用戶需求與分析

1、2.1 用戶需求與分析1小型辦公網(wǎng)絡(luò) 2家庭網(wǎng)絡(luò) 3網(wǎng)吧的網(wǎng)絡(luò)4小公司的網(wǎng)絡(luò)5學(xué)校機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)等 雖然它們的規(guī)模、連網(wǎng)方式不盡相同，但都需要最基本的兩類組網(wǎng)設(shè)備，一類是計算機(jī)、打印機(jī)等；另一類是網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備及介質(zhì)，如交換機(jī)/集線器、光纜、雙絞線、無線介質(zhì)等。 1 網(wǎng)絡(luò)的組建可能因規(guī)模、需求和現(xiàn)實環(huán)境的不同而不同，但小型局域網(wǎng)卻是最常見、最實用的網(wǎng)絡(luò)。 用戶對網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求可歸納為下列幾個方面：2.2 相關(guān)知識 1. 源、通道和目的 所有通信方式都有三個共同的要素。第一個要素是信息來源，或稱發(fā)送方。信息來源是需要向其他人或設(shè)備傳達(dá)信息的人或電子設(shè)備。第二個溝通要素是信息的目的地址或接收方。目的地址

2、接收并解釋信息。第三個要素稱為通道，是信息從源傳送到目的地址的途徑。 如下圖所示，在計算機(jī)通信中的信息來源、傳輸媒體和接收方。22.2.1 通信原理 2.通信規(guī)則 在兩個人的交談中，雙方必須遵守許多規(guī)則或協(xié)議，才能順利傳達(dá)自己的信息并為對方所理解。成功的人際溝通所應(yīng)遵守的協(xié)議包括：發(fā)送方和接收方的標(biāo)識雙方一致同意的介質(zhì)或通道（面對面、電話、信件、照片）適當(dāng)?shù)臏贤Ｊ剑陬^、書面、圖示、互動或單向）公共語言語法和句子結(jié)構(gòu)傳遞的速度和時間試想，如果人們的相互交流沒有約定的協(xié)議或規(guī)則，會是怎樣一番情景？3 協(xié)議由信息的源、通道和目的特性決定。通過一種介質(zhì)（如電話）通信時采用的規(guī)則不一定適用于另一種介

3、質(zhì)（如信件）。協(xié)議定義信息傳輸和傳遞的詳細(xì)方式。包括以下方面：信息格式信息大小時序封裝編碼標(biāo)準(zhǔn)信息模式 計算機(jī)通信在很多方面類似于人際交流。如圖所示說明了對于促進(jìn)交流的協(xié)議必須定義的主要方面。43.信息編碼 在發(fā)送信息時，首先執(zhí)行的步驟之一是對信息進(jìn)行編碼。書面文字、圖片和口頭語言都有各自一套編碼、聲音、姿勢和（或）符號來表達(dá)共享的思想。編碼是將思想轉(zhuǎn)換成語言、符號或聲音以便于傳輸?shù)倪^程。解碼是編碼的逆向過程，其目的是解釋思想。 計算機(jī)通信也要進(jìn)行編碼。主機(jī)之間的編碼必須采用適合介質(zhì)的形式。如下圖所示，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息先由發(fā)送主機(jī)轉(zhuǎn)換成位。根據(jù)用來傳輸位的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，將每個位編碼成聲音、光波或

4、電子脈沖的樣式。目的主機(jī)接收并解碼信號，解釋收到的信息。 54. 信息格式 當(dāng)信息從源地址發(fā)送到目的地址時，必須使用特定的格式或結(jié)構(gòu)。信息格式取決于信息的類型和傳遞渠道。 書信是人類書面交流最常用的方式之一。私人信件的格式數(shù)百年以來從未改變過。在許多文化中，私人信件都包含以下要素：收信人的標(biāo)識稱呼或問候信件正文結(jié)束語寄信人的身份標(biāo)識 除了正確的格式以外，大多數(shù)私人信件還必須用信封裝好并密封，以便投遞。信封上有寄信人和收信人的地址，分別寫在信封適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ绻康牡刂泛透袷讲徽_，信件就無法投遞。 將一種信息格式（信件）放入另一種信息格式（信封）的過程稱為封裝。收信人從信封中取出信件的過程就是解

5、封。6 寫信者使用公認(rèn)的格式確保信件可以投遞，并且能被收信人理解。同樣，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息也要遵循特定的格式規(guī)則才能被發(fā)送和處理。就像信件封裝在信封中進(jìn)行投遞一樣，計算機(jī)信息也要進(jìn)行封裝。每條計算機(jī)信息在通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送之前都以特定的格式封裝，稱為幀。幀就像信封一樣；它提供預(yù)定的目的主機(jī)和源主機(jī)的地址。 幀的格式和內(nèi)容由信息類型及其發(fā)送信道決定。信息的格式如果不正確，就無法成功發(fā)送或被目的主機(jī)處理。如下圖所示，計算機(jī)通信中幀的格式，幀地址類似于信封上的地址，封裝的信息類似于書信。75. 信息大?。ɑ蜷L度） 如果文章的所有內(nèi)容顯示為一個長句子，讀起來會怎樣？很顯然，結(jié)果將難以閱讀和理解。人們在

6、相互交流時，他們發(fā)送的信息通常會分成較小的部分或較短的句子。這些句子的大小限于接收方一次可以處理的大小。在交談時，為確保對方收到和理解話語的每個部分，可以將談話內(nèi)容分成許多短句。 同樣，將一條長信息通過網(wǎng)絡(luò)從一臺主機(jī)發(fā)送到另一臺主機(jī)時，也必須將其分為許多小片段?？刂凭W(wǎng)絡(luò)中傳送的信息片段（幀）大小的規(guī)則非常嚴(yán)格，并且不同的信道有不同的規(guī)則。 幀太長或太短都無法傳送。 幀大小限制規(guī)則要求源主機(jī)將長信息分割為同時符合最小和最大長度要求的多個片段。每個片段都單獨封裝在包含地址信息的幀中，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。在接收主機(jī)上，這些信息將被解封和重新組合，以供加工和解釋。 86. 信息同步 時序也是影響對方接收和

7、理解信息的因素之一。人們通過時序來控制講話的時機(jī)、語速以及等待回應(yīng)的時長。這些都是約定的規(guī)則。訪問控制：訪問控制決定人們可以發(fā)送信息的時間。這種時序規(guī)則取決于環(huán)境。流量控制：時序還影響著可以發(fā)送的信息量和發(fā)送速度。在網(wǎng)絡(luò)通信中，發(fā)送主機(jī)發(fā)送信息的速度可能會快于目的主機(jī)接收和處理的速度。源主機(jī)和目的主機(jī)使用流量控制來協(xié)商成功通信的正確時序。超時響應(yīng)：如果一個人提問之后在合理的時間內(nèi)沒有得到回答，就會認(rèn)為沒有獲得回答并作出相應(yīng)的反應(yīng)。此人可能會重復(fù)這個問題，也可能繼續(xù)談話。網(wǎng)絡(luò)主機(jī)也會使用規(guī)則來指定等待響應(yīng)的時長，以及在超時的情況下執(zhí)行什么響應(yīng)操作。 97. 信息傳輸模式 有時候，我們需要與某個人

8、交流信息；而在另一些時候，我們需要同時與一群人甚至同一區(qū)域的所有人交流信息。兩個人之間的交談是典型的一對一通信模式。當(dāng)一組接收者需要同時接收同一條信息時，就需要采用一對多或多對多信息模式。 有時信息的發(fā)送方還要確認(rèn)信息是否成功發(fā)送到目的地址。此時需要向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)回執(zhí)。不需要確認(rèn)的信息模式稱為“無確認(rèn)”。 網(wǎng)絡(luò)主機(jī)使用類似的信息模式進(jìn)行通信。 一對一信息傳輸模式稱為單播，即信息只有一個目的地址。 如果主機(jī)需要用一對多模式發(fā)送信息，則稱為組播。組播是指同時發(fā)送同一條信息到一組目的主機(jī)。 如果網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)都需要同時接收該信息，則使用廣播。廣播代表一對全體的信息傳輸模式。此外，主機(jī)還可以要求是否

9、需要對信息作出確認(rèn)。10 如下圖所示，計算機(jī)通信中的廣播，一臺主機(jī)向本地網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)廣播，讓它們知道自己的名稱，這種通信通常不需要確認(rèn)。 112.2.2本地有線網(wǎng)絡(luò)中的通信 協(xié)議根據(jù)來源、通道和目的，對信息格式、信息大小、時序、封裝、編碼和標(biāo)準(zhǔn)信息模式等問題作出詳細(xì)規(guī)定。 1. 協(xié)議的重要性 計算機(jī)像人一樣，也要按照規(guī)則或協(xié)議進(jìn)行通信。協(xié)議在本地網(wǎng)絡(luò)上尤其重要。在有線環(huán)境中，本地網(wǎng)絡(luò)定義為所有主機(jī)必須“講同一種語言”（用計算機(jī)術(shù)語表示就是“共享一個公共協(xié)議”）的區(qū)域。 如果同一間房里的每個人都講不同的語言，肯定無法交流。同樣，如果本地網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不使用同一個協(xié)議，就無法互相通信。 本地有線

10、網(wǎng)絡(luò)中最常用的協(xié)議集是以太網(wǎng)。以太網(wǎng)協(xié)議定義了本地網(wǎng)絡(luò)通信的許多方面，包括：信息格式、信息大小、時序、編碼和信息模式。 在網(wǎng)絡(luò)的早期發(fā)展階段，每個廠商都使用自己專用的方法來連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。不同供應(yīng)商的設(shè)備之間無法通信。 122. 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化 在網(wǎng)絡(luò)的最初階段，每個廠家都有自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不同廠家的設(shè)備之間無法通信。包括IBM、NCR、DEC、Xerox和HP等廠商使用的協(xié)議。 隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，要求不同廠商設(shè)備之間的連接更加方便，即標(biāo)準(zhǔn)化。這些標(biāo)準(zhǔn)給網(wǎng)絡(luò)帶來多方面的益處：方便設(shè)計簡化產(chǎn)品開發(fā)促進(jìn)競爭提供一致的互連方式便于培訓(xùn)客戶有更多的廠商可以選擇 有幾種標(biāo)準(zhǔn)得到了發(fā)展，

11、包括以太網(wǎng)、ARCnet和令牌環(huán)。 實際上不存在官方的本地網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但隨著時間的發(fā)展，以太網(wǎng)逐漸成為最受人們推崇的一種技術(shù)， 并已成為事實標(biāo)準(zhǔn)。 13 電氣電子工程師協(xié)會（亦稱 IEEE）負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，包括以太網(wǎng)和無線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 委員會主要負(fù)責(zé)審批和維護(hù)連接標(biāo)準(zhǔn)、介質(zhì)要求及通信協(xié)議。每項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都有一個編號，指代負(fù)責(zé)審批和維護(hù)該標(biāo)準(zhǔn)的委員會。負(fù)責(zé)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的委員會是 802.3。 以太網(wǎng)自從 1973 年創(chuàng)立以來，其標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了多次發(fā)展，用于規(guī)范更快、更靈活的技術(shù)。每個以太網(wǎng)版本都有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，802.3 100BASE-T 代表使用雙絞線電纜標(biāo)準(zhǔn)的 100 兆以太網(wǎng)。此標(biāo)準(zhǔn)的

12、具體解釋為：100 是以兆位每秒 (Mbps) 為單位的速度；BASE 代表基帶傳輸；T 代表電纜類型，這里是指雙絞線。 早期以太網(wǎng)的速度非常慢，只有 10 Mbps。而最近的以太網(wǎng)運(yùn)行速度已經(jīng)超過每秒 10Gbit/s，比最初提高了1000倍。 早期以太網(wǎng)使用共享媒體，所有主機(jī)都連到同一條電纜或同一個集線器上。采用的協(xié)議是具有沖突檢測(CD)功能的載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA)的訪問控制方法。 14 CSMA/CD的工作原理如下左圖所示。CSMA/CD協(xié)議的工作過程，如下右圖所示 :準(zhǔn)備發(fā)送站監(jiān)聽信道。信道空閑進(jìn)入第步。 信道忙，就返回到第步。 傳輸數(shù)據(jù)并監(jiān)聽信道，如果無沖突就完成傳輸，檢測到

13、沖突則進(jìn)入第步。 發(fā)送阻塞信號，然后按二進(jìn)制指數(shù)退避算法等待，再返回第步。 15結(jié)點A共享信道結(jié)點B3. 物理尋址 每臺連接到以太網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)都會獲得一個物理地址，用于在網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識自己。 每個以太網(wǎng)絡(luò)接口在制造時都有一個物理地址。此地址稱為介質(zhì)訪問控制 (MAC) 地址。MAC 地址用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的每臺源主機(jī)和目的主機(jī)。MAC地址長48位，通常用12位十六進(jìn)制數(shù)表示，如下圖所示，在命令提示符下用ipconfig/all查看NIC（網(wǎng)絡(luò)接口卡）的MAC地址為00-40-46-51-B6-46，前6個十六進(jìn)制數(shù)字（24位）為廠商標(biāo)識，后6個十六進(jìn)制數(shù)字（24位）為網(wǎng)卡的標(biāo)識，以確保MAC地址不會相同

14、。 16物理地址 如下圖所示，當(dāng)以太網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)通信時，它會發(fā)送包含自己 MAC 地址（作為源地址）和接收方 MAC 地址的幀；收到幀的主機(jī)將對幀進(jìn)行解碼，并讀取目的 MAC 地址；如果目的 MAC 地址與網(wǎng)卡上配置的地址匹配（H3），它就會處理收到的信息，并將其存儲起來供主機(jī)應(yīng)用程序使用；如果目的 MAC 地址與主機(jī) MAC 地址不匹配（H2、H4），網(wǎng)卡就會忽略該信息。 17 MAC 地址通信 4. 以太網(wǎng)通信 當(dāng)信息在以太網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)之間發(fā)送時，主機(jī)會將信息格式化為標(biāo)準(zhǔn)指定的幀結(jié)構(gòu)。幀也稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)。如下圖所示，包括：定序和定時的前導(dǎo)碼：在發(fā)送和接收幀時起同步作用；幀首定界

15、符（SFD）：指示某幀開始；目的MAC地址：可以是單播（一臺主機(jī)）、組播（一組主機(jī)）和廣播（本地網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)）；源MAC地址：發(fā)送以太網(wǎng)幀的節(jié)點地址；幀的長度和類型：長度表示該幀數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，類型表示接收數(shù)據(jù)的協(xié)議；封裝的數(shù)據(jù)：分組數(shù)據(jù)，461500個字節(jié)；幀校驗序列（FCS）：由發(fā)送設(shè)備創(chuàng)建，目標(biāo)設(shè)備用于檢測傳輸幀的錯誤。18 從“目的 MAC 地址”字段到“幀校驗序列 (FCS)”字段，以太網(wǎng)幀的大小限制為最大 1518 個字節(jié)和最小 64 個字節(jié)。如果幀不符合這一限制，接收主機(jī)將不作處理。除了幀的格式、大小和時序以外，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還定義了組成幀的位在通道中的編碼形式。位可在銅纜中以電子

16、脈沖的形式傳輸，或在光纜中以光脈沖的形式傳輸。 2.2.3 OSI參考模型 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出的背景計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、異質(zhì)性，具體表現(xiàn)在：不同的通信介質(zhì)有線、無線、 不同種類的設(shè)備主機(jī)、路由器、交換機(jī)、復(fù)用設(shè)備、 不同的操作系統(tǒng)Unix、Windows、 不同的軟/硬件、接口和通信約定（協(xié)議）不同的應(yīng)用環(huán)境固定、移動、 不同種類業(yè)務(wù)分時、交互、實時、 寶貴的投資和積累有形、無形、 用戶業(yè)務(wù)的延續(xù)性不允許出現(xiàn)大的跌宕起伏 對于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用什么方法能合理地組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到結(jié)構(gòu)清晰、簡化設(shè)計與實現(xiàn)、便于更新與維護(hù)、較強(qiáng)的獨立性和適應(yīng)性。解決的方法：分而治之！ 19一個生活中的例子：如下圖

17、所示，空中旅行的組織 20飛機(jī) (起飛)飛機(jī) (著陸)飛行航線起飛機(jī)場到達(dá)機(jī)場中間空中交通樞紐飛行航線飛行航線機(jī)票 (購買)機(jī)票 (投訴)行李 (托運(yùn))行李 (認(rèn)領(lǐng))旅客 (出發(fā))旅客 (到達(dá))層次化方法在其它領(lǐng)域的應(yīng)用：程序設(shè)計：把一個大的程序分解為若干個層次的小模塊來實現(xiàn)，如操作系統(tǒng)。郵政系統(tǒng)：郵遞員、郵政分局、郵政總局、郵政運(yùn)輸。銀行系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等。 1977年3月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的技術(shù)委員會TC97成立了一個新的技術(shù)分委會SC16專門研究“開放系統(tǒng)互連”，并于1983年提出了開放系統(tǒng)互連參考模型，即著名的ISO 7498國際標(biāo)準(zhǔn)，記為OSI/RM。 在OSI中采用了三級抽象：參

18、考模型（即體系結(jié)構(gòu)）、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范（即協(xié)議規(guī)格說明），自上而下逐步求精。OSI/RM并不是一般的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而是一個為制定標(biāo)準(zhǔn)用的概念性框架。而實際的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型。 經(jīng)過各國專家的反復(fù)研究，在OSI/RM中，采用了如表2.1所示的7個層次的體系結(jié)構(gòu)。 21表2-1 OSI/RM七層協(xié)議模型22數(shù)據(jù)封裝231物 理 層2數(shù)據(jù)鏈路層4傳 輸 層3網(wǎng) 絡(luò) 層5會 話 層7應(yīng) 用 層6表 示 層2.2.4 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型1TCP/IP協(xié)議 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(

19、又稱Internet協(xié)議)的縮寫，它實際上是一個很大的協(xié)議包（簇），其中包括網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層中的很多協(xié)議，TCP和IP協(xié)議只是其中兩個核心協(xié)議。TCP/IP的基本作用是：要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)信息時，首先要把數(shù)據(jù)拆成一些小的數(shù)據(jù)單元（不超過64KB），然后加上“包頭”做成數(shù)據(jù)報（段），才交給IP層在網(wǎng)絡(luò)上陸續(xù)地發(fā)送和傳輸。采用這種傳輸數(shù)據(jù)方式的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就叫做“分組交換”或“包交換”網(wǎng)絡(luò)。其次，在通過電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行長距離傳輸時，為了保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，還要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式即拆包或重新打包。最后，到了接收數(shù)據(jù)的一方，必須使用相同的協(xié)議，逐層拆開原來的數(shù)據(jù)包，恢復(fù)成原來的數(shù)據(jù)，并加以校驗，

20、若發(fā)現(xiàn)有錯，就要求重發(fā)。24TCP/IP數(shù)據(jù)封裝 25（1）TCP協(xié)議 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常重要的一層就是傳輸層，它可以向源主機(jī)和目的主機(jī)提供端到端的可靠通信。TCP協(xié)議是一個面向連接的端到端的全雙工通信協(xié)議，通信雙方需要建立由軟件實現(xiàn)的虛連接,它提供了數(shù)據(jù)分組在傳輸過程中可靠的并且無差錯的通信服務(wù)。 TCP協(xié)議規(guī)定首先要在通信的雙方建立一種“連接”，也叫做實現(xiàn)雙方的“握手”。建立“連接”的具體方式是呼叫的一方要找到對方，并由對方給出明確的響應(yīng)，目的是需要確定雙方的存在，并確定雙方處于正常的工作狀態(tài)，在整個傳遞多個數(shù)據(jù)報的過程中，發(fā)送的每一個數(shù)據(jù)報都需要接受方給以明確的確認(rèn)信息，然后才能發(fā)送下一個

21、數(shù)據(jù)報。如果在預(yù)定的時間內(nèi)收不到確認(rèn)信息的話，發(fā)送方會重發(fā)信息。正常情況下，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，發(fā)送方要發(fā)送“結(jié)束”信息，“握手”才斷開。 這里還要解釋一下，“在通信雙方建立連接” 實際上是一種“虛擬”的連接，是由計算機(jī)系統(tǒng)中相應(yīng)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)的連接。 26 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通?？梢园堰B接在網(wǎng)絡(luò)上的一臺計算機(jī)叫做一臺“主機(jī)”。傳輸層只能存在于端系統(tǒng)（主機(jī)）之中，所以又稱為“端到端”層或“主機(jī)到主機(jī)”層,或者說，只有在作為“源主機(jī)”和“目的主機(jī)”的計算機(jī)上才有傳輸層，才有傳輸層的相應(yīng)程序，才執(zhí)行傳輸層的操作。而在網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點上，如集線器、交換機(jī)、路由器上，都是不需要傳輸層的。所以說，在傳輸層上建

22、立的“連接”，只能是“端到端”的連接。發(fā)送數(shù)據(jù)報的工作，只能由發(fā)送方的傳輸層執(zhí)行，接受數(shù)據(jù)報和發(fā)送“確認(rèn)信息”的工作，也只能由接受方計算機(jī)的傳輸層執(zhí)行。 “全雙工”通信指通信的雙方主機(jī)之間，即可以同時發(fā)送信息，又可以接受信息。 TCP協(xié)議還有一個作用就是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹翱煽啃浴?。TCP協(xié)議實際上是通過一種叫做“進(jìn)程通信”的方式，在通信的兩端（雙方）傳遞信息，以保證發(fā)出的數(shù)據(jù)報不僅都能到達(dá)目的地，而且是按照它們發(fā)出時的順序到達(dá)的。如果數(shù)據(jù)報的順序亂了，它要負(fù)責(zé)進(jìn)行“重新排列”，如果傳輸過程中，某個數(shù)據(jù)丟失了或出現(xiàn)了錯誤，TCP協(xié)議就會通知發(fā)送端重發(fā)該數(shù)據(jù)報。 27（2）IP協(xié)議 IP協(xié)議稱為In

23、ternet協(xié)議或網(wǎng)際協(xié)議，工作在TCP協(xié)議的下一層（網(wǎng)絡(luò)層），是TCP/IP的心臟，也是網(wǎng)絡(luò)層中最主要的協(xié)議，它利用一個共同遵守的通信協(xié)議，使Internet成為一個允許連接不同類型的計算機(jī)和不同操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。 IP協(xié)議的內(nèi)容包括：IP報文的類型與定義、IP報文的地址以及分配方法、IP報文的路由轉(zhuǎn)發(fā)以及IP報文的分組與重組。 IP協(xié)議提供了能適應(yīng)各種各樣網(wǎng)絡(luò)硬件的靈活性，對底層網(wǎng)絡(luò)硬件幾乎沒有任何要求。 IP協(xié)議根據(jù)其版本分為IPv4和IPv6。本章主要介紹32位的IPv4，至于128位的IPv6將在項目三介紹。 值得注意的是NetBEUI協(xié)議，是一種早期的局域網(wǎng)協(xié)議，用在局域網(wǎng)中，其效率

24、很高，但是由于它不具備“路由”功能，所以不能得到更廣泛的應(yīng)用。 282TCP/IP體系結(jié)構(gòu)（1）協(xié)議體系 TCP/IP協(xié)議在物理網(wǎng)基礎(chǔ)上分為4個層次，它與ISO/OSI模型的對應(yīng)關(guān)系及各層協(xié)議組成如下圖所示。 29（2）TCP/IP各層主要功能網(wǎng)絡(luò)接口層：定義與物理網(wǎng)絡(luò)的接口規(guī)范，負(fù)責(zé)接受IP數(shù)據(jù)報，傳遞給物理網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)際層：主要功能是實現(xiàn)兩個不同IP地址的計算機(jī)（在Internet上都稱為主機(jī)）的通信，這兩個主機(jī)可能位于同一網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)的兩個不同網(wǎng)絡(luò)中。具體工作包括形成IP數(shù)據(jù)報和尋址。如果目的主機(jī)不是本網(wǎng)的，就要經(jīng)路由器予以轉(zhuǎn)發(fā)直到目的主機(jī)。網(wǎng)際層主要包括4個協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（IP）、網(wǎng)際控制報

25、文協(xié)議（ICMP）、地址解析協(xié)議（ARP）、逆向地址解析協(xié)議（RARP）。傳輸層：提供應(yīng)用程序間（即端到端）的通信。包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）。應(yīng)用層：支持應(yīng)用服務(wù)，向用戶提供了一組常用的應(yīng)用協(xié)議，包括遠(yuǎn)程登錄（Telnet）、文件傳送協(xié)議（FTP）、平常文件傳送協(xié)議（TFTP）、簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）、域名系統(tǒng)（DNS）、簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP）等。 30（3）傳輸層和網(wǎng)際層的其它協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)：TCP提供可靠的端到端通信連接，用于一次傳輸大批數(shù)據(jù)的情形（如文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄等），并適用于要求得到響應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)。而UDP提供了無連接通信，且不對傳

26、送數(shù)據(jù)報進(jìn)行可靠保證，適合于一次傳輸少量數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)庫查詢）的場合，其可靠性由其上層應(yīng)用程序提供。網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）：完成數(shù)據(jù)流量控制、差錯控制和狀態(tài)測試等功能。地址解析協(xié)議（ARP）和逆向地址解析協(xié)議（RARP）： ARP協(xié)議的功能是實現(xiàn)IP地址到MAC地址的動態(tài)轉(zhuǎn)換，RARP協(xié)議可以實現(xiàn)MAC地址到IP地址的轉(zhuǎn)換。初學(xué)者要知道：與Internet完全連接必須安裝TCP/IP協(xié)議，安裝Windows 操作系統(tǒng)時可自動安裝TCP/IP協(xié)議，且每個節(jié)點至少需要一個“IP地址”、一個“子網(wǎng)掩碼”、一個“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”和一個“DNS服務(wù)器IP地址”。312.2.5 IP地址基礎(chǔ)知識 為了實現(xiàn)數(shù)

27、據(jù)的準(zhǔn)確傳輸，除了需要有一套對于傳輸過程的控制機(jī)制以外，還需要在數(shù)據(jù)包中加入雙方的地址，就像我們需要在信封上寫上收信人和發(fā)信人地址一樣?，F(xiàn)在的問題是進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的雙方，應(yīng)該用一種什么樣的地址來表示呢？ “MAC”（Media Access Control）地址就是媒體訪問控制地址，確實是可以用在數(shù)據(jù)傳輸過程中的，但它只能用在底層通信過程中，即只能用在“數(shù)據(jù)鏈路層”上通信時使用的數(shù)據(jù)幀中，而網(wǎng)絡(luò)層中使用的IP地址和鏈路層中的MAC地址要由ARP或RARP進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MAC地址是一個用12位的16進(jìn)制數(shù)表示的地址，用戶很難直接使用它 。321IP地址 顯然MAC地址存在不便使用和難以查找的缺點，我們

28、需要另一種“地址”，這個“地址”既要能簡單又準(zhǔn)確地標(biāo)明對方的位置，又要能夠方便地找到對方，這就是設(shè)計IP協(xié)議的初衷。 IP地址最初被設(shè)計成一種由數(shù)字組成的四層結(jié)構(gòu)，就好像我們想要找到一個人的時候，需要有這個人的住址（某省、某市、某區(qū)、某街的多少號）一樣。在Internet中，有很多網(wǎng)絡(luò)連接在一起以后形成了很大的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)下面還有很多較小的網(wǎng)絡(luò)，計算機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)的基本元素。所以，IP地址就是用四層數(shù)字作為代碼，說明是在哪個網(wǎng)絡(luò)中的哪臺計算機(jī)。顯然，這種定義IP地址的方法十分有效，取得了很大的成功，并且得到了普遍的應(yīng)用。 33（1）IP地址的定義及表示 IP協(xié)議為Internet上的每一個節(jié)點

29、（主機(jī)）定義了一個惟一的統(tǒng)一規(guī)定格式的地址，簡稱IP地址。 每個主機(jī)的IP地址由32比特（4個字節(jié)）組成，通常采用“點分十進(jìn)制表示方法”表示，每個字節(jié)為一部分，中間用點號分隔開來。 例如，32位的二進(jìn)制地址為：11001010011011000010010100101001 顯然這個地址也難記憶，所以分成四段，每段8位，變成了下面的形式：“ 11001010 01101100 00100101 00101001”。 轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并用點連起來，就構(gòu)成了通常人們所使用的IP地址：1。提醒：每一段的8位二進(jìn)制數(shù),最小是00000000，換成十進(jìn)制是0，最大是11111111，換算成十進(jìn)制是255，

30、也就是說，這四段數(shù)字，換算成十進(jìn)制，每段都在0255之間變化。 34（2）IP地址的分類 每一個IP地址又可分為網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號兩部分，網(wǎng)絡(luò)號（Network ID）表示網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)號（Host ID）表示網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的地址編號，用于區(qū)分同一網(wǎng)絡(luò)中的不同主機(jī)。 按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，IP地址可以分為A、B、C、D、E五類，其中常用的是A、B、C三類地址，D類為組播地址，E類為擴(kuò)展備用地址。其格式見下圖。35IP地址格式(默認(rèn))36A、B、C三類IP地址的有效范圍和保留的IP地址見下表37（3）IP地址中的幾種特殊地址網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)地址全為0，用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)。廣播地址：

31、主機(jī)地址全為1，用于向本網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)發(fā)送報文。有時不知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號，TCP/IP協(xié)議規(guī)定32位全為1的IP地址用于本網(wǎng)廣播。“0”地址：TCP/IP協(xié)議規(guī)定，32位全為0的地址被解釋成本網(wǎng)絡(luò)。若有一主機(jī)想在本網(wǎng)內(nèi)通信，但又不知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號，就可以用“0”地址。回送地址：127.?.?.?，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試和本機(jī)進(jìn)程間的通信。如果安裝了TCP/IP協(xié)議，而未設(shè)置IP地址，可用進(jìn)行測試。組播地址:指定一個邏輯組，參與該組的機(jī)器可能遍布整個Internet網(wǎng)，主要應(yīng)用于電視會議等。 -55:如果機(jī)器是通過DHCP服務(wù)自動分配IP的，在系統(tǒng)開啟時會自動在局域網(wǎng)上查找DHCP服務(wù)所在的服務(wù)器；如

32、果因為某種原因，沒有找到DHCP，那么系統(tǒng)會自動分配一個以169.254.*.*開頭的IP地址。 382子網(wǎng)掩碼 僅用IP地址中的第一個數(shù)或網(wǎng)絡(luò)號來區(qū)分一個IP地址是哪類地址，對于人類來說，也是較困難的，而且，還有一個問題，如何讓計算機(jī)也可以很容易地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號呢？這個工作最終還是要通過計算機(jī)去執(zhí)行的。解決的辦法就是使用“子網(wǎng)掩碼”（Subnet Mask）。 （1）子網(wǎng)掩碼及其作用 子網(wǎng)掩碼是一個32位的位模式。位模式中為1的位用來定位網(wǎng)絡(luò)號，為0的位用來定位主機(jī)號。其主要的作用是劃分子網(wǎng)以及讓計算機(jī)很容易地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。劃分子網(wǎng)將在后面一節(jié)詳細(xì)介紹。A、B、C三類網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)的子網(wǎng)

33、掩碼如下表所示。39表2-3 子網(wǎng)掩碼類別40類別 子網(wǎng)掩碼位模式 子網(wǎng)掩碼 A11111111 00000000 00000000 00000000 B11111111 11111111 00000000 00000000 C11111111 11111111 11111111 00000000 （2）子網(wǎng)掩碼區(qū)分IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號的方法將IP地址與子網(wǎng)掩碼邏輯與運(yùn)算，結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)號；將子網(wǎng)掩碼取反與IP地址邏輯與運(yùn)算，結(jié)果即為主機(jī)號。例2.1 已知一主機(jī)的IP地址為3，子網(wǎng)掩碼為。求該主機(jī)IP地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。 先將IP地址和子網(wǎng)掩碼化為二進(jìn)制數(shù)為： 3 11000000 00

34、001001 11001000 00001101 11111111 11111111 11111111 00000000 按上面的方法進(jìn)行邏輯與（AND）運(yùn)算為： 11000000 00001001 11001000 00000000 即得網(wǎng)絡(luò)號為。 按上面的方法，子網(wǎng)掩碼取反為： 00000000 00000000 00000000 11111111 再與IP地址進(jìn)行邏輯與運(yùn)算為： 00000000 00000000 00000000 00001101 即得主機(jī)號為：3。413缺省網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān)（Gateway）也稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器，用于兩個完全異構(gòu)（體系結(jié)構(gòu)不同）的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。目前網(wǎng)關(guān)幾乎成為網(wǎng)間連

35、接器的泛稱，如將IP路由器稱作IP網(wǎng)關(guān)。但原來是指工作在OSI模型的高三層（會話層、表示層、應(yīng)用層）的設(shè)備,更普遍的意義是軟件和硬件結(jié)合的產(chǎn)品。實際應(yīng)用中沒有通用的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，只有用于某一專門功能的網(wǎng)關(guān)。如電子郵件網(wǎng)關(guān)可以把一種類型的郵件轉(zhuǎn)化成另一種類型的郵件。還有文件傳輸和遠(yuǎn)程登錄等專用的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換協(xié)議等。42 網(wǎng)關(guān)可以設(shè)在服務(wù)器、微機(jī)或大型機(jī)上，另外，將局域網(wǎng)連接到公共網(wǎng)絡(luò)的路由器也稱為網(wǎng)關(guān)。由于網(wǎng)關(guān)的傳輸更復(fù)雜，它們傳輸數(shù)據(jù)的速率比較低。 局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用是運(yùn)行不同協(xié)議或運(yùn)行于OSI模型不同層上的局域網(wǎng)網(wǎng)段間可以相互通信。路由器、微機(jī)或一臺服務(wù)器就可以充當(dāng)局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。 網(wǎng)關(guān)地址就是網(wǎng)關(guān)的IP

36、地址，局域網(wǎng)中缺省網(wǎng)關(guān)地址就是與該局域網(wǎng)相連的網(wǎng)關(guān)設(shè)備（路由器、微機(jī)或一臺服務(wù)器）的IP地址。432.2.6 網(wǎng)絡(luò)中的傳輸介質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方的物理連接通路，是信息傳送的載體。目前常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖電纜和無線傳輸介質(zhì)。 傳輸介質(zhì)的特性對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信質(zhì)量有很大的影響，這些特性是：(1) 物理特性，指對傳輸介質(zhì)的特性、物理結(jié)構(gòu)的描述。 (2) 傳輸特性，包括是用模擬信號發(fā)送還是用數(shù)字信號發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及傳輸?shù)念l率范圍等內(nèi)容。(3) 連通性，指點到點或者多點連接。 (4) 地理范圍，即網(wǎng)上各點之間的最大距離，包括在建筑物內(nèi)、建筑物之間或擴(kuò)展到整個城市

37、。 (5) 抗干擾性，即防止噪音對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。 441. 雙絞線 雙絞線已成為局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)布線技術(shù)。一對雙絞線是由兩根相對較細(xì)的導(dǎo)線構(gòu)成，這些電線被一層PVC 薄膜包裹著，并螺旋式相互纏繞。纏繞：通過在兩根電線之間提供平衡的能量輻射，有效地抑制可能引入的電磁干擾，消除信號的失真。 雙絞線有多種尺寸和形狀，既有只有一對的用于語音級的連線，也有含有幾百對的電纜電線。在局域網(wǎng)中通常使用的是如下圖所示的4對封裝在一起的雙絞線。局域網(wǎng)中所使用的雙絞線主要有兩種類型：屏蔽雙絞線(STP)和非屏蔽雙絞線(UTP)。 45屏蔽雙絞線(STP，Shielded Twisted Pair)的特征是在雙絞線

38、的外部有一層金屬層或金屬網(wǎng)編制的屏蔽層。金屬屏蔽層位于雙絞線封套的下面，它的作用是抗電磁干擾強(qiáng)。非屏蔽雙絞線(UTP，Unshielded Twisted Pair)由四對對絞的銅線所組成，其外部環(huán)繞一層塑料外皮，沒有屏蔽層，不具有抗外來干擾的能力。但其價格較低，使用率高。 雙絞線的傳輸速率與其類型有關(guān)，根據(jù)傳輸特性和目前公認(rèn)的ANSI的EIA/TIA Category標(biāo)準(zhǔn)，雙絞線又可分為五類，另外還有超5類雙絞線電纜，通過對其“信道”性能測試結(jié)果表明，與普通5類雙絞線電纜比較，它的近端串?dāng)_、衰減和結(jié)構(gòu)回波等主要性能指標(biāo)都有很大提高。購買線時一定要注意,目前用的是5類或超5類線,只有5類線以及

39、超5類等才能到達(dá)100Mbps或1000Mbps ，線的長度不能超過100米。 46 EIT/TIA定義了兩個雙絞線連接的標(biāo)準(zhǔn)：568A和568B，其中它們所定義的RJ-45連接頭各引腳與雙絞線各線對排列的線序表如下表所示，為了保持最佳的兼容性，普遍采用568標(biāo)準(zhǔn)來制作網(wǎng)線。 （“橙白”是指淺橙色，或者白線上有橙色的色點或色條的線纜，綠白、棕白、藍(lán)白亦同）。 雙絞線的順序與RJ45頭的引腳序號要一一對應(yīng)。 事實上10M/100M以太網(wǎng)的網(wǎng)線只使用1、2、3、6編號的芯線傳遞數(shù)據(jù)，即1、2用于發(fā)送，3、6用于接收，按顏色來說：橙白、橙兩條用于發(fā)送；綠白、綠兩條用于接收。1000網(wǎng)卡需要使用四對線

40、，即8根芯線全部用于傳遞數(shù)據(jù)。47 在實踐中，同種類型設(shè)備之間使用交叉線連接，不同類型設(shè)備之間使用直通線連接；路由器和PC屬于DTE類型設(shè)備，交換機(jī)和HUB屬于DCE類型設(shè)備；如下圖所示，RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭做法一般有568A和568B兩種標(biāo)準(zhǔn)做法，按同一標(biāo)準(zhǔn)制作即直通線（兩端的兩對雙絞芯線1-2腳和3-6腳直接對應(yīng)），不同標(biāo)準(zhǔn)制作即交叉線（兩端的1-2和3-6腳交叉對應(yīng)）。 不管如何接線，最后完成后用RJ-45測線儀測試時，8個指示燈都應(yīng)依次閃爍。 482. 同軸電纜 典型的同軸電纜（Coaxial Cable）由一根內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線外加絕緣層、密集網(wǎng)狀編織導(dǎo)電金屬屏蔽層以及外包裝保護(hù)塑膠材料組成

41、，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。 同軸電纜正逐步退出局域網(wǎng)的使用舞臺。目前，同軸電纜大都用來傳輸有線電視信號。 傳輸基帶信號的基帶同軸電纜其傳輸距離一般不超過幾千米，以RG 58(50同軸電纜)為例，在10Base-2物理層規(guī)范中，同軸電纜以10 Mb/s的速度進(jìn)行信號傳輸時其距離最大為185 m。寬帶同軸電纜最大傳輸距離可達(dá)幾十千米。 49 3. 光纖 光導(dǎo)纖維（Optical Fiber）簡稱光纖，是目前發(fā)展最為迅速、應(yīng)用廣泛的傳輸介質(zhì)。如下圖所示，光纖由內(nèi)到外由纖芯、包層和護(hù)套層組成。纖芯是用超純的熔凝石英玻璃拉成的比人頭發(fā)絲還細(xì)的芯線。傳輸原理：當(dāng)光線從高折射率的媒質(zhì)射向低折射率的媒質(zhì)時，其折射角

42、將大于入射角。如果入射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，即當(dāng)光線碰到包層時就會折射回纖芯。這個過程不斷重復(fù)，光就沿著光纖向前傳輸。 如果存在許多條不同入射角度的光線在一條光纖中傳輸，就把這種光纖稱為多模光纖。 50 若光纖的直徑減小到只有一個光的波長(8.3m)，則光纖就像一根波導(dǎo)一樣，使光線一直向前傳播，而不會發(fā)生多次反射，這樣的光纖稱為單模光纖，如下圖所示，單模光纖的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于多模光纖。 光纖的優(yōu)點是頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗沖擊和電磁干擾、數(shù)據(jù)保密性好、損耗和誤碼率低、體積小、重量輕等； 光纖的缺點是連接和分支困難、工藝和技術(shù)要求高、需要配備光/電轉(zhuǎn)換設(shè)備、單向傳輸?shù)取?多模光纖價

43、格便宜，多用于低速率、短距離(2km以內(nèi))的場合；單模光纖價格貴，比多模光纖更難制造，適用于高速率、長距離（200km）的場合。51 在實際通信線路中，一般把多根光纖組合在一起形成不同結(jié)構(gòu)形式的光纜，光纜的結(jié)構(gòu)大致可分為纜芯（Cable Core）和保護(hù)層（Sheath）兩大部分，下圖為四芯光纜剖面的示意圖。52 4. 無線電波通信 無線電數(shù)字微波通信系統(tǒng)在長途大容量的數(shù)據(jù)通信中占有及其重要的地位，其頻率范圍為300MHz300GHz。微波通信主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。 微波在空間主要是直線傳播，并且能穿透電離層進(jìn)入宇宙空間，一般只有50km左右，長途通信時必須建立多個中繼站

44、，中繼站把前一站發(fā)來的信號經(jīng)過放大后再發(fā)往下一站，類似于“接力”，如果中繼站采用100m高的天線塔，則接力距離可增大到100km。 紅外線通信和激光通信就是把要傳輸?shù)男盘柗謩e轉(zhuǎn)換成紅外光信號和激光信號直接在自由空間沿直線進(jìn)行傳播，它比微波通信具有更強(qiáng)的方向性，難以竊聽、插入數(shù)據(jù)和進(jìn)行干擾，但紅外線和激光對雨霧等環(huán)境干擾特別敏感。 53 如下圖所示，衛(wèi)星通信就是利用位于3萬6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特點就是通信距離遠(yuǎn)，且通信費用與通信距離無關(guān)。 衛(wèi)星通信的優(yōu)點是:衛(wèi)星通信的頻帶比微波接力通

45、信更寬，通信容量更大，信號所受到的干擾也較小，誤碼率也較小，通信比較穩(wěn)定可靠。 衛(wèi)星通信的缺點是：傳播時延較長。 54 VSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口徑地球終端）。VSAT網(wǎng)通常由一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、一個大型主站和大量的VSAT小站組成，如下圖所示，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。VSAT具有很多優(yōu)點：設(shè)備簡單、體積小、耗電少、組網(wǎng)靈活、安裝維護(hù)簡便、通信效率高等，尤其適用于大量分散的業(yè)務(wù)量較小的用戶共享主站，所以許多部門和企業(yè)多使用VSAT網(wǎng)來建設(shè)內(nèi)部專用網(wǎng)。 552.2.7 以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù) 目前，在組建本地網(wǎng)絡(luò)時，普遍采用快速以太

46、網(wǎng)技術(shù)。 目前正式的100BASE-T標(biāo)準(zhǔn)定義了三種物理層規(guī)范以支持不同的物理介質(zhì)，分別為： 100BASE-TX用于兩對5類UTP或1類STP（150屏蔽雙絞線），使用兩對雙絞線，一對用于發(fā)送信號，另一對用于接收信號，站點與交換機(jī)之間的最大距離為100米。 100BASE-T4用于四對3，4或5類UTP，沒有得到廣泛的應(yīng)用。 100BASE-FX是光纖介質(zhì)的快速以太網(wǎng)，它通常使用光纖芯徑為62.5m的多模光纖，用兩根光纖傳輸信號，一根用于發(fā)送信號，另一根用于接收信號，工作在全雙工方式。100BASE-FX在數(shù)據(jù)鏈路層采用與100BASE-TX相同的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但具有傳輸距離遠(yuǎn)、安全、可靠等優(yōu)勢

47、。對于光纖作為垂直布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，垂直向下鏈路可采用225m光纖，節(jié)點到交換機(jī)的最大距離為325m。利用全雙工光纖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過非標(biāo)準(zhǔn)的100BASE-FX接口連接，可以使節(jié)點或集線器到路由器或交換機(jī)的距離達(dá)到2km。 56 100BASE-FX常用的連接器有SC和ST，如圖所示。左邊是SC連接器，是一種方形的插銷式連接器；右邊是ST連接器，使用類似于同軸電纜的連接裝置，形狀與細(xì)同軸電纜連接裝置相似，是直尖形的連接器。572. 局域網(wǎng)中網(wǎng)卡 每塊網(wǎng)卡的ROM中燒錄了一個世界唯一的ID號，即MAC地址，它由48位二進(jìn)制數(shù)組成，通常分為6段，一般用十六進(jìn)制表示，如00-17-42-6F-BE-9

48、B。本地網(wǎng)中根據(jù)這個地址進(jìn)行通信。 （1）網(wǎng)卡的功能 網(wǎng)卡的主要功能是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)卡與主機(jī)之間是并行通信，網(wǎng)卡與傳輸介質(zhì)之間是串行通信，接收數(shù)據(jù)時網(wǎng)卡將來自傳輸介質(zhì)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)暫存于網(wǎng)卡的RAM中，再傳送給主機(jī)；發(fā)送數(shù)據(jù)時將來自主機(jī)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)暫存于RAM中，再經(jīng)過傳輸介質(zhì)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)卡在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以用“半雙工”或“全雙工”的方式完成，現(xiàn)在的網(wǎng)卡絕大部分都是全雙工通信的。 （2）網(wǎng)卡的分類按網(wǎng)卡的工作方式分為半雙工網(wǎng)卡和全雙工網(wǎng)卡按網(wǎng)卡的工作對象分為普通工作站網(wǎng)卡和服務(wù)器專用網(wǎng)卡按網(wǎng)卡的總線類型分為ISA網(wǎng)卡、EISA網(wǎng)卡和PCI網(wǎng)卡按網(wǎng)卡的接口類型分

49、為BNC接口、AUI接口、RJ-45接口及光纖接口網(wǎng)卡的傳輸速率分為10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s、1000Mb/s58（3）網(wǎng)卡的選擇網(wǎng)卡的總線類型網(wǎng)卡的速度網(wǎng)卡的接口類型網(wǎng)卡的兼容性網(wǎng)卡生產(chǎn)商如圖所示，目前使用較多的各種類型的網(wǎng)卡59如圖所示，用ipconfig/all查看網(wǎng)絡(luò)信息，本主機(jī)安裝了雙網(wǎng)卡，即一個有線網(wǎng)卡和一個無線網(wǎng)卡。 603. 用集線器的組建小型網(wǎng)絡(luò) 集線器是一種安裝在以太網(wǎng)絡(luò)接入層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它具有多個端口，用于將主機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)。集線器是一種簡單的設(shè)備，只是簡單地從其中一個端口接受電子信號，然后將同一信息向所有其它端口發(fā)出。 614. 用交換機(jī)的組建小

50、型網(wǎng)絡(luò)（1）以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理 以太網(wǎng)交換機(jī)是一種用于接入層的設(shè)備。如圖所示，交換機(jī)上含有一個 MAC 地址表，其中列出了包含所有活動端口以及與交換機(jī)相連主機(jī)的 MAC 地址。當(dāng)信息在主機(jī)之間發(fā)送時，交換機(jī)將檢查該表中是否存在目的 MAC 地址。如果存在，交換機(jī)就會在源端口與目的端口之間創(chuàng)建一個臨時連接，稱為電路。主機(jī)之間的每一次通信都會創(chuàng)建一條新的電路。這些獨立的電路使多個通信可以同時進(jìn)行，而不會發(fā)生沖突。 62 如果交換機(jī)收到的幀是發(fā)送到尚未列入 MAC 地址表的新主機(jī)，結(jié)果會如何？如果目的 MAC 地址不在表中，交換機(jī)就沒有創(chuàng)建電路所需的信息。當(dāng)交換機(jī)無法確定目的主機(jī)的位置時，就會采

51、用“泛洪”處理方式將信息轉(zhuǎn)發(fā)到所有連接的主機(jī)。每臺主機(jī)都將信息中的目的 MAC 地址與其 MAC 地址進(jìn)行比較，但只有地址匹配的主機(jī)才會處理該信息并響應(yīng)發(fā)送方。 新主機(jī)的 MAC 地址如何進(jìn)入 MAC 地址表？交換機(jī)檢查主機(jī)之間發(fā)送的每個幀的源 MAC 地址，然后創(chuàng)建 MAC 地址表。當(dāng)新主機(jī)發(fā)送信息或響應(yīng)“泛洪”式信息時，交換機(jī)就會立即獲取其 MAC 地址及其連接的端口。交換機(jī)每次讀取新的源 MAC 地址時，地址表都會自動更新。通過這種方式，交換機(jī)可以迅速獲取所有相連的主機(jī)的 MAC 地址。 63（2）交換機(jī)的基本功能地址學(xué)習(xí)功能：交換機(jī)是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)

52、絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)將目的地址不在交換機(jī)MAC地址對照表的數(shù)據(jù)包廣播發(fā)送到所有端口，并把找到的這個目的MAC地址，重新加入到自己的MAC地址列表中，這樣下次再發(fā)送到這個MAC地址的節(jié)點時就直接轉(zhuǎn)發(fā)，交換機(jī)的這種功能就稱之為“MAC地址學(xué)習(xí)”功能。轉(zhuǎn)發(fā)或過濾選擇：交換機(jī)根據(jù)目的MAC地址，通過查看MAC地址表，決定轉(zhuǎn)發(fā)還是過濾。如果目標(biāo)MAC地址和源MAC地址在交換機(jī)的同一物理端口上，則過濾該幀。防止交換機(jī)形成環(huán)路：物理冗余鏈路有助于提高局域網(wǎng)的可用性，當(dāng)一條鏈路發(fā)生故障時，另一條鏈路可繼續(xù)使用，從而不會使數(shù)據(jù)通信中止。但是如果因冗余鏈路而讓交換機(jī)構(gòu)成環(huán)路，則數(shù)據(jù)會在交換機(jī)中無休止地循環(huán)，形成廣播風(fēng)暴

53、。多幀的重復(fù)復(fù)制導(dǎo)致MAC地址表不穩(wěn)定，解決這一問題的方法就是使用生成樹協(xié)議（STP）。64（3）以太網(wǎng)交換機(jī)信息交換方式以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)方式可以分為以下三類：直接交換方式：接收幀后并立即轉(zhuǎn)發(fā)，缺點是錯誤幀、碎片幀也轉(zhuǎn)發(fā)；存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式：存儲接收的幀并檢查幀的錯誤，無錯誤再從相應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，缺點是數(shù)據(jù)檢錯增加了延時；改進(jìn)直接交換方式：接收幀的前64個字節(jié)后，并判斷以太網(wǎng)幀的幀頭字段是否正確，如正確則轉(zhuǎn)發(fā)。對長的以太網(wǎng)幀，交換延遲時間減少。 65（4）以太網(wǎng)交換機(jī)的特點在OSI中的工作層次不同；數(shù)據(jù)傳輸方式不同；獨享端口帶寬：每一個端口都是獨享交換機(jī)總帶寬的一部分，在速率上有了根本

54、的保障，在同一時刻可進(jìn)行多個端口之間的數(shù)據(jù)傳輸，每一個端口都是一個獨立的沖突域；“地址學(xué)習(xí)”功能：自動識別MAC地址(自學(xué)），并完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡(luò)“分段”：即劃分虛擬局域網(wǎng)（VLAN），在項目三中將作詳細(xì)地介紹。 66（5）以太網(wǎng)交換機(jī)的分類根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域分為廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。根據(jù)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)分為固定端口交換機(jī)和模塊化交換機(jī)。根據(jù)是否支持網(wǎng)管功能分為網(wǎng)管型和非網(wǎng)管型交換機(jī)。從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)等。從規(guī)模應(yīng)用上又可分為企業(yè)級交換機(jī)、部門級交換機(jī)和工作組交換機(jī)等。從交換機(jī)工作的協(xié)議層來分有第2層交換機(jī)、第3層交換機(jī)和第4層交換機(jī)

55、 。67（6）交換機(jī)的選擇對用戶而言，選擇交換機(jī)時應(yīng)注意以下幾個方面：轉(zhuǎn)發(fā)方式注意合適的尺寸交換的速度要快端口數(shù)要夠?qū)砩売酶鶕?jù)使用要求選擇合適的品牌管理控制功能要強(qiáng)大MAC地址數(shù)生成樹協(xié)議 背板帶寬 68（7）以太網(wǎng)交換機(jī)組建小型網(wǎng)絡(luò) 如圖所示，用以太網(wǎng)交換機(jī)組建的小型網(wǎng)絡(luò)。用雙絞線直接連接網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)卡接口和雙絞線相連有1、2、3、4、5、6、7、8引腳，其中只有1、2腳和3、6腳用于通信。1、2腳負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)（TX+，TX-），而3、6腳負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)（RX+，RX-）。69交換機(jī)數(shù)據(jù)接口類型分為：雙絞線RJ-45接口、光纖接口和Console配置接口；交換機(jī)的RJ-45接口通常分為三種：MDI是直連接口，指交換機(jī)的級連端口（Up-Link），級連端口主要用于與上一級的交換機(jī)相連; MDI-X是交叉接口，是指交換機(jī)的普通端口；auto自協(xié)商，許多交換機(jī)缺省情況下，端口的網(wǎng)線類型為auto（自識別）型，即系統(tǒng)可以自動識別端口所連接的網(wǎng)線類型。它們的通信規(guī)則如下：MDI接口：1、2腳發(fā)送信號，3、6腳接收信號，與網(wǎng)卡的相同。MDI-X接口：1、2腳接收信號，3、6