[千兆位以太网组网技术].郭向勇.吴光斌.赵怡滨.扫描版.pdf

前言

1998年，当我们着手规划与设计适用于多媒体视频流传输的大型局域网时，首先遇到的难题是选择什么类型的组网技术，是选择当时公认为适合视频流传输的ATM技术，还是选择刚刚兴起的千兆位以太网技术呢？这不仅需要满足组网的最佳性价比，而且还需要符合未来局域网技术发展的走向。ATM技术和千兆位以太网技术的组网方案各自的利弊使我们一时无法定夺。带着上述问题，我们走访了全国部分具有代表性的高等院校。也许因为千兆位以太网技术还不成熟，也许因为ATM组网的成本，这些都让我们望而却步，最后还是冒着一定的风险毅然决定选择用千兆位以太网技术来组建我们的大型校园网。4年过去了，在局域网组网中普遍采用千兆位以太网技术的今天，人们已经很难想像当时我们作出决定时所冒的风险，但事实证明我们的决策是正确的。
随着人类物质与精神文明的不断发展，计算机网络的普及与应用已和我们的生活休戚相关。从共享式网络到交换式网络，从第二层交换到多层交换，从以太网、快速以太网到千兆位以太网的飞速发展，特别是千兆位以太网在局域网的组网设计与建设中处于主流的事实说明，千兆位以太网组网技术在未来的相当一段时间里将更加紧密地与我们的工作、生活与娱乐联系在一起。尽管万兆位以太网技术正向我们走来，但是千兆位以太网组网技术与MPEG-4技术的有机结合，将使我们在未来的相当一段时间里，充分享受到千兆位以太网技术给我们带来的巨大实惠。
很难有一种网络技术可以在同一网络系统中容纳10 Mb/s、100 Mb/s、1 Gb/s三种不同的传输速率，并且可以平滑、无缝和有机地融为一体，惟有千兆位以太网技术可以做到。高带宽的解决方案与现有技术向后兼容，保护了网络基础结构的巨大投资。这就是为什么千兆位以太网能够在局域网组网技术中处于主导地位的一个重要原因。
在千兆位以太网技术与应用飞速发展的今天，我们编著了《千兆位以太网组网技术》这本书，希望通过这本书使读者能够从以太网、快速以太网和千兆位以太网技术的内在联系，全面、准确而及时地了解千兆位以太网最新实用组网技术。能够达到真正组建千兆位以太网技术的局域网工程，并运用组网技术来优化千兆位以太网网络系统性能的目的。
本书简要介绍了以太网基础知识，详细介绍了千兆位以太网的组网实用技术。可以提供给网络工程人员较为全面的千兆位以太网组网设计方案与技术路线；可以提供给高等院校计算机专业和相关专业的专科与本科层次的学生作为教学用书，以及作为研究生层次的教学参考书，也可以作为网络工程师继续教育的参考教材。
本书以实际组网应用为目标，将千兆位以太网组网技术内容展开论述。全书共9章，第1章简要介绍OSI参考模型与TCP/IP协议的基本概念；第2章扼要讲述以太网基础知识，包括以太网帧结构、共享式以太网、交换式以太网、快速以太网和千兆位以太网体系结构；第3章介绍以太网拓扑结构，包括总线型拓扑结构、星型拓扑结构、扩展型星型拓扑结构和网状拓扑结构；第4章着重介绍以太网网络设备、交换机基本概念、路由器和局域网分段方面的内容；第5章主要介绍VLAN、静态与动态VLAN、快速以太网和千兆位以太网VLAN主干、路由器与VLAN间通信、在路由器与服务器上实现VLAN主干的技术策略；第6章介绍VLAN间通信与路由选择，并简要介绍常用的路由协议；第7章介绍千兆位以太网设计目标、需求分析、千兆主干和流量分析、拓扑结构设计原则和网络核心层、汇聚层、接入层设计原则；第8章介绍与组网密切相关的结构化综合布线系统设计，并扼要介绍UPS与电源故障、防雷与接地；第9章讨论基于千兆位以太网技术的大型园区网工程及实例，其中还介绍了多千兆位链路集束、生成树优化、基于VLAN的负载均衡和VLAN主干技术等方面的实用组网技术。
本书第1章至第4章由郭向勇编写，第5章、第6章、第9章由吴光斌编写，第7章、第8章由赵怡滨编写。全书由郭向勇统稿。书中的全部插图由袁小红设计、绘制，全部照片由张援朝拍摄制作，资料整理与汇集工作由周利华和岳晓红完成。
本书的编著工作得到深圳职业技术学院领导的全力支持，党委书记、院长俞仲文研究员特为本书作序，副院长沈耀泉副教授给予了指导与帮助；本书的出版还得到电子工业出版社通信与电子技术事业部主任竺南直博士和段颖编辑的匡正与审定。在此谨向所有为本书出版给予支持的领导和同事致以最诚挚的谢意。同时向参考文献中的各位作者表示衷心的感谢。
由于时间仓促和编著者水平有限，本书内容难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编著者
2002年10月于深圳职业技术学院


序言

20世纪90年代，当国际互联网作为一个时髦的名词进军中国市场时，许多人根本不会想到，只不过短短10年的时间，中国互联网的用户数已经仅次于美国，名列世界第二。这一奇迹般的扩张速度令发达国家的预测家瞠目结舌。今天，网络经济、网络社会、网络服务、网络学校、网络图书馆、网络医院、网络商场、网络咨询、电子政务等新名词已经不再只是个新概念，而是实实在在渗透并影响着中国这个拥有13亿人口的社会。可以断定，在不远的将来，他们将从根本上刷新中国人的工作方式、生活方式，乃至思维方式。
这一奇迹般扩张速度的基础，是一条条信息高速公路的奇迹般的延伸和扩建。本书的出版正是顺应了这一发展趋势，为构筑信息高速公路培养大批高素质的专门人才。本书的作者是我院一批中青年专业技术骨干，他们在国内外大型局域网组网建设的成功经验基础上，又认真总结了我院成功建设校园网的实践经验，以极其认真和负责的态度，向广大读者介绍千兆位以太网的组网技术。这里不仅介绍了以太网的基础知识，而且详尽地介绍了交换式以太网、虚拟局域网(VL州)与路由选择、千兆位以太网技术的层次化设计原则、综合布线系统等实用技术。可以这样说，在网络建设工程中所碰到的具体技术问题，在本书中基本上能找到答案。另外，本书还以千兆位以太网的若干工程实例来强化书中的专业理论知识。对于刚刚涉猎这一领域的新手来说确实是极为难得的宝贵资料。鉴于此，我向广大组网专业技术人员强力推荐这本书，并希望其能在推动我国信息化建设中发挥积极的作用。
深圳职业技术学院党委书记、院长
俞仲文
2002年9月8日

内容简介

　本书从千兆位以太网组网的设计、建设与组网应用出发，沿着以太网、快速以太网和千兆位以太网发展的历程，主要介绍了千兆位以太网技术及其在多速率局域网的组网设计、优化方案和运用多种网络技术的千兆位以太网组网工程实例。全书共9章，内容包括OSI参考模型与TCP/IP协议简介，以太网基础知识、拓扑结构，交换式以太网，虚拟局域网（VLAN），VLAN间通信与路由选择，千兆位以太网技术的大型局域网设计原则，综合布线系统设计，基于千兆位以太网技术的大型园区网工程及实例。
本书可作为大专院校计算机专业及相关专业的学生和研究生的专业组网教材或教学参考书，也可作为网络工程师继续教育的专业参考用书和网络工程技术人员的组网参考书

第1章 OSI参考模型与TCP/IP协议简介
1.1 OSI参考模型
1.1.1 OSI参考模型的结构
1.1.2 OSI参考模型各层的基本功能
1.1.3 OSI参考模型的数据传输
1.2 TCP/IP体系
1.2.1 TCP/IP模型
1.2.2 TCP/IP模型的特点
1.2.3 TCP/IP与ISO/OSI/RM比较
1.3 逻辑地址与物理地址
1.3.1 IP地址及其表示法
1.3.2 物理地址
1.3.3 从IP地址到物理地址的转换
1.3.4 从物理地址到IP地址的转换
第2章 以太网基础知识
2.1 以太网发展概述
2.2 以太网帧结构
2.2.1 IEEE 802.3 标准
2.2.2 以太网地址及寻址
2.2.3 以太网帧

.2.3 以太网介质访问控制
2.3.1 MAC子层的基本特性
2.3.2 载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)
2.4 共享式以太网
2.4.1 10BASE-5粗缆以太网
2.4.2 10BASE-2细缆以太网
2.4.3 10BASE-T双绞线以太网
2.4.4 10BASE-F以太网
2.5 交换式以太网
2.5.1 共享式以太网存在问题与解决策略
2.5.2 从共享式网络到交换式网络的升级
2.6 快速以太网
2.6.1 100BASE-T快速以太网的基本特点
2.6.2 100BASE-TX的主要性能
2.6.3 100BASE-FX的主要特性
2.6.4 100BASE-T快速以太网配置与组成
2.6.5 100BASE-T快速以太网的混合配置方案
2.7 千兆位以太网体系结构
2.7.1 1 Gb/s以太网的体系结构概述
2.7.2 千兆位以太网介质访问控制
2.7.3 千兆位以太网标准IEEE 802.3z
第3章 以太网拓扑结构
3.1 网络拓扑结构概述
3.1.1 拓扑简介
3.1.2 网络物理拓扑结构
3.1.3 网络逻辑拓扑结构
3.1.4 网络拓扑层次化描述
3.2 总线型拓扑结构
3.2.1 总线型拓扑传输概述
3.2.2 总线型拓扑结构的冲突域
3.2.3 总线型拓扑结构的优缺点
3.3 星型拓扑结构
3.3.1 星型拓扑结构概述
3.3.2 星型拓扑结构的优缺点
3.4 扩展型星型拓扑结构
3.4.1 拓扑变换
3.4.2 扩展型星型主干拓扑结构
3.5 网型拓扑结构
3.5.1 网型拓扑结构的基本特点
3.5.2 局部网型拓扑结构组网设计
第4章 交换式以太网
4.1 以太网设备
4.1.1 中继器和集线器
4.1.2 网桥
4.1.3 交换机
4.2 交换机基本概念
4.2.1 交换机的基本原理
4.2.2 交换机的基本功能
4.2.3 交换机的技术指标与选型
4.2.4 千兆位交换机的选型原则
4.2.5 交换机的连接方式
4.2.6 主流千兆位交换机产品简介
4.3 交换机与网桥的区别
4.3.1 网桥与交换机的发展与演变
4.3.2 交换机与网桥的区别
4.4 路由器
4.4.1 路由器的工作原理与作用
4.4.2 路由协议简介
4.4.3 路由器的功能
4.4.4 路由器与网桥的区别
4.4.5 主流路由器产品性能简介
4.5 局域网分段
4.5.1 在数据链路层进行网络分段
4.5.2 在网络层进行网络分段
4.5.3 第二层网络分段与第三层网络分段的应用
4.5.4 利用VLAN进行网络分段
4.5.5 利用第三层交换技术进行网络分段
第5章 虚拟局域网(VLAN)
5.1 VLAN定义
5.2 广播域与VLAN
5.2.1 广播域概念
5.2.2 广播风暴
5.2.3 VLAN与STP生成树
5.2.4 以太网链路聚合Port Trunk
5.3 静态VLAN——基于交换端口的VLAN
5.4 动态VLAN——基于MAC地址
5.5 VLAN中继
5.5.1 VLAN标识
5.5.2 VLAN链路类型
5.5.3 VLAN中继协议
5.5.4 VLAN中继的实现
5.5.5 Cisco开发的VTP协议
5.5.6 VLAN注册协议GVRP
5.6 在路由器上实现VLAN中继
5.7 在服务器上实现VLAN中继
5.8 VLAN的优点与应用价值
5.8.1 VLAN的优点
5.8.2 VLAN的应用价值
第6章 VLAN间通信与路由选择
6.1 利用外部路由实现VLAN间通信
6.1.1 路由的基本概念
6.1.2 用传统路由实现VLAN间通信
6.2 利用第三层交换实现VLAN间通信
6.2.1 第三层交换与路由器的比较
6.2.2 第三层交换的应用
6.2.3 用三层交换机实现跨VLAN间通信
6.3 常用的路由选择协议
6.3.1 RIP协议
6.3.2 OSPF协议
6.3.3 静态路由协议
6.3.4 HSRP协议介绍
第7章 千兆位以太网技术的大型局域网设计原则
7.1 网络设计目标
7.2 网络需求分析
7.3 千兆位以太网主干和流量分析
7.3.1 描述网络应用程序通信流量类型的特征
7.3.2 负载特征描述
7.3.3 描述通信行为的特征
7.3.4 刻划服务质量需求特征
7.4 拓扑结构的设计
7.4.1 层次型网络设计
7.4.2 冗余网络设计结构
7.4.3 园区网络设计拓扑结构
7.4.4 企业网络设计的拓扑结构
7.4.5 保护网络设计拓扑结构的安全
7.5 网络核心层设计
7.6 网络汇聚层设计
7.7 网络接入层设计
7.8 层次模型设计的优点
7.8.1 层次模型设计的功能定义
7.8.2 三层模型的变体
第8章 综合布线系统
8.1 结构化布线
8.1.1 千兆位以太网的介质要求
8.1.2 1000BASE-X光纤接头和连接器
8.1.3 1000BASE-SX 光纤传输
8.1.4 1000BASE-LX 光纤传输
8.1.5 1000BASE-T 铜缆传输的主干电缆
8.1.6 水平电缆
8.1.7 接口面板
8.1.8 配线间
8.2 UPS与电源故障
8.2.1 不宜直接使用市电的原因
8.2.2 UPS的选择
8.2.3 UPS常见故障
8.3 防雷与接地
8.3.1 雷击的类型及危害
8.3.2 防范措施
8.3.3 防雷接地在设计施工时的特殊要求及安全检测
第9章 基于千兆位以太钢技术的大型园区网工程及实例
9.1 选择网络核心层设备实现多路千兆链路集束
9.1.1 选择网络核心层设备的原则
9.1.2 核心层设备实现多路千兆链路集束
9.2 汇聚层设备选择和技术实现
9.2.1 选择多层交换设备
9.2.2 实现多千兆链路集束
9.2.3 实现VLAN中继
9.2.4 实现第三层交换
9.2.5 实现生成树优化
9.2.6 实现基于VLAN的负载均衡
9.3 接入层设备选择和技术实现
9.4 网络工程实例
9.4.1 某学院校园网组网方案
9.4.2 某省电子政务网络方案
9.4.3 某银行新大楼办公网整体改造工程
9.4.4 某高校校园网工程实例
参考文献