模塊四組件局域網

1、2022-2-211計算機網絡基礎計算機網絡基礎模塊模塊4 組建局域網組建局域網2022-2-212任務任務4.1 組件小型局域網組件小型局域網 任務描述：在家庭或者辦公室里，有兩臺或兩臺以上的計算機，就有通過網絡互連實現資源共享的需求 任務分解為：子任務一：完成雙機互聯網絡的組建；子任務二：完成用集線器組建局域網。2022-2-2134.1.1網絡硬件網絡硬件1局域網的基本概念局域網LAN（Local Area Network）是一種在一個局部區(qū)域范圍（例如一個學校、一個工廠、一家醫(yī)院、一個機關等）內，把各種計算機、外圍設備、數據庫等互聯起來組成的計算機通信網。局域網的特點：區(qū)別于一般的廣域

2、網，局域網通常具有如下特征:（1）地理分布范圍小。（2）數據傳輸速率高。（3）誤碼率低。（4）以個人計算機為主體。（5）一般僅包含OSI參考模型中的下層功能，即僅涉及通信子網的內容。所以連入局域網的數據通信設備必須加上高層協議和網絡軟件才能組成計算機網絡。（6）協議簡單，結構靈活，建網成本低，周期短，便于管理和擴充。2022-2-214 2局域網的組成 一般來講，局域網是由計算機、傳輸介質、網卡、LAN連接設備、網絡操作系統(tǒng)和局域網應用軟件組成。 局域網上的計算機又可分為服務器和工作站兩類。局域網的連接設備包括介質的連接器件、集線器、交換機等。 按局域網的體系結構可以分為工作站/文件服務器結構

3、、客戶機/服務器結構和對等網結構。2022-2-215 （1）局域網傳輸介質 常見的網絡傳輸介質可分為兩類：一類是有線傳輸介質；一類是無線傳輸介質。有線傳輸介質主要有雙絞線、同軸電纜和光纖；無線傳輸介質有微波、無線電、激光和紅外線等。 （2） 網絡適配器 網絡適配器即網絡接口卡（Network Interface Card, NIC），簡稱網卡，圖4-1顯示的是PCI（Peripheral Component Interconnect）接口的網卡。其作用是為工作站與網絡間提供數據傳輸的功能，為工作站與網絡建立邏輯和物理鏈路。在OSI參考模型中，網卡屬于數據鏈路層的設備。2022-2-216 網

4、卡的主要功能如下： 數據轉換。 數據緩存。 通信服務。 另外，還有專門為筆記本計算機設計的專用網卡PCMCIA（如圖4-2），以及隨著近幾年來無線局域網技術而產生的無線局域網網卡。2022-2-217 圖4-1 PCI網卡 圖4-2 筆記本網卡PCMCIA2022-2-218 （3）網絡服務器 在網絡系統(tǒng)中，網絡服務器負責管理系統(tǒng)的共享設備，同時負責提供數據和文件管理、打印、通信等標準化服務。服務器是局域網中的核心設備，負責部分或全部網絡的運行和數據的控制管理。 服務器為網上的其他計算機提供服務，一個局域網中至少有一臺服務器，一般稍微復雜的局域網，都配有多臺服務器。例如文件服務器、打印服務器、

5、數據庫服務器、通信服務器、應用程序服務器和事務處理服務器等。2022-2-219 常用服務器及其功能： 文件服務器是整個網絡系統(tǒng)的核心，提供網絡用戶管理、網絡資源管理和網絡安全管理等常用的服務。文件服務器對計算機的性能要求很高，要有相當的硬盤空間和內存、足夠的網絡接口等，以滿足各種網絡服務的需要， 打印服務器用于管理和控制網絡共享打印服務，一方面，負責從網絡工作站中接收到打印的數據，并將這些數據放到打印隊列中；另一方面，在打印服務器上按打印隊列選取打印作業(yè)送到網絡打印機。2022-2-2110 通信服務器是一個專用系統(tǒng)，為網絡上需要通過遠程通信鏈路傳送文件或訪問遠地系統(tǒng)或網絡上信息的用戶提供通

6、信服務。通常有異步遠程網橋SRB、遠程存取服務器NAS、異步通信服務器NACS。 （4）用戶工作站 工作站也叫客戶機，是網絡的前端窗口，是局域網上的各種用戶和終端設備的通稱，用戶通過運行前端的應用程序來獲得網絡服務器的服務，并訪問網絡服務器中的共享資源。在局域網中，工作站可由計算機擔任，也可由輸入輸出終端擔任。根據實際需求，工作站可以帶有光盤、硬盤，也可以沒有這些設備。前者稱為有盤工作站，后者稱為無盤工作站。無盤工作站成本低，有部分的防病毒功效，但加重了服務器的處理負擔；有盤工作站設有磁盤驅動器，使用方便。2022-2-2111 工作站與終端的差異：工作站本身應該是具有獨立處理能力的完整的計算

7、機，可以獨立工作也可以連到網絡中工作；終端則是人機對話的設備，通常用于小型機等多用戶系統(tǒng)中，它同工作站一樣可以完成很多功能。 3局域網的拓撲結構 局域網的拓撲結構主要是總線型、環(huán)型和星型結構，因此可以把局域網分為總線型局域網、環(huán)形局域網、星型局域網和混合型局域網等類型。 選擇局域網拓撲結構需要考慮一下因素： 易于安裝與擴展 具有高可靠性，易于診斷故障和隔離。 與相應的訪問控制方法相結合，選擇合適的傳輸媒介，提高結點運行速度，降低復雜性。2022-2-2112 4. 以太網 以太網最早是由美國Xerox（施樂）公司創(chuàng)建的，1980年，DEC,Intel和Xerox三家公司聯合提出了以太網規(guī)范。

8、（1）傳統(tǒng)以太網 傳統(tǒng)以太網即標準以太網，是指運行速率為10Mbps的以太網。 （2）雙絞線10BASE-T以太網 雙絞線10BASE-T以太網是使用非屏蔽雙絞線為傳輸介質，并且在網絡拓撲結構中增加了集線器HUB連接總線結構（如圖4-3），是星型和總線型結合的網絡結構。2022-2-2113圖4-3 10Base-T UTP以太網2022-2-2114 10BASE-T以太網的基本硬件設備是： 帶有RJ-45接口的Ethernet網卡。 集線器HUB。 三類以上非屏蔽雙絞線。 RG-45連接頭。 中繼器。 以下是一個標準10BASE-T以太網的主要性能指標： 使用非屏蔽雙絞線連接收發(fā)器與集線器

9、以及集線器與工作站，收發(fā)器與集線器間的距離不能超過100m。 一個集線器能夠連接多達24個工作站。 一個中心集線器能夠連接多達12個以上集線器進行網絡擴展。 無需使用網橋在網絡上可連接多達1023個工作站。2022-2-2115 隨著網絡的發(fā)展，傳統(tǒng)標準的以太網技術已經不能滿足日益增長的網絡數據流量的需求?？焖僖蕴W技術應運而生，如100M快速以太網技術100BASE-TX,100BASE-T4和100BASE-FX等技術標準。其中100BASE-TX 技術幾乎是在10BASE-T的基礎上進行的直接升級，使用5類非屏蔽雙絞線達到了100M的數據傳輸速率，得以普遍使用。此外千兆位以太網1000B

10、ASE-SX，1000BASE-LX和1000BASE-CX等技術標準也相繼制定出來。2022-2-2116子任務一完成：雙機互聯網絡的組建1硬件連接（1）制作雙絞線如計算機連接集線器、計算機連接交換機時，采用直接連接法即兩端都采用EIA/TIA 568B標準或EIA/TIA 568A標準。如同種設備連接，采用交叉連接法即一端采用EIA/TIA 568B標準，另一端采用EIA/TIA 568A標準。確定好網線的制作方法后，使用制作網線的工具完成網線的制作并進行連通性的測試。（2）安裝網卡臺式機安裝步驟如下：關閉計算機電源，打開機箱。在計算機的主板上選擇一個擴展槽，將網卡用力插入插槽，并將網卡固

11、定。裝好機箱蓋，將UTP雙絞線的RJ-45連接頭插入網卡上的插口內，接通計算機電源。2022-2-21172安裝和配置協議安裝好Windows XP操作系統(tǒng)后，在“網絡連接”窗口中，有一個“本地連接”圖標。右擊你建立的本地連接，配置它們的IP地址和子網掩碼。設兩臺計算機的IP地址分別是192.168.10.1和192.168.10.2，子網掩碼都是255.255.255.0，配置完成后單擊“確定”按鈕，所配置的靜態(tài)IP地址生效。3網絡連接狀態(tài)的測試局域網安裝和配置完成后，默認情況下，在任務欄的右側會顯示一個局域網連接狀態(tài)的圖標。鼠標停留在此圖標上，會顯示連接狀態(tài)信息。4連通性測試運行“CMD”

12、，在DOS聯機狀態(tài)下，可以通過ping命令來確認配置了TCP/IP的計算機能否正常工作。（1）ping 127.0.0.1。用于確認TCP/IP是否被正確加載。若失敗，必須檢查TCP/IP協議的安裝。（2）ping 192.168.0.1或ping 192.168.0.2。用于確認IP地址是否被正確加載，并檢查IP地址是否與網絡中其他計算機發(fā)生沖突。（3）ping網絡上另外一臺計算機的IP地址。用于測試網絡的連通狀況。2022-2-21184.1.2局域網的體系結構與協議局域網的體系結構與協議 1局域網的體系結構 局域網的體系結構與OSI參考模型相比，只具有相當于OSI的最低兩層。因為局域網不

13、存在路由選擇問題，所以局域網沒有網絡層。但是物理連接以及位流在介質上的傳輸都是必須的，所以具有相當于OSI模型的物理層與數據鏈路層。 為了使局域網中的數據鏈路層不致過于復雜，將局域網的數據鏈路層進行了分層，分為邏輯鏈路控制子層LLC和介質訪問控制子層MAC。局域網的體系結構如圖4-4所示。2022-2-2119圖 4-4 局域網體系結構模型與OSI參考模型2022-2-2120（1）物理層的功能：實現位流的傳輸與接收、同步前序的產生與刪除等。（2）介質訪問控制子層（MAC）的主要功能是：數據幀的操作，包括發(fā)送時將上層下來的數據封裝成幀，以及接收后將幀拆解傳到上層；實現和維護MAC協議；數據流的

14、差錯檢測；尋址。（3）邏輯鏈路控制子層 （LLC）的主要功能是：邏輯鏈路的操作，包括數據鏈路層邏輯連接的建立與釋放；提供與高層的接口；差錯控制；數據幀的排序 。2022-2-21212局域網的協議標準IEEE 802委員會于1980年開始研究局域網標準，1985年公布的IEEE 802標準被ISO作為局域網的國際標準，后又擴充了多項標準文本。IEEE 802標準系列包含以下部分：IEEE 802.1A 概述和系統(tǒng)結構、IEEE802.1B 尋址、網絡管理和網際互聯。IEEE 802.2 邏輯鏈路控制。IEEE 802.3 CSMA/CD總線訪問控制方法及物理層技術規(guī)范。IEEE 802.4 令

15、牌總線訪問控制方法及物理層規(guī)范。IEEE 802.5 令牌環(huán)網訪問控制方法及物理層規(guī)范。IEEE 802.6 城域網訪問控制方法及物理層技術規(guī)范。IEEE 802.7 寬帶技術。IEEE 802.8 光纖技術（FDDI在802.3，802.4，802.5中的使用）。IEEE 802.9 綜合業(yè)務數字網（ISDN）技術。IEEE 802.10 局域網安全技術。IEEE 802.11 無線局域網。IEEE 802.12 新型高速局域網（100Mbps）。2022-2-21223介質訪問控制方法 （1）IEEE 802.3的總線訪問控制方法CSMA/CD IEEE802.3定義了帶沖突檢測的載波偵聽

16、多路訪問（Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection，CSMA/CD）方法。CSMA/CD是采用爭用技術的一種介質訪問控制方法?？蓪SMA/CD形象地概況為用先聽后發(fā)/邊聽邊發(fā)的方法來共享傳輸介質。CSMA/CD方法的工作過程如下：假如介質是空閑的，則發(fā)送。如介質忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質空閑，立即發(fā)送。若在發(fā)送過程中檢測到沖突發(fā)生，則立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，通知總線上各站沖突已發(fā)生。這樣可避免因白白傳送已損壞的幀而浪費信道容量。如果在最大往返傳播延遲時間內沒有沖突，則停止沖突檢測。沖突發(fā)生后，發(fā)送一串阻塞信號，

17、按照二進制退避算法確定一隨機時間，等待時間后，再重新嘗試發(fā)送。圖4-6描述了CSMA/CD的工作流程圖。2022-2-2123圖4-6 CSMA/CD 工作流程圖2022-2-2124 （2）IEEE 802.5的令牌環(huán)網訪問控制方法Token Ring 令牌環(huán)原理是采用“令牌”傳遞機制，令牌是一段簡短的報文，繞環(huán)傳輸。當它不帶入信息時叫做空令牌或自由令牌（Free Token）。需要發(fā)送信息的計算機首先捕獲令牌，在令牌被捕獲期，其他計算機不得發(fā)送數據，捕獲到令牌的計算機修改令牌，加進數據和源、目的地址，然后把令牌發(fā)送上環(huán)，這時的令牌叫“忙令牌”，目標機收到忙令牌后下載信息，再把令牌還給發(fā)送者

18、，當發(fā)信者再次收到令牌后，知道數據已到達目的地，將令牌信息清空。令牌重獲“自由身”，又開始繞環(huán)傳輸，直到下一個要發(fā)送的計算機捕獲它。如果沒有要發(fā)送信息的計算機，空牌就一直循環(huán)。IBM令牌環(huán)網就是這樣工作的。2022-2-2125 （3）IEEE 802.4的令牌總線訪問控制方法Token Bus 令牌總線訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯環(huán)，令牌在邏輯環(huán)路中的傳遞原理與令牌環(huán)相同。它既具有總線網的接入方便和可靠性高的優(yōu)點，也具有令牌環(huán)網的無沖突和發(fā)送時延有確定的上限值的優(yōu)點。2022-2-2126子任務二完成：用集線器組建局域網將兩臺以上的計算機組建成局域網，計算機數量較少時，可以采用一臺集線

19、器組網。若網絡中的計算機數量較多，可以采用兩臺以上的集線器級聯結構或堆疊式集線器結構組網。1集線器的選購根據計算機的數量和機房情況，選擇集線器的類型（桌面型集線器，端口數量較少，適用于中小型辦公網絡環(huán)境；機架結構的集線器端口數量較多，通常安裝在機柜中或機架上）、選擇端口數（一般是8的倍數；為了便于網絡擴容，要選擇提供Uplink級聯端口）、端口帶寬（10Mb/s一般用于數據除數量要求較低的家庭組網中；100Mb/s用于數據傳輸量較大的中型網絡；10/100Mb/s自動匹配集線器是目前應用最為廣泛的一種，同時適用于100BaseTX和10BaseT兩種網絡環(huán)境）。2022-2-21272組建單一

20、集線器局域網采用100BaseTX標準組網，網絡拓撲結構選擇星型結構，首先在計算機中，安裝100Mb/s或10/100Mb/s自適應的網卡，集線器選擇100BaseTX（端口為RJ-45插口），端口數一般不超過16口。雙絞線選擇5類UTP，長度小于100m，制作直通線。當網絡中的硬件設備連接完畢后，在每臺機器上安裝相應的操作系統(tǒng)，配置TCP/IP，測試網絡的連通性。3多集線器級聯組網集線器級聯的方式有兩種不同方式。交叉線：用交叉雙絞線連接兩個集線器的普通端口，實現集線器的級聯。直通線：用直通雙絞線連接一個集線器的上行端口（Uplink）和另外一個集線器的普通端口，實現集線器的級聯。2022-2

21、-2128任務任務4.2 構建虛擬局域網構建虛擬局域網 任務描述：新增的5個新計算機用戶分別屬于不同的部門，出于辦公成本及技術上的考慮，單位的所有用戶都連在一個交換機上。那么如何才能實現多用戶數據傳輸的暢通以及不同部門間的信息獨立與安全呢？ 任務分析：我們知道一個交換機所連接的網絡為一個物理網段，屬于同一個廣播域。該網段的廣播數據可以被網段內任何用戶接收，在不增加物理設備的情況下如何才能將一個大的廣播域分段呢？下面來學習虛擬局域網的相關知識。2022-2-21294.2.1虛擬局域網虛擬局域網虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN）是一種通過將局域網內的設備

22、邏輯地而不是物理地劃分成一個個網段，從而實現虛擬工作組的新型技術。VLAN所連接的設備可以來自不同的物理網段，但是相互之間可以進行直接通信，好像處于同一網段中一樣（如圖4-7所示）。而不同VLAN間的通信需要路由設備的轉發(fā)。圖4-7 VLAN劃分示意圖2022-2-2130 VLAN技術允許網絡管理者將一個物理的LAN邏輯地劃分成不同的廣播域，即VLAN。每一個VLAN都包含一組有著相同需求的計算機工作站，與物理上形成的LAN有相同的屬性。但由于它是邏輯地而不是物理地劃分，所以同一個VLAN內的各個工作站無需被放置在同一個物理空間，即這些工作站不一定屬于同一個物理網段。一個VLAN內部的廣播和

23、單播流量都不會轉發(fā)到其他的VLAN中，從而有助于控制流量，減少設備投資，簡化網絡管理，提高網絡安全性。2022-2-21314.2.2構建虛擬局域網構建虛擬局域網 虛擬局域網通常用一個VLAN號（VLAN ID）和VLAN 名（VLAN Name）標識。 劃分VLAN是通過使用軟件定義VLAN成員實現的。定義VLAN成員的方法主要有三種：基于端口劃分VLAN、基于MAC地址劃分VLAN、基于第三層協議類型和地址劃分。 1基于端口劃分VLAN 就是按交換機端口定義VLAN成員，每個端口只能屬于一個VLAN，這是一種通用的方法。利用交換機的端口來劃分VLAN成員，被設定的端口都在同一個廣播域中。但

24、是，這種劃分模式將虛擬局域網限制在了一臺交換機上。 第二代端口VLAN技術允許跨越多個交換機的多個不同端口劃分VLAN，不同交換機上的若干個端口可以組成同一個虛擬網。 這種方式是靜態(tài)配置方式，容易實現和監(jiān)視，比較安全。 2022-2-2132 2基于MAC地址劃分VLAN 這種劃分VLAN的方法是根據每個主機的MAC地址來劃分，即對每個MAC地址的主機都配置它屬于哪個組。這種劃分VLAN方法的最大優(yōu)點就是當用戶物理位置移動時，即從一個交換機換到其他的交換機時，VLAN不用重新配置，所以，可以認為這種根據MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN。這種方法的缺點是初始化時，所有的用戶都必須進行配置

25、，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，配置是非常繁瑣的。而且這種劃分的方法也導致了交換機執(zhí)行效率的降低，因為在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員，這樣就無法限制廣播包了。另外，對于使用筆記本計算機的用戶來說，他們的網卡可能經常更換，這樣， VLAN就必須不停地配置。2022-2-2133 3基于第三層協議類型或地址劃分 這種劃分VLAN的方法是根據每個主機的網絡層地址或協議類型（如果支持多協議）劃分的，雖然這種劃分方法是根據網絡地址，比如IP地址，但它不是路由，與網絡層的路由毫無關系。 這種方法的優(yōu)點是用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN，而且可以根據協議類型來劃分VLAN，這對網絡管理者來說很重要，另外這種方法不需要附加的幀標簽來識別VLAN，這樣可以減少網絡的通信量。 這種方法的缺點是效率低，因為檢查每一個數據包的網絡層地址是需要消耗處理時間的（相對于前面兩種方法），一般的交換機芯片都可以自動檢查網絡上數據包的以太網幀頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術，同時也更費時。2022-2-2134 任務完成： 要實現不同部門用戶的分組，需要在交換機上使用配置命令，建立對應不同部門的不同VLAN，最簡單的方式就是將交換機的端口分配給不同的VLAN。此處以簡單的VLAN實驗說明局域網的劃分及應