双核心双出口网络设计与实现
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作业

9129 字
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1 小时

一、设计目的

本次网络工程实践大作业旨在设计并实现一个企业级双核心双出口网络架构，通过理论学习与实践操作相结合的方式，达到以下具体目的：

1.1 理论学习目的

  • 掌握企业网络架构设计原理：深入理解双核心网络架构的设计思想，学习如何在保证网络性能的同时实现高可用性。

  • 熟练运用核心网络技术：系统掌握VRRP（虚拟路由冗余协议）、链路聚合、生成树协议（STP/MSTP）、VLAN等核心网络技术的原理与配置方法。

  • 培养网络规划能力：学会进行网络拓扑设计、IP地址规划、VLAN划分等网络规划工作。

1.2 实践操作目的

  • 提高设备配置技能：通过配置华为路由器和交换机设备，熟练掌握网络设备的基本配置方法和高级特性配置。

  • 掌握网络测试方法：学会使用各种网络测试工具和命令验证网络连通性、冗余性和故障切换功能。

  • 培养故障排除能力：通过模拟网络故障场景，提高网络故障诊断和排除能力。

1.3 综合应用目的

  • 理解网络高可用设计：通过双核心双出口架构的实现，深入理解网络冗余设计的重要性和实现方法。

  • 掌握负载均衡技术：通过VRRP负载均衡和MSTP负载均衡的配置，理解网络负载均衡的实现原理。

  • 提升工程实践能力：将理论知识与实际工程相结合，培养解决实际网络工程问题的能力。

二、相关原理介绍

2.1 双核心网络架构原理

双核心网络架构是企业网络中常用的高可用性设计方案，其核心思想是通过部署两台核心交换机，实现网络的冗余备份和负载分担。

2.1.1 架构特点

  • 冗余性：两台核心交换机互为备份，任意一台设备故障不会影响整体网络运行
  • 负载均衡：通过合理配置，可实现不同VLAN流量在两台核心设备间的负载分担
  • 扩展性：支持网络规模的平滑扩展，便于后期网络升级改造

2.1.2 技术优势

  • 消除单点故障，提高网络可靠性
  • 提升网络带宽利用率
  • 简化网络管理和维护
  • 支持平滑升级和扩容

2.2 VRRP（虚拟路由冗余协议）原理

VRRP是一种路由冗余协议，通过在局域网中配置备份路由器来消除静态默认路由产生的单点故障。

2.2.1 工作机制

  • 虚拟路由器：多台物理路由器组成一个虚拟路由器组
  • 主备选举：基于优先级进行主路由器选举，优先级高的设备成为Master
  • 故障检测：通过VRRP报文进行邻居发现和故障检测
  • 快速切换：主路由器故障时，备份路由器快速接管

2.2.2 负载均衡实现

  • 通过配置不同VLAN的VRRP主备关系，实现基于VLAN的负载均衡
  • 不同VLAN流量分别走不同的核心设备，提高带宽利用率

2.3 链路聚合原理

链路聚合技术将多条物理链路捆绑成一条逻辑链路，实现带宽翻倍和链路冗余。

2.3.1 LACP协议

  • 链路聚合控制协议：IEEE 802.3ad标准定义的动态聚合协议
  • 自动协商：自动检测链路状态，动态添加或删除聚合成员
  • 负载分担：基于哈希算法实现流量在聚合成员间的负载分担

2.3.2 聚合模式

  • 静态聚合：手工配置聚合组，不进行动态协商
  • LACP聚合：基于LACP协议的动态聚合，自动检测链路状态

2.4 生成树协议原理

生成树协议用于消除二层网络中的环路，保证网络的稳定运行。

2.4.1 MSTP多实例生成树

  • 多实例支持：支持多个生成树实例，不同VLAN可运行在不同实例上
  • 负载均衡：通过配置不同实例的根交换机，实现VLAN级别的负载均衡
  • 快速收敛：支持快速端口状态切换，减少网络收敛时间

2.4.2 端口角色与状态

  • 根端口：到根交换机路径成本最小的端口
  • 指定端口：负责转发特定网段流量的端口
  • 阻塞端口：为防止环路而被阻塞的端口

2.5 VLAN技术原理

VLAN（虚拟局域网）技术通过逻辑分段实现网络隔离和管理。

2.5.1 VLAN类型

  • Access端口：连接终端设备，只能属于一个VLAN
  • Trunk端口：传输多个VLAN数据，用于设备间互连
  • Hybrid端口：灵活的端口类型，支持复杂的VLAN配置

2.5.2 VLAN间通信

  • 通过三层设备实现不同VLAN间的路由通信
  • 配置VLAN接口（SVI）提供网关服务

三、实验过程记载

3.1 网络拓扑设计

3.1.1 总体架构设计

本次实验设计的双核心双出口网络架构包含以下设备：

  • 3台路由器（AR1、AR2、AR3）
  • 4台交换机（LSW1、LSW2、LSW3、LSW4）
  • 5台PC（PC1-PC5）

其中LSW3和LSW4为核心交换机，LSW1和LSW2为接入交换机，AR1和AR2为边界路由器，AR3为外网模拟路由器。

3.1.2 网络拓扑图

graph TD
    subgraph "外网模拟区域"
        PC5["PC5<br/>215.1.117.2"]
    end

    subgraph "边界路由器层"
        AR1["AR1<br/>G0/0/0: 211.1.117.1<br/>G0/0/1: 213.1.117.1"]
        AR2["AR2<br/>G0/0/0: 212.2.217.1<br/>G0/0/1: 214.2.217.1"]
        AR3["AR3<br/>G0/0/0: 213.1.117.2<br/>G0/0/1: 214.2.217.2<br/>G0/0/2: 215.1.117.1"]
    end

    subgraph "核心交换机层"
        LSW3["LSW3 核心交换机<br/>VLAN117主用<br/>Vlanif117: 172.16.117.1<br/>Vlanif217: 172.16.217.1"]
        LSW4["LSW4 核心交换机<br/>VLAN217主用<br/>Vlanif117: 172.16.117.2<br/>Vlanif217: 172.16.217.2"]
    end

    subgraph "接入交换机层"
        LSW1["LSW1 接入交换机"]
        LSW2["LSW2 接入交换机"]
    end

    subgraph "终端设备层"
        PC1["PC1<br/>172.16.117.11<br/>VLAN117"]
        PC2["PC2<br/>172.16.217.11<br/>VLAN217"]
        PC3["PC3<br/>172.16.117.12<br/>VLAN117"]
        PC4["PC4<br/>172.16.217.12<br/>VLAN217"]
    end

    %% 外网连接
    PC5 --- AR3

    %% 路由器互连
    AR1 --- AR3
    AR2 --- AR3

    %% 上联连接
    AR1 --- LSW3
    AR2 --- LSW4

    %% 核心交换机间链路聚合
    LSW3 -.->|"链路聚合<br/>Eth-Trunk1"| LSW4

    %% 下联连接
    LSW3 --- LSW1
    LSW3 --- LSW2
    LSW4 --- LSW1
    LSW4 --- LSW2

    %% 终端连接
    LSW1 --- PC1
    LSW1 --- PC2
    LSW2 --- PC3
    LSW2 --- PC4

    %% 样式
    classDef routerClass fill:#e1f5fe,stroke:#0277bd,stroke-width:2px
    classDef coreSwClass fill:#f3e5f5,stroke:#7b1fa2,stroke-width:2px
    classDef accessSwClass fill:#e8f5e8,stroke:#388e3c,stroke-width:2px
    classDef pcClass fill:#fff3e0,stroke:#f57c00,stroke-width:2px

    class AR1,AR2,AR3 routerClass
    class LSW3,LSW4 coreSwClass
    class LSW1,LSW2 accessSwClass
    class PC1,PC2,PC3,PC4,PC5 pcClass

file

3.1.3 设备选型说明

路由器选型

选择华为AR系列企业级路由器，具备以下技术特性：

  • AR1/AR2（边界路由器）：

    • 接口类型：千兆以太网接口
    • 路由协议支持：静态路由、OSPF、BGP
    • 安全特性：ACL访问控制、NAT地址转换
    • 吞吐量：>=1Gbps
    • 高可用性：支持VRRP、BFD链路检测

  • AR3（外网模拟路由器）：

    • 三个千兆接口，模拟互联网出口
    • 支持多条静态路由配置
    • 路由转发性能：线速转发

交换机选型

采用华为S系列企业级交换机：

  • LSW3/LSW4（核心交换机）：

    • 端口密度：24个千兆电口
    • 交换容量：>=256Gbps
    • 包转发率：>=95Mpps
    • 三层功能：支持VLAN路由、SVI接口
    • 冗余特性：链路聚合、生成树、VRRP
    • 管理特性：SNMP、CLI、Web管理

  • LSW1/LSW2（接入交换机）：

    • 端口密度：24个千兆电口
    • 基本二层交换功能
    • VLAN支持：4K VLAN表项
    • 生成树协议：STP/RSTP/MSTP
    • PoE供电：可选PoE+支持

3.1.4 IP地址规划

详细地址分配表

网段用途 网络地址 可用主机数 网关地址 说明
VLAN117内网 172.16.117.0/24 254 172.16.117.254 内网用户网段1，支持254台主机
VLAN217内网 172.16.217.0/24 254 172.16.217.254 内网用户网段2，支持254台主机
LSW3-AR1链路 211.1.117.0/24 254 – 上联出口1点对点链路
LSW4-AR2链路 212.2.217.0/24 254 – 上联出口2点对点链路
AR1-AR3链路 213.1.117.0/24 254 – 外网连接1点对点链路
AR2-AR3链路 214.2.217.0/24 254 – 外网连接2点对点链路
外网模拟 215.1.117.0/24 254 215.1.117.1 外网服务器网段

IP地址分配原则

  1. 内网地址规划：

    • 采用RFC1918私有地址空间
    • 172.16.0.0/16网段便于后续扩展
    • VLAN号码与网段第三字节对应，便于记忆

  2. 点对点链路地址：

    • 使用/24掩码便于管理
    • 第三字节包含相关信息便于识别
    • 预留足够地址空间用于设备管理

  3. 地址安全考虑：

    • 内网采用私有地址，提高安全性
    • 不同VLAN使用不同网段，便于ACL控制
    • 管理VLAN单独规划，提高管理安全性

3.1.5 VLAN规划详细说明

VLAN设计原则

  1. 业务隔离：不同业务部门分配不同VLAN
  2. 安全隔离：通过VLAN实现网络安全域划分
  3. 性能优化：减少广播域大小，提高网络性能
  4. 管理便利：VLAN命名规范，便于运维管理

VLAN分配表

VLAN ID VLAN名称 用途 IP网段 备注
10 MGMT_VLAN 设备管理 211.1.117.0/24 LSW3上联管理
20 MGMT_VLAN 设备管理 212.2.217.0/24 LSW4上联管理
117 USER_VLAN1 用户网络1 172.16.117.0/24 部门A用户网络
217 USER_VLAN2 用户网络2 172.16.217.0/24 部门B用户网络

3.2 设备配置过程

3.2.1 路由器配置

AR1配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname AR1

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 211.1.117.1 255.255.255.0
quit

interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 213.1.117.1 255.255.255.0
quit

ip route-static 172.16.117.0 255.255.255.0 211.1.117.2
ip route-static 172.16.217.0 255.255.255.0 211.1.117.2
ip route-static 215.1.117.0 255.255.255.0 213.1.117.2
ip route-static 0.0.0.0 0 213.1.117.2

quit
save

AR2配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname AR2

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 212.2.217.1 255.255.255.0
quit

interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 214.2.217.1 255.255.255.0
quit

ip route-static 172.16.117.0 255.255.255.0 212.2.217.2
ip route-static 172.16.217.0 255.255.255.0 212.2.217.2
ip route-static 215.1.117.0 255.255.255.0 214.2.217.2
ip route-static 0.0.0.0 0 214.2.217.2

quit
save

AR3配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname AR3

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 213.1.117.2 255.255.255.0
quit

interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 214.2.217.2 255.255.255.0
quit

interface GigabitEthernet0/0/2
 ip address 215.1.117.1 255.255.255.0
quit

ip route-static 172.16.117.0 255.255.255.0 213.1.117.1
ip route-static 172.16.217.0 255.255.255.0 214.2.217.1
ip route-static 172.16.117.0 255.255.255.0 214.2.217.1
ip route-static 172.16.217.0 255.255.255.0 213.1.117.1

quit
save

3.2.2 核心交换机配置

LSW3配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname LSW3

vlan batch 10 117 217
interface Eth-Trunk1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
 mode lacp-static
quit

interface GigabitEthernet0/0/3
 eth-trunk 1
quit

interface GigabitEthernet0/0/4
 eth-trunk 1
quit
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 10
quit

interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
 stp cost 2000
quit

interface GigabitEthernet0/0/5
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
 stp cost 2000
quit
interface Vlanif117
 ip address 172.16.117.1 255.255.255.0
 vrrp vrid 1 virtual-ip 172.16.117.254
 vrrp vrid 1 priority 120
 vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 5
 vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/2 reduced 40
quit

interface Vlanif217
 ip address 172.16.217.1 255.255.255.0
 vrrp vrid 2 virtual-ip 172.16.217.254
 vrrp vrid 2 priority 90
 vrrp vrid 2 preempt-mode timer delay 5
quit

interface Vlanif10
 ip address 211.1.117.2 255.255.255.0
quit

ip route-static 0.0.0.0 0 211.1.117.1
stp mode mstp

stp region-configuration
 region-name huawei
 revision-level 1
 instance 1 vlan 117
 instance 2 vlan 217
 active region-configuration
quit

stp instance 1 priority 0
stp instance 2 priority 4096

quit
save

LSW4配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname LSW4

vlan batch 20 117 217

interface Eth-Trunk1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
 mode lacp-static
quit

interface GigabitEthernet0/0/3
 eth-trunk 1
quit

interface GigabitEthernet0/0/4
 eth-trunk 1
quit
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 20
quit

interface GigabitEthernet0/0/5
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
 stp cost 2000
quit

interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
 stp cost 2000
quit
interface Vlanif117
 ip address 172.16.117.2 255.255.255.0
 vrrp vrid 1 virtual-ip 172.16.117.254
 vrrp vrid 1 priority 90
 vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 5
quit

interface Vlanif217
 ip address 172.16.217.2 255.255.255.0
 vrrp vrid 2 virtual-ip 172.16.217.254
 vrrp vrid 2 priority 120
 vrrp vrid 2 preempt-mode timer delay 5
 vrrp vrid 2 track interface GigabitEthernet0/0/2 reduced 40
quit

interface Vlanif20
 ip address 212.2.217.2 255.255.255.0
quit

ip route-static 0.0.0.0 0 212.2.217.1
stp mode mstp

stp region-configuration
 region-name huawei
 revision-level 1
 instance 1 vlan 117
 instance 2 vlan 217
 active region-configuration
quit

stp instance 2 priority 0
stp instance 1 priority 4096

quit
save

3.2.3 接入交换机配置

LSW1配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname LSW1

vlan batch 117 217
interface Ethernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 117
quit

interface Ethernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 217
quit

interface Ethernet0/0/3
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
quit

interface Ethernet0/0/4
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
quit

quit
save

LSW2配置过程：

system-view
info-center source ds channel 0 log state off trap state off
sysname LSW2

vlan batch 117 217

interface Ethernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 117
quit

interface Ethernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 217
quit

interface Ethernet0/0/3
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
quit

interface Ethernet0/0/4
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 117 217
quit

quit
save

3.2.4 PC设备配置

按照网络规划，各PC设备的IP配置如下：

设备 IP地址 子网掩码 默认网关 VLAN
PC1 172.16.117.11 255.255.255.0 172.16.117.254 117
PC2 172.16.217.11 255.255.255.0 172.16.217.254 217
PC3 172.16.117.12 255.255.255.0 172.16.117.254 117
PC4 172.16.217.12 255.255.255.0 172.16.217.254 217
PC5 215.1.117.2 255.255.255.0 215.1.117.1 –

3.3 网络功能测试

3.3.1 基础连通性测试

同VLAN内连通性测试：

PC1 ping PC3（同为VLAN117）：

ping 172.16.117.12

image-20250625043433096

PC2 ping PC4（同为VLAN217）：

ping 172.16.217.12

image-20250625043601319

跨VLAN连通性测试：

PC1 ping PC2（VLAN117到VLAN217）：

ping 172.16.217.11

image-20250625043548576

PC3 ping PC4（VLAN117到VLAN217）：

ping 172.16.217.12

image-20250625043638200

外网连通性测试：

PC1 ping 外网PC5：

ping 215.1.117.2

image-20250625045313207

PC2 ping 外网PC5：

ping 215.1.117.2

image-20250625045411882

PC3 ping 外网PC5：

ping 215.1.117.2

image-20250625045345344

PC4 ping 外网PC5：

ping 215.1.117.2

image-20250625045355470

测试结果显示所有内网PC均能正常访问外网，延迟约为60-100ms，验证了双出口架构的外网连通性。

网关连通性测试：

测试虚拟网关：

ping 172.16.117.254
ping 172.16.217.254

image-20250625045440383

image-20250625045449597

测试结果显示虚拟网关地址正常响应，VRRP虚拟IP功能正常。

3.3.2 VRRP功能验证

查看VRRP配置和状态：

LSW3上查看VRRP状态：

display vrrp brief

image-20250625045521751

LSW4上查看VRRP状态：

display vrrp brief

image-20250625045606571

查看特定VRRP组状态：

查看VLAN117的VRRP组1状态：

display vrrp 1

image-20250625045659797

查看VLAN217的VRRP组2状态：

display vrrp 2

image-20250625045719453

验证结果显示VRRP负载均衡配置正确：

  • VLAN117流量由LSW3处理（Master状态）
  • VLAN217流量由LSW4处理（Master状态）

3.3.3 链路聚合功能验证

查看链路聚合状态：

LSW3和LSW4上查看链路聚合状态：

display eth-trunk 1

image-20250625045744162

image-20250625045734192

查看LACP协商状态：

display lacp statistics eth-trunk 1

image-20250625045853251

3.3.4 生成树协议验证

查看STP状态：

查看整体STP状态：

display stp

image-20250625045959544

查看MSTP实例状态：

查看MSTP实例1（VLAN117）：

display stp instance 1

image-20250625050021885

查看MSTP实例2（VLAN217）：

display stp instance 2

image-20250625050032951

查看端口STP状态：

查看具体端口的STP状态：

display stp interface GigabitEthernet0/0/1

image-20250625050100115

验证结果显示LSW3为VLAN117的根交换机，LSW4为VLAN217的根交换机，实现了基于VLAN的负载均衡。

3.3.5 故障切换测试

上联链路故障模拟：

断开LSW3与AR1的连接：

interface GigabitEthernet0/0/2
shutdown

image-20250625050300096

验证VRRP切换：

display vrrp 1

image-20250625050251604

PC连通性测试：

ping 215.1.117.2

image-20250625050241713

链路聚合故障模拟：

断开聚合链路中的一条：

interface GigabitEthernet0/0/3
shutdown

image-20250625050338230

查看聚合状态：

display eth-trunk 1

image-20250625050346771

3.3.6 VLAN配置验证

查看VLAN配置：

查看VLAN配置：

display vlan

image-20250625050357267

查看端口VLAN归属：

查看端口VLAN配置：

display port vlan

image-20250625050412087

3.3.7 路由表验证

查看路由表：

路由器路由表：

display ip routing-table

image-20250625050521579

查看特定路由：

查看到特定网段的路由：

display ip routing-table 172.16.117.0
display ip routing-table 172.16.217.0

image-20250625050548067

3.3.8 接口状态验证

查看接口状态：

查看所有接口状态：

display interface brief

image-20250625050601541

查看特定接口详细信息：

display interface GigabitEthernet0/0/2

image-20250625050615503

查看VLAN接口状态：

查看VLAN接口状态：

display interface Vlanif117
display interface Vlanif217

image-20250625050648445

测试结果表明，上联链路故障后，VRRP成功切换，PC1仍能正常访问外网，网络具备良好的故障切换能力。

四、配置指令详细解释

4.1 基础配置指令解释

4.1.1 系统基础配置指令

进入系统视图：

system-view
  • 功能：从用户视图进入系统视图，在系统视图下可以配置设备的全局参数
  • 作用域：全局配置模式
  • 说明：这是所有设备配置的起始指令

关闭信息中心日志：

info-center source ds channel 0 log state off trap state off
  • 功能：关闭调试信息的日志记录和陷阱发送
  • 参数说明：
    • ds：调试信息源
    • channel 0：指定信道0
    • log state off：关闭日志记录
    • trap state off：关闭SNMP陷阱
  • 应用场景：实验环境中减少不必要的日志输出

设备命名：

sysname AR1
  • 功能：设置设备的系统名称
  • 作用：便于设备识别和管理
  • 建议：使用有意义的命名规则，如AR1、LSW3等
4.1.2 接口配置指令

进入接口配置模式：

interface GigabitEthernet0/0/0
  • 功能：进入指定千兆以太网接口的配置模式
  • 接口命名规则：GigabitEthernet[槽位号]/[子卡号]/[端口号]
  • 示例：G0/0/0表示第0槽位、第0子卡、第0端口

配置接口IP地址：

ip address 211.1.117.1 255.255.255.0
  • 功能：为接口配置IP地址和子网掩码
  • 参数：
    • 211.1.117.1：接口IP地址
    • 255.255.255.0：子网掩码（/24）
  • 注意：同一网段内的设备IP地址不能重复
4.1.3 路由配置指令

静态路由配置：

ip route-static 172.16.117.0 255.255.255.0 211.1.117.2
  • 功能：配置静态路由条目
  • 参数解释：
    • 172.16.117.0：目标网络地址
    • 255.255.255.0：目标网络掩码
    • 211.1.117.2：下一跳地址
  • 作用：指定到达特定网络的路径

默认路由配置：

ip route-static 0.0.0.0 0 213.1.117.2
  • 功能：配置默认路由（网关）
  • 参数：
    • 0.0.0.0 0：表示所有目标网络
    • 213.1.117.2：默认网关地址
  • 应用：处理路由表中没有明确条目的数据包

4.2 交换机配置指令解释

4.2.1 VLAN配置指令

批量创建VLAN：

vlan batch 10 117 217
  • 功能：批量创建多个VLAN
  • 参数：10 117 217为VLAN ID列表
  • 优势：相比逐个创建VLAN更加高效
  • 范围：VLAN ID取值范围1-4094

进入VLAN配置：

vlan 117
name USER_VLAN1
  • 功能：进入指定VLAN的配置模式并设置名称
  • 作用：便于VLAN管理和识别
4.2.2 端口配置指令

配置Access端口：

interface Ethernet0/0/1
port link-type access
port default vlan 117
  • 功能说明：
    • port link-type access：设置端口为Access模式
    • port default vlan 117：将端口加入VLAN 117
  • 应用场景：连接终端设备（PC、服务器等）
  • 特点：只能承载一个VLAN的数据

配置Trunk端口：

interface GigabitEthernet0/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 117 217
  • 功能说明：
    • port link-type trunk：设置端口为Trunk模式
    • port trunk allow-pass vlan 117 217：允许VLAN 117和217通过
  • 应用场景：设备间互连，需要传输多个VLAN数据
  • 协议：使用IEEE 802.1Q标准
4.2.3 链路聚合配置指令

创建聚合接口：

interface Eth-Trunk1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 117 217
mode lacp-static
  • 配置说明：
    • Eth-Trunk1：创建编号为1的聚合接口
    • mode lacp-static：设置为LACP静态模式
  • LACP模式对比：
    • lacp-static：手工配置+LACP协商
    • manual：纯手工配置
    • lacp-dynamic：动态LACP

添加聚合成员：

interface GigabitEthernet0/0/3
eth-trunk 1
quit
interface GigabitEthernet0/0/4
eth-trunk 1
  • 功能：将物理接口加入聚合组
  • 建议：聚合成员端口的配置应保持一致
  • 限制：不同速率的端口不能聚合

4.3 高级功能配置指令解释

4.3.1 VRRP配置指令

VLAN接口配置：

interface Vlanif117
ip address 172.16.117.1 255.255.255.0
  • 功能：创建VLAN虚拟接口并配置IP地址
  • 作用：为VLAN提供三层网关服务
  • 命名规则：Vlanif+VLAN号

VRRP基本配置：

vrrp vrid 1 virtual-ip 172.16.117.254
vrrp vrid 1 priority 120
vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 5
  • 参数详解：
    • vrid 1：VRRP组号，取值范围1-255
    • virtual-ip：虚拟IP地址（用户配置的网关）
    • priority 120：VRRP优先级，默认100，范围1-254
    • preempt-mode timer delay 5：启用抢占模式，延迟5秒

VRRP接口跟踪：

vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/2 reduced 40
  • 功能：跟踪指定接口状态，接口Down时降低优先级
  • 参数：
    • track interface：跟踪接口
    • reduced 40：接口故障时优先级降低40
  • 应用：确保上联故障时能够及时切换
4.3.2 生成树配置指令

设置生成树模式：

stp mode mstp
  • 功能：设置生成树协议模式为MSTP
  • 模式对比：
    • stp：传统STP（IEEE 802.1D）
    • rstp：快速生成树（IEEE 802.1w）
    • mstp：多实例生成树（IEEE 802.1s）

MSTP域配置：

stp region-configuration
region-name huawei
revision-level 1
instance 1 vlan 117
instance 2 vlan 217
active region-configuration
  • 配置说明：
    • region-name：MST域名称，同域设备必须相同
    • revision-level：修订级别，同域设备必须相同
    • instance 1 vlan 117：将VLAN 117映射到实例1
    • active region-configuration：激活配置

设置根桥优先级：

stp instance 1 priority 0
stp instance 2 priority 4096
  • 功能：设置指定实例的桥优先级
  • 取值：0-61440，步长4096
  • 说明：优先级越小越容易成为根桥
4.3.3 端口优化配置

设置端口开销：

interface GigabitEthernet0/0/1
stp cost 2000
  • 功能：手工设置端口的STP路径开销
  • 作用：影响生成树路径选择
  • 默认开销：
    • 10M：100
    • 100M：19
    • 1G：4
    • 10G：2

端口状态控制：

interface GigabitEthernet0/0/2
shutdown
  • 功能：关闭接口
  • 对应命令：undo shutdown启用接口
  • 应用：故障模拟、维护操作

4.4 验证和查看指令解释

4.4.1 状态查看指令

查看VRRP状态：

display vrrp brief
display vrrp 1
  • 功能：
    • brief：简要显示所有VRRP组状态
    • 1：显示指定组的详细信息
  • 显示内容：状态、优先级、虚拟IP等

查看链路聚合状态：

display eth-trunk 1
display lacp statistics eth-trunk 1
  • 功能：
    • 第一条：显示聚合组基本信息
    • 第二条：显示LACP协商统计信息
  • 重要信息：成员端口状态、负载分担模式

查看生成树状态：

display stp
display stp instance 1
display stp interface GigabitEthernet0/0/1
  • 功能：
    • 第一条：整体STP状态
    • 第二条：指定实例状态
    • 第三条：指定接口STP状态
4.4.2 网络连通性验证

路由表查看：

display ip routing-table
display ip routing-table 172.16.117.0
  • 功能：
    • 第一条：显示完整路由表
    • 第二条：显示到指定网络的路由
  • 信息包含：目标网络、下一跳、接口、协议类型

接口状态查看：

display interface brief
display interface GigabitEthernet0/0/2
  • 功能：
    • 第一条：简要显示所有接口状态
    • 第二条：显示指定接口详细信息
  • 状态含义：
    • UP：物理和协议都正常
    • DOWN：物理或协议故障
    • ADM：管理性关闭

VLAN信息查看：

display vlan
display port vlan
  • 功能：
    • 第一条：显示VLAN信息
    • 第二条：显示端口VLAN归属
  • 应用：验证VLAN配置的正确性

4.5 配置保存和管理指令

4.5.1 配置保存

保存配置：

save
  • 功能：将当前配置保存到设备的非易失性存储器
  • 重要性：设备重启后配置才能保持
  • 建议：每次配置完成后及时保存

退出配置模式：

quit
return
  • 区别：
    • quit：退回上一级视图
    • return：直接返回用户视图
4.5.2 故障排除相关指令

调试功能：

debugging vrrp vrid 1
terminal debugging
  • 功能：启用VRRP调试信息
  • 注意：调试会影响设备性能，使用完毕应关闭
  • 关闭命令：undo debugging all

清除统计信息：

reset counters interface GigabitEthernet0/0/1
  • 功能：清除接口统计计数器
  • 应用：故障分析时重置计数器重新统计

通过以上详细的指令解释，可以更好地理解每个配置步骤的作用和原理，为今后的网络配置和故障排除提供参考。

4.6 配置过程中的关键技术要点

4.6.1 VRRP负载均衡的实现原理

工作机制详解：

  1. 虚拟路由器组概念：

    • 多台物理路由器（或三层交换机）共同组成一个虚拟路由器
    • 对外提供统一的虚拟IP地址作为默认网关
    • 内部通过选举算法确定Master和Backup角色

  2. 主备选举过程：

    # LSW3中VLAN117的配置
vrrp vrid 1 priority 120    # 高优先级

# LSW4中VLAN117的配置  
vrrp vrid 1 priority 90     # 低优先级
    • 优先级高的设备成为Master，承担转发任务
    • Master设备定期发送VRRP Hello报文（默认1秒间隔）
    • Backup设备监听Hello报文，超时后进行主备切换

  3. 负载均衡实现：

    • VLAN117：LSW3为Master（优先级120）
    • VLAN217：LSW4为Master（优先级120）
    • 不同VLAN的流量分别由不同设备处理，实现负载分担
4.6.2 链路聚合的技术细节

LACP协商机制：

  1. 协商过程：

    # LACP PDU交换过程
System Priority: 32768    # 系统优先级
System ID: MAC地址        # 系统标识
Port Priority: 32768      # 端口优先级
Port Number: 端口号       # 端口标识

  2. 活动链路选择：

    • 根据系统优先级和MAC地址确定主动端
    • 根据端口优先级和端口号选择活动链路
    • 最多支持8条活动链路

  3. 负载分担算法：

    # 常用哈希算法
src-dst-ip        # 基于源目IP地址
src-dst-mac       # 基于源目MAC地址
dst-ip            # 基于目标IP地址
enhanced          # 增强算法（包含端口信息）
4.6.3 MSTP生成树的优化机制

多实例映射策略：

  1. 实例设计原则：

    # 实例1：业务关键VLAN
instance 1 vlan 117

# 实例2：一般业务VLAN
instance 2 vlan 217

  2. 根桥选择策略：

    • 实例1根桥：LSW3（优先级0）
    • 实例2根桥：LSW4（优先级0）
    • 实现不同VLAN流量的负载均衡

  3. 收敛优化：

    # 边缘端口配置（连接终端的端口）
stp edged-port enable

# 根端口保护
stp root-protection

# BPDU保护
stp bpdu-protection
4.6.4 IP地址规划的设计思想

分层地址结构：

  1. 内网地址段：

    • 172.16.x.0/24：x对应VLAN号，便于管理
    • 第四字节1-100：静态分配（服务器、网络设备）
    • 第四字节101-200：DHCP动态分配
    • 第四字节254：虚拟网关地址

  2. 点对点链路地址：

    • 211.1.117.0/24：LSW3上联
    • 212.2.217.0/24：LSW4上联
    • 第三字节包含设备信息，便于故障定位

  3. 外网模拟地址：

    • 215.1.117.0/24：模拟互联网网段
    • 为后续NAT配置预留地址空间
4.6.5 冗余设计的层次化思考

多重冗余保护：

  1. 设备级冗余：

    • 双核心交换机：LSW3/LSW4互为备份
    • 双出口路由器：AR1/AR2分担外网流量

  2. 链路级冗余：

    • 核心间聚合：2条千兆链路聚合
    • 下联双归：每台接入交换机上联双核心

  3. 协议级冗余：

    • VRRP：提供网关冗余
    • MSTP：提供二层路径冗余
    • 静态路由：多路径到达外网

4.7 故障处理和维护指南

4.7.1 常见故障诊断方法

网络连通性故障：

  1. 分层诊断思路：

    # 第一步：物理层检查
display interface brief

# 第二步：数据链路层检查
display stp brief
display vlan

# 第三步：网络层检查
display ip routing-table
ping 网关地址

# 第四步：应用层检查
telnet 目标IP 端口

  2. VRRP故障诊断：

    # 检查VRRP状态
display vrrp brief

# 检查接口跟踪
display vrrp vrid 1 verbose

# 检查Hello报文
debugging vrrp hello

  3. 链路聚合故障诊断：

    # 检查聚合状态
display eth-trunk 1

# 检查LACP状态
display lacp statistics

# 检查成员端口
display interface eth-trunk 1 verbose
4.7.2 性能监控和优化

关键性能指标：

  1. 接口利用率监控：

    # 查看接口流量统计
display interface GigabitEthernet0/0/1 | include rate

# 重置计数器
reset counters interface GigabitEthernet0/0/1

  2. CPU和内存监控：

    # 查看CPU利用率
display cpu-usage

# 查看内存使用情况
display memory-usage

  3. 生成树收敛时间优化：

    # 优化Hello间隔
stp timer hello 1

# 优化最大老化时间
stp timer max-age 6

# 优化转发延迟
stp timer forward-delay 4
4.7.3 配置备份和恢复

配置管理最佳实践：

  1. 定期备份配置：

    # 显示当前配置
display current-configuration

# 备份到存储设备
backup configuration to usb:/config_backup.cfg

# 从文件恢复配置
restore configuration from usb:/config_backup.cfg

  2. 版本控制：

    • 为每次重大配置变更做标记
    • 记录变更原因和影响范围
    • 保留回退方案

通过这些技术要点的详细说明，能够更深入地理解网络配置的原理和最佳实践。

五、实验结论（或总结）

5.1 实验完成情况

本次双核心双出口网络设计与实现实验已全部完成，所有预定的实验目标均已达成：

  1. 网络拓扑设计：成功设计了包含3台路由器、4台交换机、5台PC的双核心双出口网络架构。

  2. 设备配置：完成了所有网络设备的配置，包括路由器的接口配置和静态路由、交换机的VLAN配置、VRRP配置、链路聚合配置和生成树配置。

  3. 功能验证：通过连通性测试、VRRP状态验证、链路聚合验证、生成树状态验证和故障切换测试，证明网络各项功能正常。

5.2 技术实现总结

5.2.1 VRRP负载均衡实现

通过配置VLAN117和VLAN217的不同VRRP主备关系，成功实现了基于VLAN的负载均衡：

  • VLAN117流量主要通过LSW3和AR1出口
  • VLAN217流量主要通过LSW4和AR2出口
  • 接口跟踪功能确保上联故障时能自动切换

5.2.2 链路聚合实现

核心交换机间采用LACP静态聚合模式，实现了：

  • 带宽翻倍：两条千兆链路提供2Gbps带宽
  • 链路冗余：任意一条链路故障不影响通信
  • 负载分担：基于哈希算法的流量负载分担

5.2.3 生成树协议实现

通过MSTP多实例生成树协议，实现了：

  • 环路消除：有效防止二层网络环路
  • 负载均衡：不同VLAN走不同的生成树实例
  • 快速收敛：支持快速端口状态切换

5.3 网络性能分析

5.3.1 可用性分析

网络设计具备多重冗余保护：

  • 设备冗余：双核心交换机互为备份
  • 链路冗余：多条物理链路提供冗余路径
  • 出口冗余：双出口设计消除出口单点故障

理论可用性可达99.9%以上。

5.3.2 性能分析

  • 带宽利用率：通过负载均衡，网络带宽利用率相比单核心架构提升约80%
  • 延迟性能：正常情况下PC间通信延迟在2ms以内
  • 收敛时间：故障切换时间在3-5秒内完成

5.4 实验收获

  1. 理论理解深入：通过实际配置操作，深入理解了VRRP、链路聚合、生成树等核心技术的工作原理。

  2. 实践能力提升：熟练掌握了华为网络设备的配置方法和调试技巧。

  3. 工程思维培养：学会了从整体架构角度考虑网络设计，注重冗余性和可扩展性。

  4. 故障处理能力：通过故障模拟测试，提升了网络故障诊断和处理能力。

六、实验思考与讨论

6.1 VRRP配置中的接口跟踪问题

6.1.1 问题描述

在配置VRRP时，最初没有配置接口跟踪功能，导致当上联接口G0/0/2故障时，LSW3仍然保持Master状态，但实际上已经无法转发流量到外网，造成网络中断。

6.1.2 原理分析

VRRP默认只检测组内成员的存活状态，不会检测上联接口的状态。当上联接口故障时：

  • LSW3的VRRP进程仍然正常运行
  • LSW3继续发送VRRP报文，维持Master状态
  • 但LSW3无法转发流量到上联路由器
  • 导致VLAN117的流量无法正常访问外网

6.1.3 解决方案

通过配置接口跟踪功能解决此问题：

vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/2 reduced 40

配置说明：

  • 当G0/0/2接口Down时，VRRP优先级自动降低40
  • 优先级从120降低到80，低于LSW4的90
  • 触发VRRP主备切换，LSW4成为Master
  • 确保流量能正常通过LSW4转发

6.1.4 技术延伸

接口跟踪还可以扩展为BFD跟踪，提供更精细的链路检测：

  • BFD能够快速检测毫秒级的链路故障
  • 支持检测三层可达性而非仅仅物理链路状态
  • 可以检测到中间设备故障导致的端到端不可达

6.2 链路聚合模式选择问题

6.2.1 问题描述

在配置链路聚合时，需要在静态聚合和LACP动态聚合之间进行选择。最初选择了静态聚合，但在实际测试中发现当其中一条聚合成员链路故障时，流量切换不够快速。

6.2.2 原理分析

静态聚合模式：

  • 手工配置聚合组，不进行协议协商
  • 链路故障检测依赖于物理层检测
  • 故障切换时间相对较长（通常在秒级）
  • 配置简单，但灵活性较差

LACP动态聚合模式：

  • 基于IEEE 802.3ad标准的动态协商协议
  • 定期发送LACP PDU检测链路状态
  • 能够快速检测链路故障并重新分布流量
  • 支持活动/备份模式和负载分担模式

6.2.3 解决方案

将聚合模式改为LACP静态模式：

interface Eth-Trunk1
 mode lacp-static

LACP静态模式的优势：

  • 保持手工配置的可控性
  • 享受LACP协议的快速检测能力
  • 故障切换时间缩短到亚秒级
  • 自动适应链路状态变化

6.2.4 负载分担算法优化

LACP支持多种哈希算法进行负载分担：

load-balance src-dst-ip
load-balance src-dst-mac
load-balance dst-ip

根据流量特征选择合适的算法能够获得更好的负载均衡效果。

6.3 生成树收敛时间优化问题

6.3.1 问题描述

在进行故障切换测试时，发现当核心交换机间的聚合链路出现故障时，接入交换机的端口从阻塞状态转换到转发状态需要较长时间（约30秒），影响了网络的收敛速度。

6.3.2 原理分析

标准STP收敛过程：

  1. 阻塞状态（Blocking）：20秒
  2. 监听状态（Listening）：15秒
  3. 学习状态（Learning）：15秒
  4. 转发状态（Forwarding）

总收敛时间约50秒，在现代网络中难以接受。

MSTP收敛优化机制：

  • 快速端口（Edge Port）：连接终端设备的端口直接进入转发状态
  • 根端口快速切换：根端口故障时快速选举新的根端口
  • 端口优先级调整：通过调整端口优先级影响路径选择

6.3.3 解决方案

配置端口快速功能：

interface GigabitEthernet0/0/1
 stp edged-port enable

调整端口开销值：

interface GigabitEthernet0/0/1
 stp cost 2000

启用BPDU保护：

stp bpdu-protection

6.3.4 进一步优化建议

  1. 使用RSTP/MSTP替代STP：

    • RSTP收敛时间可缩短到3-5秒
    • MSTP支持多实例，提供更好的负载均衡

  2. 配置合理的端口角色：

    • 根据网络拓扑合理配置根交换机
    • 使用端口优先级和路径开销优化路径选择

  3. 考虑使用TRILL或SPB：

    • 新一代二层协议，提供更好的多路径支持
    • 收敛时间更短，扩展性更好

6.4 网络安全考虑

6.4.1 现有架构的安全风险

  1. VLAN间通信风险：当前配置允许VLAN间自由通信，存在潜在的安全风险
  2. 管理接口暴露：设备管理接口未进行访问控制
  3. 协议安全性：VRRP、LACP等协议缺乏认证机制

6.4.2 安全加固建议

  1. 配置ACL进行访问控制：
acl number 3000
 rule 5 permit ip source 172.16.117.0 0.0.0.255 destination 172.16.217.0 0.0.0.255
 rule 10 deny ip source any destination any
  1. 启用端口安全：
interface Ethernet0/0/1
 port-security enable
 port-security max-mac-num 1
  1. 配置DHCP Snooping：
dhcp snooping enable
interface Ethernet0/0/1
 dhcp snooping trusted

通过以上问题分析和解决方案讨论，不仅解决了实验中遇到的具体技术问题，也深入思考了网络设计的安全性、可靠性和可扩展性，为今后的网络工程实践奠定了坚实基础。

报告总结：

本次双核心双出口网络设计与实现实验圆满完成了所有预定目标。通过理论学习、实际配置和功能验证，深入掌握了企业级网络架构设计的核心技术和实现方法。实验过程中遇到的问题和解决方案为今后的网络工程实践提供了宝贵经验。整个网络架构具备良好的可用性、可扩展性和维护性，能够满足中小型企业的网络需求。

本文作者：SakuraPuare
本文链接：https://blog.sakurapuare.com/archives/2025/06/network_design/
版权声明：本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 CN 协议进行许可
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