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1 全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试参考用书 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 刘华主编崔剑吕义柱等编著 清华大学出版社 北 京

2 II 网络管理员考试科目 2 内容简介 本书是全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试办公室推荐使用的参考用书 书中内容涵盖了网络管理员考试大纲中科目 2: 网络系统的管理与维护的所有知识点 全书的主要内容有 : 小型计算机局域网的构建, 综合布线, 小型计算机局域网服务器配置,Web 网站的管理维护以及网页制作, 网络系统的运行 维护和管理, 防火墙技术 书中重要章节都包含考点提炼 难点解析 典型例题 相应的习题和参考答案, 有效地帮助考生进行考前复习和训练 本书适合参加全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试的考生备考使用 同时也可作为学习网络系统管理与维护的自学用书 版权所有, 翻印必究 举报电话 : 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签, 无标签者不得销售 本书防伪标签采用特殊防伪技术, 用户可通过在图案表面涂抹清水, 图案消失, 水干后图案复现 ; 或将表面膜揭下, 放在白纸上用彩笔涂抹, 图案在白纸上再现的方法识别真伪 图书在版编目 (CIP) 数据 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 / 刘华主编 ; 崔剑, 吕义柱等编著. 北京 : 清华大学出版社, ( 全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试参考用书 ) ISBN X I. 网 II. 1 刘 2 崔 3 吕 III. 计算机网络 - 工程技术人员 - 资格考核 - 自学参考资料 Ⅳ. TP393 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2005) 第 号 出版者 : 清华大学出版社 地 址 : 北京清华大学学研大厦 邮 编 : 社总机 : 客户服务 : 责任编辑 : 薛 阳 印刷者 : 北京市昌平环球印刷厂 装订者 : 孟繁聪 发行者 : 新华书店总店北京发行所 开 本 : 印张 :23.5 字数 :526 千字 版 次 :2005 年 8 月第 1 版 2005 年 8 月第 1 次印刷 书 号 :ISBN X/TP 7597 印 数 :1~5000 定 价 :25.00 元

3 前 言 全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试是国家级的专业认定考试, 分为计算机软件 计算机网络 计算机应用技术 信息系统 信息服务等 5 个专业类别 每个专业按级别层次划分为初级资格 中级资格 高级资格并有相应的资格名称 网络管理员属于计算机网络专业, 初级资格 本书是全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试办公室推荐使用的参考用书 书中内容涵盖了网络管理员考试大纲中考试科目 2: 网络系统的管理与维护的全部内容 全书分为 6 章 第 1 章是小型计算机局域网的构建 主要包括组网设计, 组网技术选择, 组网设备选择及部署, 设备配置和管理, 划分 VLAN 等内容 第 2 章是综合布线 主要包括综合布线概念 组成 设计及依据的标准, 综合布线基础环境准备, 线缆及相关硬件的选择与安装, 综合布线系统的性能指标及测试流程等内容 第 3 章是小型计算机局域网服务器配置 主要包括 IP 地址 子网掩码的规划 设置和维护, 电子邮件服务器的规划 设置和维护,FTP 服务器的规划 设置和维护, 代理服务器的规划 设置和维护,DHCP 服务器的安装与设置等内容 第 4 章是 Web 网站的管理维护以及网页制作 主要包括 Web 网络的规划 建设 管理与维护, 使用 HTML 和相关软件进行网页设计与制作,JSP ASP XML 等动态网页编程技术的基本概念等内容 第 5 章是网络系统的运行 维护和管理 主要包括使用网络管理软件对网络的配置 安全 性能 故障 计费进行监督和管理, 简单网络故障的分析 定位 诊断和排除, 小型网络的维护策略 计划和实施, 数据备份和数据恢复, 系统性能分析 系统潜在问题分析等内容 第 6 章是防火墙技术 主要包括网络病毒防护策略, 防火墙的配置策略, 入侵处理策略, 漏洞处理策略等内容 书中重要的章节都包含考点提炼 难点分析 典型例题 相应的习题和答案, 帮助考生进行考前复习和训练 本书在全国计算机技术与软件专业技术资格 ( 水平 ) 考试办公室的领导下组织编写 由刘华任主编, 参与本书编写的有 : 崔剑 吕义柱 李林果 刘剑锋 于玥 陶聪 李成都 薛秋沛等, 在此表示衷心感谢! 由于时间仓促加之作者水平有限, 书中不足之处在所难免, 欢迎大家批评指正! 编者 2005 年 6 月

4 目录 III 目 录 第 1 章小型计算机局域网的构建 组网设计 局域网基础知识及设计基本原则 组网设计过程 组网技术选择 局域网类型 局域网的技术选择方案 组网设备选择及部署 组网设备介绍 网络设备的选择和部署 设备配置和管理 集线器的配置和管理 交换机的配置和管理 路由器的配置和管理 划分 VLAN 全真模拟训练题 模拟训练答案 第 2 章综合布线 综合布线概念 组成 设计及依据的标准 综合布线基础环境准备 线缆及相关硬件的选择和安装 电缆及其相关硬件基础知识介绍 光缆及其相关硬件基础知识介绍 线缆选择及安装 综合布线系统的性能指标及测试流程 电缆的性能指标及测试流程 光缆的性能指标及测试流程 全真模拟训练题

5 IV 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 模拟训练答案 第 3 章小型计算机局域网服务器配置 IP 地址 子网掩码的规划设置 IP 地址的规划设置 子网掩码的规划设置 DNS 服务器的规划 设置和维护 DNS 域名服务 DNS 服务器的设置和维护 电子邮件服务器的规划 设置和维护 电子邮件服务 电子邮件服务器的设置与维护 FTP 服务器的规划 设置和维护 代理服务器的规划 设置和维护 DHCP 服务器的安装与设置 全真模拟训练题 模拟训练答案 第 4 章 Web 网站的管理和网页制作 Web 网站的管理 Web 基础 Web 网站规划方法 建立网站和维护网站 制作网页 HTML 语言和网页设计 Dreamweaver MX 2004 简介 Flash 简介 Fireworks 简介 Photoshop 和网页设计 动态网页技术 JSP 简介 ASP 技术简介 ML 技术简介 全真模拟训练题 模拟训练答案

6 目录 V 第 5 章网络系统的管理 网络管理 网络管理简介 SNMP 网络管理功能 网络管理系统 网络故障分析和排除 网络诊断方法 网络诊断工具 网络故障的诊断和排除 小型网络的维护 小型网络概述 小型网络维护策略 数据维护 网络性能分析 全真模拟训练题 模拟训练答案 第 6 章防火墙技术 网络病毒防护策略 病毒简介 病毒的传播途径 病毒防护 防火墙的配置策略 防火墙的概念及功能 防火墙技术 防火墙配置策略 入侵处理 常见入侵方式 入侵处理策略 入侵检测系统 (IDS) 的原理 功能及其局限 漏洞处理策略 漏洞扫描原理 基于漏洞扫描器的漏洞处理策略

7 第 1 章 小型计算机局域网的构建 本章提示从计算机网络的覆盖面积来分类, 计算机网络可分为局域网 (LAN) 城域网(MAN) 和广域网 (WAN), 城域网和广域网可认为是局域网在空间上的扩展, 也可认为是由多个局域网互联组成的 所以计算机网络的建设需要从小型局域网的构建开始 建设计算机局域网的目的是通信和资源共享, 用户往往对网络的构建有着各自不同的需求, 各种需求下局域网的构建是不相同的 因此, 计算机局域网的规划设计, 必须充分考虑用户的需求, 然后从实际出发, 设计出合理而又能保证未来扩展需求的局域网 本章将按照考试大纲的要求, 全面介绍小型计算机局域网的构建过程, 并对需求分析 技术选择 设备选择和部署 设备的配置, 以及 VLAN 的划分等各步骤的重点做具体阐述 如图 1-1 所示是本章的知识结构图 图 1-1 小型计算机局域网的构建知识结构图 1.1 组网设计 网络是计算机技术和通信技术合成的产物, 其规划和设计是一项复杂的系统工程, 需要专门的网络系统设计人员按照系统工程的方法进行统一的规划设计 作为网络管理员,

8 2 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 应该具备能够设计小型计算机局域网的能力 网络技术现在正处于高速发展时期, 各种技术标准层出不穷, 相应于不同技术标准的不同设备也在被不断研发出来 网络管理员在设计小型局域网的时候, 需要根据需求分析, 找出其中最适合的技术标准 最适合的设备, 并充分发挥现有设备的潜力, 组成一个能够满足需要, 又能够保证有进一步扩展空间的网络 一个好的网络应保证网络系统具有完善的功能 较高的可靠性和安全性, 并能扩大新的应用范围, 发挥更大的潜力, 而且具有先进的技术支持, 有足够的扩充能力和灵活的升级能力, 使先进性能保持最长的时间 本小节将系统全面地介绍局域网设计的相关知识, 包括局域网的基础知识 组网设计的基本原则 设计方法和基本步骤等, 并对需求分析等难点进行着重说明, 本小节的最后将给出一些例题进行讲解分析 局域网基础知识及设计基本原则局域网是指在较小的地理范围内, 将有限的通信设备互连起来的计算机网络 它是一种通信网, 其覆盖地域处于广域网和多处理机系统之间 1. 考点提炼 (1) 局域网的特点从功能上讲, 局域网有以下特点 : 共享传输信道 在局域网中, 各系统设备连接到共享的通信设备中 范围有限 小的为一个房间或数个房间, 如学生宿舍中搭建的局域网, 大的也不过在几千米或十几千米范围内, 如学校或公司的局域网 传输速率高 电话数字线路最大传输速率仅为 56Kbps, 局域网采用的是基带传输, 传输速率从最初的 10Mbps, 经过 100Mbps, 到目前的 1000Mbps, 速率为万兆的局域网技术也已经问世 工作可靠, 误码率低 局域网多采用分布式控制和广播通信方式, 通信误码率可低于 甚至 10 从网络体系结构和传输控制规程来看, 计算机局域网的特点是 : 底层协议简单, 由于局域网距离短 时延小 传输速率高 误码率低, 相对而言信道的利用率不再是考虑的主要问题, 因而底层协议比较简单, 允许报文有较大的报头尺寸 小型的计算机局域网不需要中间转接, 不单独设置网络层, 但是如果局域网通过交换机 路由器等连接起来, 并需要提供各种服务, 则需要网络层, 一般局域网的体系结构相当于 OSI 模型中的最低两层 采用多种访问控制方式 由于可以采用的传输介质多样化, 局域网有多种媒体访问控制方式, 包括载波监听多路访问 / 冲突检测技术 令牌环控制技术 令牌总线

9 第 1 章小型计算机局域网的构建 3 控制技术 光纤分布式数据接口技术等 (2) 局域网参考模型 1982 年 2 月, 电器和电子工程师协会 (IEEE) 成立了 IEEE 802 委员会, 之后该委员会制定了一系列局域网标准, 称为 IEEE 802 标准 1983 年, 该标准被美国国家标准局 (ANSI) 接受为美国国家标准,1984 年 3 月,ISO 将该标准定为国际标准 按照 IEEE 802 标准, 局域网体系结构由物理层 媒体访问控制子层 (MAC,Media Access Control) 和逻辑链路控制子层 (LLC,Logical Link Control) 组成 如图 1-2 所示是 IEEE 802 的参考模型 图 1-2 IEEE 802 参考模型在局域网中采用了两级寻址, 用 MAC 地址标识局域网的一个站,LLC 提供了服务访问点 (SAP) 地址,SAP 指定了运行在一台计算机或网络设备上的一个或多个应用进程地址 (3) 局域网拓扑结构网络拓扑结构是指一个网络中各计算机节点之间互联的几何形状 任意一种局域网的访问控制方式都规定了它们各自的网络拓扑结构 局域网的网络拓扑结构通常分为 3 种, 分别是总线状拓扑结构 星状拓扑结构和环状拓扑结构 总线状拓扑结构 所有节点都通过相应硬件接口连接到一条无源公共总线上, 任何一个节点发出的信息都可沿着总线传输, 并被总线上其他任何一个节点接收, 它的传输方向是从发送点向两端扩散传送, 是一种广播式结构 在 LAN 中, 采用带有碰撞检测的载波侦听多路访问, 即 CSMA/CD 方式 每个节点的网卡上有一个收发器, 当发送节点发送的目的地址与某一节点的接口地址相符, 该节点即接收该信息 总线结构的优点是安装简单 易于扩充 可靠性高, 一个节点损坏, 不会影响整个网络工作 缺点是一次仅能一个端用户发送数据, 其他端用户必须

10 4 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 等到获得发送权, 媒体访问获取机制较复杂 如图 1-3 所示是总线状拓扑结构 图 1-3 总线状拓扑结构 星状拓扑结构 也称为辐射网, 它将一个点作为中心节点, 该点与其他节点均有线路连接 具有 N 个节点的星状网至少需要 N 1 条传输链路 星状网的中心节点就是转接交换中心, 其余 N 1 个节点间相互通信都要经过中心节点来转接, 在数据网络中, 这种设备是主机或集线器 因而该设备的交换能力和可靠性会影响网内所有用户 星状拓扑结构的优点是 : 利用中央节点可方便地提供服务和重新配置网络 ; 单个连接点的故障只影响一个设备, 不会影响全网, 容易检测和隔离故障, 便于维护 ; 任何一个连接只涉及到中央节点和一个站点, 因此控制介质访问的方法很简单, 从而访问协议也十分简单 星状拓扑结构的缺点是 : 每个站点直接与中央节点相连, 需要大量电缆, 因此费用较高 ; 如果中央节点产生故障, 则全网不能工作, 所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高, 中心系统通常采用双机热备份来提高系统的可靠性 如图 1-4 所示是星状拓扑结构 图 1-4 星状拓扑结构

11 第 1 章小型计算机局域网的构建 5 环状网络拓扑结构 环状结构中的各节点通过有源接口连接在一条闭合的环状通信线路中, 是点 - 点式结构 环状网中每个节点发送的信息流按环路设计的流向流动 为了提高可靠性, 可采用双环或多环等冗余措施来解决 目前的环状结构中采用了一种多路访问部件 MAU, 当某个节点发生故障时, 可以自动旁路, 隔离故障点, 这也使可靠性得到了提高 环状结构的优点是实时性好, 信息吞吐量大, 网的周长可达 200km, 节点可达几百个 但因环路是封闭的, 所以扩充不便 这种结构在 IBM 于 1985 年推出令牌环网后, 已被人们接受 目前推出的 FDDI 网就是使用这种双环结构 如图 1-5 所示是环状网络拓扑结构 图 1-5 环状网络拓扑结构 2. 难点解析 (1)IEEE 802 各层的作用 IEEE 802 参考模型的最低层对应于 OSI 模型中的物理层, 包括以下功能 : 信号的编解码 ; 用于接收同步码元的生成和去除 ; 比特流的发送 / 接收 IEEE 802 参考模型的 MAC 层和 LLC 层合并起来对应 OSI 模型中的数据链路层,MAC 子层完成的功能如下 : 在发送的时候将要发送的数据组装成带有地址和差错校验段的帧 ; 在接收时, 对帧进行拆卸, 进行地址识别和差错检测 ; 管理和控制对于局域网内传输媒体的访问 LLC 子层完成的功能如下 : 为高层协议提供一个或多个服务访问点 (SAP), 通过 SAP 支持面向连接的服务和复用能力 ;

12 6 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 端到端的差错控制和确认, 保证无差错传输 ; 端到端的流量控制 (2) 网络设计的基本原则网络设计的目标是选择合适的技术和设备, 进行合适的配置, 但怎样才能做到 合适 呢? 这取决于每个人对客户及其需求的了解程度 网络建设者可以用不同的方式实现组网设计, 但成功的网络设计都要遵循一些最基本的原则 实用性 建设局域网的目的是满足用户的需求, 用户的需求是规划的基础 在没有充分理解用户需求的情况下进行网络设计, 最终必然不能达到建设要求 网络往往需要满足各个用户的不同需求, 从而满足整个组织机构的所有业务需求 实用性也就是组网设计以人为本 可扩充性 组网设计的时候, 应该关注未来的技术发展方向, 不采用限制新技术发展的技术标准 比如多播是未来的发展趋势, 组网设计者应该保证在新技术得到普及的时候, 所设计的局域网无须将现有设备全部撤换, 而只需要具有网络扩展和升级选项的硬件和软件就可实现新的功能 开放性 组网设计应采用当前最新国际标准的软硬件以及开放的技术 开放的结构 开放的系统组件和用户接口, 使网络系统具备与多种协议计算机通信网络互联的特性, 为未来的横向扩展提供必要的条件 成本有效性 充分考虑资金投入能力, 应该以最好的性价比去构建网络系统, 组网设计并非是一味追求高性能, 因为高性能往往意味着高投资, 如果网络系统的投入超出该系统带来的利润, 这显然是不合适的, 另外该高性能网络系统未必得到充分利用 所以组网设计应该根据用户的应用需求, 在满足系统性能以及考虑到在可预见期间不失先进性的前提下, 尽量使整个系统投资合理且实用性强 可管理性 计算机网络具有一定的复杂性, 随着网络的发展, 其管理必然越来越繁重 所以网络设计者应该建立一套完善的网络管理解决方案 通过先进的管理策略 管理工具提高网络运行的可管理性和可靠性, 简化网络维护工作 安全可靠性 为了保证各项应用的实现, 所设计的网络必须具有高可靠性 应该尽量避免系统的单点故障, 应提供冗余措施, 并采用先进的网络管理技术, 对网络信息流量进行实时监控, 并对数据进行处理, 及时查出并排除故障 同时采取合适的安全措施, 如设置防火墙等等 3. 典型例题 例题 1-1 局域网络标准对应 OSI 模型的层 A. 下 2 层 B. 下 3 层 C. 下 4 层 D. 上 3 层 答案 B 解析 对于小型局域网来说, 物理层和数据链路层都是必要的, 但是网络层是不必要的 因为局域网的拓扑结构非常简单, 多个站点共享传输信道, 在任何两点之间只有惟

13 第 1 章小型计算机局域网的构建 7 一的一条链路, 不需要机械路由选择和流量控制 但从 OSI 的观点来看, 网络设备应连接到网络层的服务访问点 SAP 上, 这样看来, 网络层必不可少 局域网采用的方法是 : 不设置网络层, 但将网络层的服务访问点 SAP 设在数据链路层的上面 这样局域网的参考模型只相当于 OSI 的下 3 层 可参看图 1-2 IEEE 802 参考模型 例题 1-2 局域网总线/ 树拓扑的多点介质传输系统中, 要使多个站点共享单个数据通道, 需要特别考虑解决 (1) 和 (2) 这两个问题 例如采用 50 Ω 同轴电缆作为传输介质并构成总线拓扑的网络系统, 可使用基带技术传输数字信号, 总线上 (3), 总线两端加上终端匹配器用以 (4) (1) A. 数据帧格式 B. 介质访问控制方法 C. 通信协议类型 D. 信道分配方案 (2) A. 信号平衡 B. 站点之间性能匹配 C. 数据编码方案 D. 介质传输性能 (3) A. 整个带宽由单个信号占用 B. 整个带宽被分成多路数据信道 C. 可传输视频或音频信号 D. 数据只能单向传输 (4) A. 防止信号衰减 B. 增强抗干扰能力 C. 降低介质损耗 D. 阻止信号反射 答案 (1)B (2)A (3)A (4)D 解析 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式, 也就是说, 连接端用户的物理媒体由所有设备共享, 在同一时间只能由一个信号独占物理媒体 因此需要特别考虑介质访问控制方式 同时, 因为总线结构末端的非密封性, 应特别考虑信号的平衡, 如采用同轴电缆作为传输介质, 两端应采用终端匹配器以防止信号反射 例题 年 2 月, 电器和电子工程协会成立了 IEEE 802 委员会, 当时个人计算机联网刚刚兴起, 该委员会针对局域网提出了一系列标准, 称做 IEEE 802 标准, 该标准很快成为国际标准, 现在局域网的连接都是采用该标准 问题 1: 按照 IEEE 802 标准, 局域网体系结构分成哪几部分? 问题 2: 在哪个部分进行地址识别? 问题 3: 局域网一般采用哪两种访问控制方式? 这两种访问控制方式一般选用什么样的拓扑结构? 答案 问题 1: 物理层 媒体访问控制子层和逻辑链路控制子层 问题 2: 媒体访问控制子层 问题 3:CSMA/CD 和令牌环, 其中 CSMA/CD 多是采用星状拓扑结构, 而令牌环则是采用环状拓扑结构 解析 IEEE 802 参考模型的 MAC 层和 LLC 层合并起来对应 OSI 模型中的数据链路

14 8 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 层,MAC 层完成的功能主要有 : 在发送的时候将要发送的数据组装成带有地址和差错校验段的帧 ; 在接收的时候对帧进行拆卸, 执行地址识别和差错检测 ; 管理和控制对于局域网传输媒体的访问 局域网对传输媒体的访问主要有两种, 一种是载波侦听多路访问 / 冲突检测 (CSMA/CD), 一般使用星状拓扑结构, 集线器作为中间节点 ; 另一种是令牌环, 是环状拓扑结构 组网设计过程 1. 考点提炼同所有的开发技术一样, 当设计一个局域网时, 必须遵循一定的设计过程 任何局域网的设计时间都不可能是无限期的, 限期往往或长或短 正是由于时间的限制, 一些设计者往往不按照正规的设计过程进行设计, 而是急着直接开始设计后期工作, 最后往往不能很好地完成工作, 反而浪费了时间 好的正规的设计过程不但不会成为设计者的工作负担, 反而会使设计过程更加高效 简单 一般把组网设计分为如下步骤 : 需求分析, 现有网络分析, 逻辑网络设计, 物理网络设计, 周边服务设施支持 (1) 需求分析网络设计的最终目的是为了使用, 所以设计者设计出来的网络必须符合实际需求, 需求分析就是对各方面的实际需求进行调研, 保证后面设计有法可依 需求分析是开发过程中最关键的阶段 设计者必须对需求提供网络设计应达到的目标, 需求分析是一项很费时间和精力的工作, 而且最终所得到的结果未必确切, 但是需求分析可以使设计者更好地评价现有网络, 更客观地做出决策, 给所有用户提供合适的资源 不同的用户有不同的需求, 一个公司的各个部门都会有各自的不同需求, 所要考虑的需求包括 5 种, 分别是组织整体需求 用户需求 应用需求 计算机平台需求和网络需求 这 5 种需求分析具有层次性, 每一层都有各自相应的服务和需求, 如图 1-6 所示是需求分析层状结构 组织整体需求所谓组织整体需求是指所要设计网络整体上的需求, 包括该网的最终业务类型 公司的投资计划 公司未来发展对该网的要求 安全性等 搜集组织整体需求应该贯穿于需求分析的始终, 要充分考虑网内各用户的需求, 但是要优先考虑组织整体的需求 只有了解所要设计网络的用途, 网络设计者才能设计出最适合其商业运作模式的网络 用户需求除了了解组织整体的需求外, 还需了解网内每个用户的需求, 或者说是每个用户的关注点 为了设计符合用户需求的网络, 必须知道哪些服务或功能对用户的工作是重要的, 哪些是不重要的 这些服务有可能需要网络, 也可能只需要本地计算机就可以实现 需要注意的是, 用户叙述的需求总是主观而且可变的, 与用户的环境有关 所有这些信息在这

15 第 1 章小型计算机局域网的构建 9 个阶段都应该记录下来, 最后要用这些线索来指导参数的量化 例如销售部门总会抱怨网速太慢, 但是设计部门就不会有这种抱怨, 这条线索应该被记录下来, 并应该根据这条线索进行进一步的调查和分析 图 1-6 需求分析层状结构 应用需求应用需求指的是网络在应用层面的需求 在 ISO 七层模型中, 应用层是最高层, 提供面向最终网络用户的大量通信服务, 高层的独立于系统的应用实体均在这一层实现 而应用需求指的就是这些高层应用实体对网络资源的需求情况, 既包括办公活动 ( 字处理或财务 ) 图像处理 声频和视频输出 数据库支持等的网络需求, 也包括多用户资源, 如打印机 传真服务器的使用等 每一种应用对网络服务都有其自身的需求 搜集的时候, 应该弄清楚同一活动是在整个网络中发生, 还是不同用户群体完成不同的任务 如果应用程序的用户集中于网络的某个区域, 最好把该应用程序安装在附近的某个服务器上, 这样可以将网络数据流量控制在这个区域内 计算机平台需求计算机平台需求可以帮助设计者了解很多问题的真相, 比如用户抱怨网速太慢, 但这未必是网络性能的因素影响, 也可能是计算机的处理器 内存 网卡带宽等平台性能的因素影响 计算机平台包括硬件平台和软件平台, 硬件平台包括个人计算机 工作站 服务器等, 软件平台指的是建立在硬件平台上的操作系统 分析硬件平台需求应该着重注意微处理器 内存 输入输出等 现在流行的操作系统包括 Windows 95/98/2000/2003 Windows NT Windows XP Linux OS/2 MAC OS Solaris 等 网络需求网络需求指的是网络本身和将要对其进行管理的网络管理员对网络的需求 依照网络本身的需求可以保证设计出的网络符合局域网的基本要求 设计出的网络最终要交付给该

16 10 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 网络的网络管理员去管理, 这就要保证设计出来的网络易于管理和维护, 包括能够尽早发现网络故障, 增删用户等实际操作更简便易行 需求分析最终要编写出需求说明书, 该说明书有 3 个作用 : 一是更便于网络设计者通盘考虑, 编写需求分析的过程也就是网络设计者整体把握的过程 ; 二是可将其作为小组内协作设计的依据 ; 三是能够向决策层提供决策所用的信息 需求分析应包括 5 部分 : 综述 需求分析阶段总结 需求分析数据总结 需求清单 申请批准部分 (2) 现有网络分析现有网络包括已有的网络组件和硬件平台, 已有的网络组件包括 Hub 交换机 路由器等, 并应该对其现阶段的利用率进行分析, 测试其网络性能, 检查其能否满足设计要求, 能否继续使用 硬件平台是指当前阶段个人计算机 工作站 服务器等的本身参数 网络性能和所处地理位置等, 这些都是进行下面设计的基础 现有网络分析主要考虑以下几个方面 通信模式通信模式是以发生在终节点之间的通信方式为基础的, 有以下 3 种通信方式 C/S 通信方式 (Client/Server) 即客户机 / 服务器通信方式 客户机 / 服务器通信方式是把局域网内部的每个客户机和服务器通过通信网络连接起来而构成的计算机网络系统 它可以把一个复杂的任务在功能上分布到客户机和服务器两种环境中 在前端客户机上运行应用程序, 在后端服务器上提供某些特定的服务, 比如数据库服务 文件服务和通信服务等 C/S 通信模式具有方向性, 信息一般在客户机和服务器之间传输, 而在客户机之间信息流量较少 B/S 通信方式 (Browser/Server) 即浏览器 / 服务器通信方式 浏览器 / 服务器通信方式是随着 WWW 而发展起来的, 用户通过浏览器的统一资源定位地址 (URL) 进行超文本阅读和搜索 电子邮件的收发 文件的上传下载等 B/S 通信方式继承了原来 C/S 通信方式中的网络软 硬件平台和应用, 但它又具有传统的 C/S 通信方式所没有的新特点 : 更加开放 与软硬件平台无关 应用开发速度快 生命周期长 扩充和维护方便等 B/S 通信模式下, 通信流量多是从服务器到客户机, 这也就意味着信息流量的瓶颈多出现在服务器到客户机的通信流向 对等通信方式 对等通信方式就是对等机之间的通信, 进行通信的对等机有相似的应用程序和通信能力, 一台联网的计算机既是服务器, 又是客户机 优点是花销少 灵活 无须专门人才, 缺点是安全性比较差, 在这种通信模式下, 信息流平均分配, 无明显的源通信模式或者目的通信模式 通信边界网络设计者需要弄清楚信息流的发布范围 比如市场部要发布一个通知, 通知所有市场部的员工某一时间开会, 这一通知当然要求发布到每个市场部员工手里, 但是同时应该限定在市场部, 不要发布到销售部等其他部门 通过通信边界的确定, 设计者可以限定冲

17 第 1 章小型计算机局域网的构建 11 突域 广播域以及网络的逻辑边界和物理边界 网络的物理边界是指通过物理连接来确定网络的工作组 物理边界是网络分段的常用方法 但是, 由于有的时候会存在组内用户的不连续性, 这时候就要通过虚拟局域网 (VLAN) 进行逻辑分组 VLAN 实现起来比较复杂, 维护也比较繁琐, 因此常用的还是物理边界 信息流量分析信息流量分析就是对网络各部分现阶段的流量, 以及所需要的流量进行分析 信息流量分析的过程是先将整个局域网分散成相互独立的网段, 再对每个网段内用户和网络应用流量进行分析, 最后综合各网段信息进行网络骨干的流量分析 局域网的信息容量可以从网络设备和操作系统那里得到该局域网的详细汇报单 也可以用第三方的专业测量工具, 如网盟的 Sniffer 等, 都可以记录一个网段在给定时间内的通信详细信息, 此外还可以使用局域网仿真软件包, 通过 PC 监控网络 现有网络分析的最后一步是编写现有网络分析报告, 该报告应记录网络通信容量以及可能导致网络瓶颈的通信模式或行为的统计表, 该报告的目的是准确归纳出现有网络的状况, 并根据该结果和需求说明书给出网络设计建议方案, 最终提交给管理高层做出决策 现有网络分析报告应分为如下几部分 : 概述 分析阶段总结 分析数据总结 设计目标建议 申请批准部分 (3) 逻辑网络设计逻辑网络设计是指网络设计者利用需求分析和现有设备分析所得到的资料来指导具体技术和结构的选择, 可以认为是一个把设计目标实现的技术解决方案的映射过程 好的逻辑网络设计不只是一个采购的清单, 也是对网络的每个方面及其实现功能的全盘考虑 逻辑网络设计的基础是需求说明书和现有网络分析说明书, 逻辑网络设计首先要做的就是对这两个已有的材料进行分析, 得出所要设计网络的目标和整体性能, 有时候设计要素之间是相互冲突的, 这时候就要考虑优先权和权衡各个要素的轻重缓急, 有时候由很多方法都可以解决同一问题, 这时候也应该进行权衡取舍, 权衡取舍的方法就是前面讲的组网设计的原则 比如成本和性能是最常见的需权衡的因素, 需要在符合网络设计目标, 保证各方面需求的基础上, 追求最低成本 网络管理 网络安全和网络的可扩展性也是技术选择过程中需要慎重考虑的因素 当以上因素考虑到之后, 就要进行技术决策, 一般采用分层设计的方法 首先, 根据需求分析确定合适的局域网类型 现在流行的局域网技术包括以太网 令牌环网 FDDI 网等, 目前的局域网建设中, 由于以太网性能优良, 价格低廉 升级和维护方便, 通常将它作为首选 以太网中又有快速以太网和千兆以太网等, 需要根据用户的需求和条件进行选择, 如果用户存在布线方面的困难, 还可以选择无线局域网 然后确定网络分布构架 局域网的网络分布构架与入网节点的数目和网络分布情况相关 如果所要建设的局域网是大型局域网, 在规模上有几百台甚至上千台计算机, 或者在

18 12 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 空间上跨越若干个建筑物, 在设计上应将网络分为核心层 分布层和接入层 接入层为用户提供接入网络的服务, 通常是一个部门或者一个楼层的网络 分布层是将多个接入层连接起来的部分, 比如一个建筑总交换机与各楼层交换机之间的连接 核心层只有一个, 是连接所有分布层的网络部分, 在大型局域网中指的就是各建筑物总交换机之间的连接 如果所要设计的网络是中型局域网, 在规模上是几十台到上百台机器或者在规模上是一个建筑物内的网络, 在设计上应将网络分为分布层和接入层两部分 如果所要设计的网络是小型局域网, 在规模上只有几台或几十台机器, 逻辑上不需分层, 物理上只需一台或一组交换机连接所有计算机来组成网络即可 最后针对分层, 在各层选择相应技术, 包括网络互联 网络管理 网络安全 VLAN 策略 IP 地址设置等, 并生成技术选择说明书 (4) 物理网络设计物理网络设计包括设备选择和综合布线设计两部分 网络技术产品有很多厂家, 国内的有华为, 国外的有 CISCO HP 3COM 等, 各厂家的产品各有其技术特点 符合同一技术要求的设备有多种, 选择的依据就是需求说明书 现有网络分析说明书 技术选择说明书, 以及各公司产品的技术特点 价格因素和售后服务等, 选择的过程也是一个权衡的过程 在局域网中, 网络主干设备和核心层设备一般选择具有三层交换功能的高性能主干交换机 有的考虑到局域网的可靠性和安全性, 在核心交换层需采用冗余和热备份设计 分布层和接入层的网络设备一般选择二层交换机即可 局域网综合布线设计的依据是网络的分布构架 对于大型局域网, 核心层的网络通常选择光纤, 统一规划和冗余设计, 采用线缆保护管道并埋入地下 在布线设计的时候, 应该充分考虑未来网络的扩展 (5) 周边服务设施支持局域网的运行需要周边服务设施的支持, 对于大型局域网来说, 需要专门设置安置核心交换机的机房 机房本身的功能设计 供电系统的配置 照明系统的设计 空调系统的设计 消防安全的设计等众多因素都需要考虑 对于小型局域网, 至少要考虑连续不断电系统 (UPS) 2. 难点解析 (1) 具体需求分析内容 5 种需求分析的具体内容如下 : 组织整体需求 包括需求主要相关人员, 时间限期, 公司的投资规模, 商业活动类型, 网络的可靠性 可用性 安全性的要求等 用户需求 包括用户数量 实时性 安全性 可靠性 可扩展性 成本等 应用需求 包括实时性 可靠 / 可用性 可实现性等 主要应该调研应用程序的使用情况, 包括应用程序的种类 版本等级 应用类型 平均用户数 使用频率

19 第 1 章小型计算机局域网的构建 13 平均使用时长等 计算机平台需求 主要调研网内计算机的硬件平台和操作系统, 硬件平台包括微处理器 内存 输入输出 网卡类型等, 操作系统需要了解其类型和网络需求 网络需求 包括一般网络需求 网络管理需求和网络安全需求 一般网络需求需调研的有兼容性 服务种类 ( 打印服务, 文件服务等 ) 成本 网络性能等 网络管理需求包括事件监视 性能监视 网络配置 故障查找等 网络安全需求包括数据完整性 机密性 可用性和资源的合法使用 (2) 冲突域和广播域如果局域网中一个范围内所有的节点是以竞争的方式访问同一个共享介质, 这些节点的集合称为一个冲突域 在 OSI 模型中, 冲突域是第 1 层的概念, 所以通过 Hub 等第 1 层设备进行连接的节点都属于同一冲突域, 而第 2 层设备如交换机和网桥等, 可以将一个大的冲突域划分为多个小的冲突域, 以提高网络性能 如图 1-7 所示, 一个冲突域是由 3 个集线器连接 6 个节点组成的, 所有这 6 个节点共同分享介质, 如果网络带宽是 10Mbps, 则每个节点分享到的带宽为 1.67Mbps(10Mbps/6) 而在图 1-8 中, 使用了一个交换机将原来网络分成 3 个网段 由于交换机属于第 2 层设备, 故原来一个冲突域被分成 3 个冲突域, 这样一来每个冲突域内的两个节点共享 10Mbps, 每个节点分享到的带宽是 5Mbps 由此可见, 通过安装交换机, 将原来单一的大局域网冲突域网段分成若干个相对较小的冲突域, 可以大大提高局域网的网络性能, 并增加总的有效网络带宽 在局域网的任何一个节点上发出一个广播帧, 所有能收到该广播帧的节点的集合称为一个广播域 广播所用的协议处于 ISO 模型中第 2 层数据链路层或者 TCP/IP 协议簇中的网络互联层 所有通过网桥 二层交换机 Hub 等第 1 2 层设备连接起来的节点都处于同一个广播域 很多网络互联设备在运行的时候都会发出广播, 如果广播域过大, 大量的互联设备都在同一个广播域, 这些设备产生的大量广播将会占用很大比例的带宽, 降低网络的效率 可以选用第 3 层的设备如路由器 三层交换机等设备将一个单一的大局域网广播域划分成若干个相对较小的广播域 (3) 机房设备简介大中型局域网中, 核心层的交换机一般放在专门的机房内, 同时放在机房内的还有各种服务器 防火墙等网络设备, 机房环境对网络设备的运行有重大影响, 这里所说的机房环境包括机房供配电系统 机房空气调节系统和机房消防系统等 机房供配电系统 机房供配电系统包括机房电源 照明系统和相应的接地系统 由于机房内设备的精密程度较高, 同时出于对网络可靠性稳定性的考虑, 机房供配电系统的要求很高, 在实际应用中采用不间断电源供电系统 (UPS) 机房照明系统分为一般照明和事故照明, 事故照明是在机房内发生重大事故, 供处理计算

20 14 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 机遗留问题或者供人员设备转移用的照明 机房的接地分为直流接地 交流工作接地和防雷保护接地 集线器集线器集线器 图 1-7 单一的大冲突域 交换机 集线器 集线器 集线器 图 1-8 经交换机划分后的网络 机房空气调节系统 空气调节系统一般由空气处理设备 空气传输管道和空气分配装置组成 计算机机房对温湿度及洁净度都有较高要求 我国对机房开机和停机时的室内温度 湿度, 机房洁净度等都做了具体要求 机房消防系统 机房内应采取多种措施避免机房内火灾的发生, 当火灾发生时, 就要立即采取有效措施来扑灭或控制大火 机房内应有常用的消防设施和火灾自动报警装置, 常用消防设施包括室内消火栓 消防软管卷盘 灭火器 紧急火灾报警器等 3. 典型例题 例题 1-4 需求分析时要考虑操作系统的是 A. 用户需求 B. 应用需求 C. 计算机平台需求 D. 网络需求

21 第 1 章小型计算机局域网的构建 15 答案 C 解析 计算机平台需求包括软件和硬件两部分, 软件就是指操作系统 操作系统是一个程序系统, 负责计算机的全部软硬件资源的分配调度工作, 控制和协调并发活动, 并向用户提供接口 简单地说, 操作系统就是向用户隐瞒底层的物理环境, 而为用户提供一个友好的可操作界面 例题 1-5 客户机/ 服务器 ( 简称 C/S) 模式属于以 (1) 为中心的网络计算模式, 其工作过程是客户端 (2), 服务器 (3), 并 (4), 它的主要优点是 (5) (1) A. 大型 小型机 B. 服务器 C. 通信 D. 交换 (2) A. 向服务器发出命令请求 B. 向服务器发出查询请求 C. 向网络发送查询请求 D. 在本机上发出自我请求 (3) A. 接收请求并告诉请求端再发一次 B. 接收请求, 进入中断服务程序, 打印本次请求内容 C. 响应请求并在服务器端执行相应请求服务 D. 把响应请求传回到请求端并执行 (4) A. 把执行结果在打印服务器上输出 B. 把显示内容送回客户机 C. 把整个数据库内容送回客户机 D. 把执行结果送回客户机 (5) A. 网络通信线路上只传送请求命令和计算结果, 减轻通信压力 B. 网络通信线路上只传递数据, 从而减轻通信开销 C. 数据的安全性得到保障 D. 数据的完整性得到保障 答案 (1)B (2)A (3)C (4)D (5)A 解析 客户机/ 服务器系统是把企业内部的每个客户机和服务器通过通信网络连接起来而构成的计算机网络系统 它可以把一个复杂的任务在功能上分布到客户机和服务器两种环境中 在前端客户机上运行应用程序, 在后端服务器上提供某些特定的服务, 比如数据库服务 文件服务和通信服务等 简单地说,C/S 结构是一种建立在网络基础之上, 以数据库管理系统为后台, 以微机为工作站的一种系统结构 其关键在于 一分为二, 即把数据存取和应用程序分开, 分别由数据库 (Server) 和工作站 (Client) 来执行, 从而明显地改善了整个系统的运行性能, 有效地增加系统的可扩展性和可维护性 在 C/S 模式中, 主要有 3 种技术 : 远程过程调用 (RPC), 可以实现本地用户像调用本地过程一样调用远程节点上的过程 ; 分布式数据库, 将物理上分布在不同地方的软硬件资源, 通过计算机网络连接起来, 并进行统一的管理和控制, 使其在逻辑上成为一个数据库系统整体 ; 文件传输, 保证文件存储 检索和数据共享的实现

22 16 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 例题 1-6 如图 1-9 所示, 由 3 台计算机和 1 台服务器通过 2 台集线器和 1 台交换机连接在一起组成的局域网络, 其中交换机为第 2 层 100Mbps 交换机 图 1-9 网络图问题 1: 图 1-9 中的节点 1 和节点 2 的带宽各是多少? 问题 2: 图 1-9 中服务器的带宽是多少? 问题 3: 该局域网络有多少个冲突域, 多少个广播域? 答案 问题 1:33Mbps,33Mbps 问题 2:100Mbps 问题 3:1 个冲突域,2 个广播域 解析 100Mbps 交换机将整个网络分成两个冲突域, 每个冲突域的域内带宽是 100Mbps, 所以服务器的带宽是 100 Mbps 左边的 3 台计算机共享介质, 虽然节点 2 节点 3 通过集线器相连, 但是因为冲突域分享介质是在 ISO 模型第 1 层, 而集线器是第 1 层物理层设备, 所以每个节点的带宽 =100Mbps/3=33Mbps, 节点 1 和节点 2 是相同的 由于网络内的连接设备交换机 集线器都是 ISO 模型中第 1 2 层的设备, 故整个局域网络属于同一个广播域 1.2 组网技术选择 组网技术选择是逻辑网络设计的重要组成部分 逻辑网络设计的依据是需求分析报告和现有网络分析报告, 在组网技术选择之前, 先要对需求分析报告和现有网络分析报告进行综合分析, 得到所有的便于技术选择的结论 组网技术选择主要是局域网类型的选择,

23 第 1 章小型计算机局域网的构建 17 现在的局域网类型多种多样, 如以太网 令牌环网 无线局域网等, 而新技术层出不穷, 如万兆以太网等 在组网选择的时候, 需要从其中选择出符合要求的合适的局域网类型 本小节系统全面介绍了多种局域网技术的特点 应用环境等, 并讲述如何在实际设计中从众多的技术中选择合适的局域网技术来实现设计目标 在本小节的最后将给出典型例题进行讲解说明 局域网类型 1. 考点提炼已经出现的计算机局域网类型包括以太网 令牌环网 FDDI 网 快速以太网 ATM 网 千兆以太网 无线局域网和正在高速发展的万兆以太网 (1) 以太网 (Ethernet) IEEE 标准是在以太网标准的基础上建立起来的 20 世纪 80 年代初,DEC Intel Xerox 三方共同将以太网标准化, 自此以后, 以太网技术迅速发展, 现在已经成为世界上最普遍应用的网络技术, 以太网得到普遍应用的主要原因有 : 价格便宜, 管理成本低 ; 安装连接简便, 组网方便 ; 易于移植和升级 ; 标准开放, 支持厂商众多 以太网在媒体接入控制方式中, 采用的是载波侦听多路访问 / 冲突检测方式 (CSMA/CD) CSMA/CD 是一种争用型的介质访问控制协议, 同时也是一种分布式介质访问控制协议 网内的所有节点都相互独立地发送和接收数据帧 在每个节点发送数据帧前, 先要对网络进行载波侦听, 如果网络上正有其他节点进行数据传输, 在该节点推迟发送数据, 继续进行载波侦听, 直到发现介质空闲, 才允许发送数据 如果两个或者两个以上节点同时检测到介质空闲并发送数据, 则在介质上发生冲突 在 CSMA/CD 中, 采取一边发送一边监听的方法对数据进行冲突检测 如果发现冲突, 将会立即停止发送, 并向介质上发出一串阻塞脉冲信号来加强冲突, 以便让其他节点都知道已经发生冲突 冲突发生后, 要发送信号的节点将随机延时一段时间, 再重新争用介质, 直到发送成功 如图 1-10 所示是 CSMA/CD 发送数据帧工作原理 (2) 令牌环网 (Token Ring) 令牌环网是一种确定的介质访问控制方法, 最初由美国 IBM 公司于 1985 年推出, 后来 IEEE 将其确定为 IEEE 国际标准 规定的令牌环网的传输速率为 4Mbps~ 16Mbps 令牌环网是以环状网络拓扑结构为基础发展起来的计算机局域网技术, 其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线 屏蔽双绞线和光纤 令牌环网中采用一种称为令牌的控制帧来解

24 18 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 决网络内各个节点对传输介质的有序访问问题, 每个节点的访问机会是均等的, 且访问介质的时间是可以预算的 图 1-10 CSMA/CD 发送数据帧工作原理令牌环初始化以后, 如果各节点都没有数据帧要传输, 那么此时将只有空令牌在环上流动, 当其中某一个节点要发送数据帧, 首先要等待空令牌的到来, 当希望发送数据的节点得到空令牌后, 先将空令牌转为忙令牌, 并紧跟着忙令牌将数据帧发送到环上 当发送帧经过某节点的转发器时, 转发器将本节点地址与帧内的目的地址相比较, 如果地址相符, 则复制该帧并送入本节点内, 并将帧转发到下一个节点 ; 如果地址不符, 则仅转发到下一个节点 当帧沿环路返回到发送节点时, 发送节点将该帧撤销, 并将忙令牌改为空令牌, 继续转发到环上 令牌环网的优点是无冲突, 实时性好, 重载时效率高, 可设置优先级等 缺点是环网一旦失去了令牌将无法工作, 因此需要专门的节点监视和管理令牌, 如果环内一个节点失效, 整个网络都将失效, 另外令牌环网节点的增加和删除需要大量的工作 (3)FDDI 网 FDDI, 即光纤分布式数据接口, 是一种用于高速局域网的介质访问控制方式 FDDI 采用环状拓扑结构, 与令牌环相同, 但 FDDI 采用光纤作为传输介质, 数据传输率可达到 100Mbps, 比令牌环要高得多, 而覆盖范围可达到 100 km FDDI 标准由美国国家标准学会 ANSI 制定,IEEE 已将其作为国际标准, 即 IEEE 802.8

25 第 1 章小型计算机局域网的构建 19 标准 FDDI 采用双环结构, 一个是主环, 另一个是副环 一个环中数据帧是沿着顺时针方向传输, 另一个环中数据帧是沿着逆时针方向传输, 当主环发生故障, 副环作为备份立即投入使用 如果两个环在同一个点发生故障, 两个环的余下部分将组成一个新的环继续投入使用 FDDI 有两种节点, 其中一种是与两个节点都连接, 叫做双连节点, 当该节点与其中一个环的连接发生故障, 可以通过与另一个环的连接恢复 ; 另一种节点是通过集线器连接到 FDDI 的主环上, 叫做单连节点, 单连节点只连主环, 因此没有恢复功能, 单连节点发生故障以后, 主环将封闭该节点, 然后继续运行 (4) 快速以太网 1995 年,IEEE 通过了 802.3u 标准, 采用星状拓扑结构, 可提供 100Mbps 的数据传输速率, 称为快速以太网 快速以太网和以太网一样采用 CSMA/CD 技术, 分组格式 接口 程序规则等都是相同的, 只是将位时由 100ns 降为 10ns 由于快速以太网与以太网标准的一致性, 一方面两者之间兼容比较容易, 另一方面已被广泛使用的以太网, 只需改变某些关键设备便可升级到快速以太网 (5)ATM 网 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 的意思是异步传输模式, 所谓 异步, 是指用户信息与时隙的位置在不同的帧中不是固定不变的 ATM 标准是由 CCITT 制定的,ATM 是一种面向连接的异步时分交换, 与传统的同步时分交换相比,ATM 可极大地提高网络资源利用率 ATM 在数据传输过程中, 先将数据分组成信元, 每个信元长 53 个字节, 其中信头 5 个字节, 内容是信元的控制信息 ; 信息域 48 个字节, 内容是所要发送的数据 然后在发送节点与接收节点之间建立虚拟通道和虚拟信道, 数据在虚拟信道中传输到接收节点 ATM 不仅能传送数据, 而且能传送语音 图像等多媒体信息,ATM 端节点可以通过各种链路和网络接口 UNI 连入 ATM 交换机, 而 ATM 交换机之间可以通过 NNI 相互联接, 组成网络 随着 ATM 局域网仿真技术的发展,ATM 与其他类型网络之间的互联成熟,ATM 网将得到更大范围的应用 (6) 千兆以太网随着快速以太网的广泛应用, 对于主干网络的传输速率提出了更高的要求,1998 年 6 月,IEEE 标准化委员会批准了 IEEE 802.3z, 允许使用光纤和对称屏蔽铜缆建设千兆以太网,1999 年又批准了 IEEE 802.3ab, 允许用 5 类线构造千兆以太网 千兆以太网在帧格式 访问控制方式 编码方式等方面与标准以太网和快速以太网都是相同的, 所以可实现标准以太网 快速以太网与千兆以太网之间的平滑升级, 而且升级后不需要对网络管理员进行新的培训, 网络管理员凭借已经掌握的以太网网络知识, 便可对千兆以太网进行维护和管理

26 20 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 (7) 无线以太网无线局域网 (Wireless LAN) 是计算机网络与无线通信相结合的产物, 它利用射频无线电或者红外线, 借助于直接序列扩频或跳频等技术, 实现网络终端对网络的高速无线连接访问 1997 年 6 月,IEEE 批准了 IEEE , 用以解决办公室和校园网的无线接入, 数据传输速率只能达到 2Mbps, 后来 IEEE 陆续推出了 IEEE b IEEE a, 数据传输最高速率分别达到 11Mbps 和 54Mbps 现在的主流产品大多符合 IEEE b 标准 无线局域网采用载波侦听多路访问 / 冲突避免 (CSMA/CA) 的访问控制方式 以太网中使用的是 CSMA/CD, 在这种访问机制下, 如果计算机要发送数据, 先要侦听介质状况, 如果发现介质空闲, 则立即发送数据 但是如果同时有两个或两个以上的节点同时侦听到介质空闲, 就会同时发送数据, 并发生冲突 以太网中如果发生冲突, 介质中的信号就会发生变化, 可以采用冲突检测的方法检验是否发生冲突 但是在无线局域网中, 如果节点 A 和节点 B 同时向节点 C 发送数据, 发生冲突后, 由于 A 和 B 不能接收到对方发出的数据, 所以冲突检测不能应用, 故采用冲突避免的方法 : 在每个节点发送数据前都要先发送一个请求发送帧 RTS, 接收端视情况发送 CTS, 只有在发送端接收到 CTS 之后, 发送端才能发送数据, 这样就避免了冲突的发生 (8) 万兆以太网万兆以太网技术的研究开始于 1999 年底,2002 年 6 月 802.3ae 10GE 标准正式发布 802.3ae 目前支持 9μm 单模 50μm 多模和 62.5μm 多模 3 种光纤, 在物理层上, 主要分为两种类型, 一种为可与传统以太网实现连接速率为 10Gbps 的 LAN PHY, 另一种为可连接 SDH/SONET 速率为 Gbps 的 WAN PHY 两种物理层连接设备都可使用 10GBaseS(850nm 短波 ) 10GBaseL(1310nm 长波 ) 10GBaseE(1550nm 长波 )3 种规格, 最大传输距离分别为 300m 10km 40km, 另外 LAN PHY 还包括一种可以使用 DWDM 波分复用技术的 10GBaseLX4 规格 WAN PHY 与 SONET OC-192 帧结构相互融合, 可与 OC-192 电路 SONET/SDH 设备一起运行, 可保护传统基础投资, 使运营商能够在不同地区通过城域网提供端到端以太网 802.3ae 与 以太网具有相同的帧格式和最大 / 最小帧长度, 并支持多层星状连接 点到点连接及其组合, 与标准以太网 快速以太网和千兆以太网可相互兼容, 而且由于与 以太网的一致性, 从最大速率较低的其他以太网升级到万兆以太网比较容易 但是与传统的以太网不同的是,802.3ae 仅仅支持全双工方式, 而不支持单工和半双工方式, 且不再采用 CSMA/CD 机制 ;802.3ae 不支持自协商, 可简化故障定位, 并提供广域网物理层接口 2. 难点解析 (1) 标准以太网的分类标准以太网按照传输介质的不同分为 4 种 :10Base5 10Base2 10BaseT 10BaseF, 这 4 种类型的介质访问控制方式都是 CSMA/CD, 物理层的编码译码方式都是曼彻斯特编

27 第 1 章小型计算机局域网的构建 21 码, 帧结构也是相同的, 不同的只是传输介质, 以及由于传输介质的改变而相应改变的设备, 如信号收发器 媒体与节点的连接方式等 10Base5 又称粗缆以太网, 这是最早的以太网标准 10Base5 以太网用的是直径 10mm, 阻抗为 50 Ω 的粗缆, 采用总线状拓扑结构, 并用基带传输 10Base5 网络中, 节点并不是直接与线缆相连, 而是通过网卡先与收发线缆相连, 再连接到收发器上, 最终收发器与线缆相连 如图 1-11 所示是粗缆以太网的物理拓扑 图 1-11 粗缆以太网的物理拓扑 10Base5 中的 10 代表数据传输速率是 10Mbps,Base 是指传输的方式是基带传输,5 是指网段的最大长度是 500m 10Base5 网络的物理连接遵循 规则, 即 : 网络中最多只能有 5 个网段 ; 网络中最多只能有 4 个中继器 ; 网络中最多只能有 3 个网段可以连接计算机节点 整个网络的最大跨距是 2500m( 网段最大长度 网络最多网段 ), 同时 10Base5 网络还规定每个网段上的节点数最多为 100 个 由于在粗缆末端信号会反射, 并与原来信号发生干扰, 故粗缆以太网每个网段的两端都需要加端接匹配器 10Base2 10Base2 是细缆以太网标准, 采用直径 5mm, 阻抗 50Ω 的细缆作为传输介质 10Base2 网络的拓扑结构是总线状拓扑结构, 由于网卡集成了收发器的功能, 所以可省去收发电缆和收发器 如图 1-12 是细缆以太网的物理拓扑 10Base2 中的 2 代表网段的最大距离约为 200m( 实际距离是 185 m) 10Base2 网络也遵循 规则, 因此网络的最大跨距为 925 m 10Base2 标准中还规定一个网段中最多可以连接 30 个节点 10BaseT 10BaseT 采用阻抗为 100Ω 的非屏蔽双绞线作为传输介质, 其拓扑结构为星状 各节点

28 22 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 都连接到一个中心集线器上 双绞线与计算机节点或者集线器之间用 MDVO( 多媒体信息 ) 模块式超 5 类信息插座 (RJ45) 相互联接 如图 1-12 细缆以太网的物理拓扑 10BaseT 中 T 代表传输介质是双绞线 (Twisted Pair), 无屏蔽双绞线的最远传输距离是 100 m 10BaseT 也遵循 规则, 因此整个网络的最大跨距是 500m 10BaseF 10BaseF 采用的传输介质是多模光纤, 其拓扑结构是星状, 各节点都连接到一个支持光纤接口的中心集线器上 10BaseF 中 F 代表的是光纤 (Fiber), 每个光纤段最大距离是 2000m,10BaseF 也遵循 规则, 但由于冲突域的影响, 整个网络的最大跨距是 4000m (2) 快速以太网的分类快速以太网按照传输介质的不同分为 :100BaseT4 100BaseTX 和 100BaseFX 100BaseT4 100BaseT4 使用的是 4 对 3 类非屏蔽双绞线, 最大传送距离是 100m 其中的 3 对线用以传输数据 ( 每对线的数据传输速率为 33.3Mbps),1 对线进行冲突检验和控制信号的发送接收 100BaseT4 的信号采用 8B/6T 的编码方式, 即每 8 位作为一组的数据转换为每 6 位一组的三元码组, 每条输出信道的信息传输速率为 33.3Mbps 6/8=25Mbps 100BaseTX 100BaseTX 使用的是两对阻抗为 100Ω 的 5 类非屏蔽双绞线或 5 类屏蔽双绞线, 最大传输距离是 100m 其中一对用于发送数据, 另一对用于接收数据 100BaseTX 采用的是 4B/5B 编码方式, 即把每 4 位数据用 5 位的码组来表示, 该编码方式的码元利用率 =4/5 100%=80% 然后将 4B/5B 码编成 NRZI 进行传输 100BaseFX 100BaseFX 使用的是两对光纤, 其中一对用于发送数据, 另一对用于接收数据 可用

29 第 1 章小型计算机局域网的构建 23 单模光纤或者多模光纤, 在全双工情况下, 单模光纤的最大传输距离是 2km, 多模光纤的最大传输距离是 40km 100BaseFX 信号的编码与 100BaseTX 一样采用 4B/5B-NRZI 方案 (3) 千兆以太网的分类千兆以太网按传输介质的不同分为 1000BaseLX 1000BaseSX 1000BaseCX 1000BaseT 1000BaseLX 1000BaseLX 对应于 z 标准, 即可以使用单模光纤, 也可以使用多模光纤 1000BaseLX 所使用的光纤主要有 :62.5μm 多模光纤 50μm 多模光纤和 9μm 单模光纤 其中使用多模光纤的最大传输距离为 550m, 使用单模光纤的最大传输距离为 3km 1000BaseLX 采用 8B/10B 编码方式 1000BaseSX 1000BaseSX 也对应于 z 标准, 只能使用多模光纤 1000BaseSX 所使用的光纤有 :62.5μm 多模光纤 50μm 多模光纤 其中使用 62.5μm 多模光纤的最大传输距离为 275m, 使用 50μm 多模光纤的最大传输距离为 550m 1000BaseSX 采用 8B/10B 编码方式 1000BaseCX 1000BaseCX 对应于 z 标准, 使用的是铜缆 最大传输距离为 25m, 使用 9 芯 D 型连接器连接电缆 1000BaseCX 采用 8B/10B 编码方式 1000BaseCX 适用于交换机之间的连接, 尤其适用于主干交换机和主服务器之间的短距离连接 1000BaseT 1000BaseT 使用非屏蔽双绞线作为传输介质, 传输的最大距离是 100m 1000BaseT 不支持 8B/10B 编码方式, 而是采用更加复杂的编译码方式 1000BaseT 的优点是用户可以在原来 100BaseT 的基础上进行平滑升级到 1000BaseT 3. 典型例题 例题 BaseFX 的意思是 100Mbps 的基带传输方式, 所用的介质是 A. 光纤 B. 双绞线 C. 同轴电缆 D. 微波 答案 A 解析 F 代表 Fiber, 表示光纤 如表 1-1 所示是使用传输介质和协议的对照表 表 1-1 传输介质与协议的对照 标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网 粗缆 10Base5 细缆 10Base2 双绞线 10BaseT 100BaseT4 100BaseTX 1000BaseT 光纤 10BaseF 100BaseFX 1000BaseSX 10BaseE 铜缆 1000BaseCX

30 24 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 例题 1-8 以太网中, 当数据传输速率提高时, 帧的发送时间要按比例缩短, 这样有 可能会影响冲突的检测 为了能有效地检测冲突, 可以 (1) 或者 (2) 快速以太网 仍然遵循 CSMA/CD, 它采取 (3) 而将最大电缆长度减少到 100m 的方式, 使以太网 的数据传输速率提高到 l00mbps 为了支持不同的传输介质, 快速以太网提供了 3 种技术 标准, 即 ;100BaseT4 100BaseTX 和 100BaseFX, 其中 100BaseT4 使用 (4),100Base-TX 使用 (5) (1) A. 减小电缆介质的长度 B. 增加电缆介质的长度 C. 降低电缆介质损耗 D: 提高电缆介质的导电率 (2) A. 减小最短帧长 B. 增大最短帧长 C. 减小最大帧长 D. 增大最大帧长 (3) A. 改变最短帧长 B. 改变最大帧长 C. 保持最短帧长不变 D. 保持最大帧长不变 (4) A.4 对,3 类线 B.2 对,3 类线 C.4 对,5 类线 D.2 对,5 类线 (5) A.4 对,3 类线 B.2 对,3 类线 C.4 对,5 类线 D.2 对,5 类线 答案 (1)A (2)B (3)C (4)A (5)D 解析 在以太网中, 为了提升传输速率, 比如从标准以太网升级到快速以太网或者 千兆以太网, 有两种方法, 一种是降低位时, 减少电缆介质的长度 ; 另一种方法是增加最 短帧长 从标准以太网标准到快速以太网标准的升级过程中, 采用的是第 1 种方法, 将位 时从 100ns 降到 10ns, 将最大电缆长度限制在 100m 而从快速以太网到 1000BaseT, 最大 线缆长度没有变化, 但最短帧长度发生变化 千兆以太网采用了载波扩展和分组突发的技 术方案, 当有很多短帧要发送的时候, 第 1 个短帧利用载波扩展的方式进行补充, 但随后 的一些短帧则可以依次发送, 它们之间只留有必要的帧间最短间隔 这样就可以形成一串 突发的分组, 直到达到 1500 字节为止 快速以太网提供了 3 种技术标准, 即 :100BaseT4 100BaseTX 和 100BaseFX, 其中 100BaseT4 使用 4 对 3 类非屏蔽双绞线, 最大传送距离是 100m 其中的 3 对线用以传送数 据 ( 每对线的数据传输速率为 33.3Mbps),1 对线进行冲突检验和控制信号的发送接收 100BaseTX 使用两对阻抗为 100Ω 的 5 类非屏蔽双绞线或 5 类屏蔽双绞线, 最大传输距离 是 100m 其中一对用于发送数据, 另一对用于接收数据 100BaseFX 使用的是两对光纤, 其中一对用于发送数据, 另一对用于接收数据 可用单模光纤或者多模光纤, 在全双工情 况下, 单模光纤的最大传输距离是 2km, 多模光纤的最大传输距离是 40km 例题 1-9 在以太网的 10Base5 标准中, 粗同轴电缆的特性阻抗为 (1), 物理层 采用 (2) 编码 ;100BaseTX 采用的是 (3) 物理拓扑结构, 传输介质通常采用 (4) 类 双绞线 ;100BaseFX 采用的传输介质是 (5)

31 第 1 章小型计算机局域网的构建 25 (1) A.50Ω B.75Ω C.100Ω D.150Ω (2) A.4B/5B B.8B/6T C.Manchester D. 差分 Manchester (3) A. 环状 B. 星状 C. 总线状 D. 网状 (4) A.3 B.4 C.5 D.8 (5) A. 屏蔽双绞线 B. 光纤 C. 非屏蔽双绞线 D. 同轴电缆 答案 (1)A (2)C (3)B (4)C (5)B 解析 此题也是考查基础知识, 须将标准以太网 快速以太网 千兆以太网相关知识了熟于心即可 例题 1-10 正确描述 100BaseTX 特性的是 (1) 在一个办公室内, 将 6 台计算机用交换机连接成网络, 该网络的物理拓扑结构为 (2) (1)A. 传输介质为阻抗 100Ω 的 5 类 UTP, 介质访问控制方式为 CSMA/CD, 每段电缆的长度限制为 100m, 数据传输速率为 100Mbps B. 传输介质为阻抗 100Ω 的 3 类 UTP, 介质访问控制方式为 CSMA/CD, 每段电缆的长度限制为 185m, 数据传输速率为 100Mbps C. 传输介质为阻抗 100Ω 的 3 类 UTP, 介质访问控制方式为 Toking Ring, 每段电缆的长度限制为 185m, 数据传输速率为 100Mbps D. 传输介质为阻抗 100Ω 的 5 类 UTP, 介质访问控制方式为 Toking Ring, 每段电缆的长度限制为 100m, 数据传输速率为 100Mbps (2)A. 星状 B. 总线状 C. 树状 D. 环状 答案 (1)A (2)A 解析 这是 2004 年新版网络管理员考试的两道题, 从题中可以看出, 网络管理员考试难度不大, 但是力求概括面广, 讲求实际应用 第 1 道题是概念题, 只要抓住 100BaseTX 的最大传输距离是 100m 和介质访问控制方式是 CSMA/CD, 问题迎刃而解 第 2 道题, 在一个办公室内, 将 6 台计算机用交换机连接成网络 所有的 6 台计算机节点都与交换机相连接, 所以组成的是星状网络拓扑结构 局域网的技术选择方案 1. 考点提炼技术选择是逻辑网络设计最重要的部分 在技术选择之前需要对现有的资料进行分析和总结, 找出所有将会影响技术选择的重要因素 技术选择就是根据这些因素, 结合现有网络需求和未来的发展需求, 按照分层设计的思路, 进行技术选择 (1) 前期准备技术选择的前期分析, 针对的目标是需求分析报告和现有网络分析报告, 主要需对以

32 26 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 下 3 个方面进行分析 网络设计目标每个网络的设计目标都是不一样的 设计目标最重要的是反映出需求分析中的各种需求, 设计目标包括运行成本 网络整体性能 操作性 安全性 适应性和灵活性 网络设计中各方面的冲突是不可避免的, 这就要针对实际需求进行权衡 特别是可有多种解决方案解决问题的时候, 可以对多种解决方案的实现效果和实际需求之间相互比较权衡, 选出最适合要求的解决方案 网络性能和成本是最常见的冲突, 设计者和公司都希望最大限度地提高网络性能, 但是随着网络性能的提高, 成本也就会上升, 这之间就要权衡 比如如果公司所需建设的网络是用来做文件传输的, 需要很高的传输速率, 那么即使成本再高, 也要满足网络的需求 但是如果所要建设的局域网是研发部门的, 对数据传输速率的要求就不会很高, 这时就可适当降低成本, 选择整体性能一般的网络 这里要注意的是, 所谓成本不仅是网络建设的成本, 还要有维护运行的成本, 在实际选择中应该尽量降低维护运行成本 网络管理和安全网络管理应该予以考虑的有 : 故障查找 设备配置和网络监视 小型局域网可通过网络操作系统提供的各种工具对网络管理, 也可适当增加设备 但是对于大型局域网, 因为结构复杂, 则需要先进的 复杂的各种设备和技术对网络进行维护和管理 网络设计者应对网络安全的重要性有清醒的认识, 首先设计者应该标注出局域网内需提供网络安全保护的设备和数据, 并需要了解这些设备和数据的安全等级 ; 然后应确定出网络潜在的安全隐患和漏洞, 信息安全的基本目标是实现信息的机密性 完整性 可用性和资源的合法使用 ; 最后, 网络设计者需对所有需要网络安全保护的数据提供完整的设置计划 技术分析技术分析包括网络的冲突域 广播域和网络的可升级性分析 一个冲突域内节点太多, 过多的计算机设备争享介质, 冲突就会变得频繁, 网络性能就会急剧下降 前期准备中, 应将整个网络的冲突域划分清楚, 需要了解每个冲突域内的节点数目, 并将大的冲突域划分成适当的小冲突域 广播是网络中普遍存在的通信数据 各种网络设备都会产生大量的广播流量 技术选择对广播流量的影响比较大, 有些技术会产生比较多的广播流量 如果广播流量过于巨大, 就会对网络的承载产生较大影响, 进而影响网络的整体性能 可用两种方案解决, 一种是限制广播流量, 选择合适的技术 ; 另一种是将大的广播域分成多个小的广播域 网络设计者还要考虑网络的可升级性, 必须考虑公司现在的状况和未来的发展趋势, 保证所设计的网络在未来不须做全盘改变即可升级到新的需求 比如要实现一个以太网, 现在的需求只是 10Mbps, 因此只需建设标准局域网即可, 网卡也只需 10Mbps 就可满足要

33 第 1 章小型计算机局域网的构建 27 求, 但是考虑到未来的升级要求, 网卡可选用 10Mbps/100Mbps 自适应网卡, 网线也可选用 5 类非屏蔽双绞线, 这样未来不需换网卡和布线就可平滑升级到快速以太网 (2) 分层设计模型在网络设计中, 一般采用分层设计的思路, 把大型局域网分成核心层 分布层和接入层 3 部分, 对每一层根据前期分析分别进行设计 接入层接入层为用户提供接入网络的服务, 多指建筑物中同一层的网络 一般情况下接入层的网络分段是基于组织结构的, 也就是根据计算机网络所属不同部门进行分段 各不同部门对于网络的要求是不相同的, 比如市场部门对于网络的传输速率 安全性 稳定性等的要求非常高, 研发部门对网络性能的依赖则没有那么强, 而经常需要视频会议的部门则要求网络有很好的实时性 接入层根据具体需要可选用的网络有标准以太网 快速以太网 令牌环网 无线局域网等, 如果对信息传输速率和网络实时性要求不高, 可选用标准以太网, 最大信息传输速率为 10Mbps; 如果对信息传输速率要求较高, 可选用快速以太网, 提供 100Mbps 的带宽, 甚至更高可选用千兆以太网等 ; 如果对网络的实时性要求比较高, 可选用令牌环网, 但是令牌环网增加删除节点操作较复杂, 选用的时候需要特别注意 接入层采用网络分段的方式, 当其中某一个网络段出现问题的时候, 只有该段内的节点受到影响, 网络的其他部分不受影响 分布层分布层是将多个接入层连接起来的网络部分, 多指一个建筑物内各楼层网络之间的连接 分布层按照网络信息流量的需求和其他一些具体需求可选用快速以太网 千兆以太网 ATM 网 FDDI 网等 FDDI 网是最早推出的 100Mbps 的高速网络, 因此早期大型局域网的核心层都是采用 FDDI 构造的, 现在 100Mbps 已经不能作为大型局域网的核心层技术, 但在分布层可选用该技术,FDDI 网络的缺点是不易增加删除节点 随着局域网仿真技术的发展,ATM 在局域网的应用越来越广泛, 由于其传输速率较快, 故可选作分布层技术, 缺点是设备复杂, 维护人员需专门培训 由于以太网铺设简单 易升级, 现在分布层多采用快速以太网或者千兆以太网技术 核心层核心层是整个局域网的骨干, 因此又称骨干网, 核心层是连接各分布层网络部分, 在空间上多是指连接不同建筑物, 不同地点的网络部分 核心层对于整个局域网络至关重要, 网络大部分功能的实现都表现在核心层上, 因此对核心层的传输速率 安全性等提出了更高的要求, 核心层可选用的技术有 ATM 网 千兆以太网 万兆以太网等 千兆以太网是现在比较流行的核心层连接技术, 但随着万兆以太网的推出, 万兆以太网必是将来的发展方向, 实际上现在万兆以太网的技术已经成熟, 也有众多的产品出现,

34 28 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 而且已经有校园网的建设采用了万兆以太网的标准, 在未来的时间里, 万兆以太网必然很快成为大型局域网技术核心层的首选 (3) 分层设计的优点采用分层设计后, 每一层采用不同的技术方案完成各自具体的功能和操作 分层设计有以下优点 : 横向扩展容易 ; 易于实现 ; 易于排除故障 ; 易于把握未来的网络情况 ; 易于管理 2. 难点解析 (1) 局域网的 3 个通信协议局域网常用的 3 种通信协议分别是 TCP/IP 协议 NetBEUI 协议和 IPX/SPX 协议 TCP/IP 协议是其中最重要的一个, 是互联网络的基础, 计算机中必须装有 TCP/IP 协议才能联入 Internet 网,TCP/IP 协议满足了可扩展性和可靠性的需求, 但是却牺牲了速度和效率 TCP/IP 协议的配置相当麻烦, 通过局域网访问互联网, 需要详细配置 IP 地址 网关 子网掩码 DNS 服务器等 NetBEUI 协议是为 IBM 开发的非路由协议 NetBEUI 协议缺乏路由和网络层寻址功能, 因此不会成为大型局域网的主要协议 但是由于 NetBEUI 协议短小精悍 传输效率高以及安装后不需要进行设置, 因此特别适合在网络邻居之间传输数据 IPX/SPX 协议是 NETWARE 客户端 / 服务器的协议群组,IPX 协议具有完全的路由功能, 可用于大型的局域网络, 但是 IPX 协议的扩展受到广播通信和高开销的限制, 因此 IPX/SPX 协议并未得到广泛应用 由于 IPX/SPX 协议设置简单, 现在常被用于可以联机的局域网游戏中 (2) 无线局域网的应用无线局域网具有接入灵活 组网快捷的特点, 可作为特殊环境下的接入层设备, 尤其适合下面环境 : 布线困难的地方 如深山矿井等地域辽阔或者地形复杂的地区 ; 历史建筑物等不能打洞铺线的地方等 临时组网 如大型会议 商业展览等 流动工作人员 如新闻工作者 销售商以及野外勘测者等 人员流动性大的地方 如图书馆 飞机场 证券交易所等 无线局域网结构化网络由无线访问点 (AP), 无线工作站 (STA) 和分布式系统 (DSS) 构成, 覆盖的区域分为基本服务区 (BSS) 和扩展服务区 (ESS) 由无线访问点建立无线工作站与有线设备之间的连接, 无线工作站通过无线访问点连入局域网络, 通过无线访问

35 第 1 章小型计算机局域网的构建 29 点上传下载数据 基本服务区是由无线访问点和与之关联的无线工作站共同组成的 正是通过局域网和多个无线接入点将多个基本工作站联系起来, 组成一个无线局域网, 被称做扩展服务区 所以一个扩展服务区 (ESS) 中包含多个基本服务区 (BSS) (3) 以太网组网设计由于价格便宜 结构简单 管理方便 易于升级等特点, 从 20 世纪 80 年代起, 以太网已成为最普遍采用的局域网技术 现有的以太网标准有 : 标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网 以太网经常使用的是分层设计的方法, 在接入层 分布层 核心层分别采用不同的以太网标准 现在经常采用的是 : 接入层采用标准以太网, 使用 10Mbps 以太网交换机和 100Mbps 上行链路 ; 分布层采用快速以太网, 使用 100Mbps 以太网交换机和 1000Mbps 上行链路 ; 核心层采用千兆以太网或 ATM 网, 使用千兆以太网交换机或 ATM 交换机 随着万兆以太网技术的成熟, 未来的趋势是接入层采用快速以太网, 使用 100Mbps 以太网交换机和 1000Mbps 上行链路 ; 分布层采用千兆以太网, 使用 1000Mbps 以太网交换机和 10000Mbps 上行链路 ; 核心层采用万兆以太网或 ATM 网, 使用万兆以太网交换机或 ATM 交换机 无论哪一种, 设计思路是相同的 : 以价格低廉的低速交换机作为底层连接计算机节点的设备, 由于计算机节点的需求量不会很高, 低速交换机足以满足要求 ; 以价格昂贵的高速大容量交换机作为骨干网连接设备, 由于骨干网数据传输量大, 高速交换机用得其所 这种以太网组网设计方法也有其缺点 : 它只是带宽的扩充, 对于多媒体业务 QoS 不如 ATM 网络 ( 如延时抖动 拥塞控制 带宽按需分配等 ); 另外与广域网连接时, 因为使用标准接口将形成瓶颈 ; 其覆盖距离比现行局域网小 3. 典型例题 例题 1-11 一个由一台 Windows NT 服务器管理的局域网, 需要通过该台服务器连入 Internet, 在该台服务器控制面板的网络属性框中需添加 协议, 使得 Windows NT 可以联入 Internet A.NetBIOS B.NetBEUI C.TCP/IP D.IPX/SPX 答案 C 解析 每种网络协议都有自己的优点, 但在 TCP/IP IPX/SPX NetBEUI 中只有 TCP/IP 允许与 Internet 完全的连接 TCP/IP 是 20 世纪 60 年代由麻省理工学院和一些商业组织为美国国防部开发的, 美国国防部的要求是即便遭到核攻击而破坏了大部分网络,TCP/IP 仍然能够维持有效的通信 之后基于该协议开发了 ARPANET, 并发展成为全球范围的计算机网络 Internet Internet 公用化以后, 人们开始发现全球网的强大功能 Internet 的普遍性是 TCP/IP 至今仍然使用的原因 常常在没有意识到的情况下, 用户就在自己的 PC 上安装了 TCP/IP 协议, 使该网络协议在全球应用最广 例题 1-12 下列新闻 是捏造的

36 30 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 A. 某高校采用万兆以太网标准设计本校校内局域网并获得成功, 多名领导前去开启校内网络运行 B. 美国电影发行人现在可以采用该公司的 ATM 网络以数字方式从美国向亚洲国家态以及全球其他大部分主要城市发送他们的影片 C. 令牌环网已经逐渐被以 10BaseT 为代表的以太网技术淘汰 D. 某高校将全面运用无线技术建设本校内的局域网 答案 D 解析 无线局域网现在的传输速率还比较低, 而且价格相对昂贵, 还不能被广泛应用于大型的局域网建设 例题 1-13 如图 1-13 所示是为一个学校设计的网络拓扑基本结构, 整个学校网络分成 3 大部分, 分别是宿舍区 教学区和图书馆, 其中图书馆将采用无线技术组成网络, 假设该学校只有一栋宿舍楼, 通过千兆以太网交换机将各层中的百兆交换机连接起来, 每一间宿舍中的所有计算机通过宿舍内的集线器连接到楼层的百兆交换机 图 1-13 网络图问题 1: 在网络设计中常把网络分成 3 部分分别设计, 是哪 3 部分? 并说出图 1-13 中这 3 部分分别采用什么类型的网络? 问题 2: 无线网络由哪几部分组成? 问题 3: 如果某寝室内有 5 台计算机, 每台计算机理论上分到的平均带宽是多少? 如果寝室里有两台计算机呢? 问题 4: 如果设计出来之后发现所需要的费用大于预算, 并且该学校规模较小, 无须

37 第 1 章小型计算机局域网的构建 31 使用万兆网络, 该如何处理? 答案 问题 1: 接入层 分布层和核心层 ; 设计中接入层采用百兆以太网, 分布层采用千兆以太网, 核心层采用万兆以太网 问题 2: 无线访问点 (AP), 无线工作站 (STA) 和分布式系统 (DSS) 问题 3:20Mbps;50Mbps 问题 4: 可以核心层使用千兆交换机, 分布层采用百兆交换机, 接入层采用普通以太网交换机等 解析 在网络设计中, 一般采用分层设计的思路, 把大型局域网分成核心层 分布层和接入层 3 部分, 对每一层根据前期分析分别进行设计 在图 1-13 中可以看出, 在核心层使用的是万兆以太网交换机将分布层连接起来, 在分布层使用的是千兆以太网交换机, 在接入层采用的是百兆以太网交换机 所以设计中接入层采用百兆以太网, 分布层采用千兆以太网, 核心层采用万兆以太网 无线局域网结构化网络由无线访问点 (AP) 无线工作站(STA) 和分布式系统 (DSS) 构成, 覆盖的区域分为基本服务区 (BSS) 和扩展服务区 (ESS) 由无线访问点建立无线工作站与有线设备之间的连接, 无线工作站通过无线访问点连入局域网络, 通过无线访问点上传下载数据 在接入层采用的是百兆以太网, 如果寝室内有 5 台计算机, 由于 5 台计算机通过集线器连接到百兆交换机, 每台计算机理论上分到的带宽 =100Mbps/5=20Mbps, 如果寝室内有两台计算机, 每台计算机理论上分到的带宽是 100Mbps/2=50Mbps 问题 4 的答案是多种多样的, 只要合理, 价格能够便宜下来就可以, 因为题中提到原来设计带宽冗余太大, 可适当减小, 但是不能减少得离谱 给出的答案是正确答案的一种, 核心层使用千兆交换机, 分布层采用百兆交换机, 接入层采用普通以太网交换机, 这样一来, 核心层就是千兆以太网, 分布层是百兆以太网, 接入层是普通以太网, 也足够使用 1.3 组网设备选择及部署 网络互联是指使用网络设备将两个或两个以上不同的计算机网络连接起来, 组成一个更大的计算机网络, 来实现不同网络内用户的信息交换和共享 相互联接的网络是不同的, 数据在网络中以包的形式传输, 网络间的不同表现在各网络中的包结构的不同 网络互联设备的功能就是消除不同计算机网络之间的不同, 把一种网络的数据包转化成另一种网络的数据包, 使不同计算机网络中的用户之间可以透明地交换信息 不同网络间的差别越大, 所需要的网络设备就越复杂 局域网的网络设备主要有中继器 集线器 网桥 交换机 路由器 网关等 各设备分别工作在 ISO 分层模型的不同层次上

38 32 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 本小节将系统全面地介绍各种组网设备的特点, 着重描述局域网中的常用设备交换机, 并详细介绍组网设备选择的方法以及组网设备的部署 在本小节的最后, 将给出部分典型例题进行讲解说明 组网设备介绍 1. 考点提炼 (1) 中继器 (Repeater) 信号在线路上传输会发生衰减 当衰减到一定程度的时候 就会出现失真, 接收方就会接收到错误的信息 为了让信息能够传输更长的距离, 需要加中继器 中继器的作用就是对弱信号放大再生后重新发送到传输网络上, 以实现更远距离的传输 局域网中电缆都存在最大传输距离, 如 10Base2 只能传输 185m,10Base5 只能传输 500m,10BaseT 只能传输 100m 等, 通过中继器连接可以传输更远的距离, 但是并不是没有限度的, 因为中继器有时延, 当传输距离越大, 信号的时延也就会越明显, 时延导致失真, 因此各网络标准对时延都有明确的规定限度, 如以太网规定只能有 5 个网段, 也就是只能有 4 个中继器 另外用中继器连接的以太网不能形成环 中继器工作在物理层, 只对信号进行简单的放大和再生, 因此相互联接的局域网应具有相同的物理层以上的协议和数据传输速率, 比如允许中继器对以太网和以太网进行连接, 但中继器不能提供以太网和令牌环网之间的连接 用中继器连接的网络在物理上是一个网络, 也就是说中继器只是实现了将若干个小的独立物理网络连接成了一个大的物理网络 中继器可以连接相同物理传输介质的网络, 也可以连接不同物理传输介质的网络, 如 10Base2 和 10BaseT 的网络就可以直接用中继器互联, 其对物理层以上的各层协议是完全透明的 如图 1-14 所示是各种流行的中继器 图 1-14 各种中继器

39 第 1 章小型计算机局域网的构建 33 (2) 集线器 (Hub) 集线器是一种特殊的中继器, 它与中继器的不同仅在于提供了更多的端口, 可以将更多的网络连接在一起 集线器提供了一种星状拓扑结构, 处于中心的集线器是各个分支的汇集点 集线器是对网络进行管理的基本单位 如图 1-15 所示是各种流行的集线器 图 1-15 各种集线器集线器与中继器相同, 工作在物理层上 各个小的独立网络与集线器相连, 可组成一个大的物理网络, 而且各相连网络是相互独立的, 可对各网络单独管理而不会影响到其他网络的性能 集线器能够指示有故障的线路和节点, 并立即与之切断通信, 这样可以将故障限定在各独立网络上, 而不会影响其他线路和节点的正常工作 与集线器连接的某个节点如果有信息要发送到另一个与集线器相连接的节点, 则先要等待集线器选中与该节点连接的端口, 这时该节点独占全部带宽, 其他节点若要发送信息必须等待 节点发送的信息传送到集线器, 集线器先将该信号放大, 然后发送到所有处于工作状态的端口上, 所有与这些端口相连接的节点都能收到信息, 但只有与所传送数据帧的目的地址相同的节点才会接收数据帧 集线器可分为无源集线器 有源集线器和智能集线器 无源集线器只是将多段介质连接在一起, 而不对信号做任何处理, 连接到无源集线器上的介质只允许扩展到最大有效传输距离的一半, 而且无源集线器必须直接与节点或者有源集线器相连接 有源集线器先对信号进行再生放大, 然后发送到所有处于工作状态的端口上, 有源集线器可用于扩展线路长度, 增加节点数 智能集线器除了具有有源集线器的所有功能外, 还具有网络管理 路由选择的功能 集线器的作用是提供多通道通信, 扩展线路长度, 增加连入网络的节点数 随着网络技术的发展, 集线器的缺点逐渐显露出来 : 采用共享带宽, 使带宽受到限制, 所有与集线器相连的网络同属于一个冲突域, 随着节点的增多, 各节点的平均带宽变小 ; 所有与集线器相连的网络同属于一个广播域, 易造成网络风暴 ; 通信方式是单工传输, 通信效率低 正由于这些缺点, 集线器逐渐被交换机所代替, 但是由于集线器价格便宜的优点, 在小型

40 34 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 公司和家庭组网中, 集线器还是占有一定优势的 (3) 网桥 (Bridge) 网桥是工作在数据链路层的存储转发设备, 用于连接两个局域网 网桥是在逻辑链路控制子层上对数据进行存储和转发的 网桥可以连接相同类别的网络, 也可以连接不同介质访问控制方式的网络, 如以太网和令牌环网的互联 网桥将两个或者两个以上的网络连接在一起, 组成一个大的逻辑网络 如图 1-16 所示是几种不同的网桥 图 1-16 网桥网桥从端口上接收与其相连的局域网传送过来的各种数据帧, 然后将其存储在缓冲区内 并对帧进行分析 如果发送帧的节点和目的节点在同一个局域网内, 网桥将立即丢弃该帧 ; 如果发送节点和目的节点不在同一个局域网内, 网桥则进行路径选择, 并按照路径选择表将数据帧转发到指定的端口 从上面网桥的工作原理中可看出网桥应该具备以下功能 : 足够的缓冲 能够满足高峰负载的要求, 保证接收到的帧不会随便被丢弃 帧格式转换 使用网桥互联的各种局域网的访问控制方式可以不同, 不同的介质访问控制方式的区别主要是 : 帧结构不同 帧长度不同 传输速率不同, 对于各个局域网在这些方面的差异, 通常采用翻译的方法, 将一种格式的数据帧转换成另一种格式的数据帧 路由选择 当网桥接收到一个数据帧之后, 需要根据路由表对数据进行路由选择, 然后将数据帧转发到下一个局域网, 直到到达目的网络 网桥的应用有很多优点 : 网桥中不同的端口属于不同的冲突域, 各个与网桥相连的局域网内的信息可被限制在本局域网内, 不会通过网桥流到其他局域网 ; 将大的局域网分割成多个小的局域网, 可以提高网络的可靠性 ; 可以连接不同物理介质的网络, 也可以连接不同访问控制方式的网络, 且对于数据链路层以上是透明的 ; 将不同的局域网互联组成一个大的逻辑网络, 扩大了网络的范围, 增加了网络中节点的数目

41 第 1 章小型计算机局域网的构建 35 但是, 使用网桥也有很多缺点 : 网桥接收到数据帧后, 先要对数据帧缓存 路由选择 帧格式转化, 然后才能转发, 增加了时延 ; 没有流量控制功能, 由于缓存区容量有限, 当网络流量过大将会出现帧丢失的现象 ; 由于通过网桥互联的局域网属于同一个冲突域, 随着互联网络的增多容易发生广播风暴 (4) 交换机 (Switch) 交换机是工作在数据链路层的网络互联设备 局域网交换机根据使用的网络技术分为以太网交换机 快速以太网交换机 千兆以太网交换机 令牌环网交换机 FDDI 网交换机 ATM 网交换机 万兆以太网交换机等 如图 1-17 是几种常用的交换机 图 1-17 交换机通过交换机连接的网络是星状拓扑结构, 与集线器相同 集线器内部将所有的端口连接到单一网段, 所有与集线器连接的网络共享介质, 处于同一个冲突域, 并以广播的方式传输数据 因此在同一时间, 最多只有一对端口在运行, 其中一个端口发送数据, 另一个端口接收数据 但是交换机却并非如此, 在交换机的内部, 所有端口不是直接连接到网段上, 而是通过端口交换阵列 (PSM) 与交换机背板上多个网段相连接, 不同网段通过内部网桥实现连接 这样一来, 交换机各端口分属于不同的冲突域, 以交换的方式在交换机各端口之间实现信息传输, 各端口可以分别在发送数据和接收数据 例如一台 N 口的 10BaseT 集线器, 传输总带宽是 10Mbps, 每个端口分配到的平均带宽为 10Mbps/N 如果是 N 口的 10BaseT 交换机, 每个端口的带宽是 10Mbps, 理论上该交换机的传输总带宽可达到 10NMbps 交换机有两种实现方式 : 一种是存储转发 (Store and Forward), 交换机从端口接收到数据帧后先将其存储在缓冲区内, 经过差错检验 路由转发后转发出去 ; 一种是直接转发 (Cut Through), 交换机在接收到数据帧的同时, 按照数据帧的目的地址转发出去 两种方

42 36 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 式各有其优缺点, 前一种方式转发前对数据帧进行处理, 但是引进了延时 ; 后一种方式转发速度快, 却容易出错 交换机的工作原理与网桥相似, 设备在接收到与端口相连的局域网传送的信息后, 或存储转发, 或直接转发到下一个局域网, 转发按照路由选择规则 但是交换机转发是硬件实现的, 网桥的转发通常是用软件实现的, 因此交换机的数据处理速度比网桥要快得多 (5) 路由器 (Route) 路由器是工作在网络层的网络互联设备, 用于不同网络之间存储转发数据, 可用于局域网之间和局域网与广域网之间 如图 1-18 是几种常见的路由器 图 1-18 路由器路由器是网络层上的连接, 数据流从一个网络传送到另一个网络必须经过路由器, 路由器将会接收信息流, 对信息流进行处理后将其按照最有效的路径传送出去 路由器接收到数据后, 先读取目的地址, 并判断目的地址是否是直接连接到路由器的网络上, 如果是, 将直接传送到目的地址 ; 如果不是, 将按照路由选择表转发到下一个路由器, 该路由器更接近目的网络 为了保证数据能够通过路由器传送到目的网络, 路由选择表必须能够及时更新, 以反映现有网络的互联状况, 并提供最有效的路由选择 主要有两种路由选择表的维护方法, 一种是静态路由, 需要网络管理员来修改所有网络的路径表, 这种维护方法只应用于小型的网络互联 ; 比较常用的是动态路由, 根据指定的路由协议来修改所有网络的路径表 现在的路由协议有 Rip OSPF IGRP 等很多种, 管理员只需通过操作指定一种路由协议并给出路由协议的必要参数, 该路由协议就会在没有管理员干预的情况下创建和维护路由表 为了能实现上述目标, 网络上的路由器必须指定相同的路由协议, 并能够经常交换现有网络信息 路由器与网桥都是不同网络互联, 但差别很大, 这主要是由网桥工作在数据链路层, 而路由器工作在网络层引起的 网桥转发的是数据帧, 所依据的是路由表, 根据数据帧帧头上的 MAC 地址转发信息 ; 路由器转发的是数据报, 所依据的是路由选择表, 根据数据报包头中的 IP 地址进行转发, 如果网络中的一条链路被拆除或者发生拥塞, 路由器可以提

43 第 1 章小型计算机局域网的构建 37 供一条新的链路 网桥连接的网络属于同一个冲突域, 路由器各端口分属于不同的广播域, 所以路由器可以将一个独立的大广播域分割成若干个小的广播域 网桥可以将不同的网络连接起来组成一个逻辑网络, 而路由器可以将不同的逻辑网络连接起来 (6) 网关 (Gateway) 网关又称协议转换器, 工作在 OSI 参考模型的传输层 会话层 表示层和应用层 通过网关相互联接可以使通信网中采用不同高层协议的主机仍能够通信并相互合作, 完成各种分布式应用, 因此网关是实现应用系统及网络互联的设备 中继器 网桥和路由器等都属于通信子网范畴的网间互联设备, 是与应用无关的 如图 1-19 是几种常见网关 图 1-19 网关网关的主要功能是完成传输层以上的协议转换 网关可分为传输网关和应用程序网关两种 传输网关是工作在传输层的网关, 应用程序网关是工作在应用层以连接两部分应用程序的网关 网关可以是一个专用设备, 也可以用计算机作为硬件平台, 由相关软件来实现网关的功能 网关的功能强大, 但是价格往往很昂贵, 处理数据的速度也很慢 常见的网关有 : 电子邮件网关 可以实现不同厂商应用程序之间邮件信息的转换, 使用户可以阅读不同电子邮件应用程序所发出的邮件 IBM 主机网关 可以把局域网上的计算机节点与 IBM 主机系统连接起来, 并对通信进行管理 局域网网关 可以提供局域网之间数据传送的通道 如果两种不同的局域网使用不同的协议, 数据需要做些转换才能通过, 则必须使用局域网网关 因特网网关 是一种连接因特网和局域网, 进行网络和应用程序的转换, 并对通信进行管理的网关 因特网网关可允许或限制局域网内用户访问因特网, 也可对因特网访问局域网进行控制

44 38 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 2. 难点解析 (1) 三层交换机传统的二层交换机是从网桥发展而来的工作于数据链路层的设备 二层交换机可以将发信方源地址与收信方目的地址连接起来, 该设备可以根据数据帧中 MAC 地址, 将从某个端口上接收到的数据帧传送到另一个端口上, 实现信息的交换 二层交换机的优点是数据传输快, 设备仅需要识别数据帧中的 MAC 地址, 而直接根据 MAC 地址产生选择转发端口, 缺点是控制能力较小, 没有路由功能 传统的路由器属于第 3 层网络层设备, 它根据 IP 地址寻址和通过路由表路由协议来实现路由功能 它的优点是可以实现路由转发 网络安全和隔离广播等, 缺点是一些功能由软件实现, 数据处理速度慢 三层交换机实际上是将传统的二层交换机与传统的路由器功能结合起来的网络设备, 它既可以完成传统交换机的端口交换功能, 也可完成部分路由器的路由功能 当某一局域网的第 1 个数据流进入三层交换机后, 三层交换机的路由系统将会产生一个 MAC 地址与 IP 地址的映射表, 当有数据要传送给该局域网时, 交换机将根据地址映射表, 直接从第 2 层由源地址传输到目的地址, 而不需要通过第 3 层路由选择处理, 从而消除了路由选择时造成的网络延迟, 提高了数据包的转发效率, 解决了网间传输数据时由于路由而产生的速率瓶颈 但是不管是二层交换机还是三层交换机, 总归是数据链路层的设备, 三层交换机也只是实现路由器的部分路由功能, 因此三层交换机只适用于局域网与局域网之间 局域网与广域网之间的连接 路由器则可以应用于广域网与广域网之间的连接 路由器是作用于网络层中的分组交换设备, 具有协议交换能力, 可以解决不同网络之间数据包的分组转发, 这种分组转发原理是从一个端口上接收数据, 经过转变处理后转发到另一个端口, 这两个端口所连接的局域网可能有不同拓扑网络, 且采用不同协议 而这些三层交换机是无法实现的 因此, 三层交换机更适应于局域网, 而路由器可大量应用于广域网 (2) 网桥的分类网桥接到一个数据帧后, 根据路由选择功能选择路径, 然后将数据帧转发到下一个网络, 不同的网桥采用不同的路由选择方法, 网桥根据路由选择方法的不同, 可以分为透明网桥和源站选路网桥 较常用的是透明网桥 透明网桥是由各网桥本身来判断所接收到的数据帧的路由选择, 发送数据帧的节点不管路由选择 透明网桥采用基于反向学习的扩散式路由选择算法来建立和维护路由表 所谓反向学习是指网桥记录每个输入帧的源节点地址和源局域网标识, 并以此建立路由表 网桥接收到数据帧后, 根据数据帧的目的地址判断是否丢弃, 如果目的地址与源节点地址属于同一个网络, 则丢弃该帧 ; 如果不属于同一个网络, 则查找路由表, 如果在路由表上找到该目的地址, 则按照路由表发送数据帧到指定端口, 如果没有在路由表上查找到该目的地址, 则向除去发送端口外的所有端口发送该帧 透明网桥的优点是安装容易, 缺点是

45 第 1 章小型计算机局域网的构建 39 网桥资源的利用率低 源站选路网桥是由每个节点来建立和维护各自的路由表, 每个站在发送数据的时候知道所要发送的数据帧是发往本地局域网节点还是其他网络的, 如果是发送到其他网络的, 则会在数据帧的高位上置 1, 并将完整的路径写入该帧的帧头中 网桥只负责处理高位上置 1 的发送到其他网络的数据帧, 并根据帧头中的路径将数据帧发送到指定的端口 如果一个节点不知道目的网络的详细路由, 则会发送一个广播帧, 该帧通过网桥广播到整个网络, 目的地址接收到广播帧后发送一个相应帧给源节点, 源节点根据相应帧上的信息更新路由表 源站选路网桥的优点是可以选择最佳路径, 缺点是广播帧将影响网络的性能 3. 典型例题 例题 1-14 网桥是一种常用的网络互联设备, 它工作在 OSI 的 (1) 上 在 LAN 中用于桥接少量以太网网段时, 常用的网桥是 (2) 从网桥的基本原理可知网桥 (3), 因此使用网桥有两个显著优点, 其一是 (4), 其二是利用公共通信链路实现两个远程 LAN 的互联 (1) A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D. 传输层 (2) A. 封装网桥 B. 源站选路网桥 C. 转换桥 D. 透明网桥 (3) A. 无选择地转发数据帧 B. 有选择地转发数据帧 C. 可将其互联的网络分成多个逻辑子网 D. 以地址转换方式实现互联网络之间的通信 (4) A. 能再生和放大信号, 以便扩展 LAN 的长度 B. 具有差错检测和流量控制功能 C. 适用于复杂的局域网互联 D. 可把一个大的 LAN 分段, 以提高网络性能 答案 (1)B (2)D (3)B (4)D 解析 网桥工作在数据链路层, 比较常用的网桥是透明网桥 网桥可以实现有选择的转发数据帧, 所谓有选择是指如果数据帧的目的地址与源节点属于同一个局域网, 则丢弃该帧 ; 只有不属于同一个局域网才转发该帧 网桥将各个分散独立的小局域网组成一个大的逻辑局域网, 由网桥组成的局域网是属于同一个逻辑网络的, 网桥不能够将互联的网络分成多个逻辑网络 网桥是以 MAC 地址实现互联网络之间通信的, 而并非以地址转换方式 因此第 3 题的答案为 B 网桥有两大显著优点, 一是将大的局域网分段, 以提高网络性能 ; 二是利用公共通信链路实现两个远程局域网的互联, 所以第 4 题应该选 D 选项 A 也是网桥的功能, 却不是显著优点, 选项 B 流量控制功能的实现需要在网络层上, 只有网络层以上的设备如路由器才可能实现, 工作在数据链路层的网桥是不能实现的 选项 C 是错误的, 网桥只能用于数据链路层以下的连接, 对于高层的连接是不能实现的

46 40 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 例题 1-15 路由器是一种常用的网络互联设备, 它工作在 OSI 模型的 (1) 上, 在网络中它能够根据网络通信的情况 (2), 并识别 (3), 相互分离的网络经路 由器互联后 (4), 通常并不是所有的协议都能够通过路由器, 如 (5) 在网络中 就不能被路由 (1) A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D. 传输层 (2) A. 动态选择路由 B. 控制数据流量 C. 调节数据传输率 D. 改变路由结构 (3) A.MAC 地址 B. 网络地址 C.MAC 地址和网络地址 D.MAC 地址和网络地址的共同逻辑地址 (4) A. 形成了一个更大的物理网络 B. 仍然还是原来的网络 C. 形成了一个逻辑上单一的网络 D. 成为若干个互联的子网 (5) A.NetBEUI B.Apple Talk C.IPX D.IP 答案 (1)C (2)A (3)B (4)D (5)A 解析 路由器工作在网络层, 路由器与交换机 网桥的差别也主要是由网桥工作在 数据链路层, 而路由器工作在网络层引起的 网桥转发的是数据帧, 所依据的是路由表, 根据数据帧帧头上的 MAC 地址转发信息 ; 路由器转发的是数据报, 所依据的是路由选择 表, 根据数据报包头中的 IP 地址 ( 网络地址 ) 进行转发, 能根据网络通信的情况进行动态 路由, 例如网络中的一条链路被拆除或者发生拥塞, 路由器可以提供一条新的链路 网桥 连接的网络属于同一个冲突域, 路由器各端口分属于不同的广播域, 所以路由器可以将一 个独立的大广播域分割成若干个小的广播域 网桥可以将不同的网络连接起来组成一个逻 辑网络, 而交换机可以将不同的逻辑网络连接起来 NetBEUI 是为 IBM 开发的非路由协议, 用于携带 NetBIOS 通信 NetBEUI 缺乏路由 和网络层寻址功能, 在 NetBEUI 帧中惟一的地址是 MAC 地址, 该地址标识了网卡但没有 标识网络 而路由器是靠网络地址将帧转发到最终目的地的,NetBEUI 帧完全缺乏该信息, 因而在网络中不能被路由 例题 年三层交换机在大中型企业骨干网络中迅速普及, 许多中小型网络 考虑到以后的发展, 也开始引用三层交换技术, 用户不再满足于交换机的基本功能, 除了 要求交换机具有交换 认证 报文过滤功能外, 更希望交换机具有路由选择等高级功能 问题 1: 交换机工作于 OSI 模型中的哪一层? 问题 2: 交换机的两种数据转发方式分别是什么? 问题 3: 未来的发展方向是否是三层交换机全面取代路由器? 答案 问题 1: 交换机工作于 OSI 模型中的第 2 层数据链路层 问题 2: 存储转发和直接转发 问题 3: 不是

47 第 1 章小型计算机局域网的构建 41 解析 三层交换机虽然有部分路由功能, 但是跟二层交换机一样, 始终属于数据链路层的互联设备 交换机的两种数据转发方式分别是存储转发和直接转发 在局域网中, 由于三层交换机处理数据的速度比路由器快, 价格也比路由器便宜, 因此路由器将很快被三层交换机所取代 但是三层交换机只有一部分路由器的功能, 三层交换机只适用于局域网与局域网之间 局域网与广域网之间的连接 路由器则可以应用于广域网与广域网之间的连接 路由器是作用于网络层中的分组交换设备, 具有协议交换能力, 可以解决不同网络之间数据包的分组转发, 这种分组转发原理是从一个端口上接收数据, 经过转变处理后转发到另一个端口, 这两个端口所连接的局域网可能有不同拓扑网络, 且采用不同协议 而这些三层交换机是无法实现的 因此, 三层交换机更适应于局域网, 而路由器可大量应用于广域网 网络设备的选择和部署所谓网络设备选择, 主要包括两种意义的选择, 一种是根据应用需求对设备的选择, 或者称为纵向比较, 比如在某一环境可选用交换机也可选用路由器, 就要根据应用需求, 依据网络设计的原则和两种网络设备各自的性能进行权衡 ; 另一种是从众多厂商的产品中选择性价比高的产品, 称为横向选择 在局域网中, 通常涉及到的网络设备有网卡 中继器 集线器 网桥 交换机 路由器等 本小节将对各种网络设备之间的不同进行分析, 以此指导网络设备的纵向选择 ; 对几种主要设备的重要参数指标进行介绍, 以此指导网络设备的横向选择, 在本小节的最后将给出一些典型例题进行讲解说明 1. 考点提炼 (1) 网卡的选择与部署网卡也叫网络适配器, 计算机节点通过网卡连入网络, 所以可以认为网卡是网络互联中的最小单位 因为网卡是连接网络与计算机节点之间的设备, 网卡的选择也就是针对网卡与网络之间的连接 网卡与计算机之间的连接和网卡本身的特性 3 方面进行考虑 网卡与网络之间的连接 首先要考虑所设计网络的介质访问控制方式, 访问以太网的网卡和访问令牌环网的网卡是不同的 各种不同网络的接口也是不同的, 如以太网中,10Base2 所用的接口是 BNC 接口,10Base5 所用的接口是 AUI 接口, 10BaseT 所用的是 RJ45 接口 有些网卡中同时备有多种接口, 但多种接口是不能同时使用的, 而且多种接口的网卡比单一接口的网卡要贵, 因此在选择的时候就要权衡, 如果所选择的网卡只会应用于一种网络, 只需选用单一接口的网卡, 但是如果将来网卡会应用于多种网络, 则只能选用多个网卡 网卡与计算机之间的连接 应该保证选用网卡的总线类型与计算机相同 作为设计者应该考虑网卡与主机的传送速率, 这是网卡的主要性能 网卡与主机的速率

48 42 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 主要受传送方式 接口带宽和总线类型等因素影响 主要有存储器共享 DMA I/O 3 种传送方式, 其中共享存储器是 3 种方法中最快速的一种, 而 DMA 是最慢速的, 网卡可有其中一种或多种的组合传送方式 接口带宽有 8 位 16 位 32 位等, 带宽越大, 传送速率越快 总线类型包括 ISA EISA 和 Micro Channel 等多种,EISA 和 Micro Channel 式网卡的传送速率比 ISA 式网卡要高, 但是价格也贵一些 网卡本身的特性 包括网卡是否有单独处理器 网卡的原始比特率等 有的网卡备有自身的处理器, 有的则没有, 如果没有处理器的情况下, 所有处理将必须由主机 CPU 处理, 这将会占用主机资源 目前多数网卡都备有自身的处理器 网卡的原始比特率是指介质访问控制方式的最大比特率, 实际应用中的比特率要低得多 另外在实际选择中还要根据未来的需求进行选择, 比如虽然现在设计的是 10Mbps 的以太网, 在选择的时候考虑未来的升级发展最好选用 10Mbps/100Mbps 自适应网卡 网卡需要部署在每一台需要联网的计算机上 (2) 中继器的部署中继器一般应用于两种环境 : 两个相同类型的局域网, 但是相距较远, 通过中继器延长网络物理介质的长度达到连接的目的 两个相同类型的网络, 传输介质不同, 需要连接 如 10Base2 和 10BaseT 的网络相连, 中间只需加一个带有 BNC 和 RJ45 两种接口的中继器就可组成单独的物理网络 (3) 集线器的选择集线器是网络管理的最基本单位, 对集线器的选择非常重要 现在生产集线器的厂家很多, 产品质量也各不同, 一般从下面几个方面进行选择 带宽 目前主流的集线器带宽主要有 3 种 10Mbps 10Mbps/100Mbps 自适应型和 100Mbps 3 种, 这 3 种不同带宽的集线器在价格上也有较大区别, 所以在选择上也应尽量做到物尽所用, 也要充分考虑到网络今后一定时期的可持续发展性 一般不推荐使用 10Mbps 集线器, 如果条件合适推荐使用 100Mbps, 但采用 100Mbps, 如果网内有旧的设备, 这些设备将不能被使用 出于资源有效利用的考虑, 最好选用 10Mbps/100Mbps 自适应网卡 端口 首先保证所选用的集线器端口与所设计的网络类型是相容的 由于连在集线器上的所有节点均争用同一个上行总线, 处于同一冲突域内, 所以在集线器内所连接节点数目太多, 造成冲突也就可能会过于频繁, 网络的性能将受很大影响, 因此一般考虑端口在 16 个以内 网络管理能力 智能集线器是有网络管理和自动检测网络端口速率能力的 如果

49 第 1 章小型计算机局域网的构建 43 在实际中需要对集线器进行管理, 则一般选用智能集线器 特别对于大型集线器, 网络用户较多, 数据流量也较大, 一旦网络出现了故障, 如果不能及时发现 及时排除的话对整个网络影响非常大, 还有可能造成非常巨大的经济损失, 因此集线器需要有发现网络故障的能力 此外实际选购中还要注意品牌 价格 外形结构等诸多方面 如果是较大型网络用, 需安装在专用机柜中, 则需要选择机架式集线器 (4) 网桥的选择和部署网桥是数据链路层的设备, 可以将两个不同的网络组成一个逻辑网络 因此网桥多使用在两个使用不同介质访问控制方式的网络之间的互联, 如以太网和令牌环网之间 选择的时候只需要选用的网桥的两个端口分别能够连接所设计的两个网络即可 (5) 交换机的选择交换机的选择应该注意的问题有以下几个方面 局域网的类型 局域网交换机根据使用的网络技术可以分为以太网交换机 令牌环交换机 FDDI 交换机 ATM 交换机 快速以太网交换机等, 各种不同的交换机使用在不同的局域网类型中 传输速率 交换机的速率发展很快, 短短几年, 已经从 10Mbps 发展到 100Mbps 1000Mbps 甚至 Mbps 现在 10Mbps 交换机已经被淘汰, 千兆和万兆交换机一般应用于大型网络的骨干网中, 为用户提供高速的主干带宽, 而百兆交换机在中小型网络的主干中发挥作用, 或者在大型网络中应用于分布层 用户可根据自己的需求选择合适的交换机 端口数目 现在交换机的端口数目从 8 12 到 48, 甚至上百不等, 端口较少的可以用多个交换机级联或者堆叠来扩充端口数目 背板带宽 背板带宽是交换机接口处理器和数据总线间所能吞吐的最大数据量 交换机的背板带宽越高, 数据处理能力也就越强 背板带宽对交换机的价格影响较大, 因此在选择的时候需要对背板带宽和价格进行权衡 管理功能 交换机的管理功能是非常重要的 一台具有网管功能的交换机可以使网络管理员轻松地掌握网络动态, 在出现故障的时候快速找出故障 对于一些大型的网络, 一定要选用有网络管理能力的交换机 交换机的技术含量比较高, 所要考虑的问题也比较多, 除上面各方面外, 还需要注意交换机的 CPU 类型 是否是三层交换机, 以及交换机是否可以扩展等多方面的考虑 (6) 路由器的选择路由器是两个不同局域网络或者局域网与广域网之间进行连接的设备, 路由器的选择需要注意两个方面 : 类型端口对应且实用 按照连接方式的不同, 路由器可以分为直连路由和非直连路由, 由路由器各网络接口所直连的网络之间使用直连路由进行通信 如果组建

50 44 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 的局域网是和其他许多局域网或者互联网进行互联, 则应该选用非直连路由 路由器根据性能和价格又可分为低端 中端和高端 这些都需要对网络的构成进行分析之后决定选择哪一种路由器 路由器的端口选择也要针对实际网络需求 功能强大 包括传输速率 数据通道功能 安全性 可靠性和网络管理和控制等多方面要求 2. 难点解析 (1) 集线器和交换机之间的比较选择集线器和交换机的拓扑结构是相同的, 都是星状拓扑结构 区别是集线器是物理层设备, 集线器内部将所有的端口连接到单一网段, 所有与集线器连接的网络共享介质, 处于同一个冲突域, 并以广播的方式传输数据 集线器对信号的处理过程是接收到信号之后将信号再生扩大, 然后将信号发送到所有其他端口上 但是交换机却并非如此, 交换机是数据链路层设备, 在交换机的内部, 所有端口不是直接连接到网段上, 而是通过端口交换阵列 (PSM) 与交换机背板上多个网段相连接, 不同网段通过内部网桥实现连接 因此交换机各端口分属于不同的冲突域, 以交换的方式在交换机各端口之间实现信息传输 例如一台 8 口的 10BaseT 集线器, 传输总带宽是 10Mbps, 每个端口分配到的平均带宽为 10Mbps/8=1.25Mbps 如果是 8 口的 10BaseT 交换机, 每个端口的带宽是 10Mbps, 理论上该交换机的传输总带宽可达到 80Mbps 集线器与交换机相比, 价格比较便宜, 在小型公司网络和家庭网络中占有一定优势 但是用集线器连接的节点数目有限制, 需要在 16 个以下, 性能上交换机也比集线器好很多, 因此交换机多应用于中型或大型局域网的建设 现在随着交换机价格的不断下降, 集线器仅有的价格优势也越来越不明显, 其市场空间也就越来越小 (2) 网桥与交换机的选择网桥与交换机同属于 ISO 模型的第 2 层数据链路层设备 两者都可以将不同介质访问控制方式的网络连接成一个单一的逻辑网络 网桥多是两个不同协议局域网之间的互联, 端口数目比较少 ; 交换机一般有更多接口, 可以将更多的局域网连接在一起 另外网桥的功能是用软件实现的, 交换机则使用硬件实现, 因此同样的联网, 交换机要比网桥数据处理速度快 (3) 交换机和路由器的选择交换机工作在 ISO 模型第 2 层, 路由器工作在第 3 层 两者都可以作为网络互联的工具, 但是路由器的价格比较昂贵 ; 由于路由器结构复杂, 数据处理的速度也要慢 ; 接口数目也受到限制, 因此在局域网中更多采用的是交换机 路由器工作在第 3 层, 在流量控制等方面有很多普通交换机无法实现的功能, 但是现在三层交换机的出现, 进一步收缩了路由器的使用范围 但是无论是二层交换机还是三层交换机, 都是数据链路层的设备, 三层交换机也只是实现路由器的部分路由功能, 因此, 三层交换机只适用于局域网与局域网之间 局域网与

51 第 1 章小型计算机局域网的构建 45 广域网之间的连接 路由器则可以应用于广域网与广域网之间的连接 路由器是作用于网络层中的分组交换设备, 具有协议交换能力, 可以解决不同网络之间数据包的分组转发, 这种分组转发原理是从一个端口上接收数据, 经过转变处理后转发到另一个端口, 这两个端口所连接的局域网可能有不同拓扑结构, 且采用不同协议 而这些是三层交换机无法实现的 (4) 级联和堆叠堆叠和级联是多台交换机或集线器连接在一起的两种方式 在实际的集线器 交换机应用中经常遇到的问题有两个, 一是单台设备端口数目有限 ; 二是单台设备所布网的范围受到限制 将多台设备连接在一起可达到扩展端口和扩展网络范围的作用, 级联 (Uplink) 和堆叠 (Stack) 就是将多台集线器或交换机连接在一起的方法 级联级联是通过双绞线或者光纤, 利用设备的端口, 将两台集线器, 或者集线器与交换机 或者两台交换机之间连接起来 级联所用的双绞线可能是直通线, 也可能是交叉线, 需要根据具体情况选择 一般在集线器的前面板上有级联端口, 如果通过此级联端口与其他集线器进行级联, 则是直通线, 否则只能是交叉线 ; 集线器与交换机之间应该用直通线 级联后的两台设备是上下级的关系 随着快速以太网技术和交换技术的发展, 级联成为组建大型局域网最理想的扩展方式, 成为以太网扩展端口应用的主要技术 如图 1-20 为三层交换机的级联模式 一层 二层 图 1-20 级联模式 堆叠堆叠是用专门的堆叠卡和专门的堆叠电缆, 通过背板连接起来的, 是建立在芯片级上的连接 堆叠后多台设备可认为是同一台设备 常见的堆叠有两种, 分别是菊花链堆叠和矩阵堆叠 菊花链堆叠是使用堆叠电缆将几台交换机以环路的方式组建成一个堆叠组, 然后再加一根从上到下起冗余备份作用的堆叠电缆 因为菊花链模式是采用高速端口和软件来实现 三层

52 46 网络管理员考试科目 2: 网络系统的管理与维护 考点解析及模拟训练 的, 其优点是提供集中管理的扩展端口, 缺点是对于多交换机之间的转发效率并没有提高 如图 1-21 所示是菊花链堆叠 冗余备份电缆 图 1-21 菊花链堆叠交换机矩阵堆叠首先需要一个独立的或者集成的高速堆叠中心, 其他交换机可通过专门的高速堆叠端口连接到堆叠中心上, 堆叠中心一般是一个基于专用 ASIC 的硬件交换单元 如图 1-22 所示是矩阵堆叠 图 1-22 矩阵堆叠交换机在交换机上进行级联, 级联交换机之间数据传输带宽是与所级联的端口带宽相同, 这样就大大降低了设备的性能,Trunking 技术可用多根双绞线连接两台交换机的多个接口, 以此扩大两台交换机之间数据传输的带宽 如果两台交换机通过堆叠连接在一起, 可提供高达 1Gbp 的背板带宽, 数据传输率要高得多 级联相对容易, 不必关心各厂商设备的兼容性, 只需将端口相连接即可, 同时支持交换机和集线器之间的级联 堆叠是一种非标准化技术, 各厂商的产品之间不允许混合堆叠, 限制了升级和发展空间 但是堆叠后的设备可认为是一台设备, 只需对一台设备进行配置, 但是交换机的多台设备逻辑上是独立的, 需要对各台设备分别配置

53 第 1 章小型计算机局域网的构建 47 级联的集线器因为属于同一个冲突域, 必须遵循 法则, 因此最多有 4 级级联, 但是集线器堆叠没有这种限制, 堆叠单元可超过 4 个 级联比较灵活, 比如两个局域网之间相距超过 100m, 可在中间设置交换机进行级联, 堆叠的线缆一般几米左右, 不能延长联网范围 由上面的分析可见, 级联和堆叠各有优缺点, 在对集线器和交换机进行配置的时候, 需要考虑具体情况进行权衡选择 3. 典型例题 例题 1-17 在一种网络中, 超过一定长度, 传输介质中的数据信号就会衰减 如果需要比较长的传输距离, 就需要安装 (1) 设备 当两种相同类型但又使用不同通信协议的网络进行互联时, 就需要使用 (2) 当连接两个完全不同结构的网络时, 必须使用 (3) 在不同的网络间存储并转发分组, 必须时可通过 (4) 进行网络上的协议转换 (1)A. 中继器 B. 集线器 C. 路由器 D. 网桥 (2)A. 中继器 B. 集线器 C. 路由器 D. 网桥 (3)A. 中继器 B. 集线器 C. 路由器 D. 网桥 (4)A. 协议转换器 B. 网关 C. 桥接器 D. 重发器 答案 (1)A (2)D (3)C (4)A 解析 各种设备因为所工作的层数不同, 功能也不同 例题 1-18 某公司要组建一个小型 Windows 局域网, 包括 1 台服务器和 10 台 PC, 为了将所有设备连接起来, 同时出于价格和管理方便的需求, 该公司应该选用的设备有哪两种? 答案 集线器或者交换机 解析 能够连接 11 个节点, 同时又能保证价格和管理这两方面的需求, 只有集线器和交换机这两种设备 例题 1-19 下列选项中不正确的是 A. 选择网卡的时候要考虑所设计的网络, 不同的网络所使用的网卡是不同的, 如 10Base2 使用 AUI 接口的网卡,10BaseT 使用 RJ45 接口的网卡 B. 选择集线器首先应该保证所选用的集线器端口与所设计的网络类型是相容的 C. 选择交换机也要考虑交换机和局域网类型是相容的, 局域网交换机根据使用的网络技术可以分为以太网交换机 令牌环交换机 FDDI 交换机 ATM 交换机 快速以太网交换机等, 各种不同的交换机使用在不同的局域网类型中 D. 选择路由器要保证类型端口对应且实用 答案 A 解析 网卡 集线器 交换机和路由器在选择的时候都要根据所设计的网络类型, 保证所购买的网络设备能够应用于网络 但由于网络设备所处的 ISO 模型中的层数不同,