计算机网络技术教程第4章.ppt

,计算机网络技术基础宋彦民主编清华大学出版社,模块四计算机局域网技术,一、学习任务分析局域网LAN(LocalAreaNetwork),是一种在有限的地理范围内将大量PC机及各种设备互连一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。社会对信息资源的广泛需求及计算机技术的广泛普及，促进了局域网技术的迅猛发展。在当今的计算机网络技术中，局域网技术已经占据了十分重要的地位。组成一个局域网，我们可以在它们之间共享程序、文档等各种资源，而不必再来回传递软盘；还可以通过网络使多台计算机共享同一硬件，如打印机、调制解调器等；同时我们也可以通过网络使用计算机发送和接收传真，方便快捷而且经济。,二、学习任务分解本模块中，学习任务有这样几个方面，1）局域网的特点及类型。2）局域网的体系结构。3）介质访问控制技术。4）以太网技术。5)局域网的硬件。6）局域网组建。三、学习任务实现任务一组建小型局域网,局域网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。随着计算机的发展，人们越来越意识到网络的重要性，通过网络，人们拉近了彼此之间的距离。本来分散在各处的计算机被网络紧紧的联系在了一起。下面从硬件、软件、连接三个方面给大家介绍局域网的组建。（一）硬件环境1硬件设备硬件：计算机、带有RJ-45接口的网卡、5类非屏蔽双绞线、RJ-45连接器（RJ-45头）、压线钳、通断测线器、Fluke测试仪（可选）、集线器或交换机,2硬件制作事先准备好双绞线、压线钳和足够的RJ-45连接器（头）。由于目前很多网卡都支持即插即用的功能，对网卡进行手工配置的情况较少，因此，事先已将网卡安装到各台计算机中。1：制作网络电缆（1）制作两种网络电缆，一种用于连接计算机与集线器（或交换机），这类电缆也被称为直通电缆。另一种用于集线器之间（或交换机之间）的连接，也称为交叉电缆。（2）根据8根电缆的颜色标识，将每根电缆按照连线的顺序排列好，并插入到RJ-45连接头中（要注意每个RJ-45连接头编号为1的位置），并确认8根线是否完全插紧，然后使用压线钳将RJ-45头与线固定在一起。按照同样规则，制作相同电缆的另一端接头。在制作交叉线时，一定要注意电缆两端的连接顺序是不一样的，一个采用568B的连接顺序，另一个采用568A的连接顺序。,（3）使用通断测线器测试直通电缆，查看是否该电缆的8根线全部直通。若经过测试，发现电缆不通时，可以再使用压线钳重新压线一次，再进行测试，若还不通，则剪断该电缆的一端，重新做线。直到测试通过。（4）使用通断测线器是最简单的测线方法，如果有实验环境，可以使用专用的双绞线测试仪，例如美国Fluke公司的FlukeDP-100，使用专用的测线器，不但可以测试线路的通断和交叉、电缆长度，而且可以测量每根线的衰减值。（5）（可选）若有专用的测线仪，将做好的双绞线连接到测线仪上，在指导老师的协助下进行测试，并记录测试结果。测试内容包括线路的通断和交叉、电缆长度、传输延时、阻抗、传输衰减值和近端串扰等。,（6）指导老师做两根电缆进行演示，其中一根电缆长度约100m，另一根可以使用一箱5类非屏蔽双绞线做一根电缆（约300m）。对这两根电缆进行测试，比较一下两种长度的电缆衰减值各有多大。2：识别网卡、集线器和交换机的工作状态（1）网络电缆测试完毕后，将做好的直通电缆一端连接到计算机上，另一端连接到集线器（或交换机）上。如果要将两台计算机通过网卡直接连接时，要使用交叉电缆。（2）通常，连接两个集线器时也要使用交叉电缆，但需要说明一点，一些早期的集线器提供了专用的级联端口，使用这种端口连接集线器时，仍然需要使用直通电缆。当使用交换机时，目前很多的交换机都支持自动识别的功能，当两个交换机通过直通线,级联时，交换机可以自动在内部进行交叉交换。至于本任务使用的是何种集线器或交换机，可向指导老师询问。（3）通常，集线器和交换机上的每个端口上都带有几个状态指示灯：链路状态指示灯，当与集线器相连的计算机开机后，若线路连接正确，该指示灯就会“点亮”，表示双方的链路已接通；冲突指示灯，当链路出现冲突后，该指示灯就会被“点亮”。不同厂家的集线器或交换机的指示灯也各不相同。另外，目前很多交换机上的端口通常是10/100Mbit/s自适应端口，并以半双工或全双工方式工作，因此，在这些交换机上也会,设有相关的指示灯，用以表示相应的信息。例如，当某台计算机连接到交换机的某个端口时，通过交换机上的指示灯就能很清楚地识别出该计算机的连接速率（10Mbit/s或100Mbit/s）和工作方式（全双工或半双工）（通常使用两个双色发光二极管，一个二极管表示速率，另一个二极管表示工作方式，例如采用10Mbit/s速率时，二极管显示颜色为淡黄色，采用100Mbit/s速率连接时，显示为绿色，对于不同厂家的产品，方式各有不同）。（4）一般来说，网卡上也包括几个指示灯，但其中至少有一个链路状态指示灯，其目的与上面所说的相同，都是用于检测线路连接是否正确。,（5）观察本任务使用的集线器或交换机的工作状态，以及本地计算机上网卡的工作状态。（6）将计算机、集线器或交换机加电，观察集线器或交换机各端口的链路状态显示。实际上，组建一个局域网非常简单，但制作网络电缆是整个过程中最关键的因素之一，有很多网络的故障通常是来自网络的物理连接。因此，网络电缆与接口的好坏直接影响着一个网络是否能够正常的工作。（二）软件环境1软件环境Windows2000Professional/XP操作系统。,2软件配置准备一个IP地址段，如192.168.1.1-192.168.1.40，子网掩码为255.255.255.0。手工配置TCP/IP参数：（1）要实现对等网中的各台计算机能够连接到网络中，除了硬件连接外，还必须安装软件系统，如网络协议软件。本实验使用典型的TCP/IP软件。在Windows2000Professional/XP操作系统中，由于TCP/IP缺省已安装在系统中，所以可以直接配置TCP/IP参数。（2）在设计和组建一个网络时，必须要对网络进行规划，其中也包括对网络地址和规划和使用，例如使用哪一类IP地址，需要为多少台计算机分配IP地址，每台计算机是自动获取IP地址（动态IP地址，通过DHCP服务实现），还是通过手工方式进行设置（静态IP地址）等。在本实验中，采用手工方式设置IP地址。,（3）使用鼠标右键单击桌面上的“网上邻居”，从快捷菜单中选择“属性”命令，打开“网络连接”窗口，用鼠标右键单击窗口中的“本地连接”，从快捷菜单中选择“属性”命令，打开“本地连接属性”对话框，如下图4.1所示，然后选择“Internet协议（TCP/IP）”，并单击“属性”按钮，打开“Internet协议（TCP/IP）属性”对话框，如下图4.2所示。,图4.1“本地连接属性”对话框,图4.2“TCP/IP属性”对话框,（3）选中“使用下面的IP地址”单选框，在“IP地址”文本框中输入相应的IP地址（向实验指导人员索取IP地址）。在“子网掩码”文本框中输入该类IP地址的子网掩码。单击“确定”按钮，将IP地址设置到本台计算机。（4）单击桌面的网络邻居，可以发现网络中的其他计算机，如果每台计算机中将资源都设置为共享，就可以实现小型网络的资源共享服务。（5）思考：如果在步骤（3）中选择“自动获取IP地址”单选按钮，而且网络中没有DHCP服务器，每台计算机是否也可以连通吗？,完成网络IP地址规划后，为每台计算机手工配置IP地址和子网掩码，就可以将各台计算机连接到同一个网络中，并实现了资源的共享。如果网络中没有DHCP服务器，当每台计算机选择自动获取IP时，Windows2000Professional/XP操作系统也提供了自动IP地址分配机制，它会自动为每台计算机分配一个在本地网络中具有唯一性的IP地址，从而实现了网络中各台计算机之间的相互访问。（三）网络连通测试1：网络连通测试程序“ping”,（1）在TCP/IP协议簇中，网络层IP是一个无连接的协议，使用IP传送数据包时，数据包可能会丢失、重复或乱序，因此，可以使用网际控制报文协议（ICMP）对IP提供差错报告。“ping”就是一个基于ICMP的实用程序，通过该程序，可以对源主机与目的主机之间的IP链路进行测试，测试的内容包括IP数据包能否到达目的主机，是否会丢失数据包，传输延时有多大，以及统计丢包率等数据。（2）选择“开始”|“程序”|“附件”命令，选择“命令提示符”，打开“命令提示符”窗口，在窗口命令行下，输入“ping127.0.0.1”，其中“127.0.0.1”是用于本地回路测试的IP地址（“127.0.0.1”代表Localhost，即本地主机），按回车键后，就会显示出测试结果（它也被称为“回波响应”），如下图4.3所示。,图4.3回波响应,图4.3回波响应,图4.3回波响应,（3）当使用ping命令后，可以通过接收对方的应答信息，来判断源主机与目的主机之间的链路状况。若链路良好，则会接收到如下的应答信息，如图4.4。,图4.4应答信息,其中，“bytes”表示测试数据包的大小，“time”表示数据包的延迟时间，“TTL”表示数据包的生存期。统计数据结果为：总共发送4个测试数据包，实际接收应答数据包也是4个，丢包率为0%，最大、最小和平均传输延时为0ms（这个延时是数据包的往返时间）。如果收到下图4.5的应答信息，就表示数据包无法达到目的主机或数据包丢失。,图4.5错误应答,(4)在窗口命令行下，输入“ping”按回车键，就会得到对ping命令的帮助提示。该命令有很多的开关参数设置，其中常用的有“-t”、“-n”、“-l”，其实际使用方法如下。(5)“-t”用于连续性测试链路，例如使用“pingX-t”（X表示目的主机的IP地址，如192.168.1.10），就可以不间断地测试源与目的主机之间的链路，直到用户使用中断退出（按“Ctrl+C”组合键），而且在测试过程中，可以随时按“Ctrl+Break”组合键来查看统计结果。“-n”表示发送测试数据包的数量，在不指定该参数时，其缺省值为4。若要发送1000个数据包测试链路，则可以使用“pingXn1000”命令。,“-l”表示发送测试数据包的大小，例如发送100个1024字节大小的数据包，就可以使用“pingXn100l1024”。2：测试网络的连通性（1）首先，先检查一下本机TCP/IP的配置情况：在“命令提示符”窗口下，输入“ipconfig”，按回车键，显示本机TCP/IP的配置。若要进一步查看更为详细的信息，可以执行“ipconfig/all”命令，显示如下图4.6所示的内容。,图4.6执行“ipconfig/all”命令结果显示,（2）下面开始网络的测试。首先，在命令行中，输入“ping127.0.0.1”，然后按回车键，如果能接收到正确的应答响应且没有数据包丢失，则表示本机的TCP/IP工作正常。若应答响应不正确（数据包丢失或目的主机无法达到等），则查看网络设置，确认本机是否安装了TCP/IP。（3）然后，输入“pingX”，其中X就是在步骤（1）中所记录的地址，若记录的地址为“192.168.1.88”，则输入“ping192.168.1.88”。按回车键后，如果能接收到应答信息且没有数据包丢失，则表示本机TCP/IP的配置正确，且该计算机在网络上可以进行通信；否则，重新检查或设置本机的TCP/IP协议配置参数（很多时候都是因为IP地址或子网掩码输入错误造成）。,（4）同样，输入“pingX”，其中X代表另外一台已连通到网络上的计算机所使用的IP地址。按回车键后，如果同样能够接收到对方正确的应答信息且没有数据包丢失，则表示本机与对方计算机之间可以互相通信，并正确地连接到网络上；如果不通，则检查网络电缆是否插好（包括本机一端和集线器一端）。若还出现问题，则重新测试或制作网络电缆。若还不能解决问题，则说明地址解析可能出现问题（ARP工作不正常），解决方法是将TCP/IP删除并重新安装。将网络的硬件连接好，然后进行相应的软件和协议配置，当所有这些操作结束后，并不意味着网络就能够连通，或者说并非所有的计算机都能连接到网络上，其中可能会出现各种各样的问题。因此，我们通过网络连通的检测和测试，寻找出现问题的起源在哪里，并针对这些问题进行解决。现在，我们来学习局域网组建过程中的系列知识。,任务二组建小型局域网相关知识（一）局域网的特点及类型1局域网(LAN)的特点(1)地理分布范较小,一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业。(2)数据传输速率高，一般为0.1-100Mbps，目前已出现速率高达1000Mbps的局域网。可交换各类数字和非数字(如语音、图象、视频等)信息。(3)误码率低，一般在10-11-10-8以下。这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，从而提高了数据传输质量。(4)以PC机为主体，包括终端及各种外设，网中一般不设中央主机系统。(5)一般包含OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网的内容。(6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。,2局域网的拓扑结构网络的拓扑（Topology）结构是指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的相互连接的几何形式。按照拓扑结构的不同，可以将网络分为星型网络、环型网络、总线型网络三种基本类型。在这三种类型的网络结构基础上，可以组合出树型网、簇星型网等其他类型拓扑结构的网络如下图4.7所示。,图4.7拓扑结构,3局域网的传输介质传输介质是网络联接设备间的中间介质，也是信号传输的媒体。典型传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤。A：双绞线（1）工作原理：双绞线是现在最普通的传输介质，它由两条相互绝缘的铜线组成，典型直径为1毫米。两根线绞接在一起是为了防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。外面再用朔料套套起来。（2）分类：非屏蔽双绞线：无屏蔽层，一般由4对双绞线对组成，最长100米，有较好的性价比，被广泛使用，分为1，2，3，4，5类。3类用于10MBPS的传输；5类100MBPS以上的网连接。（3）屏蔽双绞线：具有一个金属甲套，一般由2对双绞线组成，最长为十几千米，抗干扰性好，性能高，成本高，没有被广泛使用。对电磁干扰具有较强的抵抗能力，适用于网络流,量较大的高速网络协议应用。屏蔽双绞线可分为6类、7类双绞线分别可工作于200MHz和600MHz的频率带宽之上，且采用特殊设计的RJ45插头(座)。B：同轴电缆（1）概念：由同轴的内外两条导线构成，内导线是一根金属线，外导线是一条网状空心圆柱导体，内外导线有一层绝缘材料，最外层是保护性塑料外套。金属屏蔽层能将磁场反射回中心导体，同时也使中心导体免受外界干扰，故同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性。（2）分类：一类为50(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比)同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一类为75同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。但需要安装附加信号，安装困难，适用于长途电话网，电视系统，宽带计算机网。（3）缺点：由于物理可靠性不好，易受干拢，常由双绞线替代。,C：光纤光纤是软而细的、利用内部全反射原理来传导光束的传输介质，有单模和多模之分。单模光纤多用于通信业；多模光纤多用于网络布线系统。光纤为圆柱状，由3个同心部分组成纤芯、包层和护套，每一路光纤包括两根，一根接收，一根发送。与同轴电缆比较，光纤可提供极宽的频带且功率损耗小、传输距离长(2公里以上)、传输率高(可达数千Mbps)、抗干扰性强(不会受到电子监听)，是构建安全性网络的理想选择。4局域网的分类1、按地理位置划分按地理位置分类，可以将计算机网络分为局域网、广域网和城域网。2、按传输介质划分,按照网络的传输介质分类，可以将计算机网络分为有线网络和无线网络两种。局域网通常采用单一的传输介质，而城域网和广域网采用多种传输介质。（1）有线网络有线网络指采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质连接计算机的网络。采用双绞线连网是目前最常见的连网方式。它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。光纤网采用光导纤维作为传输介质，传输距离长，传输率高，抗干扰性强，现在正在迅速发展。,（2）无线网络无线网络采用微波、红外线、无线电等电磁波作为传输介质，由于无线网络的连网方式灵活方便，因此是一种很有前途的组网方式。目前，不少大学和公司已经在使用无线网络了。3、按服务对象划分按照网络服务的对象分类，可以将网络分为企业网、校园网等类型。（1）企业网企业网就是为某个企业服务的计算机网络，它可以包括局域网，也可以包括一部分广域网。而对于一个小企业，由于在外地没有分支机构，组建一个局域网就可以满足需要了。（2）校园网校园网是为大学、中学、小学服务的网络。随着“校校通”工程的启动，出现了越来越多的校园网，现在全国已经有5000多所中小学有了校园网。,（二）局域网的体系结构IEEE802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务、网际互连有关的高层功能。IEEE802LAN参考模型与ISO/OSI参考模型的对应关系如下图4.8。,图4.8LAN层次与OSI/RM的对应关系,1IEEE802局域网参考模型中的物理层：实现比特流的传输与接收，数据的同步控制等。2、IEEE802规定了局域网物理层所使用的信号与编码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范：采用基带信号传输；数据的编码采用曼彻斯特编码；传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光缆等；拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型；传输速率有10Mbps、16Mbps、100Mbps、1000Mbps。2IEEE802LAN的数据链路层,1、LAN的数据链路层分为两个功能子层：逻辑链路控制子层（LLC）介质访问控制子层（MAC）2、LLC子层和MAC子层的功能将数据组成帧，并对数据帧进行顺序控制、差错控制和流量控制，使不可靠的物理链路变为可靠的链路。LAN可以支持多重访问，即实现数据帧的单播、广播和多播；3、划分LLC和MAC子层的目的OSI模型中的数据链路层不具备局域网所需的介质访问控制功能；局域网基本上采用共享介质环境，从而数据链路层必须考虑介质访问控制机制；介质访问控制机制与物理介质、物理设备和物理拓扑等涉及硬件实现的部分直接有关；分为两个子层，可保证层服务的透明性，在形式上保持与OSI模型的一致性。使整个体系结构的可扩展性更好，以备将来接受新的介质与介质访问控制方法。3局域网介质访问技术（MAC）,介质访问控制方法控制网络节点何时能够发送数据。局域网中最常用的介质访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）；令牌环（TokenRing）；令牌总线（TokenBus）。（三）介质访问控制技术1CSMA/CD介质访问控制总线型LAN中，所有的节点对信道的访问是以多路访问方式进行的。任一节点都可以将数据帧发送到总线上，所有连接在信道上的节点都能检测到该帧。CSMA/CD是在CSMA基础上发展起来的一种随机访问控制技术。简言之，CSMA/CD可以概括为：先听后发、边听边发、冲突停止、延时重发。如下图4.9流程。,图4.9CSMA/CD工作流程,CSMA/CD协议的特点:第一，在采用CSMA/CD协议的总线LAN中，各节点通过竞争的方法强占对媒体的访问权利，出现冲突后，必须延迟重发。因此，节点从准备发送数据到成功发送数据的时间是不能确定的，它不适合传输对时延要求较高的实时性数据。第二，结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。但是随着网络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，冲突概率增加，总线LAN的性能就会明显下降。2令牌环介质访问控制技术令牌环（TokenRing）在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的LAN中不会产生冲突。如下图4.10。,图4.10令牌环介质访问控制方法,令牌环的基本工作原理是：当环启动时，一个“自由”或空令牌沿环信息流方向转圈，想要发送信息的站点接收到此空令牌后，将它变成忙令牌（将令牌包中的令牌位置1）即可将信息包尾随在忙令牌后面进行发送。该信息包被环中的每个站点接收和转发，目的站点接收到信息包后经过差错检测后将它拷贝传送给站主机，并将帧中的地址识别位和帧拷贝位置为1后再转发。当原信息包绕环一周返回发送站点后，发送站检测地址识别位和帧拷贝位是否已经为1，如是则将该数据帧从环上撤消，并向环插入一个新的空令牌，以继续重复上述过程。如图4.11所示。,图4.11令牌环工作示例,令牌环工作过程下图4.12,图4.12令牌环工作过程,图4.12令牌环工作过程,图4.12令牌环工作过程,令牌环的特点：第一，由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低；在重负载时，对各节点公平，且效率高。第二，采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。,3令牌总线介质访问技术令牌总线（TokenBus）令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。令牌总线（TokenBus）工作过程：在物理上令牌总线是一根线形或树形的电缆，其上连接各个站点；在逻辑上，所有站点构成一个环，如图4.13所示。每个站点知道自己左边和右边的站点的地址。逻辑环初始化后，站号最大的站点可以发送第一帧。此后，该站点通过发送令牌（一种特殊的控制帧）给紧接其后的邻站，把发送权转给它。令牌绕逻辑环传送，只有令牌持有者才能够发送帧。因为任一时刻只有一个站点拥有令牌，所以不会产生冲突。,图4.13令牌总线,令牌总线的特点：第一，令牌总线适用于重负载的网络中，数据发送的延迟时间确定，适合实时性的数据传输等。第二，网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能，以生成一个顺序访问的次序。第三，令牌总线访问控制的复杂性高：网络中的令牌丢失，出现多个令牌、将新节点加入到环中，从环中删除不工作的节点等。IEEE802规定了局域网中最常用的介质访问控制方法：IEEE802.3：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）；IEEE802.5:令牌环（TokenRing）；IEEE802.4:令牌总线（TokenBus）；,任务三组建小型局域网的标准,IEEE802系列标准IEEE在1980年2月成立了局域网标准化委员会（简称IEEE802委员会）专门从事局域网的协议制订，形成了一系列的标准，称为IEEE802标准。该标准已被国际标准化组织ISO采纳，作为局域网的国际标准系列，称为ISO8802标准。要这些标准中，根据局域网的多种类型，规定了各自的拓扑结构、媒体访问控制方法、帧和格式等内容。IEEE802标准系列中各子标准如下：,802.1A:体系结构，网络管理和性能测量。802.1B:寻址、网间互连以及网络管理。802.2:逻辑链路控制协议。802.3:总线网介质访问控制协议CSMA/CD以及物理层技术规范。802.3i:10base-T访问控制方法和物理层技术规范。802.3u:100base-T访问控制方法和物理层技术规范。802.4:令牌总线网介质访问控制方法和物理层技术规范。802.5:令牌环网介质访问控制方法和物理层技术规范。802.6:城域网介质访问控制方法和物理层技术规范。802.7:宽带网介质访问控制方法和物理层技术规范。,802.8:FDDI介质访问控制方法和物理层技术规范。802.9:综合数据/话音网络。802.10:局域网安全技术标准。802.11:无线局域网的介质访问控制方法和物理层技术规范。,任务四以太网技术以太网是一种局域网通信协议，是当今现有局域网采用的最通用的标准，以太网标准形成于七十年代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多路访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中，集线器、交换机、网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。以太网协议：IEEE802.3标准中提供了以太帧结构。当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率：10Mbps10Base-TEthernet（802.3）100MbpsFastEthernet（802.3u）1000MbpsGigabitEthernet（802.3z)）10GigabitEthernetIEEE802.3ae,（一）传统以太网技术传统以太网只有10Mbps的传输速率，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMACD，CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）的控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在IEEE802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“宽带”。10Base5使用直径为0.4英寸、阻抗为50粗同轴电缆，也称粗缆以太网，最大网段长度为500m，基带传输方法，拓扑结构为总线型；10Base5组网主要硬件设备有：粗同轴电缆、带有AUI插口的以太网卡、中继器、收发器、收发器电缆、终结器等。10Base2使用直径为0.2英寸、阻抗为50细同轴电缆，也称细缆以太网，最大网段长度为185m，基带传输方法，拓扑结构为总线型；10Base2组网主要硬件设备有：细同轴电缆、带有BNC插口的以太网卡、中继器、T型连接器、终结器等。10BaseT使用双绞线电缆，最大网段长度为100m，拓扑结构为星型；10BaseT组网主要硬件设备有：3类或5类非屏蔽双绞线、带有RJ-45插口的以太网卡、集线器、交换机、RJ-45插头等。,10BaseF使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps。表41传统以太网标准比较特性10BASE-510BASE-210BASE-T10BASE-FL数据速率(Mbps)10101010信号传输方法基带基带基带基带最大网段长度500m185m100m2000m网络介质50欧姆粗同轴电缆50欧姆细同轴电缆UTP光缆拓扑结构总线形总线形星形点对点,（二）快速以太网随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。快速以太网是指任何一个速率达到100M比特率的以太网。快速以太网在保持帧格式、MAC（介质存取控制）机制和MTU（最大传送单元）质量的前提下，其速率比10Base-T的以太网增加了10倍。二者之间的相似性使得10Base-T以太网上现有的应用程序和网络管理工具能够在快速以太网上使用。快速以太网是基于扩充的IEEE802.3标准的。快速以太网可以满足日益增长的网络数据流量速度需求。100Mbps快速以太网标准分为：100BASETX、100BASEFX、100BASET4三个子类。快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。100Mbps快速以太网标准：分为：100BASETX、100BASEFX、100BASET4三个子类。,100BASETX是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B5B编码方式，信号频率为125MHz。符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT1类布线标准。使用同10BASET相同的RJ45连接器。它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。100BASEFX是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤（62.5和125um）多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用4B5B编码方式，信号频率为125MHz。它使用MICFDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。100BASEFX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。100BASET4是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用4对双绞线，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。在传输中使用8B6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASET相同的RJ45连接器，最大网段长度为100米。,（三）高速以太网技术千兆位以太网是一种新型高速局域网，可以提供1Gbs的通信带宽，采用和传统10100M以太网同样的CSMACD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。以太网技术是当今应用最为广泛的网络技术。然而随着网络通信流量的不断增加，传统10M以太网在CS计算环境中已很不适应。从目前的发展看，最合适的解决方案是千兆以太网。千兆以太网可以为园区网络提供1Gbs的通信带宽，而且具有以太网的简易性；以及和其他类似速率的通信技术比具有价格低廉的特点。千兆以太网在当前以太网基础之上平滑过渡，综合平衡了现有的端点工作站、管理工具和培训基础等各种因素，如下图4.14所示。千兆以太网采用同样的CSMACD协议、同样的帧格式和同样的帧长。对于广大的网络用户来说，这就意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太网，不需要对技术支持人员和用户进行重新培训，不需要做另外的协议和中间件的投资，使用户的总体开销较低。,图4.14快速以太网向千兆以太网迁移,任务五组建小型局域网的硬件组建局域网包括以下硬件：一是网络服务器；二是网络工作站；三是网络适配器，也叫网络接口卡或网卡；四是通信线路，既“传输介质”，主要是电缆或双绞线，还有不常用的光纤。我们把这些硬件连接起来，再安装上专门用来支持网络动作的软件，包括系统软件和应用软件，那么一个能够满足工作或生活需求的局域网也就形成了。一般意义上的网络服务器即指文件服务器。文件服务器是网络中最重要的硬件设备，其中装有NOS(网络操作系统)、系统管理工具和各种应用程序等，是组建一个客户机/服务器局域网所必需的基本配置；对于对等网，每台计算机则既是服务器也是工作站。（一）网卡网卡（NetworkInterfaceCardNIC）：是计算机等设备接入网络的必要设备，是用户使用网络的硬件接口与低层接口，是将介质与网络设备连接在一起的硬件设备。主要任务是实现网络的物理层与数据链路层协议，是数据通信的基础设备。,网卡的基本构造:网卡包括硬件和固件程序（只读存储器中的软件例程），硬件有网卡的控制芯片、晶体震荡器、Bootrom插槽、启动芯片、Eprom、内接式转换器、RJ-45和BNC接头、信号指示灯等；固件程序实现逻辑链路控制和媒体访问控制的功能，还记录唯一的硬件地址即MAC地址，网卡上一般设有缓存。网卡的分类:第一，以频宽区分网卡种类，目前的以太网卡分为10Mbps、100Mbps和1000Mbps三种频宽，目前常见的三种架构有10baset、100basetx与base2，前两者是以RJ-45双绞线为传输媒介，频宽分别有10Mbps和100Mbps。第二，以接口类型区分网卡种类，以接口类型来分，网卡目前使用较普遍的是ISA接口、PCI接口、USB接口和笔记本电脑专用的pcmcia接口。第三，以全双工/半双工来区分网卡种类，网络有半双工（halfduplex）与全双工（fullduplex）之分，半双工网卡无法同一时间内完成接收与传送数据的动作，如10base2使用细同轴电缆的网络架构就是半双工网络，同一时间内只能进行传送或接收数据的工作，效率较低。要使用全双工的网络就必须要使用双绞线作为传输线才能达到，并且也要搭配使用全双工的集线器，要使用10base或100basetx的网络架构，网卡当然也要是全双工的产品。第四，以网络物理缆线接头区分网卡，目前网卡常用的网线接头有RJ-45与BNC两种，有的网卡同时具有两种接头，可适用于两种网络线，但无法两个接头同时使用。另外还有光纤接口的网卡，通常带宽在1000Mbps。,其它网卡：从网络传输的物理媒介上还有无线网卡，利用2.4Ghz的无线电波来传输数据。目前IEEE有两种规范802.11和802.11b，最高传输速率分别为2Mbps和11Mbps，接口有PCI、USB和pcmcia几种。在选择网卡时,必须了解网卡的芯片、网卡的材质和制作工艺及网卡的主要性能指标等方面着手,选择一款性价比高、经济、实惠的网卡。网卡的控制芯片网卡的材质和制作工艺网卡的主要性能指标主流网卡推荐(二)通讯介质通信介质（传输介质）即网络通信的线路，有双绞线、同轴电缆和光纤三种缆线，还有无线电波。1双绞线连线制作在动手制作双绞线跳线时，应该准备好以下材料。,1、双绞线在将双绞线剪断前一定要计算好所需的长度。如果剪断的比实际长度还短，将不能再接长。2、RJ-45接头RJ-45即水晶头。每条网线的两端各需要一个水晶头。水晶头质量的优劣不仅是网线能够制作成功的关键之一，也在很大程度上影响着网络的传输速率，推荐选择真的AMP水晶头。假的水晶头的铜片容易生锈，对网络传输速率影响特别大。制作过程可分为四步，简单归纳为“剥”、“理”、“查”、“压”四个字。具体如下：步骤1：准备好5类双绞线、RJ-45插头和一把专用的压线钳，如图4.15所示。,图4.15步骤1,步骤2：用压线钳的剥线刀口将5类双绞线的外保护套管划开（小心不要将里面的双绞线的绝缘层划破），刀口距5类双绞线的端头至少2厘米，如图4.16所示。,图4.16步骤2,步骤3：将划开的外保护套管剥去（旋转、向外抽），如图4.17所示。,图4.17步骤3,步骤4：露出5类线电缆中的4对双绞线，如图4.18所示。,图4.18步骤,步骤5：按照EIA/TIA-568B标准（橙白、白、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕）和导线颜色将导线按规定的序号排好，如图4.19所示。,图4.19步骤5,步骤6：将8根导线平坦整齐地平行排列，导线间不留空隙，如图4.20所示。,图4.20步骤6,步骤7：准备用压线钳的剪线刀口将8根导线剪断，如图4.21所示。,图4.21步骤7,步骤8：剪断电缆线。请注意：一定要剪得很整齐。剥开的导线长度不可太短。可以先留长一些。不要剥开每根导线的绝缘外层，如图4.22所示。,图4.22步骤8,步骤9：将剪断的电缆线放入RJ-45插头试试长短（要插到底），电缆线的外保护层最后应能够在RJ-45插头内的凹陷处被压实。反复进行调整，如图4.23所示。,图4.23步骤9,步骤10：在确认一切都正确后（特别要注意不要将导线的顺序排列反了），将RJ-45插头放入压线钳的压头槽内，准备最后的压实，如图4.24所示。,图4.24步骤10,步骤11：双手紧握压线钳的手柄，用力压紧，如图4.25所示。请注意，在这一步骤完成后，插头的8个针脚接触点就穿过导线的绝缘外层，分别和8根导线紧紧地压接在一起。,图4.25步骤11,步骤12：完成，如图4.26所示。,图4.26步骤12,现在已经完成了线缆一端的水晶头的制作，下面需要制作双绞线的另一端的水晶头，按照上面介绍的两类双绞线来制作另一端的水晶头。烙铁焊接时可能存在的接触不良或焊接不牢固等问题。,2双绞线连线制作工艺要求1、接线标准关于连接的标准有两个：T568A/T568B，八根线要根据标准插入到插头中。568A/T568B二者没有本质的区别，只是颜色上的区别本质的问题是要保证：1，2线对是一个绕对3，6线对是一个绕对4，5线对是一个绕对7，8线对是一个绕对注意：不要在电缆一端用T568A，另一端用T568B。T568A/T568B的混用是跨接线的特殊接线方法，工程中使用比较多的是T568B打线方法。我们在10Base-T或100Base-TX网络中常用的是非屏蔽5类和超5类双绞线。双绞线568布线标准分为EIA/TIA568A，EIA/TIA568B两种。2、综合布线相关标准、规范、定额和技术书籍建筑与建筑群综合布线系统预算定额和安装移动通信设备预算定额（修订）工程勘察设计收费标准（2002年修订本）通信工程建设工程概算、预算编制办法及费用定额，通信建设工程价款结算办法,通信建设工程概预算人员培训教材建筑与建筑群综合布线系统工程设计施工图集YD5082-99大楼通信综合布线系统第1部分：总规范YD/T926.1-2001大楼通信综合布线系统第3部分：综合布线用连接硬件技术要求YD/T926.3-2001建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范GB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范GB/T50312-2000智能大厦网络布线从入门到精通网络规划与布线施工智能建筑综合布线系统设计与工程智能小区系统工程技术导论综合布线系统工程设计（修订版）通信电缆及结构化布线楼宇智能化技术智能化大楼的建筑设备智能化建筑综合布线标准实施手册局域网布线（第二版）,智能化建筑（小区）综合布线系统智能建筑通信网络系统智能建筑综合布线工程的设计施工与验收综合布线系统工程设计和施工3双绞线连线制作测试制作完成双绞线后，下一步需要检测它的连通性，以确定是否有连接故障。通常使用电缆测试仪进行检测。建议使用专门的测试工具（如FlukeDSP4000等）进行测试。也可以购买廉价的网线测试仪。如常用的上海三北的“能手”网络电缆测试仪。如图所示。测试时将双绞线两端的水晶头分别插入主测试仪和远程测试端的RJ-45端口，将开关开至“ON”(S为慢速档)，主机指示灯从1至8逐个顺序闪亮。如图4.27所示。,图4.27测试仪和远程测试,若连接不正常，按下述情况显示：当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端对应线号的灯都不亮。当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，当导线少于2根线联通时，灯都不亮。当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程测试端的线号亮。当导线有2根短路时，则主测试器显示不变，而远程测试端显示短路的两根线灯都亮。若有3根以上(含3根)线短路时，则所有短路的几条线对应的灯都不亮。如果出现红灯或黄灯，就说明存在接触不良等现象，此时最好先用压线钳压制两端水晶头一次，再测，如果故障依旧存在，就得检查一下芯线的排列顺序是否正确。如果芯线顺序错误，那么就应重新进行制作。4.双绞线连线制作使用Straight-ThroughCable（直通线）：直通线应用在PC机与交换机或集线器、交换机或集线器与路由器的连接中。双绞线线缆的两端使用同一种标准，即同时采用T568B标准或同时采用T568A标准。在10M/100M以太网中8芯只使用4芯，在1000M以太网中8芯全部使用。,CrossoverCable（交叉线）：交叉线用于PC机与PC机之间、PC机与路由器之间、路由器与路由器之间、交换机与交换机、交换机与集线器、集线器与集线器之间的线路连接中。双绞线在制作时一端采用T568B标准，另一端采用T568A标准。RolloverCable（反转线）：反转线应用于连接工作站和Cisco网络设备Console（控制口）以此对网络设备进行配置。反转线线缆长度一般在37.5m之间。反转线两端用RJ-45连接。使用时RJ-45连接器直接插入网络设备的Console口，另一端通过RJ-45-to-DB9terminaladapter接入工作站的COM口，或者通过DB25terminaladapter接入工作站的并行口。制作时一端采用T568B标准或T568A标准，另一端采用与之完全相反的线序。所以称之为反转线。例如：一端采用T568B标准线序为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕，那么另一端就为棕、白棕、绿、白蓝、蓝、白绿、橙、白橙。,（三）集线器集线器的英文称为“Hub”。主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议）访问方式。1集线器的特点（1）共享带宽集线器的带宽是指它通信时能够达到的最大速度。10Mb带宽的集线器的传输速度最大为10Mbps，即使与它连接的计算机使用的是100Mbps网卡，在传输数据时速度仍然只有10Mbps。10/100Mbps自适应集线器能够根据与端口相连的网卡速度自动调整带宽，当与10Mbps的网卡相连时，其带宽为10Mb；与100Mbps的网卡相连时，其带宽为100Mb，因此这种集线器也叫做“双速集线器”。,集线器是一种“共享”设备，集线器本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以集线器为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。由于集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息，如果一台集线器连接的机器数目较多，并且多台机器经常需要同时通信时，将导致集线器的工作效率很差，如发生信息堵塞、碰撞等。可见，集线器上每个端口的真实速度除了与集线器的带宽有关外，与同时工作的设备数量也有关。比如说一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同时工作时，则每台计算机真正所拥有的带宽是10/8=1.25Mb!（2）半双工半双工传送方式的设备，当其中一台设备在发送数据时，另一台只能接收，而不能同时将自己的数据发送出去。由于集线器采取的是“广播”传输信息的方式，因此集线器传送数据时只能工作在半双工状态下，比如说计算机1与计算机8需要相互传送一些数据，当计算机1在发送数据时，计算机8只能接收计算机1发过来的数据，只有等计算机1停止发送并做好了接收准备，它才能将自己的信息发送给计算机1或其它计算机。,2集线器的分类按结构和功能分类，集线器可分为未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。(1)未管理的集线器最简单的集线器通过以太网总线提供中央网络连接，以星形的形式连接起来。这称之为未管理的集线器，只用于很小型的至多12个节点的网络中(在少数情况下，可以更多一些)。未管理的集线器没有管理软件或协议来提供网络管理功能，这种集线器可以是无源的，也可以是有源的，有源集线器使用得更多。(2)堆叠式集线器堆叠式集线器是稍微复杂一些的集线器。堆叠式集线器最显著的特征是8个转发器可以直接彼此相连。这样只需简单地添加集线器并将其连接到已经安装的集线器上就可以扩展网络，这种方法不仅成本低，而且简单易行。,图4.28堆叠式集线器,(3)底盘集线器底盘集线器是一种模块化的设备，在其底板电路板上可以插入多种类型的模块。有些集线器带有冗余的底板和电源。同时，有些模块允许用户不必关闭整个集线器便可替换那些失效的模块。集线器的底板给插入模块准备了多条总线，这些插入模块可以适应不同的段，如以太网、快速以太网、光纤分布式数据接口(FiberDistributedDataInterface，FDDl)和异步传输模式(AsynchronousTransferMode，ATM)中。有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。有源的底盘集线器还可能会有重定时的模块，用来与放大的数据信号关联。从局域网角度来区分，集线器可分为五种不同类型。(1)单中继网段集线器最简单的集线器，是一类用于最简单的中继式LAN网段的集线器，与堆叠式以太网集线器或令牌环网多站访问部件(MAU)等类似。(2)多网段集线器从单中继网段集线器直接派生而来，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。其主要优点是可以将用户分布于多个中继网段上，以减少每个网段的信息流量负载，网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。,(3)端口交换式集线器该集成器是在多网段集线器基础上，将用户端口和多个背板网段之间的连接过程自动化，并通过增加端口交换矩阵(PSM)来实现的集线器。PSM可提供一种自动工具，用于将任何外来用户端口连接到集线器背板上的任何中继网段上。端口交换式集线器的主要优点是，可实现移动、增加和修改的自动化特点。(4)网络互联集线器端口交换式集线器注重端口交换，而网络互联集线器在背板的多个网段之间可提供一些类型的集成连接，该功能通过一台综合网桥、路由器或LAN交换机来完成。目前，这类集线器通常都采用机箱形式。(5)交换式集线器目前，集线器和交换机之间的界限已变得模糊。交换式集线器有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。此类产品已经上市，并且混合的(中继交换)集线器很可能在以后几年控制这一市场。应该指出，这类集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。,3集线器的选择目前，集线器主要应用于一些中小型网络或大中型网络的边缘部分。集线器的选择，主要决定于以下3个因素。(1)上联设备带宽如果上联设备允许传输100Mbps，自然可购买lOOMbps集线器；否则lOMbps集线器应是理想选择，由于是对于网络连接设备数较少，而且通信流量不是很大的网络来说，lOMbps集线器就可以满足应用需要。(2)提供的连接端口数由于连接在集线器上的所有站点均争用同一个上行总线，所以连接的端口数目越多，就越容易造成冲突。同时，发往集线器任一端口的数据将被发送至与集线器相连的所有端口上，端口数过多将降低设备有效利用率。依据实践经验，一个lOMbps集线器所管理的计算机数不宜超过15个，lOOMbps的不宜超过25个。如果超过，应使用交换机来代替集线器。(3)应用需求传输的内容不涉及语音、图像，传输量相对较小时，选择10Mbps即可。如果传输量较大，且有可能涉及多媒体应用(注意集线器不适于用来传输时间敏感性信号，如语音信号)时，应当选择100Mbps或10100Mbps自适应集线器。10100Mbps自适应集线器的价格一般要比100Mbps的高。,任务六组建校园网（一）校园网的构成,图4.29校园网的一般模式图,1、工作站在校园网中，工作站（Workstation）是一台客户机，即网络服务的一个用户。但有时也将工作站当作一台特殊应用的服务器使用，如打印机或备份磁带机的专用工作站。工作站一般通过网卡连接网络，并需安装相关的程序与协议才可以访问网络资源。校园网的硬件通常有服务器、工作站、网间互联设备、传输媒质等部分组成。2、服务器服务器（Server）是网络上一种为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机。服务器根据其在网络中所执行的任务不同可分为：Web服务器、数据库服务器、视频服务器、FTP服务器、Mail服务器、打印服务器、网关服务器、域名服务器等等。对于小型的校园网络，往往把Web服务、FTP服务、数