光伏电站网络设备
路由器和交换机是构建调度数据网络的主要设备。其中就有。路由器是使用IP地址转发消息的互连设备，而交换机是使用MAC地址信息交换数据帧的互连设备。
一.路由器
路由器的功能
路由器作为网络互联的关键设备，随着互联网和网络产业的发展而发展。顾名思义，这种设备最重要的功能就是为网络中的IP报文找到一条合适的路径进行“路由”，也就是将它们转发到合适的方向。其本质是完成TCP/IP协议族中IP层提供的无连接、尽力而为的数据包传输服务。
如图7-9所示，PCA和PCB位于两个网段，因此PCA和PCB之间的通信必须依赖路由器等网络中转设备。我们先来考察一下PCA向PCB发送消息时沿途经过的路由器的作用。
首先，PCA会判断IP报文的目的地址，所有需要到达其他网段的报文都会被转发到其默认网关。在这种情况下，PCA的默认网关设置为RTA。其次，为了完成转发任务，RTA会检查IP报文的目的地址，找到与其维护的路由转发信息相匹配的条目，知道报文应该从哪个接口转发到哪个下一跳路由器。假设RTA通过路由转发将消息发送到RTB。类似地，RTB通过路由查找向RTE发送消息。最后RTE通过IP报文的目的地址判断PCB在自己直连的网络上，所以直接发送报文给PCB。
路由器之间的连接可以是相同的链路类型，也可以是完全不同的链路类型。例如，对于RTD，一端使用时分复用的串行链路，另一端使用共享介质同时连接RTE和PCB。因此，路由器的第二个重要作用是连接“异构”网络。路由器依靠自身的路由信息进行报文转发，可以手动配置，但更常见的情况是路由器通过RIP、OSPF等协议自动交换路由信息，以适应网络动态变化和扩展的要求。所以路由器的另一个重要作用就是交换路由等控制信息，计算最优路径。
路由原则
路由器是一种可以在不同逻辑网段之间转发数据报文的网络设备。路由是指导路由器如何发送数据消息的路径信息。每条路由都包含目的地址、下一跳、送出接口、到达目的地的开销和其它元素。路由器根据自己的路由表转发IP消息。每台路由器都有路由表，路由存储在路由表中。
1.路由概述
路由器提供了一种互连异构网络的机制，可以将数据包从一个网络发送到另一个网络。路由是指导IP数据包发送的路径信息。
路由器用于计算机网络中的路由。路由器只根据收到的数据报头的目的地址选择一条合适的路径，将数据包发送到下一个路由器。路径上的最后一台路由器负责将数据包发送到目的主机。数据包在网络上的传输就像体育运动中的接力赛。每个路由器只负责在自己的站内通过最优路径转发数据包，并通过多个路由器将数据包通过最优路径中继到目的地。当然，也有一些例外。由于一些路由策略的实施，数据包的路径不一定是最优的。
路由器的特点是逐跳转发。在图7-10所示的网络中，RTA在收到从PC到服务器的数据包后，将数据包转发给RTB。RTA不负责指示RTB如何转发数据包。因此，RTB必须将数据包转发给RTC本身，RTC再将数据包转发给RTD，依此类推。这就是路由的逐跳特性，即路由只引导本地的转发行为，不会影响其他设备的转发行为。设备之间的转发是相互独立的。
2.路由选择表
路由器根据路由表转发数据包，如表7-1所示。每台路由器都有一个路由表，表中的每一个路由表项都表示数据包应该发送到路由器的哪个物理端口的子网或主机，然后才能到达路径中的下一台路由器，也可以不经过其他路由器发送到直连网络中的目的主机。
路由表包含以下元素:
地址/网络掩码:用于标识IP数据报文的目的地址或网络。将目的地址和网络掩码进行逻辑与后，就可以得到目的主机或路由器所在网段的地址。例如，目的地址为8.0.0.0、掩码为255.0.0的主机或路由器位于地址为8.0.0.0的网段上。掩码由几个连续的“1”组成，可以用点分十进制表示，也可以用掩码中连续“1”的个数表示。
Out:表示IP数据包将从该路由器的哪个接口转发。
下一跳地址:更接近目的网络的下一个路由器地址。如果只配置了出站接口，下一跳IP地址就是出站接口的地址。
Measure value:它表示IP数据包到达目标的开销。主要作用是当网络中有多条路径通往目的网络时，路由器可以根据度量值选择一条更好的路径发送IP报文，从而保证IP报文能够更快更好的到达目的地。
根据掩码长度，路由表中的路由项可以分为以下几种类型。
主机:掩码长度为32位的路由，表示此路由与单个IP地址匹配。
子网:掩码长度小于32但大于0，表示该路由与子网匹配。
默认路线；掩码长度为0，表示此路由匹配所有IP地址。
3.路由器单跳操作
路由器通过匹配路由表中的路由项来转发数据包。
如图7-11所示，当路由器收到数据包时，它提取数据包的目的IP地址，并将其与路由表中包含的目的地址进行比较。如果与某个路由项中的目的地址相同，则认为与该路由项匹配；如果没有匹配的路由项，数据包将被丢弃。
路由器检查匹配的路由表项的下一跳地址是否在直接链路上，如果是，路由器根据该下一跳进行转发；如果它不在直连链路上，路由器还需要在路由表中查找该下一跳的匹配路由条目。
最终的下一跳地址确定后，路由器将此报文发送到相应的接口，接口进行相应的地址解析，解析出此地址对应的链路层地址，然后封装转发IP包。
当路由表中有多个路由表项可以同时匹配目的IP地址时，路由查找过程会选择梳状码最长的路由表项进行转发，这就是最长匹配原则。
在图7-12中，路由器收到目的地址为40.0.0.2的数据包。搜索整个路由表后，发现它可以匹配路由40.0.0.0/24和40.0.0/8。但是根据最长匹配原则，路由器会选择路由项40.0.0/24，并根据这个路由项转发数据包。
从上面的过程可以看出，路由表中的路由条目越多，搜索匹配的次数就越多。所以一般路由器都有相应的算法来优化搜索速度，加快转发。
如果匹配的路由项的下一跳地址不在直连链路上，路由器还需要迭代搜索路由表，找到最终的下一跳。
在图7-13中，收到目的地址为50.0.0.2的数据包后，路由器查找路由表，发现它可以匹配路由表中的路由项50.0.0/24。但是，该路由项的下一跳40.0.0.2不在直连链路上，因此路由器还需要在路由表中查找到40.0.0.2的下一跳。经过搜索，40.0.0.2的下一站是20.0.0.2。该地址位于直接链路上，因此路由器根据该路由项转发数据包。
如果路由表中没有与数据包匹配的路由条目。该数据分组被丢弃。但是，如果路由表中有默认路由，路由器会根据默认路由转发数据包。默认路由也称为默认路由，其目的地址/掩码为0.0.0.0/0。
在图7-14中，收到目的地址为30.0.0.2的数据包后，路由器查找路由表，发现没有子网或主机路由与该地址匹配，因此它根据默认路由转发该数据包。
默认路由可以匹配所有IP地址，但由于其掩码最短，因此只有在没有其它路由匹配数据包时，系统才会根据默认路由转发数据包。
4.路线的来源
路由有三个主要来源:
直接连接。
不需要配置直接连接。当接口有IP地址且状态正常时，它会由路由过程自动生成。其特点是开销低，配置简单，无需人工维护，但只能找到该接口所属网段的路由。
手动配置的静态路由。
由管理员手动配置的路由称为静态路由。可以通过配置静态路由来建立互通网络，但这种配置的问题是，当网络出现故障时，静态路由不会自动纠正，管理员必须进行干预。静态路由没有开销，配置简单，适用于拓扑结构简单的网络。
动态路由协议发现的路由。
当网络拓扑非常复杂时，静态路由的手动配置工作量很大，而且容易出错。此时，可以使用动态路由协议来自动发现和修改路由，从而避免手动维护。然而，动态路由协议的配置昂贵且复杂。
5.路由测量
路由的度量值表示到达该路由所指示的目的地址的开销，也称为路由权重。每种路由协议以不同的方式定义度量值，通常考虑以下因素:
跳跃计数。
链接带宽。
链接延迟。
链接用法。
链接可信度。
链接MTU。
不同的动态路由协议会选择一个或多个因素来计算度量值。在常见的路由协议中，RIP使用“跳数”来计算度量值。跳数越少，路由度量值就越小。OSPF使用“链路带宽”来计算度量值。链路带宽越大，路由度量值就越小。测量值早就对动态路由协议有意义了，静态路由协议的测量值统一设置为0。
路由度量只有在同一个路由协议中才有意义，不同路由协议之间没有可比性和转换性。
6.路由优先级
路由优先级代表路由协议的可信度。
在计算路由信息时，由于不同的路由协议考虑的因素不同，计算出的路径也可能不同，具体到同一个目的地址，不同路由协议生成的路由的下一跳可能不同。在这种情况和这种情况下，路由器会选择哪条路由作为转发消息的基础？这时候就要看路由优先级了，优先级高的路由协议找到的路由会成为最佳路由，加入路由表。
不同制造商的路由器对各种路由协议的优先级有不同的规则。以H3C路由器为例，其默认优先级如表7-2所示。
除了直接路由，每个动态路由协议的优先级都可以根据用户的需要手动配置。此外，每条静态路由的优先级可以不同。
第二，开关
开关的功能
从功能上看，交换机的主要功能是通过桥接和交换，连接多个以太网物理段，隔离冲突域，提高局域网的性能，扩大局域网的范围。
如图7-15所示，PCA、PCB、PCC、PCD和交换机SWA、SWB在同一个局域网内。因此，SWA和SWB的核心功能是通过桥接和交换来扩展局域网。
从数据转发机制来看，交换机使用MAC地址信息进行转发。
假设PCB和PCC是要通信的，因为连接在同一个网络中，PCB先根据PCC的物理地址信息把信息封装成一个以太网帧，通过自己的网络接口发出去，那么SWA就会收到这个帧。与路由器不同，SWA不依赖IP目的地址，而是依赖MAC地址来决定如何转发消息。SWA在MAC地址表中搜索与报文的目的MAC地址相匹配的条目，从而知道该报文应该从连接到SWB的端口转发；如果没有匹配项，消息将被广播到除接收消息的传入端口之外的所有其他端口。SWB也会这样做，直到消息被移交给PCC。
不难发现，PCB不需要知道SWA的存在，SWA也不需要知道SWB的存在，所以这个交换过程是透明的。
交换原则1。MAC地址学习
为了转发消息，以太网交换机需要维护MAC地址表。MAC地址表中的条目包含连接到交换机的终端主机的MAC地址、连接到主机的交换机端口以及其他信息。
当交换机启动时，其MAC地址表中没有条目，如图7-16所示。此时，如果交换机的一个端口接收到数据帧，它将从所有其它端口转发该数据帧。通过这种方式，交换机可以确保网络中的所有其它终端主机都能接收到这些数据。然而，这种广播转发是低效的。占用网络带宽太多，不是理想的转发方式。
为了只转发目标主机需要的数据，交换机需要知道终端主机的位置，即主机连接到交换机的哪个端口。这要求交换机正确学习MAC地址表。
交换机在端口接收到的数据帧中记录源MAC地址和端口之间的对应关系，以学习MAC地址表。
如图7-17所示，PCA发送一个数据帧，其源地址为MAC A，目的地址为PCD的MAC D。在交换机端口E1/0/1收到数据帧后，检查源MAC地址，并将其添加到MAC地址表中，形成MAC地址表条目。因为MAC地址表中没有MAC D的记录，所以交换机从所有其它端口发出该数据帧。
当交换机获知MAC地址时，它还会为每个条目设置一个老化时间。如果在老化时间到期之前没有刷新，条目将被清除空。交换机的MAC地址表空是有限的，设置条目的老化时间有助于回收长期不用的MAC条目空。
类似地，当网络中的其他PC发送数据帧时，交换机记录源MAC地址，并将其与接收数据帧的端口相关联，以形成MAC地址表条目，如图7-18所示。
当网络中所有主机的MAC地址都记录在交换机中时，意味着MAC地址学习完成，或者交换机知道所有主机的位置。
学习交换机的MAC地址时，应遵循以下原则:
一个MAC地址只能由一个端口获知；
一个端口可以学习多个MAC地址。
学习交换机的MAC地址是为了知道主机的位置，所以只要一个端口可以到达主机，多个端口到达主机反而会浪费带宽。因此，系统将MAC地址设置为仅与一个端口相关联。如果主机从一个端口转移到另一个端口，并且交换机在新端口中获知了该主机的MAC地址，则原始条目将被删除。
一个端口上可以关联多个MAC地址。例如，如果一个端口连接到一个集线器，而该集线器连接到多台主机，则该端口将与多个MAC地址相关联。
2.数据帧转发
获知MAC地址表后，交换机根据MAC地址表条目转发数据帧。转发时，请遵循以下规则:
对于已知的单播数据域，从帧的目的MAC地址对应的端口转发。
对于未知的单播帧。多播帧和广播帧从除源端口之外的其他端口转发。
在图7-19中，PCA发送一个数据帧，其目的地址是PCD的地址MAC_D。交换机端口El/0/1收到数据帧后，查找MAC地址表项，发现目的MAC地址MAC__D对应的端口是El/0/4，于是从El/0/4转发数据帧。如果它没有在端口El/0/2和El/0/3转发，PCB和PCC将不会收到目的地为PCD的数据帧。
与已知的单播转发不同，交换机从除源端口之外的其他端口转发广播和组播城市。因为广播和组播的目的是让网络的其他成员接收这些数据帧。
但是，由于MAC地址表中没有相关条目，交换机必须从其它端口转发未知的单播帧，以便网络中的其它主机能够接收到该帧。
在图7-20中，PCA发送一个带有目的地址MACE的数据帧。在交换机的端口El1/0/1收到数据帧后，搜索MAC地址条目，发现没有MAC E的条目，因此该帧从除端口E1/0/1之外的其他端口转发。
同样，如果PCA发送广播帧或组播帧，交换机会从除终端El/0/1之外的其它端口转发该帧。
3.数据帧的过滤
为了防止不必要的帧转发，交换机会过滤符合特定条件的帧。无论是单播、组播还是广播帧，如果帧的目的MAC地址在MAC地址表中有条目，并且与该条目相关联的端口与接收帧的端口相同，则交换机会过滤该帧，即不转发该帧。
如图7-21所示，PCA发送目的地址为MAC B的数据帧，在交换机端口El/0/1收到数据帧后，交换机搜索MAC地址表条目，发现与MAC_B关联的端口也是El/0/1，于是交换机过滤该帧。
通常，当端口获知多个MAC地址时，就会发生帧过滤。如图7-21所示，交换机端口E1/0/1与一个集线器相连，因此PCA和PCB的MAC地址将在端口El/0/1上同时被学习。此时，在PCA和PCB之间进行数据通信时，虽然这些帧可以到达交换机的E1/O/1端口，但是交换机不会将这些帧转发到其他端口，而是会将其丢弃。
4.广播域
广播帧是指目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF的数据，其目的是让局域网内的所有设备都能接收到。第2层交换机需要从源端口以外的端口转发广播帧，因此第2层交换机无法隔离广播。
广播域是指广播帧可以到达的范围。如图7-22所示。PCA发送的广播帧可以被所有设备和终端主机接收到，所以所有终端主机都在同一个广播域内。
路由器或第三层交换机是工作在网络层并操作网络层信息的设备。路由器或第三层交换机收到广播帧后，对帧进行解封装，取出IP包，然后根据IP包中的IP地址进行路由。因此，路由器或第3层交换机不会转发广播帧，广播在第3层端口被隔离。
如图7-23所示，PCA发送的广播帧可以被PCB接收到，但是PCC和PCD不能接收到，所以PCA和PCB属于同一个广播域。
广播域中的设备和终端主机越少，广播帧流量就越少，不必要的网络带宽消耗也就越少。所以，如果一个网络中由于广播域过大，广播流量过多而导致网络性能下降，可以考虑在网络中使用三层交换机或路由器，这样可以缩小广播域，减少网络带宽的浪费，提高网络性能。
三。调度数据网的配置原则
按照调控范围的划分，国家调控的光伏电站配备两套调度数据网络设备，一套接入国家调控接入网，另一套接入光伏电站所在区域调控接入网。带网调管的光伏电站配置双调度数据网络设备，其中一个接入调度网，另一个接入光伏电站所在地区的省级调度接入网。为具有省级调度控制的光伏电站提供两套调度数据网络设备，其中一套接入省级调度接入网，另一套接入光伏电站所在地区的当地调度接入网。当地调度控制管光伏电站配置两套调度数据网络设备，均接入当地调度接入网。
每套调度数据网络设备包括1台路由器和2台交换机。光伏调度数据网络设备技术参数见表7-3。
为保证调度数据网络设备的运行可靠性，安装在光伏电站中的调度数据网络设备的运行环境应满足GB/T 2887—2011《计算机场地通用规范》的要求。
