淺談分層網絡中交換機和路由器的配置

馮世科

（河南交通技師學院 河南 駐馬店 463000）

0 引言

分層網絡是局域網中（如校園網、園區(qū)網等）使用非常廣泛的一種網絡拓撲結構。 分層網絡分為核心層、匯聚層和接入層三層。 這三層構成一個有機整體，組成一個網絡［1］。 其中核心層是三者之中最重要的一層。 核心層是具有較高速度的主干網絡。 核心層是網絡中的數據分組交換的重要一層，因此要保證可靠性（如利用備份的思想防止因設備故障而引起網絡故障），同時也要保證處理效率（如核心層的設備要選擇高性能的路由器和三層交換機等）。 匯聚層和接入層也是構成整個分層網絡的重要組成部分，也具有重要的意義。 分層網絡以其各層清晰的結構、明確的職責等優(yōu)點。

1 分層網絡的概念及意義

分層網絡中的分層是從網絡拓撲的角度而言的，分層顧名思義是把網絡拓撲分層幾部分，從上而下分層的網絡拓撲結構，一般分為三層，分別是核心層、匯聚層和接入層。 分層網絡一般是局域網中使用的網絡拓撲類型，要把網絡設置為分層的原因有以下幾點：一是使網絡的拓撲結構更加簡潔；二是有利于分擔網絡流量負載，減輕網絡設備的負擔；三是便于維護和配置網絡；四是使各網絡設備及其服務職責更加明確；五是可以節(jié)約費用。

2 分層網絡的組成及各層作用

網絡拓撲的定義是忽略網絡設備等的大小和形狀，只考慮設備間的連接情況。 從網絡拓撲結構的角度考慮，分層的網絡拓撲結構一般是分為三層，上層是核心層也是分層網絡中最重要的一層，中間是匯聚層，下層是接入層。為了簡單起見，核心層只選一臺三層交換機和一臺路由器還有兩臺服務器；匯聚層選擇三臺三層交換機；接入層選擇三臺二層交換機，如圖1 所示。

圖1 網絡拓撲設備間的連接

核心層的作用是通過高速轉發(fā)通信，提供可靠的骨干傳輸結構，核心層應該擁有更高的可靠性、性能和吞吐量。核心層是整個校園網的核心，核心層對內連接校園網的匯聚層，對外連接外部網絡如運營商的網絡。 核心層一般指校園網的網絡中心，是校園網最核心的部分，核心層網絡里面有路由器、三層交換機、服務器、UPS 電源等。

匯聚層在校園網中是承上啟下的一層，匯聚層連接核心層和接入層。 匯聚層是接入層交換機的匯聚點，匯聚層負責處理來自接入層設備的所有通信量，需要更高的性能和交換速率，一些訪問策略也是在匯聚層做的，如SVI 等。

接入層面對的是終端用戶，負責終端用戶連接上網絡。 分層網絡的各層功能不同，各層負載的流量也不同，這樣有利于優(yōu)化網絡，有利用更精細地選擇網絡設備、節(jié)約成本、出現故障時還更容易檢修網絡等。

3 分層網絡的配置

由于分層網絡中各層的設備選擇不同，各層要實現的策略也不同（也就是各層的職責和作用），因此各層的配置也就不同。

3.1 核心層配置

核心層的配置一般包括三類，分別是：路由器的配置、三層交換機的配置和服務器的配置。

3.1.1 路由器配置。

路由器是工作在網絡層的設備。 路由器的前身是IMP（interface message processor）接口信息處理機。 現在加州大學洛杉磯分校還保留有當時的IMP。 路由器的主要作用是數據轉發(fā)和路由選擇。 路由選擇依靠的是路由器中的路由表，路由表里有路由協(xié)議。

路由協(xié)議分為靜態(tài)路由協(xié)議和動態(tài)路由協(xié)議。 靜態(tài)路由協(xié)議如默認路由，動態(tài)路由協(xié)議如RIP 協(xié)議、OSPF 協(xié)議、BGP 協(xié)議等。 RIP 協(xié)議和OSPF 協(xié)議是最常見的動態(tài)路由協(xié)議，具體如下：

（1）RIP（routing information protocol）協(xié)議是基于向量的路由協(xié)議，是以跳數為度量的。 每經過一個路由器，跳數加1，RIP 協(xié)議規(guī)定最大跳數是15 跳。 距離和跳數的關系是距離比跳數加1，如果最大跳數是15 跳，則最大距離為16。

（2）OSPF（open shortest path first）本義是開放最短路徑優(yōu)先。 最短指的是路由器會以自己為根生成一棵樹，這棵樹的生成要依據網絡中的節(jié)點和鏈路的代價。 路由器根據這棵樹就可以找到去往目的地址的最短路徑并生成路由表。 Ospf 中的每一臺路由器都會維護一個本區(qū)域的拓撲結構圖即LSDB（link state dataBase）。

OSPF 協(xié)議是基于鏈路狀態(tài)選擇路由。 鏈路狀態(tài)指延時、帶寬、吞吐量等變量。 OSPF 協(xié)議中的每臺路由器都會有一個id，用來區(qū)分不同路由器在區(qū)域中的不同，可以用點分十進制表示（像IPV4 那樣表示，如1.1.1.1）。 在一個自治系統(tǒng)內使用OSPF 協(xié)議的網絡把網絡分為不同區(qū)域，OSPF 協(xié)議要劃分區(qū)域的原因是若網絡比較大，則路由器的計算量就會很大，為了減少路由器地方運算量而劃分為不同的區(qū)域。 每個區(qū)域負責自己區(qū)域的鏈路狀態(tài)通告，即LSA（link-state advertisement）。

OSPF 協(xié)議把區(qū)域分為主干區(qū)域和非主干區(qū)域。 不同區(qū)域相交的地方選擇一個路由器作為區(qū)域邊界路由器ABR（area border router）［2］。 ABR 的作用是連接主干區(qū)域和非主干區(qū)域。 非主干區(qū)域間不可以直接通信，要通過主干區(qū)域來實現。 當然在一個自治系統(tǒng)外面是其他的自治系統(tǒng)。 自治系統(tǒng)邊界路由器是連接的OSPF 系統(tǒng)和非OSPF 系統(tǒng)（或者叫非OSPF 網絡）的路由器。 自治邊界系統(tǒng)路由器叫ASBR（autonomous system boundary router）。 自治系統(tǒng)的范圍最大，自治系統(tǒng)里面是不通的區(qū)域，區(qū)域內有區(qū)域內部路由器，即IR（internal router）。 路由器連接的是不同網段。 路由器轉發(fā)依據的是主機的IP 地址。 現在的路由器也多是48 口的。

此拓撲情形下路由器只有一個接口f0／0 需要配置，配置10.1.200.0.1 的ip，并把該接口打開。 因為默認情況下路由器的接口是關閉的，所以要用no shut 命令打開。

3.1.2 交換機配置

交換機分為二層交換機和三層交換機。 二層交換機是利用MAC 地址表進行數據轉發(fā)，而三層交換機工作在第三層（網絡層），具有路由功能，但同時三層交換機還具有二層交換機的高速轉發(fā)功能。 三層交換技術可以解決網絡劃分子網后，子網間通信必須依靠路由器的問題。 三層交換機和二層交換機在外觀上非常相似，可以通過印在交換機上的字母標識進行區(qū)別。 現在的三層交換機一般是48 口的。 二層交換機的轉發(fā)原理是依據主機的MAC地址。 MAC（media access control）地址是物理地址，又稱硬件地址，位于數據鏈路層中傳輸數據單元幀的首部，MAC 地址留存在網卡中的ROM 中MAC 地址是48 位的二進制數，這48 位的二進制數等分為2 部分，前24 位是相關機構分配給生產網卡的廠商的，后24 位是廠商自己決定的，這樣能在一定程度上避免混亂。 為了方便正如32 位的二進制IP 地址用點分十進制表示一樣，48 位的二進制MAC 地址用12 個十六進制數，每兩個十六進制數在一起用冒號隔開［3］。

此拓撲圖中的核心層交換機是XXZX。 三層交換機XXZX 的配置思路很清晰：第一步要配置六個vlan，分別是vlan 200、vlan 110、vlan 120、vlan 130、vlan 122 和vlan 121；第二步分別給這六個vlan 配置IP 地址；第三步是打開三層交換機的路由功能，給三層交換機配置動態(tài)路由rip 協(xié)議，需要指出的是配置路由協(xié)議之前需要先試用ip routing 命令；最后一步是把相應的接口加入相應的vlan。

3.1.3 服務器的配置

服務器是提供服務的設備，服務器的本質是一臺高性能的計算機。 服務器上需要安裝新服務程序、服務器操作系統(tǒng)和一些配置。 服務器操作系統(tǒng)也是一種操作系統(tǒng)，如常見的Windows Server 2008 等Windows Server 類的，還有unix 等。 服務器一般放置核心層，如一個校園網的中心機房，服務器若終端服務則網絡就出現了故障［4］。 常見的服務器有WWW（萬維網）服務器、FTP 服務器（文件服務器）、SMTP 服務器（郵件服務器）等。

WWW 服務器是萬維網服務器。 WWW 服務器為客戶機提供WWW 服務。 兩者之間通過http 協(xié)議進行。圖2 是WWW 服務器的部分配置示意圖。

圖2 WWW 服務器配置

FTP 服務器即文件傳輸服務器。 是計算機網絡中使用頻率非常高的一種協(xié)議。 我們在計算機網絡中進行文件傳輸、文件上傳，文件下載、文件共享等相關的操作時，都要使用到該協(xié)議。 圖3 是FTP 服務器的部分配置示意圖。

圖3 FTP 服務器配置

3.2 匯聚層配置

對分層網絡而言，匯聚層位于網絡拓撲圖的中間位置，向上連接核心層，向下連接接入層。 匯聚層除了匯聚從核心層到接入層或者是從接入層到核心層的數據分組之外，還可以進行一些其他設置，如SVI（交換機虛擬接口）及安全設置等。 匯聚層一般選用三層交換機。

此拓撲情形下匯聚層的配置主要涉及JX 三層交換機的配置、BG 三層交換機的配置和SS 三層交換機的配置。

3.2.1 JX 三層交換機配置

JX 三層交換機的配置思路如下：第一步先給交換機劃分兩個vlan，分別是vlan 101 和vlan 110；第二步是給該兩個vlan 配置IP 地址；第三步是把接口f0／10 設置為trunk 口，這里需要指出的是設置之前先封裝；第四步是要把相應的接口加入相應的vlan；第四就是配置動態(tài)路由協(xié)議。

3.2.2 BG 三層交換機配置

BG 三層交換機的配置思路如下：第一步劃分兩個vlan，分別是vlan 101 和vlan110；第二步給兩個vlan 配置iP；第三步把相應個接口加入相應的vlan；最后是把相應的接口設置為trunk 口。

3.2.3 SS 三層交換機配置

SS 三層交換機的配置思路如下：第一步劃分兩個vlan，分別是vlan 103 和vlan130；第二步給兩個vlan 配置iP；第三步把相應個接口加入相應的vlan；最后把相應的接口設置為trunk 口。

3.3 接入層配置

接入層面向的是終端用戶。 接入層的設備一般是二層交換機和PC。 此網絡拓撲情形中主要是二層交換機的配置和PC 的配置。

3.3.1 PC 的配置（以PC0 為例）

需要指出的是給PC 配置IP 相關的內容時一定要配置網關。 網關的本意是網絡的關卡，指的是網絡進出必須經過的地方，該地址也用點分十進制表示。 網關要和IP地址在同一個網段，一般選擇該網段的最后一個可用IP地址作為網關地址。 如192.168.1.0 網段的最后一個可用IP 地址為192.168.1.254，即作為該網段的網關，詳見圖4。

圖4 PC 配置IP

3.3.2 JX1 二層交換機配置

JX1 二層交換機的配置思路非常清晰，只需三步即可。 第一步：劃分vlan；第二步：把相應接口加入vlan。 此種情形下的接口是f0／2；第三步是把相應的接口設置為trunk 口，此種情形下的接口是f0／1。

3.3.3 BG1 二層交換機配置

BG1 二層交換機的配置思路如下：第一步給交換機劃分vlan；然后把相應接口加入vlan。 此種情形下的接口是f0／2；第二步是把相應的接口設置為trunk 口，此種情形下的接口是f0／1。

3.3.4 SS1 二層交換機配置

SS1 二層交換機的配置也是分三步進行。 第一步：劃分vlan；第二步：把相應接口加入vlan；第三步：把相應的接口設置為trunk 口。

4 驗證網絡連通性

用PC0 去ping PC3 發(fā)現是通的，說明整個網絡是通的（如圖5 所示）。

圖5 驗證網絡連通性

5 查看路由表

通過show ip route 命令，在交換機JX 上查看路由表，其中以“C”開頭的表示的是直連網絡，以“R”開頭的表示的是通過RIP 協(xié)議學習到的路由。 從上面的路由表可以看到，JX 路由器通過RIP 協(xié)議學習到了7 條路由信息。

6 結語

分層網絡分為核心層、匯聚層和接入層，一般對網絡的配置都是在核心層和匯聚層，尤其是對匯聚層的三層交換機和核心層的路由器以及服務器的配置。 分層的網絡可以使網絡的結構更加清晰，各層各司其職，各層既相互獨立又有聯系，并且便于網絡維護和檢修。 分層網絡是一種比較實用的網絡結構。