基于802.1Q帧格式的广播隔离与跨交换机通信的设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

在网络的发展历史中，广播风暴（broadcast storm）曾是一个令人头疼的问题。所谓广播风暴简单的讲就是当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪时这就发生了广播风暴。在这种情况下人们迫切的希望找到一种良好的广播隔离的方法并且此方法不能隔离正常的需要通信的网络。对此IEEE于1999年颁布了用于标准化VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）实现方案的802.1Q协议标准草案。VLAN技术允许网络管理者将一个LAN逻辑地划分成不同的广播域，由于它是逻辑划分而不是物理划分，所以它很好的解决了不同物理LAN网段的信息传输工作。这种方法有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理以及提高网络的安全性。局域网的优势最能体现的地方就是需要严格划分多个小组的网络设施中，比如学校等虚拟局域网的可以限制广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。

因此，进行802.1Q帧格式的广播隔离与跨交换机通信的设计与实现这个课题的研究与设计是非常有必要的。

2. 课题关键问题和重难点

本课题设计的核心基于ieee802.1q协议，重点掌握以太网交换机的工作原理，ieee802.1q帧格式的组成，vlan的基本原理，access端口模式、trunk端口模式、hybrid端口模式的特点，并以此技术完成一个跨交换机通信网络的规划和设计实现。

因此，本次课题设计要在了解和掌握众多基础信息的前提下把它们整合到一起。可能分开来看都不是太难，但是当它们交叉在一起的时候需要考虑的东西会很多，比如access端口模式、trunk端口模式、hybrid端口模式在哪种情况下使用哪种端口模式更合适，优势是什么？全部组网的时候三种端口模式下如何实现相互通信？通信的时候网络数据帧处于怎样的状态？网络数据帧传输的时候会不会存在闭合环路等问题？如果存在了，怎样解决？这些都是在进行本课题研究的时候需要认证考虑的问题。

难点就是网络拓扑的可靠性，不可靠的网络设计实现是没有意义的，提高网络的可靠性可以从lan链路和设备备份来考虑，比如用生成树协议实现lan备份、用链路聚合实现链路备份等。

3. 国内外研究现状（文献综述）

通过对现有网络特点进行调研我们大致可知，现有互连网络拓扑主要是给出核心层、汇聚层、接入层采用的技术和启用的路由协议，并给出访问internet所采用的技术、多少个信息点等基本信息。时代在发展，网络在进步。对于现阶段的网络来说研究局域网的新技术已经是不可或缺的一部分。局域网的新技术包括虚拟化技术、软件定义网络（software defined network，sdn）、数据中心、ict（information communications technology）、无联网以及大数据等。

而本课题基于802.1q帧格式的广播隔离与跨交换机通信的设计与实现则必然牵涉到局域网的部分。局域网是一个通信网络，它连接的是数据通信设备。从硬件角度看一个局域网，它是线缆、网卡、工作站、服务器和其他连接设备的集合体；从软件的角度看，局域网是由网络操作系统统一指挥，提供文件、打印、通信和数据库等服务功能的系统；从体系结构来考查，局域网则由一系列的层和协议标准所定义，ieee 802 是主要的局域网标准。

ieee于1999年颁布了用于标准化vlan实现方案的802.1q协议标准草案。vlan（virtual local area network，虚拟局域网），是一种通过将局域网内的设备逻辑地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的技术。vlan技术允许网络管理者将一个lan逻辑地划分成不同的广播域，每一个vlan都包含着一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的lan有着相同的属性。但由于它是逻辑划分而不是物理划分，所以同一个vlan内的各个工作站无须被放置在同一个物理空间里，即这些工作站不一定属于同一个物理的lan网段。一个vlan内部的广播和单播流量都不会转发到其他vlan中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。vlan 隔离技术根据特定的策略，把物理上形成的局域网（local area network，lan）划分成不同的逻辑子网，把数据链路层广播报文隔离在逻辑子网之内，形成各自的广播域，每个逻辑子网就是一个虚拟的局域网（virtual lan）。每个接入至支持vlan的交换机的终端设备，都属于一个特定的 vlan，不同 vlan 中的终端设备无法直接通过数据链路层通信。vlan 技术有效限制了广播报文的传输范围，一定程度上抑制了广播风暴，提高了网络的安全性，大量应用于高校、企业以及住宅小区等园区网络。

4. 研究方案

局域网设计应该采用自顶向下的设计过程，该过程是一种从osi参考模型上层开始，然后向下直到底层的网络设计方法。

设计方案主要分为4个阶段：

1、需求分析：在课题确定的情况下选则自己要进行设计的局域网内容（校园网），并进行校园网络的需求分析，确定都需要进行哪些vlan的设计。

5. 工作计划

第一阶段（2022年3月第一、二周）：完成开题报告 第二阶段（2022年3月第三周）：开始书写论文框架 第三阶段（2022年3月第四周）：完成设计背景的书写 第四阶段（2022年4月第一周）：完成设计方案的草拟 第五阶段（2022年4月第二周）：完成论文中期检查 第六阶段（2022年4月第三周）：完成论文设计的模拟环境搭建 第七阶段（2022年4月第四周）：完成论文设计的主体部分 第八阶段（2022年5月第一周）：完成论文设计的主体部分 第九阶段（2022年5月第二周）：撰写报告(论文)学生按撰写规范的要求认真撰写毕业设计(论文)告，交指导教师批阅 第十阶段（2022年5月第三周、第四周）：毕业设计(论文)答辩答辩前完成实物验收、毕业设计报告 或毕业设计(论文)评阅；并且按程序要求进行答辩