千兆以太网毕业设计.docx
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千兆以太网毕业设计
湖南科技职业学院
毕业设计
题目：
华夏学院千兆以太网的实现
专业：
网络工程
班级：
网工3091
学号：
0007
姓名：
符升
指导教师：
谭林海
湖南科技职业学院电子信息工程与技术系
二零一二年五月
湖南科技职业学院电子信息系毕业设计评语
题目：
华夏学院千兆以太网的实现
专业：
网络工程班级：
网工3091
姓名：
符升学号：
0007
毕业设计得分：
答辩得分：
综合评定：
指导老师评语：
指导教师（签字）：
年月日
答辩委员会（小组）评语：
答辩委员会（小组）负责人（签字）：
年月日
绪论
局域以太网从10M开始发展，经历几多的变迁，发展到现在的千兆以太网。
千兆以太网以高效、高速、高性能为特点，已经广泛应用在金融、商业、教育、政府机关及厂矿企业等行业。
千兆以太网及其发展现状
千兆是建立在以太网标准基础之上的。
千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括、以太网帧、全双工、以及IEEE标准中所定义的管理对象。
作为以太网的一个组成部分，千兆以太网也支持流量管理技术，它保证在以太网上的，这些技术包括第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和（RSVP）。
千兆以太网
千兆以太网还利用IEEE支持、第四层过滤、千兆位的第。
千兆以太网原先是作为一种设计的，采用光纤作为上行链路，用于楼宇之间的连接。
之后，在服务器的连接和骨干网中，千兆以太网获得广泛应用，由于IEEE标准（采用5类及以上的千兆以太网标准）的出台，千兆以太网可适用于任何大中小型企事业单位。
目前，千兆以太网已经发展成为主流网络技术。
大到成千上万人的大型企业，小到几十人的中小型企业，在建设企业局域网时都会把千兆作为首选的高速网络技术。
千兆以太网技术甚至正在取代ATM技术，成为建设的主力军。
千兆以太网的特点
千兆以太网的特点主要包括如下。
1．提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有上的投资。
千兆位以太网将保留IEEE和以太网帧格式以及受管理的对象规格，从而使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、、协议、桌面和网络管理战略与工具；
2．千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了一条最佳的路径。
至少在目前看来，是改善与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。
网络设计人员能够建立有效使用高速、关键任务的应用程序和文件备份的高速基础设施。
网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。
3．IEEE工作组建立了和千兆位以太网工作组，其任务是开发适应不同需求的千兆位以太网标准。
该标准支持全双工和1000Mbps，相应的操作采用IEEE以太网的帧格式和介质访问控制方法。
千兆位以太网还要与10BaseT和100BaseT向后兼容。
此外，IEEE标准将支持最大距离为550米的、最大距离为70千米的和最大距离为100米的铜轴电缆。
千兆位以太网填补了以太网/快速以太网标准的不足。
千兆网卡
千兆以太网的构建
千兆以太网络是由、、综合布线系统等构成的。
千兆交换机构成了网络的骨干部分，千兆网卡安插在服务器上，通过布线系统与交换机相连，千兆交换机下面还可连接许多百兆交换机，百兆交换机连接工作站，这就是所谓的“百兆到桌面”。
在有些专业图形制作、视频点播应用中，还可能会用到“千兆到桌面”，及用千兆交换机联到插有千兆网卡的工作站上，满足了特殊应用下对高的需求。
在建设网络之前，究竟用千兆还是百兆，要从实际出发，从应用出发，考虑网络应该具备哪些功能。
不同的应用有不同的需求，而且几乎没有只有单一业务的网络。
但是，在各种业务中，生产性业务肯定是优先级最高的。
如果在网络中传输语音，那么语音业务也需要优先安排。
如果对业务优先的需求很高，网络必须有QoS保证。
这样的网络必须要智能化，在交换机端口能够识别是什么类型的业务通过，然后对不同的业务进行排队，为不同的业务分配不同的带宽，这样才能保证关键性业务的运行。
数据业务本身是有智能的，不管多少带宽都可以传输，只是时间长短而已，但是语音或者视频就不一样了，如果带宽小了之后，马上就听不清楚了，或者图像产生抖动，这都是不允许的。
所以QoS非常重要。
对单纯的数据网络，在QoS方面的需求就很低。
在规划网络的时候，必须先了解清楚哪些功能是必须的，哪些可以不考虑。
例如，目前多址广播是比较重要的性能之一，如果需要在网络中传输图像，而网络不具备多址广播的特性，那么网络的带宽浪费就会非常严重，甚至根本无法实现。
千兆以太网国际标准
1997年1月，通过了IEEE第一版草案；
1997年6月，草案获得通过，最终技术细节就此制定；
1998年6月，正式批准IEEE标准；
1999年6月，正式批准IEEE标准（即1000Base-T），可以把双绞线用于千兆以太网中。
千兆位以太网标准主要针对三种类型的传输介质：
单模光纤；多模光纤上的长波激光（称为1000BaseLX）、多模光纤上的短波激光（称为1000BaseSX）；1000BaseCX介质，该介质可在均衡屏蔽的150铜缆上传输。
IEEE委员会模拟的1000BaseT标准允许将千兆位以太网在5类、超5类、6类UTP双绞线上的传输距离扩展到100米，从而使建筑楼宇内布线的大部分采用5类UTP双绞线，保障了用户先前对以太网、快速以太网的投资。
对于网络管理人员来说，也不需要再接受新的培训，凭借已经掌握的以太网网络知识，完全可以对千兆以太网进行管理和维护。
千兆交换机
千兆以太网的标准化包括编码/译码、收发器和三个主要模块，其中不同的收发器对应于不同的网络介质类型。
基于1300nm的单模光缆标准时，使用8B/10B编码解码方式，最大传输距离为5000米。
基于780nm的FibreChanneloptics，使用8B/10B编码解码方式，使用50微米或微米多模光缆，最大传输距离为300米到500米。
连接光纤所使用的SC型光纤与快速以太网100BASEFX所使用的连接器的型号相同。
是一种基于铜缆的标准，使用8B/10B编码解码方式，最大传输距离为25米。
1000BASE-T基于非屏蔽双绞线传输介质，使用1000BASE-T铜物理层CopperPHY编码解码方式，传输距离为100米。
1000BASE－T在传输中使用了全部4对双绞线并工作在全双工模式下。
这种设计采用PAM-5（5级脉冲放大调制）编码在每个线对上传输250Mbps。
双向传输要求所有的四个线对收发器端口必须使用混合磁场线路，因为无法提供完美的混合磁场线路，所以无法完全隔离发送和接收电路。
任何发送与接收线路都会对设备发生回波。
因此，要达到要求的错误率（BER）就必须抵消回波。
1000BASE－T无法对频率集中在125MHz之上的频段进行过滤，但是使用扰频技术和编码能对80MHz之后的频段进行过滤。
为了解决5类线在如此之高的频率范围内因近端串扰而受到的限制，应该采用合适的方案来抵消串扰。
最初的千兆以太网采用高速780纳米光纤信道的光元件传输光纤上的信号，采用8B/10B的编码和解码方法实现光信号的串行化和复原。
目前光纤信道技术的数据运行速率为，将来会提高到，使数据速率达到完整的1000Mbps。
对于更长的连接距离，将采用1300纳米的光元件。
为了适应硅技术和技术的发展，应在MAC层和PHY层之间制定独立于介质的逻辑接口，以使千兆以太网工作在非屏蔽双绞线电缆系统中。
这一逻辑接口将适用于非屏蔽双绞线电缆系统的编码方法，并独立于光纤信道的编码方法。
下图说明了千兆以太网的组成。
企业概况
对现有网络升级与重构是目前学院所面临的现实问题，其中，如何选择适用于各自环境与应用的网络技术与产品、怎样构建新的网络系统已为学生所关注。
当今的世界正从工业化社会向信息化社会转变。
一方面，社会经济已由基于资源的经济逐渐转向基于知识的经济，人们对信息的需求越来越迫切，信息在经济的发展中起着越来越重要的作用，信息的交流成为发展经济最重要的因素。
另一方面，随着计算机、网络和多媒体等信息技术的飞速发展，信息的传递越来越快捷，信息的处理能力越来越强，信息的表现形式也越来越丰富，对社会经济和人们的生活产生了深刻的影响。
这一切促使通信网络由传统的电话网络向高速多媒体信息网发展。
快速、高效的传播和利用信息资源是21世纪的基本特征。
掌握丰富的计算机及网络信息知识不仅仅是素质教育的要求而且也是学生掌握现代化学习与工作手段的要求。
因此，学校校园网的有无及水平的高低，也将成为评价学校及学生选择学校的新的标准之一。
Internet及WWW应用的迅猛发展，极大的改变着我们的生活方式。
信息通过网络，以不可逆转之势，迅速打破了地域和时间的界限，为更多的人共享。
而快速、高效的传播和利用信息资源正是二十一世纪的基本特征。
学校作为信息化进程中极其重要的基础环节，如何通过网络充分发挥其教育功能，已成为当今的热门话题。
随着学校教育手段的现代化，很多学校已经逐渐开始将学校的管理和教学过程向电子化方向发展，校园网的有无以及水平的高低也将成为评价学校及学生选择学校的新的标准之一，此时，校园网上的应用系统就显得尤为重要。
一方面，学生可以通过它在促进学习的同时掌握丰富的计算机及网络信息知识，毫无疑问，这是学生综合素质中极为重要的一部分；另一方面，基于先进的网络平台和其上的应用系统，将极大的促进学校教育的现代化进程，实现高水平的教学和管理。
华夏学院目前正加紧对信息化教育的规划和建设。
开展的校园网络建设，旨在推动学校信息化建设，其最终建设目标是将建设成为一个借助信息化教育和管理手段的高水平的智能化、数字化的教学园区网络，最终完成统一软件资源平台的构建，实现统一网络管理、统一软件资源系统，并保证将来可扩展骨干网络节点互联带宽为10G，为用户提供高速接入网络，并实现网络远程教学、在线服务、教育资源共享等各种应用；利用现代信息技术从事管理、教学和科学研究等工作。
最终达到在网络方面，更好的对众多网络使用及数据资源的安全控制，同时具有高性能，高效率，不间断的服务，方便的对网络中所有设备和应用进行有效的时事控制和管理。
因此华夏学院升级到千兆以太网非常有必要。
华夏学院
第1章需求分析
用户需求
在校园网络中，视频、音频、数据集于一身，如果保证不了高带宽、又多种视频、音频、数据流混杂在一起进行传输，就没法对流做出最高优先级和次高优先级及底优先级的分类，这样就不能保证重要业务的畅通，造成网络延迟、服务不可用。
所以要想真正改变网络的效率，更有效的保证应用服务的运营，需要通过端到端的QOS，智能到边缘的方式来保证。
通过智能到边缘，端到端的应用方式，可以减少对网络核心设备的消耗，这样保证了网络的有效畅通。
可以对园区网应用中的，多媒体视频点播服务、数据备份服务、文献传递服务、E-mail服务、数据库服务器等服务。
对不同服务流进行详细的分类，划分优先级，以及尽可能地避免发生拥塞。
同时保证网络的高效运行，充分利用现有的带宽。
在园区网络中，存在多样的网络设备及系统应用环境，并且要考虑在用户迅速增长的今天，考虑到网络设备的可扩展性。
保证在多样网络设备，用户不断增加的环境中，仍能保证网络畅通。
所以万兆骨干网络平台就应具有良好的兼容性和可扩展性，能与当前校园网络无缝衔接，同时预留空间符合当前和以后的信息建设需要和足够的升级空间。
在校园网络建设中存在多用户,多服务的现状。
带来了对网络系统要求具有高效率等，以保证大数据量访问下有效的处理能力。
针对需求设备要能对数据做到分布式处理，这样的分布式处理可以节省主交换引擎的消耗。
使数据在独立的板卡上就能做出对数据的识别，这样比在中央处理器识别要快的多。
并在大量的数据应用，数据传输的过程中，要保证所有硬件设备都可以进行快速的转发，要具备高背板带宽（交换容量），所有端口都能保证线速转发。
这种分布式处理可以极大地提高整体处理能力，保证了网络畅通。
现在的网络环境中稳定可靠是争相谈论的话题，因现在在网络中运行了众多重要应用及服务，是要保证7*24小时不间断的服务。
就要完全能保证网络设备全天后的可用性。
即使在设备出现问题时切换到备用设备的过程中，也要保证较小的延迟，以满足网络应用中的有效畅通的需要。
在这样的需求中利用，冗余的管理交换引擎、冗余的电源等关键部件的冗余，支持（、）多Vlan生成树协议保证链路级的冗余和负载均衡，支持VRRP、OSPF等三层路由协议保证路由级的冗余，支持loadbalancing技术实现了应用级的冗余备份和负载均衡。
全方位的完全保证了设备、网络、应用系统的可靠性。
在校园网络中，对于校园网的安全保障十分重要：
校园网的信息点分布很广，与一般企业网比较，校园网用户的流动性大，信息点存在随意接入使用的问题。
学生及外来不明身份的用户，在校园网中找到任何一个信息点，就可以进入到校园网，可以肆意干扰和破坏校园网网络平台及应用系统的正常运行。
另外校园网的网络安全，还需要考虑与外网及内网不同应用系统之间的安全访问控制。
为了发生安全事件后，能够有效、快捷地处理事故，采用上网审计手段是十分有必要的。
由于当前类似“冲击波、震荡波病毒”的肆虐，一个健壮的网络应该提供必要的手段，禁止特定病毒的传播以及由于病毒造成的流量拥塞。
功能需求
1．实用性和经济性
网络建设应始终贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持实用、经济的原则，建设的万兆骨干网络平台，保护用户的投资。
1．先进性和成熟性
网络建设设计既要采用先进的概念、技术和方法，又要注意结构、设备、工具的相对成熟。
不但能反映当今的先进水平，而且具有发展潜力，能保证在未来若干年内占主导地位，保证贵校网络建设的领先地位，采用万兆以太网技术来构建网络主干线路。
1．可靠性和稳定性
在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及保修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间，锐捷网络做为国内知名品牌，网络领导厂商，其产品的可靠性和稳定性是一流的。
为了保证骨干网络平台的健壮性和链路冗余性，建议网络实施时在学校启用千兆备份线路。
在学校启用物理链路冗余机制，保证任何一条线路出现故障后骨干网络平台的可用性。
1．安全性和保密性
在网络设计中，既考虑信息资源的充分共享，更要注意信息的保护和隔离，因此系统应分别针对不同的应用和不同的网络通信环境，采取不同的措施，包括端口隔离、路由过滤、防DDoS拒绝服务攻击、防IP扫描、系统安全机制、多种数据访问权限控制等，锐捷网络充分考虑安全性，针对的各种应用，有多种的保护机制，如划分VLAN、IP/MAC地址绑定（过滤）、ACL、路由过滤、防DDoS拒绝服务攻击、防IP扫描、认证机制、SSH加密连接等具体技术提升整个网络的安全性。
1．可扩展性和可管理性
由于信息技术和人们对于新技术的需求发展都非常迅速，为了避免不必要的重复投资，我们必须选择具有一定扩展能力的设备，能够保证在网络规模逐渐扩大的时候，不需要增加新的设备，而只需要增加一定数量的模块就行。
最好能够做到在网络技术进一步发展，现有模块不支持新技术的情况下，只需要更换相应模块，而不需要更换整个设备。
为了适应网络结构变化的要求，必须充分考虑以最简便的方法、最低的投资，实现系统的扩展和维护。
为了便于扩展，对于核心设备必须采用模块化高密度端口的设备，便于将来升级和扩展。
先进的设备必须配合先进的管理和维护方法，才能够发挥最大的作用。
全线采用基于SNMP标准的可网管产品，达到全程网管，降低了人力资源的费用，提高网络的易用性、可管理性，同时又具有很好的可扩充性。
第2章方案设计
信息点数据统计
华夏学院
主要信息点
（个）
教学楼
12
实训楼
12
财务处
1
数据库
1
OA
1
VOD
1
DNS
1
FTP、WEB
2
技术选型
骨干层
网络中心节点及其它核心节点作为校园网络系统的心脏，必须提供全线速的数据交换，当网络流量较大时，对关键业务的服务质量提供保障。
另外作为整个网络的交换中心，在保证高性能、无阻塞交换的同时，还必须保证稳定可靠的运行。
因此在网络中心的设备选型和结构设计上必须考虑整体网络的高性能和高可靠性。
具体来说核心节点的交换机有两个基本要求：
1）高密度端口情况下，还能保持各端口的线速转发；2）关键模块必须冗余，如管理引擎、电源、风扇。
由于校园网建设最终必将采用万兆技术，因此需要考虑到核心设备对万兆的支持能力。
综上所述，主干核心交换机属于高端系列的产品，所以在本方案中，核心交换机建议采用多业务万兆核心路由交换机。
可以根据用户的需求灵活配置，灵活构建弹性可扩展的网络。
多业务万兆核心路由交换机高背板带宽和二/三层包转发速率可为用户提供高速无阻塞的交换，强大的交换路由功能、安全智能技术可为用户提供完整的端到端解决方案，是大型网络核心骨干交换机的理想选择。
RG-S68100E是锐捷网络推出的基于NP+ASIC构架的新一代多业务万兆核心路由交换机，RG-S6800E在保障高性能大容量的基础上提供强大的安全防护能力，并且拥有业务按需叠加扩展能力，达到业务和性能并重的设计需求。
目前提供10竖插槽设计和6横插槽设计两种主机：
RG-S6810E和RG-S6806E。
RG-S6800E系列多业务万兆核心路由交换机提供背板带宽，并支持将来扩展到的能力，高达857Mpps/428Mpps的二/三层包转发速率可为用户提供高速无阻塞的数据交换，强大的交换路由功能、安全智能技术可同锐捷各系列交换机配合，为用户提供完整的端到端解决方案，是大型网络核心骨干和大流量节点交换机的理想选择。
RG-S6800E交换机通过先进的第三代高性能引擎可硬件支持策略路由、IPV6等协议，并可扩展支持MPLS、loadbalancing、NAT、VPN、Firewall、IDS、webcacheredirect等丰富的业务功能，满足客户环境灵活而复杂的不同应用需求。
在此方案中，校区网络中心采用RG-S6810E多业务万兆核心路由交换机作为核心交换机。
核心层交换机跟汇聚接入层交换机之间的千兆链路可以捆绑，从而实现带宽的灵活扩展。
接入层
接入层网络由楼栋交换节点和楼层交换节点组成，接入层网络应该可以满足各种客户的接入需要，而且能够实现客户化的接入策略，业务QOS保证，用户接入访问控制等等。
楼层交换节点采用千兆智能堆叠交换机，提供智能的流分类和完善的QoS特征。
为各类型网络提供完善的端到端的服务质量、丰富的安全设置和基于策略的网管，最大化满足高速、融合、安全的园区网新需求；本方案中各接入层交换机通过千兆链路上联到各汇聚层设备，对下联的桌面设备提供全双工的百兆连接，为各类用户提供无阻塞的交换性能。
出口
因为校园网出口采用以太网，所以采用路由器+防火墙的方式，起到如下作用：
防火墙提供强有力的服务器、内网安全保护、提供IDS等安全特性；路由器提供出口路由功能，数据处理能力强，具有强大的NAT功能。
综合布线设计
综合布线系统部分结构如下图所示：
2.４拓扑图
2.５设备选型
路由器的选择
锐捷RSR-08路由器是高性能、通用的骨干汇聚路由器，具有高背板带宽、高包转发率、结构紧凑、端口密度高等特点，并能提供全范围的光纤和铜缆接口。
RSR-08路由器具有强大的业务能力，可以满足目前所有的城域汇聚和接入需求，提供多协议标准交换（MPLS）第2或3层隧道技术、动态带宽控制和面向连接的数据收集体系。
作为多协议标记（MPLS）PE路由器，他们使提供商的基于MPLS的业务具有高度的可扩展性和可靠性。
通过使用VPLS，可以利用原有网络和以太网基础设施提供VOIP、互联网接入、视频以及多点虚拟专用网（VPN）等融合业务。
锐捷RSR-08路由器支持包括TDM、POS、ATM和千兆位以太网，速率高达OC-48。
部署在各种应用中，RSR-08路由器可用于搭建骨干汇聚路由器和核心层网络，为用户提供综合的、高性能、功能强大的服务,并提供高可用性网络所需的冗余支持。
设备性能
交换容量
32G
包处理能力
ACL
2万条
路由表
25万条
流表
最多可达2,000,000个第4层应用数据流
最多可达3,500,000个第2层MAC地址
MTBF
>200,000小时（预测）
协议支持
路由协议
OSPF、IS-IS、BGP、RIPv2、静态路由
组播协议
IGMP、PIM-DM/SM、DVMRP、RP
地址管理
静态、DHCP中继
MPLS
MPLSLSR和LER支持、2547-bisMPLSL3VPN、MartiniMPLSL2VLL、MPLS透明局域网业务TLS、MPLS快速重路由
特色支持
NAT、Loadbalancing、VSRP、Webcacheredirection、策略路由、HPS
管理方式
线速全组RMON/RMON2、简单网络管理协议（SNMP）管理、SSH、RADIUS、TACACS＋、RS-232、命令行接口（CLI）
物理指标
尺寸
高英寸×宽英寸×深英寸（厘米×厘米×厘米）
重量
磅（公斤）
环境规格
操作温度
+0°C到+40°（32º到104ºF）
存储温度
-40°C到+70°C（-40º到158ºF）
相对操作湿度
10%到90%（非冷凝）
相对存储湿度
5%到95%（非冷凝）
电源规格
交流电源
输入电压：
100到240VAC
输入电流：
12～6A
频率：
50到60Hz
直流电源
输入电压：
-48到-60VDC
输入电流：
27A
标准和规范
安全性
UL60950、CAN/No.60950、EN60950、IEC950、72/73/EEC
电磁兼容性
FCCPart15、CSA、EN55022、VCCI、EN55024、89/336/EEC
ETSI
ETSIEN300-386、EN300-109、ETS300-753
NEBS
NEBSLevel3、GR-1089、GR-63
交换机的选择
RG-S6800E是锐捷网络推出的基于NP+ASIC构架的新一代多业务万兆核心路由交换机，RG-S6800E在保障高性能大容量的基础上提供强大的安全防护能力，并且拥有业务按需叠加扩展能力，达到业务和性能并重的设计需求。
目前提供10竖插槽设计和6横插槽设计两种主机：
RG-S6810E和RG-S6806E。
RG-S6800E系列多业务万兆核心路由交换机提供背板带宽，并支持将来扩展到的能力，高达857Mpps/428Mpps的二/三层包转发速率可为用户提供高速无阻塞的数据交换，强大的交换路由功能、安全智能技术可同锐捷各系列交换机配合，为用户提供完整的端到端解决方案，是大型网络核心骨干和大流量节点交换机的理想选择。
RG-S6800E交换机通过先进的第三代高性能引擎可硬件支持策略路由、IPV6等协议，并可扩展支持MPLS、loadbalancing、NAT、VPN、Firewall、IDS、webcachere
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