《網絡技術與應用》第3章 計算機局域網

2022/12/21第3章計算機局域網網絡技術與應用

3.1局域網基礎3.2無線局域網3.3以太網技術3.4局域網組網本章內容33.1局域網基礎3.1.1局域網的組成局域網組成也包括硬件和軟件。

資源硬件主要是指服務器、工作站及各種共享的外圍設備如打印機、傳真機等，通信硬件主要是指通信線路和網卡、集線器、交換機、路由器、無線AP等通信設備。

局域網的軟件主要包括網絡操作系統(tǒng)和通信協(xié)議，較常使用的協(xié)議有TCP/IP、NetBEUI和IPX/SPX三種。43.1.2局域網的分類

按照網絡中計算機之間的關系，局域網可以劃分為對等網和客戶-服務器網絡。從應用角度劃分，局域網可以劃分為家庭網和企業(yè)網。從介質訪問控制方法的角度，局域網可分為共享式局域網和交換式局域網。

53.1.2局域網的分類

按照技術規(guī)范劃分，局域網可劃分的種類較多，其中占主導地位的有4種類型，分別是以太網（Ethernet）、令牌環(huán)網（TokenRing）、令牌總線（TokenBus）和光纖分布式數(shù)據接口FDDI（FiberDistributedDataInterface）。以太網、令牌環(huán)網和令牌總線是IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的標準，F(xiàn)DDI是ANSI（美國國家標準協(xié)會）的標準。國際電氣和電子工程師協(xié)會IEEE（

InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）成立了IEEE802委員會，制定出一系列局域網標準，即IEEE802標準。IEEE802標準誕生于1980年2月，故稱為802標準。IEEE802.1定義體系結構、網絡互連和網絡管理的有關標準IEEE802.2定義IEEE802.3-IEEE802.6協(xié)議的邏輯連接控制層IEEE802.3CSMA/CD訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.4令牌總線訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.5令牌環(huán)介質訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.6城域網訪問控制方法和物理層技術規(guī)范IEEE802.7寬帶局域網技術IEEE802.8光纖傳輸技術IEEE802.9集成語音IEEE802.10網絡安全IEEE802.11無線局域網73.1.3局域網的關鍵技術

決定局域網特性的主要技術要素：網絡拓撲結構傳輸介質通信協(xié)議8拓撲結構局域網在網絡拓撲結構上主要采用總線型、星型、環(huán)型等結構?？偩€型ABCC星型ABCA環(huán)型ADCBT9傳輸介質在網絡傳輸介質上主要采用雙絞線與光纜。10介質訪問控制方法傳統(tǒng)的局域網采用“共享介質”的工作方式，其傳輸介質是共享的，各結點都可以利用總線發(fā)送數(shù)據，且網中沒有控制中心，若兩個或多個結點同時發(fā)送數(shù)據，將不可避免地產生“沖突”。11常用的介質訪問控制方法為了盡量避免“沖突”的發(fā)生，解決“沖突”發(fā)生時產生的問題，實現(xiàn)對多結點使用共享介質發(fā)送和接收數(shù)據的控制，人們提出了多種介質訪問控制方法。目前被普遍采用并形成國際標準的介質訪問控制方法主要有三種：以太網技術中帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）方法、令牌總線（TokenBus

）方法和令牌環(huán)（TokenRing

）方法。12CSMA/CD方法的工作過程CSMA/CD方法的發(fā)送流程可以簡單地概括為4點：先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，隨機延遲后重發(fā)。每個結點利用總線發(fā)送數(shù)據時，首先要偵聽總線的忙閑狀態(tài)。當一個結點準備好發(fā)送的數(shù)據幀，并且此時總線處于空閑狀態(tài)，那么它就可以開始發(fā)送。結點在發(fā)送數(shù)據時要進行沖突檢測。CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection13CSMA/CD方法的工作過程所謂沖突檢測，就是發(fā)送結點在發(fā)送數(shù)據的同時，將它發(fā)送的信號波形與從總線上接收到的信號波形進行比較。若兩者一致，表示沒有沖突發(fā)生，結點在發(fā)送結束后進入正常結束狀態(tài)；若不一致，則表示有沖突產生，為了解決信道爭用沖突，結點停止發(fā)送數(shù)據，隨機延遲后重發(fā)。令牌總線方法的工作過程令牌總線是一種在總線型拓撲中利用令牌（Token）作為控制結點訪問公共傳輸介質的介質訪問控制方法。在采用令牌總線方法的局域網中，任何一個結點只有在取得令牌后才能使用共享總線去發(fā)送數(shù)據。結點A結點B結點C結點D結點E令牌總線結點E結點A結點C結點D結點B令牌總線令牌總線網在物理上是總線網，而在邏輯上是環(huán)網。

令牌傳遞規(guī)定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循環(huán)傳遞。15令牌是一種特殊結構的控制幀，用來控制結點對總線的訪問權。在下列情況下，持有令牌的結點必須交出令牌：該結點沒有數(shù)據幀等待發(fā)送；該結點已發(fā)送完所有待發(fā)送的數(shù)據幀；到達該結點令牌持有的最大時間。令牌總線方法的工作過程163.1.4局域網通信協(xié)議1.TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議是目前最常使用的一種通信協(xié)議，幾乎所有的廠商和操作系統(tǒng)都支持它，具有很強的靈活性，支持任意規(guī)模的網絡，幾乎可以連接所有的服務器和工作站。組建局域網或將計算機連接到Internet上時，需要使用TCP/IP協(xié)議。網絡中的計算機要進行通信，一般需要以下幾個組件來支持：IP地址主機名稱子網掩碼默認網關DNS服務器17

在Internet中，所有的主機和路由器都分配了一個地址，即IP地址。

IP地址有IPv4和IPv6兩個版本，目前仍在使用的是IPv4版本。按照TCP/IP協(xié)議規(guī)定，IP地址用32位二進制數(shù)表示，即4個字節(jié)。為方便使用，常被寫成十進制數(shù)的形式，中間用“.”分開不同的字節(jié)，即點分十進制表示法。例如：

IP地址：11001010.11000010.01000000.00000001

寫成十進制形式：IP地址18IP地址由網絡標識和主機標識兩部分組成，網絡標識用于區(qū)分不同的網絡，主機標識用于區(qū)分同一網絡中不同的主機。網絡標識相同的計算機處于同一個網絡中。

IP地址一般劃分為5類：A、B、C、D、E，目前常用的為前3類。網絡標識主機標識190網絡號主機號017831A類1網絡號主機號0115163102B類1網絡號主機號012324310213C類主機地址范圍：～55，一般分配給具有大量主機的網絡用戶。特點是網絡數(shù)量少，而主機數(shù)量多。主機地址范圍：～55，一般分配給具有中等規(guī)模主機數(shù)的網絡用戶。主機地址范圍：～55，一般分配給小型的局域網用戶。特點是網絡數(shù)量多，而主機數(shù)量少。

201多目廣播地址01311213D類04主機地址范圍：～55，不分網絡號和主機號，表示一個多播地址，即多目的地傳輸。1留待后用01311213E類1405主機地址范圍：～55。E類地址保留，用于實驗和開發(fā)用途。21IP地址分為公有地址和私有地址。

公有地址（也稱為公網地址）是由Internet地址管理機構統(tǒng)一管理并分配給注冊用戶，是廣域網范疇內的主機標識，持有公有地址的主機接入Internet后能夠直接與其他用戶進行數(shù)據通信。私有地址（也稱為專網地址）屬于非注冊地址，是局域網范疇內的主機標識，專門為組織機構內部使用，持有私有地址的主機不能直接通過Internet與機構外的用戶主機進行通信，需要先將私有地址轉換成公有地址—通過網絡地址轉換協(xié)議實現(xiàn)。公有地址和私有地址22

子網掩碼主要有兩大功能：一是用來區(qū)分IP地址中的網絡部分和主機部分，二是將網絡分割為若干個子網。與IP地址相同，子網掩碼的長度也是32位，其左邊是網絡標識部分，全部用二進制數(shù)字1表示；右邊是主機標識部分，全部用二進制數(shù)字0表示。例如：IP地址為“”和子網掩碼為“”的主機子網掩碼23

子網掩碼與IP地址進行邏輯與運算，會屏蔽掉主機ID部分，得到對應的網絡ID。591

子網掩碼與運算與運算如何判斷兩臺機器是否在同一個網絡中？24

由于32位IP地址中的網絡地址是有限的，要想擴充網絡地址可采用劃分子網（Subnet）的技術。將主機地址部分劃分出一定位數(shù)作為網絡地址，剩余的位數(shù)作為主機地址。劃分子網后的IP地址結構如下圖所示：例如，一個B類網絡，將主機標識的第1個字節(jié)用于子網標識，則可構成28=256個子網。網絡標識子網標識主機標識子網掩碼25

一個較大規(guī)模的網絡往往是由許多小型局域網組成，每個局域網要有一個進出口，這就是網關。如果一臺主機要訪問本地網絡以外的另一臺主機或設備，就需要為其設置一個默認網關。網關又稱網間連接器、協(xié)議轉換器，既可用于廣域網連接，也可用于局域網連接。只有通過網關，運行不同協(xié)議或運行于OSI模型不同層上的局域網網段間才可以相互通信。路由器或服務器都可以充當局域網網關。默認網關26

DNS是DomainNameSystem的縮寫，即域名管理系統(tǒng)。DNS服務器就是域名解析服務器，它在互聯(lián)網中的作用是：把輸入的容易記的網站域名轉換成網絡中可以識別的IP地址。例如，在瀏覽器的地址欄中輸入濟南大學的網站域名，DNS服務器會自動轉換成。DNS服務器27IPv6簡介

IPv6是Internet的新一代通信協(xié)議，地址長度為128位?；颈硎拘问綖椋?28位地址被劃分為8個16位的部分，每部分分別用十六進制數(shù)表示，中間用冒號隔開。例如:BACF:FA36:3AD6:BC89:DF00:CABF:EFBA:004E28

NetBEUI協(xié)議是微軟公司的一種通信協(xié)議，在Windows系列產品中已經成為固有的默認協(xié)議，它占用內存最少，在網絡中不需要任何配置，并且有著較高的速率，通常用于只有單個網段的小型網絡中。

IPX/SPX協(xié)議是Novell公司的通信協(xié)議集，它具有強大的路由功能，適合于大型網絡，如果不是在Novell網絡環(huán)境中，一般不使用該協(xié)議。NetBEUI協(xié)議和IPX/SPX協(xié)議293.2無線局域網無線局域網（WLAN）是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，是指利用無線通信技術將計算機設備互連起來，構成可以互相通信和實現(xiàn)資源共享的網絡體系。無線局域網不再使用通信電纜，通過無線方式連接，使得網絡的構建更加方便、終端的移動更加靈活。303.2.1無線局域網的特點(1)安裝便捷：免去或減少了網絡布線的工作量，一般只要安裝一個或多個接入點，就可以建立覆蓋整個建筑或地區(qū)的局域網絡。(2)接入靈活：只要是在無線網絡的信號覆蓋范圍內，如何一個位置都可以接入網絡。(3)易于擴展：能夠勝任從只有幾個用戶的小型網絡到有上千用戶的大型網絡，不受布線位置的限制，有多種配置方式，方便用戶根據需要靈活選擇。313.2.2無線局域網的傳輸介質(1)紅外線：采用低于可見光部分的頻譜作為傳輸介質，使用不受無線電管理部門的限制。紅外信號要求視距傳輸，竊聽困難，對鄰近區(qū)域的類似系統(tǒng)不會產生干擾。在實際應用中，紅外線具有很高的背景噪聲，受日光、環(huán)境照明等影響較大，一般要求的發(fā)射功率也較高。紅外無線局域網是目前“100Mbps以上、性能價格比高的網絡”唯一可行的選擇。(2)無線電波：覆蓋范圍廣，應用廣泛，是無線局域網最常用的無線傳輸媒體。由于發(fā)射功率低于自然的背景噪聲，具有很強的抗干擾抗噪聲能力、抗衰落能力，使通信非常安全，基本避免了通信信號的偷聽和竊取，具有很高的可用性。323.2.3無線局域網的拓撲結構(1)無中心拓撲：要求網中任意兩個站點均可直接通信。這種結構的優(yōu)點是網絡抗毀性好、建網容易且費用較低；缺點是當網中站點數(shù)過多時，信道競爭成為限制網絡性能的要害。且為了使任意兩個站點均可直接通信，網絡中站點布局受環(huán)境限制較大。適用于用戶數(shù)相對較少的工作群規(guī)模。(2)有中心拓撲：要求一個無線站點充當中心站，所有站點對網絡的訪問均由其控制。由于每個站點只需在中心站覆蓋范圍內就可與其他站點通信，因此網絡中站點布局受環(huán)境限制較小。缺點是抗毀性差，中心站點的故障容易導致整個網絡癱瘓。在實際應用中，無線局域網往往與有線主干網結合起來使用，中心站點充當無線局域網與有線主干網的轉接器。333.2.4無線局域網的設備1.無線接入點：即通常所說的AP（AccessPoint），也稱為無線訪問點，是大多數(shù)無線網絡的中心設備。AP在本質上是一種提供無線數(shù)據傳輸功能的集線器，在無線局域網和有線網絡之間接收、緩沖存儲和傳輸數(shù)據，以支持一組無線用戶設備。2.無線網卡：在無線局域網的信號覆蓋下，通過無線連接網絡上網而使用的無線終端設備。與普通網卡的功能相同，只是它采用無線方式進行數(shù)據傳輸。按接口類型可分為PCI、USB、Mini-PCI等類型。3.無線路由器：是一種帶路由功能的無線接入點，通常包含一個若干端口的交換機，可以連接若干臺使用有線網卡的計算機，從而實現(xiàn)有線和無線網絡的順利過渡。4.無線天線：相當于一個信號放大器，主要用來解決無線網絡傳輸中因傳輸距離、環(huán)境影響等造成的信號衰減。343.2.5無線局域網技術

無線接入技術區(qū)別于有線接入的特點之一是標準不統(tǒng)一，不同的標準有不同的應用。目前比較流行的有802.11標準、藍牙標準、HomeRF（家庭網絡）標準及3G標準等。353.3以太網技術3.2.1以太網的特點以太網使用CSMA/CD介質訪問控制方式，符合IEEE802.3標準，在數(shù)據鏈路層傳輸?shù)氖菐?，拓撲結構可以為總線型、星型和樹型結構，但在邏輯上都是總線型結構。以太網結構簡單，易于實現(xiàn)，技術相對成熟，網絡連接設備成本低，不同類型的以太網可以相互兼容，很容易集成在一個局域網中，所以，組建局域網、校園網和企業(yè)網的單位都將以太網作為首選。363.3.2典型以太網按照傳輸速率將以太網分為10Mbps以太網、100Mbps以太網、千兆位以太網和萬兆位以太網。1.

10Mbps以太網類型10BASE-210BASE-510BASE-T10BASE-F數(shù)據傳輸速率10Mbps10Mbps10Mbps10Mbps傳輸介質基帶細同軸電纜基帶粗同軸電纜非屏蔽雙絞線光纖拓撲結構總線型總線型星型星型網絡接口BNCAUIRJ-45F/O最大段長185m500m100m1000m以上其中第一個數(shù)字表示數(shù)據傳輸速率（Mbps），Base表示基帶傳輸，Borde表示寬帶傳輸，最后一個數(shù)字表示傳輸介質和最大傳輸距離（100M）372.100Mbps以太網早期對于要求100Mbps的以太網，只有FDDI可供選擇。1995年IEEE宣布了IEEE802.3u標準，稱為快速以太網。所有的快速以太網系統(tǒng)均使用集線器或交換機。通過10/100Mbps自適應集線器連接，10Mbps以太網可以方便地升級為快速以太網。100BASE-T4：使用3類UTP，需要4對雙絞線。100BASE-TX：使用5類UTP，只需使用2對雙絞線。以上兩種統(tǒng)稱為100BASE-T。100BASE-FX：使用兩束多模光纖，每束光纖一個方向，全雙工通信，站點與集線器之間的最大距離可達2km。383.千兆位以太網為了適應網絡應用對網絡更大帶寬的需求，3Com公司和其他一些廠商成立了千兆位以太網聯(lián)盟，研制和開發(fā)了千兆位以太網技術。

1998年6月，IEEE正式通過千兆位以太網標準IEEE802.3z。千兆位以太網標準規(guī)定：允許以1Gbps的速率進行半雙工、全雙工操作。增強了CSMA/CD的功能，采用了包突發(fā)機制。物理層支持多種傳輸介質，可以使用光纖、同軸電纜及UTP等各種介質。393.4局域網組網3.4.1局域網設備3.4.2對等網組網方法3.4.3對等網組網步驟3.4.4無線局域網組網方案3.4.5客戶-服務器網絡組網3.4.6局域網共享Internet403.4.1局域網設備1.

網卡：計算機連入網絡的接口，選擇時要考慮傳輸速率、端口和所支持的總線類型。2.

交換機：交換式局域網的核心，主要考慮交換方式的選擇、端口類型和端口數(shù)量的選擇、價格和品牌及是否具備網絡管理功能。3.

寬帶路由器：是傳統(tǒng)路由器的簡化產品，通常帶有兩種最基本的端口WAN口和LAN口，分別用于連接廣域網和局域網。4.

無線寬帶路由器：實質是寬帶路由器和無線AP的功能結合在一起，既能當作寬帶路由器使用，同時也可以讓無線客戶端通過無線網絡接入。413.4.2對等網組網方法1.雙機互連2.三機互連3.多機互連4.快速以太網組網方法5.千兆位以太網組網方法42雙機互連連接兩臺計算機組建對等網，最適合的方式是使用交叉接法的雙絞線將兩臺計算機直接互連。所需硬件：帶RJ-45接口的兩塊網卡、兩個RJ-45水晶頭和若干米雙絞線。

43三機互連

三臺計算機連網，最實用的方法是在一臺計算機上安裝兩塊網卡，另外兩臺計算機上各安裝一塊網卡，然后用雙絞線連接起來，并將安裝雙網卡的計算機進行橋接設置，橋接的網卡可以代替Hub實現(xiàn)相應的功能。雙網卡44多機互連

三臺以上計算機組建對等網，最適用的組網方式是采用交換機組成星型網絡。所有結點通過非屏蔽雙絞線與交換機連接，構成物理上的星型拓撲。

交換機……

結點

結點

結點

結點單一交換機以太網結構4528多機互連

如果需要連網的結點數(shù)超過單一交換機的端口數(shù)時，通常需要采用多交換機的級聯(lián)結構。三個交換機級聯(lián)結構463.4.3

對等網組網步驟安裝硬件設備安裝網絡協(xié)議標識計算機及工作組配置IP地址網絡連通測試47組網步驟1.安裝硬件設備為了組建對等網，必須在每臺計算機上安裝特定的硬件。安裝網卡時，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建一個局域網連接，每次啟動計算機時，系統(tǒng)都會檢測網卡并自動啟動本地連接。2.安裝網絡協(xié)議通常情況下，在系統(tǒng)檢測到網卡時，TCP/IP便被作為默認的網絡協(xié)議進行安裝。除此之外，在對等網中還要安裝NetBEUI協(xié)議，這樣才能在“網上鄰居”中看到工作組中的其他成員。48安裝NetBEUI協(xié)議

準備好WindowsXP安裝光盤，進入“Valueadd\Msft\Net\Netbeui”文件夾下，這里有Nbf.sys、Netbeui.txt、Netnbf.inf共3個文件，先將Nbf.sys文件復制到本機的“Windows\System32\Drivers”文件夾下，再將Netnbf.inf文件復制到本機的“Windows\INF”文件夾下。INF文件夾具有隱藏