3交换网络
实训3交换式以太网
实训3交换式以太网在计算机网络新应用技术发展过程中，局域网技术一直是最为活跃的领域之一。
局域网技术已经在企业、机关、学校乃至家庭中得到了广泛的应用。
本次实训利用多台计算机和交换机构建一个小型的交换式以太网。
【实训内容】◎局域网的特点（拓扑结构、工作模式、连接介质、介质访问控制方法）◎常用联网设备（交换机、路由器）◎以太网的特点以及新技术.1准备知识.1.1局域网局域网（LAN，Local Area Networks）是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络。
从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：1．传输速率高局域网内计算机间数据传输速度非常快，根据传输介质和网络设备的不同，线路所提供的带宽最小也能达到10Mbps，稍快一些可达到100Mbps、1000Mbps，甚至是10Gbps，所以能支持计算机之间的高速通信，时延较低。
无论是普通的办公自动化、多媒体教学还是视频点播，都能非常轻松地实现。
2．区域范围小不同地传输介质所能够提供的传输距离是不同的。
一般，双绞线为100米，多模光纤为200～500米、单模光纤则可以达到10千米～100千米。
虽然借助于单模光纤和相应的网络设备，可以将局域网的传输访问扩大至数十千米，局域网往往不会拥有如此巨大的规模。
通常情况下，只需要使用多模光纤将各建筑物连接起来。
除非由于合并（如高等院校间的合并）或吞并（如企业间的购并）等特殊原因，将原来相隔较远的两个或两个以上地域内的计算机连接起来而形成的网络，才会用到单模光纤。
3．误码率低相对于广域网和城域网由于局域网的传输距离较短、经过的网络连接设备少，且受到外界干扰的程度也小，所以数据在传输过程中的误码率也相对较低。
误码率通常可控制在10-8。
4．易于维护和管理局域网通常由一个单位或组织建设和拥有，易于维护和管理5．局域网的拓扑结构网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做"拓扑结构"。
3程控交换机的接续原理
交换技术
顺序写入， 顺序写入，控制读出方式
输入32路时隙信息按顺序写入到话音存储器中， 输入32路时隙信息按顺序写入到话音存储器中， 32路时隙信息按顺序写入到话音存储器中 微处理器通过收号判断来发出交换指令，使控制存储 微处理器通过收号判断来发出交换指令， 器中的第1单元写入内容“ ， 单元写入内容“ ， 器中的第1单元写入内容“9”，第9单元写入内容“1”， 在定时脉冲作用下， 在定时脉冲作用下，从控制存储器读出的内容作为话 音存储器的读出地址，使输出的复用码流实现了第1 音存储器的读出地址，使输出的复用码流实现了第1与 第9路时隙信息的交换。显然这种交换网络是无阻塞的。 路时隙信息的交换。显然这种交换网络是无阻塞的。 若输入不是一条而是几条复用码流线， 若输入不是一条而是几条复用码流线，其时隙交换 原理与前面相同， 原理与前面相同，但此时话音存储器与控制存储器的 容量均应增加为原来的n 容量均应增加为原来的n倍。
西南科技大学信息工程学院
交换技术
用户电路与交换电路的接口
模 拟 用 户 线 复 用 器 数 字 交 换 网 络
用户线 接口电路
编解码 与滤波器
西南科技大学信息工程学院
交换技术
空分接续网络
采用交叉点开关阵列集成电路作为空分接续网络， 采用交叉点开关阵列集成电路作为空分接续网络， 内含三个部分： 内含三个部分： 交叉点电子开关。 （1）交叉点电子开关。 锁存器。 （2）锁存器。 译码器。 （3）译码器。 下图为RCA公司的CD22100 4*4） RCA公司的CD22100（ 下图为RCA公司的CD22100（4*4）交叉点开关阵列 电路的结构,它有16个交叉点开关，编号为0~15，地址 电路的结构,它有16个交叉点开关，编号为0~15， 16个交叉点开关 0~15 码输入（DCBA） 译码， 码输入（DCBA）经4-6译码，选择相应的锁存器并输入 数据DI 从而控制相应开关的状态。 DI， 数据DI，从而控制相应开关的状态。
华3交换机配置命令大全
7、 undo shutdown 打开以太网端口
8、 shutdown 关闭以太网端口
9、 quit 退出当前视图模式
10、 ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.12.2 description To.R2 配置静态路由
#################################################################################################################
H3C华为交换机端口绑定基本配置2008-01-22 13:40
b)arp命令
使用特殊的arp static命令，来完成IP地址与MAC地址之间的绑定。例如：
[SwitchA]arp static 10.1.1.2 00e0-fc22-f8d3
配置说明：以上配置完成对PC机的IP地址和MAC地址的全局绑定。
3，端口 IP MAC
使用特殊的AM User-bind命令，来完成IP、MAC地址与端口之间的绑定。例如：
2、sysname R1 为设备命名为R1
3、display ip routing-table 显示当前路由表
4、 language-mode Chinese|English 中英文切换
5、interface Ethernet 0/0 进入以太网端口视图
6、 ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 配置IP地址和子网掩码
[h3c-vty0-4] acl 2000 inbound
shutdown:关闭vlan接口
实验三交换式以太网的组建
实验三交换式以太⽹的组建实验三交换式以太⽹的组建⼀、实验⽬的通过实训使学⽣掌握计算机局域⽹的⽹络配置与测试⽅法。
⼆、实验设备WIN2000计算机、局域⽹环境、交换机。
三、实验内容IP地址设置、⽹络测试四、实验步骤（⼀）Windows 2000/⽹络配置:IP地址配置⼀般情况下，中⽂Windows 2000会按照系统默认的⽅式设置本地连接的属性，我们需要根据实际情况设置TCP/IP协议，步骤如下：１.当⽹卡正确安装完后，您会发现在桌⾯上出现了⼀个“⽹上邻居”图标，⽤右键单击它并选中“属性”。
２.在“⽹络和拨号连接”窗⼝中⽤右键单击“本地连接”图标，并选中“属性”。
３.选择“本地连接属性”对话框中的“Internet协议（TCP/IP）”项，并单击“属性”按钮。
４.在“Internet 协议（TCP/IP）属性”对话框中，选择“使⽤下⾯的IP地址”选项，依次输⼊⽹络中⼼提供给你的IP地址（202.***.***.***）、⼦⽹掩码（255.255.255.***）、默认⽹关（202.113.96.2）；再选择“使⽤下⾯的DNS服务器地址”选项，添⼊⽹络中⼼DNS 服务器地址（202.113.96.10）。
５.按“确定”结束TCP/IP设置。
到此，您就已经完成了上⽹所需的⽹络配置。
（⼆）Windows 2000/⽹络配置:⽹络测试当进⾏完⽹络的配置后，如果⼀切正常的话，⽤户的计算机应该与校园⽹连通了，接下来就可以使⽤⼀些常见的Internet服务了。
测试⽹络连通情况时，通常使⽤ping命令。
在Windows 2000环境中，从【开始】，选【运⾏(R)】项，在【运⾏】对话框中输⼊“cmd”后单击“确定”按钮，进⼊DOS环境下。
运⾏ping命令检测⽤户计算机与⽹关(路由器)的连通情况。
1．请先检测局域⽹的⽹关，例如：某局域⽹的⽹关为202.200.48.129，则运⾏命令：ping 202.200.48.129 ，如果⽹关连通正常，则出现如下信息，如图：如果⽹关不通，则会出现如下的信息：Request timed out.Request timed out.Request timed out.Request timed out.那么，请您仔细检查您的⽹卡安装及⽹络配置是否正确。
第3章 空分交换网络
交换技术
3.1.2 多级交换网络
第3章 电路交换
多级网络可以扩大选择范围，大型交换机均采用多级网络 结构。网络的结构形式多种多样，除了级数不同外，级间的连 线方式也可能不同。 下图所示的两级网络，其第一级由 m 个 nn 交换器组成， 第二级由 n 个 mm 交换器组成。可以看出，该网络是一个容 量为nmnm的全利用度网络。
8
交换技术
Ｌ重连接法
第3章 电路交换
下图给出一种内部有L条链路的两级网络， 但带来的问题是第二级交换器的容量相应地增大 为Lm×Lm，给交换器的设计和制作带来困难。
第一级
1 2 n 1 2 n 1 2 L 1 2 Lm 1 2
第二级 1
1 2 Lm n L n L (m) Lm n n L Lm Lm (n/L) Lm Lm
4 7 3 3 7 4
(3)
(7)
(3)
4
7
3
3
7
4
其他交换器占用
11
交换技术
无阻塞网络的设计
设一个三级网络的 第一级有 m 个 n r 个 r j 交换器 交换器
第3章 电路交换第二Biblioteka 有第三级有rk
个 mk 交换器
则网络无阻塞的条件是：r≥n+j-1 上述原则可以推广到任意奇数级网络，如果 把三级Clos网络的第二级中的每一个交换器，都 用一个三级Clos网络代替，就可以得到一个五级 Clos网络。
n n m m n n m m
(m)
(n)
(m)
(n)
n
n
m
m
n
n
m
m
13
交换技术
3.1.3 网络阻塞率
2层 3层交换机 路由器之间的区别
2层 3层交换机路由器之间的区别2层交换机和3层交换机是网络中常见的设备，而路由器也是网络中必不可少的设备之一。
本文将介绍2层交换机、3层交换机以及路由器之间的区别。
在了解它们之间的区别之前，我们先了解一下它们各自的功能和工作原理。
2层交换机，也被称为数据链路层交换机，主要使用MAC地址进行数据包转发。
当一个数据包到达2层交换机时，它会查找目标MAC地址，并将数据包转发到该地址所在的端口。
2层交换机在局域网内实现了快速的数据转发和广播控制。
它根据MAC地址表来学习和转发数据包，这样可以减少网络的负载，并提高转发效率。
3层交换机，也被称为网络层交换机，结合了交换机和路由器的功能。
它具备2层交换机的数据帧转发能力，同时还能进行IP路由转发。
3层交换机通过学习和记录网络设备的IP地址，利用路由算法实现了更精确的数据包转发。
与2层交换机相比，3层交换机的转发速度更快，能够更好地适应大型网络环境。
而路由器是一种用于转发数据包的网络设备，它根据目标IP地址来进行数据包的转发。
路由器主要负责在不同网络之间进行数据的转发和交互。
它通过学习和维护路由表，根据最佳路径将数据包从源网络发送到目标网络。
路由器还具备防火墙和网络地址转换（NAT）等功能，能够提供更高级的网络管理和安全保护。
那么，2层交换机、3层交换机和路由器之间有哪些区别呢？首先，功能不同。
2层交换机主要用于在局域网内进行数据包转发，实现快速的内部通信；3层交换机既能在局域网内转发数据包，又能进行跨网络的数据转发；而路由器则主要负责在不同网络之间进行数据的转发和交互。
其次，转发原理不同。
2层交换机使用MAC地址进行数据包的转发，而3层交换机既可以使用MAC地址，也可以使用IP地址进行数据包转发；路由器则通过学习和维护路由表，利用IP地址来进行数据包的转发。
再次，转发能力不同。
2层交换机在局域网内具有较快的转发速度，能够快速实现数据包的转发和广播控制；3层交换机在大型网络环境下能够提供更高效的转发能力，具备更精确的数据包转发能力；而路由器在不同网络之间具有跨网数据包转发的能力，并能够实现更复杂的网络管理和安全功能。
TST网络
时间（T）接线器
TS3 TS2 TS1
TS3 TS2 TS1
HW1
HW. 2
.
HW. n
HW1
HW. 2
.
HW. n
输出控制方式
12 121 212
2n n
n n
练习：
n 1
写出输入控制方式下
控制存储器中的值。
！
HW0
TS4
HW1 HWn TS22
单元地址为
时隙号，内 容为HW号 （输出）
0
4n
22
… 1
31
CC C
A7
A
21 7
器
TS7
21 71
TS21
71 B
B
分 路
B
器 TS71
A
B
HW1
B
TS35
复 用
B
TS71 72
器
B
71 B 35 71 71
0
TS8
CCC
输入控制
MMM CCC 012
输出控制
A
HW1
TS7
TS35
A
分 路
35 7 7 A
器
A
TS8
输出控制
TST交换网络小结
▪ 每条输入母线需要一个T接线器 ▪ 每条输出母线需要一个T 接线器 ▪ 输入母线和输出母线的T接线器控制方式应不同 ▪ 接续路由是通话双方双向的，同时占用/释放 ▪ 必须同时选取正反路由的中间时隙
项目3交换机配置
加密。口令一旦加密，即使取消加密服务，也不会消
除加密效果。
3） 管理配置文件
（1）配置文件
（2）管理配置文件
4） 访问命令历史记录
Cisco CLI 提供已输入命令的历史记录。这种功
能称为命令历史记录，它对于重复调用较长或较复杂
的命令或输入项特别有用。默认情况下，命令历史记
录功能启用，系统会在其历史记录缓冲区中记录最新
Switch>enable % No password set Switch> （3）VTY Password VTY 线路使用户可通过 Telnet 访问路由器。许多 Cisco 设备默认支持五条 VTY 线路，这些线路编号 为从 0 到 4。所有可用的 VTY 线路均需要设置口
令。可为所有连接设置同一个口令。然而，理想的做
身份验证。当启用了登录且设置了口令后，设备将提 示用户输入口令。一旦这三个命令执行完成后，每次 用户尝试访问控制台端口时，都会出现要求输入口令 的提示。
（2）使能口令和使能加密口令 为提供更好的安全性，请使用 enable password 命 令或 enable secret 命令。这几个口令都可用于在 用户访问特权执行模式（使能模式）前进行身份验证。 以下命令用于设置口令： Switch(config)#enable password 密码 Switch(config)#enable secret 密码 注意:如果使能口令或使能加密口令均未设置，则 IOS 将不允许用户通过 Telnet 会话访问特权执行 模式。若未设置使能口令，Telnet 会话将作出如下 响应：
（1）控制台口令 Cisco IOS 设备的控制台端口具有特别权限。作为 最低限度的安全措施，必须为所有网络设备的控制台 端口配置强口令。这可降低未经授权的人员将电缆插 入实际设备来访问设备的风险。可在全局配置模式下 使用下列命令来为控制台线路设置口令：
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在入线处的队列将需要更多的缓冲容量 存在队头阻塞（HOL）
在一个信元周期内，任一条出线都只能为一个信元提 供输出服务，而选择该出线的其他信元必须在输入队 列中等待 若一条入线上的队列的排头信元因竞争失败而阻塞， 该队列中的所有后续信元也被迫阻塞，即使该队列中 的后续信元所选择的出线当前是空闲的。 一个信元周期内，通过交换传输媒体传输的信元数 P 不超过交换单元的入线总数 N，即 P N。
出线
单级交换网络
29
混合式互换网络
0 1 0 1 2 3 4 5 6 7
输 入 端 口
2 3 4 5 6 7
输 出 端 口
反馈回路
30
多级交换网络
多级交换网络的拓扑结构可用三个参数来说明： 每个交换单元的容量 交换单元的级数
交换单元间的连接通路（链路）
31
多级交换网络(nm x nm两级交换网络)
下图是一个交叉点缓冲方式（Crosspoint Buffer），即 缓冲器设置在交叉点中，用在基于crossbar交换网络中。 交叉点缓冲方式不存在HOL阻塞现象，其缓冲性能类 似于输出缓冲方式， 但不存在加速因子，即 对内部处理速度和存储 器存储速率没有加速要 求，但这种方式需要较 多数量的存储器。
缓冲器 交换 单元 输出 控制器 输入 控制器 交换 单元
37
反压控制
第 K-1 级
第K级
ATM交换机构和交换系统
ATM交换机构
时分交换
空分交换
共享总线
环形结构
共享存储器
单级交换网
多级交换网
扩展 交换 矩阵
漏斗 型网 络
混洗 交换 网络
弹出 式交 换网 络
单通 路网 络
多通 路网 络
38
ATM交换系统举例
20
该图表示了一个带缓冲型banyan交换网络（Buffered Banyan），它是在交换单元（SE）内部设置缓冲。缓 冲型banyan缓冲方式与交叉点缓冲方式不同，缓冲型 banyan的缓冲器主要是用来存储在内部竞争中失败的 信元，减少信元丢失率。当然缓冲器即使在交换单元 （SE）内部， 也会有不同的配置方式 （输入方式，输出方式， 输入输出方式），图中就 是一个由采用输入缓冲方 式的SE构成的缓冲型 banyan交换网络。
缓冲型banyan交换网络（输入缓冲方式）
21
邮局中的输入排队模型
一个邮局中有两个服务窗 口
邮票窗口
邮寄窗口
邮局大门相当于一条入线 两个服务窗口相当于两条 出线
邮票
到达邮局的顾客都邮局门 口排在一个队列中
相当于输入队列
队列按照先进先出原则服 务 队头的顾客被阻塞（等待） 会导致队中的其他顾客也 得不到服务
在输入排队模型中，仲裁逻辑是必须的
用于确定可以得到服务的入线
11
Ê È Å ¶ Ö µ ¶ Í ×È £ HOL£ ä ë Ó Ð Ä Ô ·è û ¨ ©
12
输出排队
基本思想
来自入线的信元可以自由通过交换传输媒体传送（交换） 到所需的出线上，在出线上设置缓冲队列解决多信元对出线 的竞争。
ATM交换系统是由话路子系统和控制子系统组成，其 中话路子系统由输入和输出侧接口以及交换网络组成， 该ATM交换系统的交换网络采用了Sunshine交换结构， 如图所示。
交换网络 时延
输入端口 ... 输入端口
IPC ... IPC
邮票 寄信 寄信 邮票
22
邮局中的输出排队模型
到达的顾客都直接进入邮 局，并根据自己的目的选 择排在一个服务窗口的队 列中
邮票窗口
邮寄窗口
顾客的选择相当于交换过 程 窗口队列相当于输出队列
邮票
邮票 邮票
寄信
寄信 寄信
23
服务窗口的利用率得到提 高 顾客排队的等待时间减少 了
VCC k m l a b c
2
信元被交换的同时， 输入信头的值被翻译 成输出信元头的值。
1、交换网络的构成和分类
交换的基本功能是在任意的入线和出线之间 建立连接。 在交换系统中完成这一基本功能的部件就是 交换网络，它是交换系统的核心。交换网络是由 若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式 构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部件。 交换网络有：空分、时分 数字、模拟
N
交换传输媒体
无阻塞的传输网络，信元通过传输媒体时无需仲裁逻辑 信元在出线处排队，采用 FIFO 原则，保证信元的顺序
14
每出线配置一个缓冲队列
输出排队的优缺点
设置在出线上的队列所需的缓冲空间较小 去往同一条出线的多个信元可以在同一个信元 周期内交换到出线上，不存在队头阻塞 不需要仲裁逻辑 为保证没有信元丢失，在传输交换媒体中信元 的传输交换的速率必须 N 倍于入线的速率 输出排队策略对缓冲器的访问速度要求很高
在一个信元周期内需要对队列缓冲器进行 N 次信元写操作 和一次信元读操作。Biblioteka 15中央排队
基本思想
为了减少整个交换单元所需的总缓冲容量，在基本交换 单元中设置一个共享的队列缓冲器，被所有的入线和出线 所公用。
实现方法
在基本交换单元的中央设置一个队列缓冲器，被所 有的入线和出线所共享 来自所有入线上的全部信元都直接存入中央队列 各出线从中央队列中查找目的地为其自身的信元， 依照先进先出的原则取出并发送
35
可重排无阻塞网络
1 2
3 4
C1
cc2
1 2 3 4
cc2
C1
36
采用反压机制的无阻塞 MIN
各交换单元的输入具有缓冲器，存储竞争失败的信元 内部控制机制监视缓冲器的充满程度，当缓冲器快充满时，向上游交换单 元发送反压控制，防止队列溢出 内部链路速率需高于外部，保证在入线处无信元丢失
19
三种排队策略的性能分析
衡量排队策略性能的参数
信元丢失率 信元的排队时延 所需队列缓冲器的容量（实现参数）
研究性能的方法
在交换单元的输入线上，给定一种特定的业务类型和业务 量负荷，来研究不同排队策略的性能。
进行排队策略的性能的手段
直观的分析 建立数学模型 计算机仿真的
智能服务员在服务窗口空 闲时，从队列中找出下一 个需要被服务的顾客
服务员的功能对应于一个 复杂的控制逻辑
邮票 寄信 服务员 寄信 邮票
24
三种排队策略的直观分析
平均等待时间
对相同的外部业务负荷，输入排队的平均等 待时间比其他两种排队策略更长
输入排队需要最大 中央排队需要最少 在队列缓冲容量相同的情况下，输入排队信 元丢失率明显高于输出排队和中央排队
25
队列缓冲器需求
信元丢失率
三种策略的实现参数的比较
输出排队 输入排队 中央排队 存贮器速度 控制逻辑 缓冲器大小 性能 支持组播 高 FIFO 大 高 容易 低 FIFO 很大 低 困难 高 复杂 小 高 困难
26
3、交换网络
交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓 扑结构和控制方式构成的网络。
可重排无阻塞网络：
不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网 络中直接或对已有的连接重选路由来建立一个连接，只要 这个连接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络中已建 立起来的连接。
广义无阻塞网络： 指一个给定的网络存在着固有的阻塞可能，但又可 能存在着一种精巧的选路方法，使得所有的阻塞均可避免， 而不必重新安排网络中已建立起来的连接。
9
实现方式
输入排队模型
输入队列
1 2 1 2
入 线
N
仲 裁 逻 辑
传输 交换 媒体 仲裁逻辑
出 线
N
每条入线一个缓冲队列 信元在入线排队
交换传输媒体
决定可以得到服务的入线 仲裁策略
是一个无阻塞的传输网络
轮流服务、具有优先级（固 定优先级或队列长度优先等）
10
输入排队的缺点
基本交换模块的容量
规模：从 2x2 到 16x16 信息速率： 从 155Mbit/s、622Mbit/s 到 2.5Gbit/s 基本交换模块的容量（规模和信息速率）决定于：
采用的技术工艺、设计的集成化程度
基本交换模块的基本功能 —— 排队功能
基本交换模块是一个统计复用器 在基本交换模块内部会出现竞争
交换网络
1
ATM 交换的基本原理
z y x x
I1 I2
数据
Queue Queue
O1 O2
k l
k b
a a
输入
s
数据
s
信元头
y x
输出
In
Queue
Oq
m
c
c
信元
信元头
信头 翻译表
信元头翻译
输入链路 I1 : : In
VCC x y z x y s
输出链路 O1 Oq O2 O1 O2 Oq
实现方法
在一个信元周期内，所有信元都可无需仲裁地从入 线到达所需的出线 每条出线配置一个队列，以便缓冲同时到达的竞争 该出线的多个信元 一个信元周期内，一条出线只能为一个信元服务， 未服务的信元将暂存在该出线的输出队列中