组建与调试 局域网

1. 组建与调试局域网

2. 局域网概述 局域网是计算机通信的一种形式，由一组相互连接的具有通信能力的个人计算机组成。它一般用于有限距离内计算机之间数据和信息的传递，有限距离通常是指在10公里范围内的大楼或紧邻的大楼之间的通信。 IEEE 802委员会成立于80年初，专门从事局域网标准工作，该委员会分成三个分会：传输介质分会、信号访问控制分会和高层接口分会，分别从事不同层次的标准化工作，并制定出了IEEE 802标准。

4. IEEE 802参考模型

5. 802.1 体系结构与网络互连 802.2 逻辑链路控制子层 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.11 无线局域网 IEEE 802 标准之间的关系

6. MAC与802.2 标准 分组 网络层 LLC 数据链路层 MAC 物理层 LLC 的位置 网络 协议格式

7. IEEE 802参考模型 MAC层从LLC层接收一块数据，并进行相应的媒体访问控制，然后把数据传输出去。和其他协议层一样，MAC层会组装一个MAC协议数据单元（PDU），这个PDU又叫做MAC帧。

8. IEEE 802模型与协议 传统的局域网采用了“共享介质”的工作方式。为了实现对多节点使用共享介质发送和接收数据的控制，经过多年的研究，人们提出了很多种介质访问控制方法。但是，目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法有：带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法、令牌总线方法和令牌环方法。

9. 以太网技术Ethernet 以太网(Ethernet)的组建主要遵循IEEE802.3协议, 它的核心技术是随机争用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方法。CSMA/CD方法用来解决多节点如何共享公用总线传输介质的问题。在Ethernet中，任何连网节点都没有可预约的发送时间，它们的发送都是随机的，并且网中不存在集中控制的节点，网中节点都必须平等地争用发送时间，这种介质访问控制属于随机争用型方法。

10. 以太网技术Ethernet 在Ethernet网中，如果一个节点要发送数据，它将以“广播”方式把数据送到公共传输介质的总线上去，连在总线上的所有节点都能“收听”到发送节点发送的数据信号。由于网中所有节点都可以利用总线传输介质发送数据，并且网中没有控制中心，因此冲突的发生将是不可避免的。为了有效地实现分布式多节点访问公共传输介质的控制策略，CSMA/CD的发送流程可以简单地概括为四点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。

11. 采用CSMA/CD方法的局域网工作过程

12. 令牌总线网Token Bus IEEE802.4标准定义了总线拓扑的令牌总线介质访问控制方法与相应的物理层规范。Token Bus是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。在采用Token Bus方法的局域网中，任何一个节点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制节点对总线的访问权。

13. Node A Node B Node C Node E Node D Token Bus的基本工作原理

14. 令牌总线网Token Bus 在发生以下情况时，令牌持有节点必须交出令牌： 1）该节点没有数据帧等待发送； 2）该节点已发送完所有待发送的数据帧； 3）令牌持有最大时间到。 与CSMA/CD方法相比，Token Bus方法比较复杂，需要完成大量的环路维护工作，而且必须有一个或多个节点完成环路初始化、节点加入或撤出以及环恢复的操作。

15. 令牌环网技术Token Ring 令牌环介质访问控制技术最早开始于1969年贝尔研究室的Newhall环网，最有影响的令牌环网是IBM Token Ring。IEEE802.5标准就是在IBM Token Ring协议基础上发展形成的。 在令牌环中，节点通过环接口连接成物理环型。令牌是一种特殊的MAC帧，令牌帧中有一位标志令牌忙/闲的标志位。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与节点在环中的顺序相同。

16. Node A Node B Node C Node E Node D Token Ring 的基本工作原理

17. 令牌环网技术Token Ring 令牌环控制方式具有与令牌总线方式相同的特点，如环中节点访问延时确定，适用于重负载环境，支持优先级服务。令牌环控制方式的缺点主要表现在：环维护复杂，实现比较困难。

18. 组建局域网 硬件 协议 • 传输介质 • 连接设备 • 协议配置 • 连通性测试 组建局域网

19. 传输介质 有线传输介质 无线传输介质 • 电磁波 • 双绞线 • 同轴电缆 • 光纤

20. 双绞线（Twist-Pair） 采用一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是降低自身信号的对外干扰；把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消

21. 双绞线 • 非屏蔽双绞线 （UTP：Unshilded Twisted Pair） • 屏蔽双绞线(金属丝网,和铝箔) （STP：Shielded Twisted Pair） • 按传输性能的不同，双绞线还分为1~5类、超5类（5e类）、6类、7类共八个等级，等级越高，所支持的带宽越大。目前网络工程中常用的主要是5e类、6类、7类三种。 • 可支持10/100/1000Mbit，双绞线的最大标准传输距离为100米

22. RJ45水晶头

23. 双绞线的制作方法 RJ-45水晶头的连接方法有两种国际标准，分别是EIA/TIA568A EIA/TIA56B • 按照568B标准的绞线排列 • 按照568A标准的绞线排列 1 2 3 6

24. 直通线和交叉线 • 直通线 双绞线两端与水晶头的连接使用相同标准，均为568A或均为568B • 交叉线 双绞线两端与水晶头的连接使用不同标准，一端使用568A标准，另一端使用568B标准

25. RJ45双绞线的制作 • RJ45双绞线的线序排列，如图所示： RJ45双绞线线序排列

26. RJ45双绞线的制作 • 制作双绞线的工具和材料 • 制作双绞线工具和材料包括：双绞线、水晶头、压线钳、测通仪，如图所示 ： 压线钳 RJ45水晶头 UTP双绞线 测通仪 制作双绞线的工具和材料

27. RJ45双绞线的制作 RJ45双绞线制方法 RJ45双绞线的制作，可按以下7个步骤进行： （1）取线 （2）剥线 （3）理线 理线 剥线

28. RJ45双绞线的制作 （4）剪线 剪线 （5）穿线 穿线

29. RJ45双绞线的制作 （6）压线 压线 （7）测试 测试

30. 设备互连应该用什么线？ • PC与交换机 • PC与路由器 • 路由器与防火墙 • PC与PC • 交换机与集线器 • 交换机级连 • 路由器与交换机 • PC机互连要用交叉线 • 集线器或交换机普通端口级联用交叉线 • 其它大多数情况用直通线 终端系统附带的一般是直通线

31. 光纤 光纤：即光导纤维，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具

32. 光纤 • 高带宽，千兆、万兆、10万兆 • 衰减小，传输距离达几百公里，传输距离远 • 光纤抗干扰性和安全性好，不受电磁场影响， 信号不易被窃听 • 单模光纤是指只能传输一个模式的光纤，纤芯直径小， 采用激光二极管光源，适用于高速、长距离的网络通信 • 多模光纤容许不同模式的光于一根光纤上传输，纤芯 直径较大，采用发光二极管光源，成本也低，耗散大、 适用短距离（几百米至数公里）的网络通信 • 光纤很脆弱，接口部特别容易坏，可分不同结构的连 接头：FC SC ST LC D4 DIN MU MT

33. 无线传输 无线传输介质不使用电或光的导体传输信号，而是利用大气的电磁波(电磁辐射)传输信号 RFID 红外 蓝牙 Zigbee GPRS WiFi 3G 与我们生活密切相关的主要网络传输技术

34. 人们只有两条路可以选择：要么重新设计一种新的局域网体系结构与介质访问控制方法，去取代传统的局域网；要么就是保持传统的局域网体系结构与介质控制方法不变，设法提高局域网的传统速率。人们只有两条路可以选择：要么重新设计一种新的局域网体系结构与介质访问控制方法，去取代传统的局域网；要么就是保持传统的局域网体系结构与介质控制方法不变，设法提高局域网的传统速率。

35. 高速局域网 高速局域网研究基本方法 第一种方案是提高Ethernet数据传输速率，从10Mbps提高到l00Mbps，甚至到1Gbps，这就导致了快速以太网(Fast Ethernet)的研究与产品开发。 第二种方案是将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网。 第三种方案是将“共享介质方式”改为“交换方式”，这就促进了“交换局域网”技术的发展。

36. 通用局域网技术标准的选型 局域网技术标准的选型与设计，是大多数企、事业单位的网络工程项目中的重头戏。在网络工程中，采用的局域网技术主要有：以太网、FDDI、ATM和WLAN。 • 标准以太网于1980年代开始流行，其带宽为10Mbps，…… • 快速以太网也就是百兆以太网，流行于1990年代中期，采用IEEE 802.3u标准，…… • 千兆以太网流行于1990年代末期，采用IEEE 802.3z、802.3ab标准…… • 万兆以太网于2002年开始流行，采用IEEE 802.3ae、802.3ak、802.3an标准…… • 十万兆以太网标准IEEE 802.3ba于2010年6月17日IEEE正式批准，带宽40G/100Gbps……

37. 以太网标准与选型 2. 快速以太网 1. 标准以太网

38. 以太网标准与选型 3. 千兆以太网

39. 以太网标准与选型 4. 万兆以太网

40. 以太网标准与选型 5. 十万兆以太网

41. 连接设备 网卡的用途及选型要领 1．网卡的主要用途 网卡是服务器和用户PC接入网络系统的接口适配器，工作在OSI模型 的物理层和数据链路层。其中：物理层用于实现信号的连接；数据链路层 则完成数据帧的编码、封装、MAC地址的识别。 2．网卡的分类及性能参数 通常情况下，PC机和服务器都在主板上集成有网卡。作为独立的网卡， 一般分为：有线网卡和无线网卡两大类，各类网卡又按带宽分为十兆网卡、 百兆网卡、千兆网卡等等。 3．网卡的选型要领 在进行网卡的选型时，除了关注带宽、接口类型等性能指标，还应当注意网卡的品牌，尤其是作为服务器用的网卡对可靠性要求很高，应尽可能选用相同品牌的服务器网卡。

42. 连接设备 集线器，常称为“Hub”（英文“中心”的意思），主要功能是对信号进行再生整形放大，并以其为中心连接各种终端节点，工作于物理层 多口广播 冲突检测

43. 网络中的物理与逻辑 星型结构 总线型结构 是否可以多对通信同时进行？ Hub构造的局域网在物理上属于星型拓扑，从逻辑上看，属于总线型拓扑结构 如果要构造真正的物理上是星型、逻辑也是星型的拓扑结构，必须换成Switch。Switch位于数据链路层，可以根据目的MAC地址实现基于端口的转发

44. 交换机（以太网交换机） 数据链路层的功能是在相邻两节点间无差错地传输链路层数据 交换机(英文：Switch，意为“开关”)，工作在数据链路层，属于二层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，并可根据MAC地址进行数据包转发 一个端口对应的是 MAC地址列表， 即多个MAC地址 交换机端口号 --- MAC地址

45. 交换机原理 • 当交换机从某个端口收到一个数据包，先读取包头中的源MAC地址，知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上，并存储“MAC-端口号”对应项 • 再读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口 • 如表中有与目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到该端口上发送 • 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目标机器对源机器响应时，交换机可以学习这个目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了 • 不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表 1 3 2 A—Mac(a) C—Mac(c) B—Mac(b) 广播MAC

46. 思考 请问交换机连接的端系统数量是否有限制？ 为什么？ 当交换机接收到一个目标MAC地址不在地址表中的数据帧时，如何处理？

47. 交换机与集线器的异同 相同点： • 都是用来组建和扩展局域网的，外观上相似 不同点： • 交换机基于MAC地址进行数据帧的端口转发，工作在数据链路层；集线器没有任何表项，工作在物理层 • 交换机不划分VLAN时和集线器功能相似，划分了VLAN后好像是由多个Hub构成

48. 扩展局域网 • 是指把几个小局域网和并成为一个更大的局域网；原因在于交换机或集线器的端口数量有限 • 交换机之间的连接：级联和堆叠

49. 级联-最常规直接的扩展方式 • 级联模式是组建大型LAN最理想的方式，可以综合利用各种拓扑设计技术和冗余技术，实现层次化网络结构 • 级联模式也面临着挑战，为了保证网络的效率，一般建议层数不要超过4层 带来问题：寻径(交换机群)和存储(MAC表项)

50. 堆叠 • 堆叠是指通过厂商提供的堆叠电缆和堆叠模块，将两台交换机的背板直接连接起来，构成高带宽的堆叠总线，可以实现单地址管理和提高系统的冗余性 • 堆叠技术还提供了更高可靠性。通过使首尾两台交换机的冗余联机，将整个总线结成回路，这样即使堆叠中任一连接出现故障，都能够保证网络连通 • 堆叠后的交换机群，可在逻辑上认为是一台设备