<CDF8C2E7D3A6D3C3D3EBCAB5D1B52E733932>

Size: px

Start display at page:

Download "<CDF8C2E7D3A6D3C3D3EBCAB5D1B52E733932>"

骥守隗
7 years ago
Views:

1 实训 3 畅 1 星状以太局域网的构建一实训目标通过本次实训, 学生应该达到以下目标 (1) 了解局域网各组成部分的特性和用途 (2) 了解局域网络拓扑结构的特点 (3) 掌握网络设备类型选择软硬件连接与设置方法 (4) 掌握基本网络故障的判断和解决方法二背景资料近几年来, 许多公司或企业因日常办公或经营业务的需要, 购买了为数不少的计算机随着公司或企业的发展, 计算机之间需要快速交换大量的数据和文件资料企事业单位的领导逐渐意识到只有企业内部构建局域网, 才能解决大量信息资料的交换问题, 以及提高办公设备的使用效率但许多小公司和企业因经费短缺等关键因素的制约, 都要求本单位的计算机管理人员能够承担起构建这类小型局域网的任务因此, 在校学习期间, 获得构建小型局域网络的操作技能和经验, 对计算机通信电子商务和信息技术等相关专业的学生来说是非常必要的三知识要点 ( 一 ) 局域网概述 1 畅局域网的发展计算机网络的发展是随着计算机硬件价格的不断下降计算机应用的日益普及而发展起来 43

2 第三章计算机局域网的 20 世纪 70 年代末, 越来越多的用户对计算机的要求不仅仅局限于其自身的功能强弱方面, 而且需要与其他计算机共享或交换数据, 甚至能共享一些昂贵的硬件或软件资源, 由此提出了计算机互连成网的要求计算机局域网 ( Local Area Net w ork,la N) 就是在这样的客观需求下应运而生的局域网是结构较简单的计算机网络, 其应用范围非常广泛, 从简单的分时服务到复杂的数据库系统管理信息系统事务处理系统和分散过程控制等它的网络结构简单经济功能强且灵活性大下面看看它的主要发展过程 1972 年, 美国加州大学研制了 New hall 环网 ;1975 年, 美国施乐 (Xerox) 公司研制出以太网 (Ethernet) ;1978 年, 英国剑桥大学研制成功剑桥环 (Cambridge Ring) ; 到了 20 世纪 80 年代, 各种新型局域网相继推出例如, 由 Xerox 公司 Intel 公司和美国数字设备公司三家联合研制的第二代 Ethernet Corvus 公司研制的 Omninet, 还有 plan 2000 plan CO M 公司的 Etherseries 和 3plus 等多种局域网络随着光纤光器件的发展,20 世纪 80 年代末期, 光纤局域网开始得到发展 2 畅局域网的特点局域网是指将小范围内的有限的通信设备互连在一起的通信网决定局域网特性的主要技术要素有 3 个 : 网络拓扑结构传输介质与介质访问控制方法 IEEE 802 局域网标准化委员会对局域网的定义为局域网是一个数据通信系统, 其传输范围在中等地理区域, 使用中等或高等的传输速率, 可连接大量独立设备, 在物理信道上互相通信局域网的基本特点有如下几种 (1) 连网范围较小一般距离在几百米到几十千米, 如公司校园厂区或一个建筑物等 (2) 传输速率高它的传输速率范围为 0 畅 1 ~ 155 M bps 目前, 数据传输速率高达 Mbps 的高速局域网正在发展之中 (3) 误码率低误码率低至 10-8 ~ (4) 保密性好, 可靠性高, 便于安装和维护 3 畅局域网的分类从广义上讲, 局域网可分为 3 类 (1) 局域网 (Local Area Net w ork,la N) : 通常所说的局域网就是这类网络, 也是本章中所介绍的局域网 (2) 高速局域网 ( High Speed Local Net w ork,h SLN) : 通常传输速率在 100 Mbps 以上的局域网称高速局域网, 其主要功能是在一些计算机设备之间提供高速的数据传输 (3) 计算机化的交换网 (Computerized Branch exchange,cbx) :CBX 采用电路交换技术, 网络上延时很小, 很适合于语音通信 ( 二 ) IEEE 802 标准与局域网技术 (1) 局域网模型为了制定一个标准化的计算机局域网络协议, 美国电气和电子工程师学会 (Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE) 于 1980 年 2 月成立了局域网标准委员会 ( 简称 IEEE 802 委员会 ), 专门从事局域网标准化的工作, 并制定了 IEEE 802 标准 IEEE 802 标准所 44

3 实训 3 畅 1 星状以太局域网的构建描述的局域网参考模型与 OSI 参考模型的关系如图所示图 IEEE 802 模型与 OSI 参考模型的对应关系局域网参考模型只对应了 OSI 参考模型的数据链路层与物理层这里物理层显然是需要的, 因为它涉及具体的物理连接以及在物理媒体上比特流的透明传送大多数局域网的物理层都是由两个子层组成的, 一个是描述与给定传输媒体有关的物理层特性的子层, 另一个是描述与传输媒体无关的物理层特性的子层这两个子层的具体位置前者更接近于物理媒体, 后者则与数据链路层相邻数据链路层也是需要的, 因为数据链路层能将原始的物理连接改造成无差错的数据链路局域网可采用的传输介质有多种 ( 双绞线同轴电缆光纤等 ), 数据链路层必须具有接入多种传输媒体的访问控制方法, 所以局域网的数据链路层也被划分成两个子层, 即逻辑链路控制 (Logical Link Control,LLC) 子层与介质访问控制 ( Media Access Control,M AC) 子层 LLC 子层与物理传输介质无关, 不同传输介质的 LLC 子层与 M AC 子层有着统一的界面 L LC 子层起着屏蔽局域网类型的作用, 这一点可从图中看出 M AC 子层与物理传输介质有关, 便于接入新的传输介质及其访问控制方法, 使得系统具有可扩充性也就是说, 只有在 M AC 子层上才能体现所连接的是何种类型的局域网至于网络层, 从局域网通常采用的拓扑结构来看, 由于各站点间的通信无须中间站点转接, 因而就不存在路由选择的问题因此, 网络层是可以省略的开放系统互连的观点认为一个连接在网络上的设备应当是连接在网络层的某个服务访问点 (Service Access Point,SAP) 上的, 因此网络层的存在是信息由源站通过访问点到目的站的保证不过, 目前所采用的处理方法是不设网络层, 将网络层的其他功能, 如分组寻址排序流量控制差错控制等都交给数据链路层去完成, 也就是由 LLC 子层来完成, 而在数据链路层的 LLC 子层与相邻的高层界面上设置网络的服务访问点 (SAP) 总而言之, 对于第三层以上的层次, 局域网还没有定义其标准, 一般来说, 局域网高层协议的制定仍以 OSI 参考模型为依据从以上的介绍中可得知, 单个局域网的体系结构应包含物理层和数据链路层两个层次, 它相当于 OSI 参考模型中的下两层当涉及局域网互连时, 报文分组就必须经由多条链路才能到达目的站, 此时需专门设立一个层次来完成网络层的功能, 局域网称此为网际图局域网的层由此可以画出局域网的参考模型, 如图所示, 图中参考模型 45

4 第三章计算机局域网 LSAP 为 LLC 子层服务访问点,NSAP 为网际层服务访问点 (2) IEEE 802 协议 IEEE 802 委员会为局域网制定了一系列标准, 统称为 IEEE 802 协议 ( 标准 ) 最初的 IEEE 802 委员会共有 6 个分委员会, 其编号分别为 802 畅 1 ~ 802 畅 6, 相应的标准分别为 802 畅 1 标准至 802 畅 6 标准目前的 IEEE 802 委员会已扩展到 12 个分委员会, 下面是这 12 个分委员会所分工从事研究的内容瞯 IEEE 802 畅 1 标准, 包括了局域网的综述及体系结构网络互连以及网络管理与性能测试瞯 IEEE 802 畅 2 标准, 定义了逻辑链路控制 (L LC) 子层的功能与服务瞯 IEEE 802 畅 3 标准, 定义了 CS M A/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detected, 载波侦听多路访问 / 冲突检测 ) 总线介质访问控制子层与物理层规范瞯 IEEE 802 畅 4 标准, 定义了令牌总线 ( T oken Bus) 介质访问控制子层与物理层规范瞯 IEEE 802 畅 5 标准, 定义了令牌环 ( T oken Ring) 介质访问控制子层与物理层规范瞯 IEEE 802 畅 6 标准, 定义了城域网 ( M A N) 介质访问控制子层与物理层规范瞯 IEEE 802 畅 7 标准, 定义了宽带技术瞯 IEEE 802 畅 8 标准, 定义了光纤技术瞯 IEEE 802 畅 9 标准, 定义了综合语音与数据局域网技术瞯 IEEE 802 畅 10 标准, 定义了可互操作的局域网的安全性规范瞯 IEEE 802 畅 11 标准, 定义了无线局域网技术瞯 IEEE 802 畅 12 标准, 定义了交换式局域网技术 IEEE 802 标准之间的关系如图所示图 IEEE 802 各分委员会所从事的研究内容由图可见每一个分委员会所从事的研究内容图中 802 畅 1 呈倒 L 形, 它的垂直部分涉及各层, 因为它是作为一个综述文件由此可以看到, 网络互连并不是固定在某一层, 有时在高层互连, 有时在低层互连虽然 IEEE 只是一个民间学术团体, 但 IEEE 所制定的 IEEE 802 标准已经得到了全世界广 46

5 实训 3 畅 1 星状以太局域网的构建泛的认可, 许多 802 标准已被修改成 ISO 标准, 如 IEEE 802 畅 1 ~ IEEE 802 畅 6 已被确定为 ISO 的数据链路层标准 ISO 8802 畅 1 ~ ISO 8802 畅 6 ( 三 ) Ethernet 1 畅概述以太网 (Ethernet) 是最常用的局域网, 它是美国施乐 ( Xerox) 公司的 PaloAlto 研究中心 ( 简称 PARC) 于 1975 年研制成功的以太网开始以无源的电缆作为总线来传送数据帧, 并以曾经在历史上表示传播电磁波的以太 (Ether) 来命名此后美国 DEC Intel 和 Xerox 这 3 家公司联合于 1980 年 9 月公布了 Ethernet 技术规范 ( V1 畅 0 版 ), 并共同研究生产和销售 Ethernet 产品, 提供相关服务,1982 年 11 月又公布了 V2 畅 0 版此规范以后被 IEEE 802 接受,IEEE 802 公布的 IEEE 802 畅 3 标准与 Ethernet 规范几乎完全相同 Ethernet 技术规范仅支持物理层和数据链路层的通信协议它与 OSI 模型的层次结构相一致, 在链路层中采用 CS M A/CD 介质访问控制方式, 在实现上把物理层中与介质有关的部分分隔出来, 使得数据链路层适用于多种传输介质 Ethernet 是一个中等区域范围内实现计算机通信的技术规范, 按其规范构成的计算机局域网适用于办公自动化分布式数据处理终端访问等其主要性能指标如下 (1) 物理层 1 数据传输速率 :10 Mbps, 高速以太网速率可达 100 M bps 2 最大距离 :2 500 m 3 网上最多工作站数 : 通信传输介质 : 同轴电缆双绞线 5 拓扑结构 : 总线型结构星状结构 (2) 数据链路层 1 采用 CS M A/CD 介质访问控制 2 信息采用可变长帧结构 2 畅 CS M A/CD CS M A/CD( 载波侦听多路访问 / 冲突检测 ) 介质访问控制方法是用来解决多站点共享公用传输介质问题的, 所以它是一种适用于总线结构及星状结构的局域网络, 传输介质可以是双绞线同轴电缆或光纤采用 CS M A/CD 方法的局域网的工作过程如下对于每一个站点利用线路发送数据时, 首先要监听线路的忙闲状态如果线路上已有数据在传输, 则为线路忙 ; 如果线路上没有数据在传输, 称为线路空闲只有当线路空闲时, 站点才可以发送数据, 但如果此时有两个或两个以上的站点要发送数据, 就会造成冲突, 如图所示, 此时两个站点上发送的数据均丢失线路上数据的冲突有两种可能 : 第一种可能是两个结点同时检测到线路空闲, 又同时发送数据 ; 第二种可能是第一个站点已发送数据, 但由于传输的延时, 第二个站点没有检测到信号而认为线路是空闲的, 又向线路上发送数据因此, 站点在发送数据的同时还应进行冲突检测, 即将其发送信号的波形与从线路上接收到的信号波形进行比较如果相等, 则不产生冲突, 该站点在发送完数据后正常结束 ; 否则说明该 47

6 第三章计算机局域网图冲突示意图站发送数据时, 其他站点也在发送数据, 即产生冲突为了解决信道争用冲突, 站点需停止发送数据, 随机延迟后重新再发送用户可以将以上工作过程简单地概括为 4 点 : 先听后发, 边听边发, 冲突停止, 随机重发采用 CS M A/CD 方法的局域网, 能有效地解决多站点在共享传输介质访问中的争用信道问题 CS M A/CD 是一种很成熟的技术, 它往往和 IEEE 802 畅 3 可以作为同义语在近几年流行的网络产品中, 它仍占主流地位, 在我国更是如此 3 畅 10 Base 5 及 10 Base 2 网络 10 Base 5 及 10 Base 2 网络是较早的以太网络, 其拓扑结构为总线型 10 Base 5 也称粗缆以太网, 采用 50 Ω 粗同轴电缆作为传输介质 10 Base 5 规定每一个网段上的工作站均通过收发器 ( Tranceiver) 与总线相连, 收发器与工作站网卡之间的接口标准为 A UI( Attachment 犝狀犻狋犐狀狋犲狉犳犪犮犲, 附加单元接口 ),A UI 为一种 15 针的插头插座, 粗缆两端应接 50 Ω 终端匹配器 ( 也称终端器 ), 其中一端必须接地, 如图所示粗缆每个网段最大长度为 500 m, 超过 500 m 时需要接中继器延长网段 10 Base 5 以太网最多可以有 5 个网段, 故 10 Base 5 以太网最大距离为 m, 每个工作站间的最小距离为 2 畅 5 m, 图 Base 5 网络每个网段最多可连接 100 个工作站 10 Base 2 也称细缆以太网, 采用 50 Ω 细同轴电缆作为传输介质 10 Base 2 以太网不需要收发器, 收发器与网卡做在一起, 因此,10 Base 2 以太网连接时比 10 Base 5 以太网简单, 价格也要低得多 10 Base 2 规定每个网段最大距离为 185 m, 最多 5 个网段, 故 10 Base 2 以太网的最大距离为 925 m 每个网段中最多可以有 30 个工作站, 每个工作站之间的最小距离为 0 畅 5 m 在细缆的两端应接有 50 Ω 的终端匹配器 T 型连接器与网卡上的 BNC(Bayonet Net Connector, 刺刀螺母连接器 ) 接口必须直接相连, 中间不得有任何电缆,T 型连接器的另外两端连接细缆使之与其他工作站连接在网络工程中,T 型连接器也叫 T 型头, 是一种电缆与网卡之间的连接器件 ISO 8802 定义了 4 种总线型拓扑结构介质规范 :10 Base 5(10 M bps 基带 50 Ω 粗缆 ) 10 Base 2(10 Mbps 基带 50 Ω 细缆 ) 1 Base 5(1 Mbps 非屏蔽双绞线 ) 和 10 Broad 36(10 M bps 宽带 75 Ω 粗缆 ) 10 Base 5 中的 10 表示传输速率, Base 后接数字代表单段电缆允许的最 48

7 实训 3 畅 1 星状以太局域网的构建大长度,Base 表示基带例如,10 Base 5 表示传输速率为 10 M bps 基带传输, 每段网络的最大距离为 500 m Broad 表示宽带网络中的粗同轴电缆与细同轴电缆可以混合使用在实时性要求不高和站点数不太多的情况下采用总线型网是很合适的 4 畅 10 Base T 网络 20 世纪 90 年代局域网技术的一大突破是使用非屏蔽双绞线 ( U T P) 的 10 Base T 标准 10 Base T 中的 T 表示双绞线 ( T wisted Pair) 10 Base T 以太网的拓扑结构大多为星状, 也可以采用星状与总线型的混合结构, 工作站与 Hub( 集线器 ) 之间的最大距离为 100 m, 非屏蔽双绞线的两端使用 RJ 45 接口, 一端接工作站, 另一端必须接 Hub (1) 10 Base T 的组网规则 1 双绞线的最大长度为 100 m 2 双绞线的每端需要一个 RJ 45 接头 3 通过 Hub 可以扩展网络,Hub 之间可以级连, 组成树状拓扑结构的网络 4 10 Base T 支持双绞线单模 / 多模光缆和同轴电缆 (2) 10 Base T 的特点 1 安装容易, 在 10 Base T 中采用非屏蔽双绞线 ( U T P), 使得安装非常容易 2 由于 Hub 的管理, 任何连接上出的问题只会影响某一台设备或某一个网络分段, 不会影响整个网络的运行, 从而增强了网络的适应性, 简化了网络故障的检测工作, 为网络的重构提供了方便 3 容易移动和改变网络连接当部分 10 Base T 网络安装好之后, 每个房间都设有标准的 RJ 45 接线头移动一个网络用户只需简单地将网络工作站移动到另一处, 并将其连线重新插入另一个相应的 RJ 45 接线盒中 10 Base T 10 Base 5 和 10 Base 2 同属于 IEEE 802 畅 3 规范, 因此互连简单对于远距离通信, 通常用粗缆或细缆作为主干线以延长网段, 非屏蔽双绞线作为分支网络 5 畅 100 Base T 网络随着网络应用的不断深入和多媒体技术的应用,10 M bps 已难以满足用户的应用需求 IEEE 802 畅 3 委员会制定了 100 Mbps 的多种快速以太网规范它仍使用 CS M A/CD 协议, 与 10 Base T 布线兼容, 但无须改变网络拓扑结构, 而且所有在 10 Base T 上的应用软件和网络软件功能都可保持不变, 用户只需更换网卡和配置一台 100 Mbps 的集线器, 就可轻易地将 10 Base T 升级为快速以太网 100 Base T 具体升级步骤如下 (1) 为所有新的高性能系统配置 100 Mbps 设备 (2) 移去服务器中的瓶颈 ( 在服务器上安装 10/100 Mbps 网卡并将其连接到 10/100 Mbps 交换器上 ) (3) 将工作站升级到 100 Mbps 目前,IEEE 已将 100 Base T 的快速以太网定为正式的国际标准, 其代号为 IEEE 802 畅 3u 此标准已得到众多厂商的支持, 并已有多种 100 Base T 产品问世尽管快速以太网具有高可靠性易扩充性成本低等优点, 但在数据仓库桌面电视会议三维图形与高清晰度图像的应用中, 还不能满足人们对更高带宽的要求, 因此,IEEE 正在研制千 49

8 第三章计算机局域网兆位以太网 (Gigabit Ethernet) 它使用了与其前代以太网技术相同的 CS M A/CD 协议相同的帧结构及帧长这对网络用户来说, 意味着可以花费不大的网络投资, 也不需要增加网络协议及重新培训其网络用户, 就可以将速率扩展至千兆位 6 畅总结以太网常用的拓扑结构是星状结构, 根据传输速率和使用的传输介质可分为各种类型, 如表所示表各种类型以太网以太网分类传输速率传输介质以太网 (Ethernet) 快速以太网 (Fast Ethernet) 自适应以太网 (Auto Negotiation) 千兆以太网 (Gigabit Ethernet) 10 Mbps 100 Mbps 10/100 Mbps Mbps 10 Base 5 : 粗同轴电缆 10 Base 2 : 细同轴电缆 10 Base T : 双绞线 ( 三类以上 ) 10 Base F : 光纤 ( 多模 ) 100 Base TX : 双绞线 ( 五类 ) 100 Base FX : 光纤 ( 多模 ) 100 Base T4 : 双绞线 ( 三类以上 ) 10 Base T : 双绞线 ( 三类以上 ) 100 Base TX : 双绞线 ( 五类 ) Base T : 双绞线 ( 五类 ) Base X : 光纤 ( 单模或多模 ) 四实训环境 (1) 软件环境 :Window s XP/2000/2003, 所有计算机中安装的 TCP/IP 协议工作正常 (2) 硬件环境 : 1 4 ~ 6 台计算机组成一个小组每台计算机都带有 10/100 M bps 以太网络接口卡 2 每个小组配备一台带有 8 个以上 RJ 45 端口的集线器, 多根直通线五实训内容构建一个星状结构的以太网 (1) 将集线器放置在桌面合适的位置上 ( 保证小组内的各台计算机都能连上 ), 接好集线器电源观察集线器状况, 将相关信息记录在表中表集线器状况集线器型号以太网端口数目端口速度 (Mbps) 级联端口 (Uplink) 数目以太网端口状况 ( 亮 / 暗 ) 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 其他 (2) 拔掉计算机上原有的网线, 将直通线的一端插入计算机的网线插口上, 另一端插入到集 50

9 实训 3 畅 1 星状以太局域网的构建线器的某一端口 (3) 确保集线器计算机电源线都被插好打开集线器电源开关, 确保电源状况指示灯亮, 然后打开计算机电源开关注意计算机启动时, 集线器上的灯会发生什么变化, 计算机网卡上的灯会发生什么变化, 记录相关信息在表中表集线器和网卡状态灯情况网卡状态指示灯 ( 红 / 绿 / 暗 ) 集线器以太网端口状态灯 ( 红 / 绿 / 暗 ) 本机接入的端口号 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 其他 (4) 打开本地连接属性对话框, 如图所示双击 Internet 协议 ( TCP/IP), 弹出的对话框如图所示, 输入 IP 地址子网掩码 IP 地址为 192 畅 168 畅 y y 畅 x x, 其中 y y 为小组号 x x 为学生学号, 注意同一小组中的计算机的 IP 地址的 y y 部分相同图本地连接属性对话框 (5) 选择开始硳运行命令, 输入 cmd, 打开命令提示符窗口用 ping 命令依次测试本机与小组内其他计算机之间的连通性, 例如 ping 192 畅 168 畅 1 畅 122, 同时观察集线器和网卡指示灯的状态记录测试结果在表中 ( 如果 ping 命令发出后, 返回信息是 :Request timed out, 则表示两机不能正常通信 ) 51

10 第三章计算机局域网图 Internet 协议 (TCP/IP) 属性对话框表小组网络测试状况本机 IP 地址本组其他计算机 IP 地址数据包往返的平均时间 (Average)(ms) 连通性 ( 通 / 否 ) 10 Base T 网络整体性能评价 (6) 在本机创建一个文件夹, 在其中存放一个大小超过 10 MB 的文件, 设置为共享文件夹 ( 右击该文件夹, 在弹出的快捷菜单中选择共享命令, 在出现的对话框中选择共享选项卡, 选择共享文件夹单选按钮, 并在共享名后输入一个供网络中其他用户访问该资源时使用的名称, 例如 GX_xx ) (7) 通过网上邻居访问小组内相邻计算机上的共享文件, 记录访问结果填入表 ( 注意 : 本机上的共享文件夹名在测试前准备好 ) (8) 将小组中每一位参加者的测试结果进行汇总, 确定本小组的 10 Base T 网络中有问题的连接, 找出原因, 并记录在实训报告上 52

11 实训 3 畅 1 星状以太局域网的构建表小组网络资源测试状况记录表本机上的共享要访问的共享文件夹名 / 访问结果 ( 正常 / 10 Base T 网络资源访问文件夹名计算机名文件名不正常 ) 性能评价 (9) 观察本小组构建好的网络, 在实验报告中, 用 Visio 画出小组网络拓扑结构图六实训思考题 (1) 在快速以太网中, 采用双绞线连接的集线器和计算机集线器和交换机之间的最大距离各为多少? (2) 采用双绞线连接的集线器和集线器之间的最大距离为多少? 七实训报告实训名称 : 成绩 : 专业班级 : 姓名 : 学号 : 邮箱地址 : 实训日期 : 年月日实训报告日期 : 年月日实训指导老师 : 一实训目标二实训环境三实训理论知识 53

12 第三章计算机局域网四实训任务 ( 根据每个实训规定的具体任务, 写出完成的过程 ) 五实训思考题实训 3 畅 2 用集线器和交换机互连局域网一实训目标通过本次实训, 学生应该达到以下目标 (1) 了解用集线器设备扩展局域网的特性 (2) 了解用集线器级联的局域网的特点 (3) 了解用交换机互联的局域网的特点 (4) 掌握基本的网络故障的判断和解决方法二背景资料对于企事业单位来说, 由于各种因素的制约, 内部局域网的建设并不是一步到位的, 往往随着公司或单位经费的增加业务的扩展和需要, 网络的规模也在逐渐扩大例如, 学校可能因经费到位与扩大招生, 扩建一个旧的网络机房的规模, 或许机房中的计算机数目从 36 台扩展到 48 台 ; 企业新设置一个部门, 需要为该部门建设一个新的部门网络, 但必须保证与企业原有的网络互连, 便于部门之间的信息交换和资源共享 ; 当企业产生并购时, 原有企业之间的网络也必须互连, 这样才能保持合并和公司业务的正常开展这种小规模的网络扩建和互连, 一般要求企业内部的信息技术管理人员直接负责制定扩展规划选择设备熟悉互连的方法和步骤, 直至具体负责调试完成因此, 熟悉扩展小型星状结构以太局域网的方法和步骤, 获取同种网络互连的初步经验, 对解决一些实际应用问题是非常有 54

13 实训 3 畅 2 用集线器和交换机互连局域网用的三知识要点 ( 一 ) 网络互连互连是计算机网络的重要技术之一之所以重要, 是因为它是计算机网络发展过程中必不可少的采用该技术才能使计算机网络更有效更可靠更充分地发挥它的作用 (1) 互连的意义网络互连其实就是把网络与网络连接起来, 在用户之间实现跨网络的通信与操作的技术为什么需要把网络与网络连接起来呢? 前面介绍的各种网络均有其各自的作用当主机用户要求对超出一个系统的可用资源进行访问时, 就有必要建立分组交换网或分组广播网, 而当单个网络的资源不足以满足用户的需要时, 就需要将几个分组交换网相互连接起来使用, 使连接在不同网络中的主机能相互通信网络互连不仅可以实现网络之间的通信, 而且还可以实现高级的用户服务, 如电子邮箱数据库资源共享数据处理等服务 (2) 互连的类型计算机网络从传输距离上可以分为局域网城域网和广域网 3 类, 所以网络互连的类型主要有 : 1 局域网 (LA N) 局域网 (LA N) 2 局域网 (LA N) 广域网 (W A N) 3 局域网 (LA N) 广域网 (W A N) 局域网 (LA N) 4 广域网 (W A N) 广域网 (W A N) 图用虚线说明了这 4 种连接每种连接情况都必须在两个网络间的连接处插入一个网关, 以便当分组从一个网络传到另一个网络时做必要的转换 1 局域网局域网互连在日常应用中, 局域网局域网互连是最常用的一种, 它还可以分为两类 (a) 同种局域网的互连符合相同协议的局域网的互连叫做同种局域网的互连例如, 两个 Ethernet 的互连, 或者是两个 T oken Ring 的互连, 都属于同种局域网的互连这类互连比较简单, 一般使用网桥 (Bridge) 或中继器, 就可以将分散在不同地理位置上的局域网互连起来 (b) 异型局域网的互连两种不同协议的共享介质局域网的互连以及 A T M 局域网与传统共享介质局域网的互连都属于异型局域网的互连例如, 一个 Ethernet 与一个 T oken Ring 的互连异型局域网之间也可以用网桥互连起来 2 局域网广域网互连由于局域网的数量非常多, 而处于不同地方相隔甚远的局域网之间希望通信, 就得借助于广域网使其互连起来实现局域网广域网互连的主要设备有路由器 (Router) 或网关 ( Gateway, 也称为网间协议变换器 ) 3 局域网广域网局域网互连 55

14 第三章计算机局域网图网络互连示意图这种连网类型也就是将一个局域网通过一个广域网与另一个也连接到该广域网上的局域网进行通信同样, 局域网也是通过路由器或网关与广域网相连的 4 广域网广域网互连这种类型也是目前常见的网络互连法之一它们也是通过路由器或网关互连起来, 可以使分别连入各个广域网的主机资源能够相互共享 (3) 互连的层次由于网络协议是分层的, 所以网络互连也存在着互连的层次问题根据 OSI 层次的结构模型, 网络互连的层次可以分为以下几种 1 数据链路层互连数据链路层互连的设备是网桥 (Bridge) 网桥也能支持局域网的远程连接, 它在网络互连中起到了数据接收地址过滤与数据转发的作用用网桥实现数据链路层互连时, 互连网络的数据链路层与物理层的协议可以相同, 也可以不同 2 网络层互连网络层互连主要是解决路由选择拥塞控制差错处理与分段技术等问题网络层互连的设备是路由器 (Router) 路由器提供了各种各样各种速率的链路或子网接口 ; 参加管理网络用路由器实现网络层互连时, 互连网络的网络层与以下各层的协议可以相同, 也可以不同 3 高层互连高层互连的设备是网关 (Gateway) 传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连都属于高层互连高层互连使用的网关很多都是应用层网关, 简称为应用网关 (Application Gateway) 用应用网关实现高层互连时, 两个网络的应用层及以下各层网络协议是不同的 56

15 实训 3 畅 2 用集线器和交换机互连局域网 ( 二 ) 互连设备根据网络互连环境的不同, 互连设备的性能和繁简程度的差异也很大, 常用的局域网互连设备有中继器网桥路由器网关交换式互连等设备 1 畅中继器 (Repeater) 中继器是物理层的互连设备, 由于它仅在两个网络之间实现电气连接, 故专门用于连接两个相同的局域网, 其作用是把局域网中传输的电信号增强后送到另一个局域网上它要求网络是同类型的, 而且具有相同的协议和速率, 它起到了维持通过局域网的信号电平, 从而扩展了局域网段的长度 2 畅集线器集线器 ( Hub) 工作在 OSI 模型的第一层, 即物理层它的作用与中继器类似, 是网络的中心连接点它的多个端口可用来连接多台计算机和服务器通信时, 一个以太网的数据包先从源结点发送到集线器上, 然后再被广播到集线器中的其他所有端口上集线器可扩充网络的规模, 安装简单, 使用方便 3 畅网桥网桥 (Bridge) 是数据链路层的互连设备, 工作在 OSI 协议的下两层数据链路层包括 M AC 子层及 L LC 子层网桥也可分为 M AC 子层互连产品及 L LC 子层互连产品 M AC 网桥只能连接相同的局域网, 而 LLC 网桥能连接不同的局域网如图所示为简单连接两个局域网的网桥的工作原理 M AC 网桥可分为透明网桥源路由桥源路由透明桥 LLC 网桥又可分为翻译桥封装桥等网桥在局域网中经常被用来将一个大局域网分成既独立又能相互通信的多个子网的互连结构, 从而可以改善各个子网的性能和安全性图网桥的工作原理 (1) 网桥的应用环境网桥的典型应用是将局域网分段成子网, 从而提高信息的流量, 这样的网桥叫做本地桥用于广域网上的网桥叫做远地桥两种类型的桥执行同样的功能, 只是所用的网络接口不同网桥的应用环境主要是 : 1 若一个单位的各个部门有各自的局域网, 而这些部门之间需要交换信息, 共享资源时, 就可通过网桥将多个局域网互连起来 2 若一个单位的各办公楼有独立的局域网, 通过网桥将这些局域网互连起来, 就可构成整个单位的大型局域网 3 若在大型的企业或校园内, 可按地理位置或组织关系建立各自的功能子网, 每个子网是一个局域网, 将它们互连起来就构成了大型的企业网或校园网 4 如果两台计算机之间的距离超过了可连局域网的最大地理范围, 那么可以将它们再分成几个局域网来组建, 然后再把这几个局域网互连起来 57

16 第三章计算机局域网 5 如果一个单位中的某一部门的信息对安全保密性要求较高, 可将其单独连一局域网, 再将其与单位中的其他局域网相连 (2) 网桥的主要性能 1 网桥可以连接两个采用不同数据链路层协议不同传输介质与不同传输速率的网络 2 网桥接收从两个局域网介质传来的各帧, 然后根据帧的目的地址, 有选择地把从一个网络来的链路帧重新发送到另一个网络上去, 实现通信 3 网桥互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议 4 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量, 有利于改善互连网络的性能与安全性 5 网桥对更高层次的协议是透明的, 即用户看不到它们的存在, 这样互连的网络看起来就像一个单一的逻辑网络 4 畅交换机交换机和交换式集线器均被称为交换机 (Switch) 以太网交换机是一种具有低价位高性能和高密度等特点的设备 (1) 交换机与集线器的不同之处 1 在 OSI 模型中所处的位置不同传统的以太网交换机工作在 OSI 模型的第二层, 它是在多端口网桥基础上发展起来的, 因此又被称为多端口网桥传统的交换机也可以看做是多个网桥一起使用, 它实际上是改进了的网桥综上所述, 传统的交换机工作在数据链路层, 属于 OSI 的第二层的网络连接设备, 而集线器属于 OSI 的第一层, 即物理层的网络连接设备 2 工作原理不同交换机与网桥的工作十分相似, 是按照存储转发原理工作的设备, 它与网桥一样具有自动的过滤和学习功能以太网交换机检测从以太网端口传送来的数据帧的物理地址, 然后与系统内部的动态路径表进行比较, 若该数据帧的源地址不在路径表中, 则交换机会将该地址加入到查找表若在查找表中, 则能够找到相同的表项其次, 在表项中, 当数据帧的目的地址与源地址的端口相同时, 交换机就不转发该数据帧 ; 当不同时, 则将该数据帧转发到路径表指明的目的端口处这就是以太网交换机所谓的帧转发和学习机制它按照每一个信息帧中的第二层 ( 如 M AC) 地址, 来筛选以太网的数据帧它不向所有的端口转发数据帧, 而只向目的端口转发数据帧, 因此可以显著地提高网络的传输性能集线器则不同, 当它检测到某个以太网端口发送的数据帧时, 会直接将该数据帧发往其他所有端口, 这样就导致了共享式局域网中的竞争信道问题有些交换机除了具有过滤学习功能外, 还具有差错控制的功能, 而集线器则无此功能, 因此, 集线器不能保证数据传输的完整性和正确性 3 网络工作方式和冲突域不同集线器按广播模式进行工作, 当集线器的某个端口工作时, 其他所有端口都能够收听到信息, 因此集线器组成网络的冲突域是整个网络, 各用户计算机和网络设备的冲突是由 CS M A/CD 来控制的当网络较大时, 网络的性能会由于冲突的激增而急剧下降, 而且容易产生广播风暴交换机工作的时候, 只在发出请求的端口和目的端口之间进行通信, 不会影响到其他端口, 这样就减少了信号在网络上发生碰撞的机会因此, 其冲突域是在端口, 只要网络上各用户计算 58

17 实训 3 畅 2 用集线器和交换机互连局域网机不访问同一端口, 而且端口设置为全双工, 就不会发生冲突由此可见, 交换机能够隔离冲突所发生的区域, 减小网络访问的冲突机会 4 结点享有的带宽不同共享式网络的最大问题是网络中的所有结点用户共享带宽, 因此, 通信信道在某一个时刻只允许一个用户传递信息这样, 当多个用户需要同时传递信息时, 就只能采用争用的规则来争取信道的使用权利, 因此大量用户经常处于等待状态, 严重地影响了网络的性能这就是说, 集线器的多个端口共享一条带宽, 在同一时刻只能在两个端口之间传送数据, 其他端口只能等待而在交换式网络中, 交换机可以为每个端口的用户或结点提供专用带宽的信息通道, 并允许多对结点用户同时按端口的带宽传递信息综上所述, 集线器的各端口共享集线器的带宽, 而交换机提供的信息流通量为各个端口结点的专用传输速率之和例如, 如果背板速率足够, 则一个 16 口共享式的 10 Base T 的集线器最多只能提供 10 M bps 的数据流通量 : 而一个 16 口的 10 M bps 交换机, 当 16 个结点同时与其他交换机的结点通信时, 网络的总传输速率最多为 160 M bps 但是应注意 : 在同一交换机的 16 个端口之间通信时, 最多只能同时提供 8 道并行的数据通信 5 端口通信模式不同集线器只能工作在半双工模式下, 交换机不但可以工作在半双工模式下, 还可以工作在全双工模式下全双工传输可以提高网络效率, 但交换机的全双工通信必须有全双工网卡交换机端口和介质等设备的支持才能够实现 6 逻辑拓扑结构不同集线器组成的网络逻辑拓扑结构为总线型, 而交换机组成的网络逻辑拓扑结构为星状 (2) 交换机与集线器的相同之处交换机和集线器只是在工作方式上不同, 而在其他方面则完全一致, 例如, 在连线方式物理拓扑结构故障指示组网功能以及网卡传输介质和速度选择等方面完全一致另外, 交换机转发广播信息到所有的端口, 因此, 它和集线器一样不能控制广播风暴 5 畅路由器路由器 (Router) 是网络层的互连设备, 工作在 OSI 协议的下 3 层网络层可分为子网访问层子网增强层和网际网层 3 个子层, 路由器实现了这些子层的功能路由器是在 20 世纪 80 年代后期流行起来的, 由于当时互连网络的规模越来越大, 更多的异种网需要互连, 而网桥已无法适应这种环境路由器实现了具有相同类型和不同类型的网络互连, 包括局域网局域网局域网广域网广域网广域网的互连 1 路由器按功能分, 可分为单协议路由器和多协议路由器 2 路由器按性能和价格高低分, 可分为高档中档和低档 3 种路由器的主要功能是路由选择, 这是通过设置在路由器中的路由表来完成的路由表有静态和动态之分, 两者之间的根本区别在于, 静态路由表与网络状态的变化无关, 而动态路由表则随网络状态的变化而改变如果互连的网络个数较少, 可采用静态路由表管理互连网络的通信, 只有在复杂的互连网上才采用动态路由表路由器对动态路由表的管理是通过运行路由程序来完成的, 这种路由程序也可分为静态和动态两种在复杂的互连环境中, 如果路由程序只接收其他路由器发来的路由表信息, 而不广播自己的路由表, 这种路由程序称为静态路由程序反之, 59

18 第三章计算机局域网如果路由程序既接收来自其他路由器发来的路由表信息, 又广播自己的路由表信息, 这种路由程序称为动态路由程序路由程序通过收集来自其他路由器发来的路由表信息来动态地修改自己的路由表, 从而适应网络环境的变化虽然路由器和网桥都能实现网络互连, 但是它们的差别还是很大的, 两者的比较见表表网桥与路由器的比较内容网桥路由器中继层次数据链路层网络层网络规模小大互连不同速率网络不能能防火墙功能较弱强网络地址 MAC 地址逻辑地址可拆装性不支持支持通向目的路由数目 1 条多条协议透明性对上层协议透明转发相同网络层协议传输时延小较大传输速度较快较慢网络容错性较弱强在实际应用中, 究竟选用哪种设备取决于具体的应用环境目前往往在同一个产品中采用这两种技术, 称此为网桥路由器 (Brouter), 简称桥路器, 它是网桥和路由器的混合物它按 OSI 数据链路层和网络层协议工作, 使之既具有对协议透明的功能, 又具有按某种协议选择路由的功能桥路器适用于同种网和异种网的互连桥路器除了具有桥接和路由选择功能之外, 还有简单的安全管理减少广播通信量以及处理特殊地址限制等功能大多数桥路器都用于控制通信量和广域网链路 6 畅网关网关 (Gateway) 是传输层及其以上层次的互连设备, 工作在 OSI 协议的 7 个层次在上述网间互连设备中, 网关是最复杂的, 它主要用于不同体系结构网络的互连在网桥的讨论中, 假设互连网在数据链路层之上所使用的高层协议是相同的 ; 在路由器的讨论中, 假设互连网在网络层之上所使用的高层协议是相同的, 而网关可以完成不同网络协议之间的转换通常, 对具有不同网络体系结构而且物理上又彼此独立的网络, 可用网关将其连接起来此时, 被互连的两个网络的类型既可以是不同的, 也可以是相同的用网关互连的两个网络在物理上也可以是同一个网络, 例如, 在同一个以太网上的某些站运行 TCP/IP 网络软件, 而另一些站运行 Novell 网络软件此时, 可将该以太网看做是两个逻辑网, 一个是 TCP/IP 网, 另一个是 Novell 网这两个逻辑网之间交换信息必须通过网关进行协议转换网关实现不同网络协议之间的转换是通过使用适当的硬件与软件来实现的硬件提供不同网络的接口, 软件实现不同的互连网协议之间的转换网关的结构如图所示 60

19 实训 3 畅 2 用集线器和交换机互连局域网图网关的结构网关实现协议转换的方法主要有两种 : 1 直接将输入网络信息包的格式转换成输出网络信息包的格式 2 将输入网络信息包的格式转换成一种统一的标准网间信息包的格式 ( 三 ) 集线器扩展以太网段的规则如果要扩大 10 Base T 以太局域网的范围, 最简单的途径是通过集线器和双绞线来扩展网络, 但通过集线器级联来扩展网络时, 必须遵循规则 (1) 任意两台计算机之间的连接线最多不能超过 5 段 ( 包括集线器到集线器的连接线集线器到计算机之间的连接线 ), 如果连接线段为 5 段, 则其中有一个集线器不能连接计算机 (2) 用集线器级联来扩展 10 Base T 以太网, 可用的集线器数不能超过 4 台 (3) 用如图所示的连接方式, 则中间有一台集线器是不能用来连接计算机的而采用如图所示的连接方式, 可以避免一个集线器不能连接计算机的问题在图中, 因为任意两台图扩展以太网段计算机之间的连接线段均未超过 5, 故所有的集线器连接方法之一都可以连接计算机 (4) 虽然集线器扩展的网络最大距离为 500 m, 但是, 当连接的计算机数目增加时, 网络传输速率可能会大大降低用交换机代替集线器可以提高网络的传输性能图扩展以太网段连接方法之二四实训环境 (1) 软件环境 :Window s XP/2000/2003, 保证所有计算机中已正确安装好 T CP/IP (2) 硬件环境 : 1 4 ~ 6 台计算机组成一个小组, 每台计算机都带有 10/100 Mbps 以太网络接口卡 61

20 第三章计算机局域网 2 每个小组配备一台含有 8 个以上端口和一个级联端口的集线器, 多根直通线 3 每 4 个小组配备一台含有 4 个以上端口的交换机,4 个小组的网络组成一个大网络 (3) 网络环境 : 每个小组的网络构成一个以太网段五实训内容 1 畅用集线器连接多个以太网段 (1) 每个小组参照实训 3 1, 构建好本小组的星状结构的以太网 (2) 测量 4 个小组的集线器之间的距离, 参照第二章网线制作实训,4 个小组合作制作两根足够长的直通线和一根交叉线, 用于级联各小组的集线器 (3) 按图的连接方式, 用新制作好的双绞线将 4 个小组中的集线器连接起来 ( 直通线连接组 1 集线器的 Uplink 口组 2 集线器的普通口 ; 组 2 集线器的 Uplink 口组 3 集线器的普通口交叉线连接组 2 集线器的普通口组 4 集线器的普通口 ) (4) 用 ping 命令测试与其他 3 个小组内任意 6 台计算机之间的连通性, 同时观察集线器和网卡指示灯的状态, 记录测试结果在表中表网络测试状况记录表 1 本小组号 / 计算机 IP 地址其他小组号计算机 IP 地址连通性 ( 通 / 否 ) 扩展后的星状结构以太网整体性能评价 (5) 测试共享访问情况通过网上邻居访问其他 3 个小组内任意计算机上的共享文件, 记录访问结果在表中表网络资源测试状况记录表 1 其他小组号要访问的计算机名共享文件夹名 / 文件名正常 / 不正常扩展后的星状结构以太网整体性能评价 62

21 实训 3 畅 2 用集线器和交换机互连局域网 (6) 将测试结果进行汇总, 确定扩展后的以太网络中有问题的连接对照规则, 评价本实训采用的结构, 找出存在的问题和解决方法, 并记录在实训报告中 (7) 观察构建好的网络, 用 Visio 画出网络拓扑结构图 2 畅采用交换机连接多个以太网段 (1) 拆除 4 个小组的集线器之间的连接, 选择合适的位置放置一台交换机 (2) 接通交换机电源, 观察交换机型号各端口用途和指示灯的情况 (3) 再制作一根直通线将 4 个小组的集线器和交换机连接起来 ( 直通线连接集线器的 Uplink 口交换机普通口, 交叉线连接集线器的普通口交换机普通口 ) (4) 用 ping 命令测试与其他 3 个小组内任意 6 台计算机互相之间的连通性, 同时观察交换机集线器和网卡指示灯的状态, 记录测试结果在表中表网络测试状况记录表 2 本组号 / 计算机 IP 地址组号计算机 IP 地址连通性 ( 通 / 否 ) 扩展后的星状结构以太网整体性能评价 (5) 测试共享访问情况通过网上邻居访问其他 3 个小组内任意计算机上的共享文件, 记录访问结果在表中表网络资源测试状况记录表 2 其他组号要访问的计算机名共享文件夹名 / 文件名正常 / 不正常扩展后的星状结构以太网整体性能评价 (6) 将 4 个小组中的测试结果进行汇总, 确定扩展后的星状结构以太网中有问题的连接, 找出原因并记录在实训报告中 (7) 观察构建好的网络, 用 Visio 画出网络拓扑结构图 63

22 第三章计算机局域网六实训思考题 (1) 简述用集线器互连星状结构以太网段时必须遵循的规则 (2) 列举用交换机代替集线器带来的好处或坏处 (3) 比较在上述两种结构的网络中, 通过网上邻居共享访问文件的操作结果有何区别? 七实训报告实训名称 : 成绩 : 专业班级 : 姓名 : 学号 : 邮箱地址 : 实训日期 : 年月日实训报告日期 : 年月日实训指导老师 : 一实训目标二实训环境三实训理论知识四实训任务 ( 根据每个实训规定的具体任务, 写出完成的过程 ) 五实训思考题 64

23 单元评估一单元课程评价表单元内容学号姓名班级年月日 (1) 你认为本单元最有价值的内容是 : (2) 下列问题你需要进一步了解或得到帮助 : (3) 教师讲授思路是否清晰? 态度是否友善? (4) 教师的教学方法对学习是否起到了帮助作用? (5) 你是否有计划有组织地学习? 是否朝学习目标努力? (6) 为使学习更有效, 你对本单元的教学有何建议? 教师签字学生签字 65

25 二基本能力测评表关键能力评价指标自测结果 ( 在中打传,A 通过,B 基本通过,C 未通过 ) 备注自我管理能力交流能力解决问题能力设计创新能力其他教师评语 (1) 培养自己的责任心 (2) 管理自己的时间 (3) 所学知识的灵活运用 (1) 知道如何尊重他人 (2) 能否与其他人有效地沟通 (3) 在团队合作中表现积极 (4) 能获取信息并反馈信息 (1) 学会使用信息资源 (2) 能发现并解决常规及特殊问题 (1) 面对问题的时候能根据现有的技能提出有价值的观点 (2) 使用不同的思维方式 A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C 成绩教师签字 67

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层