确认，此时系统就会进行判断如果输入的是正确的命令并且该步不是最后一步，那么就会进入到下一步的操作然后再重复前面的循环;如果输入的命令是错误的，系统会给出提示信息，这可以分为三种情况:一是没有输入任何命令，系统会显示该命令丢失;二是输入了错误的命令，系统会显示该命令错误;三是输入了多余的命令，系统会显示命令太多。这时用户可以删除错误的部分再输入正确的命令回车重新加以确认即可。倘若用户记不起某些配置命令那么可以切换到演示模式下观看相关的配置步骤，然后再切回交互状态继续进行配置。

当用户输入的命令出现不同的错误时系统会根据不同的情况做出相应的处理，即调用相应的处理函数并给出相应的提示。

2. 交换机互动模块的设计

(1) 模拟实训部分的实现

模拟实训部分是交换机仿真教学系统中最重要的交互部分，是通过JavaScript脚本编程实现的。

模拟实训部分初始状态是第一个关键词显示，即SWITCH>显示，而光标随着输入的字符移动。

当用户输入指令错误后将会提示Bad command of file name，键入退格键后将会重新进入输入状态。实现函数如下

用户根据提示输入相应的命令。当输入的命令正确时，将进入下一步实验;若输入错误，则弹出错误信息，用户根据错误信息改正命令后可继续进行下面的实验。

(2）实验练习部分的实现：

在用户进行模拟实训之前还可以进行交换机的配置练习，以便达到更好的学习效果。实验练习部分是通过ASP进行脚本编程实现的。在练习过程中

1)流程完全按照FLASH演示

2)所有命令区分大小写

3)不能打回车，只能手动点击确定按钮，否则跳回第一条命令

以交换机基本参数配置为例，页面文本框和按钮分别起名，每个文本框和按钮区分开

点击按钮有一个触发的函数, 用来传递参数

格式为onClick="return check1 () "

具体函数为javascript语言编写, 在程序紧接body下面,

函数实现方法如下:

此函数实现传参, 此参数用在下面

具体流程如下

对文本框id1进行判定, 当点击确定按钮时触发事件, 如果传来参数是该文本框参数, 如果文本框为空或不等于“enable” (应输入命令) , 则在其下行输出“指令错误重新输入”, 否则显示下行命令文本框。

（五）系统测试

测试是软件开发时期的最后一个阶段，也是软件质量保证中至关重要的一个环节。测试的目的与任务可以描述为：目的是发现程序的错误并定位和纠正错误。

任务是通过在计算机上执行程序，暴露程序中潜在的错误并消除软件故障，保证程序的可靠运行。

测试与纠错的关系，可以用图的数据流图来说明。图中表明，每一次测试都要准备好若干必要的测试数据，与被测程序一道送入计算机执行。通常把一次程序执行需要的测试数据称为一个“测试用例(Test Case)”。每个测试用例产生一个相应的“测试结果”。如果它与测试结果不符合，便说明程序中存在错误，需要用纠错来改正。测试阶段的信息流如图1所示：

在整个系统的创作过程中，我们对系统进行了模块测试，把每个模块作为单独的实体来测试，尽早的发现错误并进行修改，目的是为了保证每个单元(模块)能正常运行。以避免在多级页面下带来的测试不便。然后在系统的深入创作过程中，对各子系统进行了链接和可用性测试。

（六）结束语

网络互连设备模拟实验系统的设计与实现已经达到了预定的目标。有了本实验系统学生们可以不需要进入实验室就能通过操作本系统进行一些网络实验课程中网络互连设备(如交换机、路由器)的学习。本系统具有比较友好的界面，另外在交互部分还为学习者提供了不同的帮助或提示。

摘要：基于WEB的虚拟计算机网络实验平台是配合高校计算机专业网络课实验教学, 开发一个能够具有演示和简单交互功能的虚拟网络实验平台, 并以网页的形式向用户展示能让学习者在平台上进行虚拟的网络实验。

关键词：WEB,网络实验,虚拟平台,互联设备

参考文献

[1]黎连业.路由器及其应用技术[M].北京:清华大学出版社, 2005, 8.

[2]陆魁军.计算机网络工程实践教程[M].北京:清华大学出版社, 2005, 12.

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