问答题 [说明]
阅读以下关于某公司企业广域网络升级改造的需求，回答下列问题。
某高速公路沿线企业广域网主要连接公司总部和4个分支机构单位，为公司内部人员之间提供数据传输和业务运行环境。
网络于2003年建成，各网络结点之间的初始带宽为512kbps，2005年经设备改造后，各结点之间带宽升级为2Mbps，2007年带宽进一步提升至4Mbps。
1．网络设备
位于公司总部的核心路由器为华为公司的NE05，2004年配置；通过该设备连接各分支机构的接入路由器，各接入路由器为Cisco公司的2600，2003～2004年配置；公司总部的局域网由Cisco公司的多层交换机Catalyst 4006为主干设备构成，各分支机构的局域网络由华为公司的6506三层交换机为主干设备构成。如下图所示。
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2．网络缺陷
随着网络用户的不断增加，各种新应用、新业务的开展，对网络带宽、安全性、稳定性都提出了更高的要求。该企业广域网存在以下问题：
·核心至二级站点间带宽只有4Mbps，随着高清视频会议等系统的建设，现有网络带宽已经不能满足应用需求。
·数据设备使用年限较长，配置低，无法进行扩容，随着业务量急剧增大，将无法维持系统正常运转，也不能胜任网络升级的需要。
·华为NE05型号路由器已停产，配件、模块较难购置，设备不定期会出现丢包现象，影响网络稳定。
·路由设备均是单点结构，存在单点故障，安全性低。
3．各类应用带宽
根据用户对企业内部现有典型应用的流量分析，考虑到各应用在两年内的正常业务增长，形成了如下表所示的典型应用带宽需求。
典型应用带宽需求
业务序号 应用业务 所需带宽(bps)
1 高清视频会议系统 2M～8M
2 视频监控 4M
3 IP电话、日常办公 2M
4 业务管理类数据传送 4M
5 文本、图片、声音、图像等传输 4M
6 核心业务系统 4M
7 预留 10M
4．升级目标
本次升级改造主要达到以下目标。
·对核心和分支机构路由设备进行更新，并与原有系统形成设备、链路双备份，增强安全性。
·将核心到各个分支机构数据网络带宽进行升级。
·根据应用业务的特性，采用QoS技术，确保广域网络的服务质量。
问答题 现有网络主要依托高速公路沿线的SDH传输系统进行建设，核心路由器与各接入路由器之间的逻辑链路由若干E1电路组成，当前的4Mbps带宽就是由两条E1电路绑定而形成的。 a)已知SDH传输系统至公司总部的传输带宽为STM-1，请简要分析核心路由器NE05上连接传输系统的传输板卡特性。 b)如果在公司总部不增加任何设备和板卡，仅通过为每个逻辑通道绑定更多E1线路的方式增加带宽，则在公司总部至各分支机构带宽相等的要求下，请给出理论上公司总部至各分支机构可以扩充的最大带宽。
【正确答案】a)该板卡支持STM-1 155Mbps的通道化POS(Channelized POS，CPOS)接口，也就是可以对155Mbps的STM-1进行时隙划分成若干电路。电路划分的细粒度为E1，同时支持将多个E1电路绑定成逻辑链路。 b)一个STM-1的CPOS接口最多可以划分为63个E1电路。由于要求公司总部和4个分支机构之间带宽相等，因此，理论上每个逻辑链路最多由15个E1电路绑定。最大带宽为2.048×15=30.71Mbps。
【答案解析】本题是一个典型的升级改造案例，涉及现有网络缺点分析、改造设计、设备利用等知识。
同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)是CCITT(现在的ITU-T)定义的，采用同步复用方式和灵活的映射结构，可以从SDH信号中直接分插出低速的支路信号，而不需要使用大量的复接/分接设备，从而能够减少信号损耗和设备投资。
为方便从高速信号中直接分/插低速支路信号，应尽可能地使低速支路信号在一帧内均匀地、有规律地分布。ITU-T规定STM-N的帧采用以字节为单位的矩形块状结构，如下图所示。
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STM-N是9行×270×N列的块状帧结构，此处的N与STM-N的N相一致，取值范围：1，4，16，…，表示此信号由N个STM-1信号复用而成。STM-1帧为9行×270列的结构，其中前10列为开销，后260列为净负荷，STM-1的速率为155.52Mbps。
由于SDH的最低速率STM-1也大于155Mbps，无法应对用户提出的细粒度带宽需求，因此允许传统的数字载波体系——E标准和T标准体系，将SDH体系作为传输承载层，采用同步时分复用方式，向用户提供低速带宽链路服务。
当把SDH信号看成由低速信号复用而成时，这些低速支路信号就称为通道。而CPOS是通道化SDH/SONET接口模块的简称，其中，C表示Channelized，POS表示Packet OverSDH/Sonet。它充分利用了SDH体制的特点，提供对带宽精细划分的能力，可减少组网中对路由器低速物理接口的数量要求，增强路由器的低速接口汇聚能力，并提高路由器的专线接入能力。
CPOS接口具有如下特性：
·CPOS支持STM-1/OC-3多通道接口模块，支持155.52Mbps的通信速率。
·CPOS接口卡分为CPOS(E)和CPOS(T)两种型号，其中CPOS(E)接口卡支持E标准制式，而CPOS(T)接口卡支持T标准制式。
·CPOS接口模块通过PCI接口与CPU进行通信，完成STM-1通道化POS接口数据的收发。
·STM-1 CPOS接口支持净通道(非成帧)E1(最多63个)或T1(最多84个)。
·STM-1支持非通道化(成帧)El(最多63个)或T1(最多84个)。
·SFM-1支持通道化到64K，但是最多256个逻辑通道。
目前，CPOS接口多实现E1、T1向STM-1的复用，我国SDH体制选用的是E1、T1向STM-1的复用；CPOS通道化出的E1支持净通道(Clear Channel，又称为非成帧模式)和非通道化(Uncharmelized)两种工作模式。在净通道模式下，E1通道不分时隙，形成一个速率为2.048Mbps的串口(相当于一个2.048Mbps的同步串口)。在非通道化模式下，E1通道除时隙0以外的31个时隙可以捆绑为一个串口使用(相当于一个E1-F端口)。
在骨干网的核心路由器上使用一个155M CPOS模块，配置通道化至E1，连接到SDH传输网，与汇聚层路由器所用的E1接口相连。也可根据需要，对E1口进行捆绑，提高汇聚层设备的接入带宽。
问答题 设计单位决定为公司总部分别添加一台核心路由器和核心多层交换机，并且采用了如下图所示的连接方式，请简要分析该连接方式与原有方式相比较，具有哪些优势。
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【正确答案】具有如下优势： ·各路由设备之间采用全互连结构，保证任何两条链路中断，所有路由设备之间可以互访。 ·不存在设备级的单点故障，任何设备的损坏不影响网络的运行。 ·两台多层交换机之间可以运行HSR-P、VRRP、GLBP等冗余网关协议，保证一台交换机出现故障时，服务器和楼栋交换机可以继续提供服务。 ·借助于路由算法、策略路由等技术，可以实现网络流量的负载均衡。
【答案解析】在对网络设备进行添置前后，服务器与接入路由器、核心设备的连接方式将发生改变，如下图所示。
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对两种结构的分析如下：
(1)在新结构中，多层交换机、核心路由器分别存在两台，并且每台核心设备与其他核心设备都存在链路，形成了核心设备的全互连结构(Full Mesh)，在当前案例中，两条以下的链路失效不会导致网络瘫痪。
(2)当任何一台核心多层交换机失效之后，另外一台核心交换机仍可处于工作状态，服务器的访问流量将由活跃的核心多层交换机承担；当任何一台核心路由器失效之后，动态路由算法将修改路径信息，使得活跃的核心路由器承载下级网络访问核心局域网络的流量。因此任何一台核心设备的失效都不会导致网络瘫痪。
(3)由于网络中存在两台核心多层交换机，因此可以在这两台交换机之间加载冗余网关协议，如HSRP、VRRP、GLBP等；当使用HSRP、VRRP协议时，对于局域的默认网关地址来说，一台交换机主用，一台交换机备用，可以通过为核心局域网设立两个默认网关地址的方式实现两台交换机的负载均衡；当使用GLBP协议时，协议会自动实现交换机的负载均衡。
(4)由于网络中存在两台核心交换机，因此下级网络的接入路由器至核心路由器就存在两条链路，通常情况下，一条为主用链路，一条为备用链路；如果主用链路和备用链路带宽不相同，可以通过交叉互连方式实现核心路由器的负载均衡；如果主用链路和备用链路带宽相同，就可以采用使用RIP V2、IGRP等路由协议实现开销路径上的负载均衡。
问答题 设计单位决定将现有线路、路由设备作为企业网络的备份线路及备份路由体系，同时在总部和分支机构添置相应的路由器，形成主用路由体系。用户单位提出了一个明确的需求，希望本次新采购的路由设备主要采用以太网口，以避免线路带宽升级时，用户端设备频繁发生变化。 升级设计方案中，要求SDH系统的局端传输设备完成协议转换工作，直接提供以太网接口，并互连至总部和分支结构的路由器以太网接口。假设总部至分支结构的链路由大于10条以上的E1绑定形成，请简要分析总部的核心路由器千兆位以太网接口与传输设备千兆位以太网接口之间可能存在的工作机制，并针对每种工作机制说明核心路由器如何区分来自不同接入路由器的数据包。
【正确答案】存在以下两种工作方式。 第一种工作方式——子接口方式：路由器千兆位以太网络接口划分成若干逻辑子接口，传输设备将不同分支路由器的捆绑E1电路上的数据帧映射至不同的子接口，核心路由器通过逻辑子接口来确定数据帧的来源路由器。 第二种工作方式——VLAN方式：路由器和传输设备的千兆位以太网接口都工作在VLAN Trunk模式下，传输设备将不同分支路由器的捆绑E1电路上的数据帧映射至不同的VLAN中，路由器千兆位以太网接口利用接收到数据帧的VLAN标签来决定该数据帧的来源路由器。
【答案解析】总部的核心路由器千兆位以太网接口与传输设备千兆位以太网接口之间可能存在的工作机制主要包括两种：子接口方式和VLAN方式，其分析详见参考答案。