計算機網(wǎng)絡原理與實踐（第2版）PPT完整全套教學課件

計算機網(wǎng)絡原理第1章第1節(jié)1-計算機網(wǎng)絡的定義、形成與發(fā)展第1章第1節(jié)2-計算機網(wǎng)絡的分類與組成第1章第2節(jié)1-網(wǎng)絡體系結構基本概念第1章第2節(jié)2-OSI參考模型第1章第2節(jié)3-TCPIP體系結構及兩種模型的比較第2章第1節(jié)-數(shù)據(jù)通信基礎-詳細第2章第2節(jié)1-傳輸介質第2章第2節(jié)2-局域網(wǎng)連網(wǎng)設備第2章第3節(jié)1-局域網(wǎng)概述與以太網(wǎng)技術第2章第3節(jié)2-CSMACD介質訪問控制技術第2章第4節(jié)-IP地址的作用、組成與分類第3章第1節(jié)第3節(jié)-交換機與生成樹協(xié)議第3章第2節(jié)-虛擬局域網(wǎng)技術第4章第1節(jié)1-子網(wǎng)劃分第4章第1節(jié)2-VLSM與CIDR第4章第2節(jié)-網(wǎng)絡互聯(lián)第4章第3節(jié)1-路由器與路由表第4章第3節(jié)2-路由的分類及路由協(xié)議第4章第4節(jié)1-IP協(xié)議第4章第4節(jié)2-ARP協(xié)議與ICMP協(xié)議第5章第1節(jié)-廣域網(wǎng)概述與廣域網(wǎng)協(xié)議第5章第2節(jié)-Internet接入技術第6章-無線局域網(wǎng)第7章第1節(jié)1-進程通信的基本概念第7章第1節(jié)2-UDP協(xié)議第7章第1節(jié)3-TCP協(xié)議第8章第1節(jié)-域名系統(tǒng)DNS第8章第2節(jié)-萬維網(wǎng)WWW第8章第3節(jié)-文件傳輸協(xié)議FTP第8章第4節(jié)-動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP第8章第5節(jié)-電子郵件服務Email第9章第1節(jié)-網(wǎng)絡安全x第9章第2節(jié)-加密和認證x第9章第3節(jié)-防火墻x計算機網(wǎng)絡原理第1章認知計算機網(wǎng)絡本章主要介紹了計算機網(wǎng)絡的定義、形成與發(fā)展、分類與組成，針對目前兩種主要的網(wǎng)絡體系結構：OSI參考模型和TCP/IP體系結構，詳細介紹了各層的功能及其要解決的問題。本章主要內(nèi)容第1章認知計算機網(wǎng)絡1.1計算機網(wǎng)絡

計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展

計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的組成了解計算機網(wǎng)絡的演變過程掌握計算機網(wǎng)絡的定義、理解其分類掌握計算機網(wǎng)絡拓撲結構的概念掌握計算機網(wǎng)絡的組成和結構本節(jié)教學要求教學重點計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的分類教學難點網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡的邏輯劃分本節(jié)教學重點難點1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義網(wǎng)絡為了達到某種目標而以某種方式聯(lián)系或組合在一起的對象或物體的集合。計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡是將分布在不同地理位置、具有獨立功能的計算機系統(tǒng)利用通信設備和線路互聯(lián)起來，在網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡軟件的規(guī)范下，實現(xiàn)信息交換和資源共享的計算機系統(tǒng)的集合。理解計算機網(wǎng)絡的定義應該把握以下幾點：（1）計算機網(wǎng)絡連接的對象是各種類型的計算機或數(shù)據(jù)終端設備。（2）計算機網(wǎng)絡的連接要通過通信設施來實現(xiàn)。通信設施一般都由通信線路、相關的通信設備等組成。（3）聯(lián)網(wǎng)的計算機之間相互通信時必須遵守共同的網(wǎng)絡協(xié)議。所謂協(xié)議，就是聯(lián)網(wǎng)的計算機之間在進行通信時必須遵守的通信規(guī)則。（4）計算機互聯(lián)的目的主要是實現(xiàn)資源共享、信息交換，需要由相關的網(wǎng)絡軟件支持。1.1.2計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展計算機網(wǎng)絡問世至今已經(jīng)有半個多世紀，其發(fā)展可大致劃分四個階段。計算機終端階段一：面向終端的計算機系統(tǒng)20世紀50年代，由于軍方的需要，美國開發(fā)了一個半自動地面防空系統(tǒng)（SAGE），終端通過通信線路連接到計算機。開始了計算機技術與通信技術相結合的嘗試。表現(xiàn)為：終端-通信線路-計算機的模式階段二：分組交換網(wǎng)20世紀60年代末，隨著連接主機的增多，需要將遠距離的若干臺主機連接起來協(xié)同工作，由此形成分組交換網(wǎng)。ARPAnet為典型代表。表現(xiàn)為：以通信子網(wǎng)為中心，多主機多終端的多計算機互連。重要貢獻：將應用與通信功能從邏輯上分離，產(chǎn)生了通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的概念，為Internet的發(fā)展奠定了基礎。階段三：標準化的計算機網(wǎng)絡

20世紀70年代，網(wǎng)絡體系結構的多樣化與私有化；一些業(yè)界大公司提出了各種網(wǎng)絡體系結構與網(wǎng)絡協(xié)議；呼喚網(wǎng)絡體系結構的標準化與兼容性。重要特征：網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議標準化的研究，如OSI參考模型、TCP/IP體系結構。階段四：高速、移動、互連、融合、智能高速網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速無線與移動網(wǎng)絡網(wǎng)絡互連程度不斷提高應用的多樣性計算機網(wǎng)絡原理第1章認知計算機網(wǎng)絡第1章認知計算機網(wǎng)絡1.1計算機網(wǎng)絡

計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展 計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的組成1.1.3計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類，有很多種方式：按傳輸介質，分為有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡；按使用網(wǎng)絡的對象，分為公眾網(wǎng)絡和專用網(wǎng)絡；按照網(wǎng)絡傳輸速度，分為低速網(wǎng)絡和高速網(wǎng)絡；按網(wǎng)絡傳輸技術，分為廣播網(wǎng)絡和點到點網(wǎng)絡；比較典型的是按照地理覆蓋范圍和拓撲結構來分。1.按照網(wǎng)絡的覆蓋范圍進行分類局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)1.1.3計算機網(wǎng)絡的分類局域網(wǎng)覆蓋范圍一般在幾公里以內(nèi)，如一個房間、一個樓層、一幢大樓或一個園區(qū)范圍內(nèi)。適用于公司、機關、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設備連網(wǎng)的需求。具有數(shù)據(jù)傳輸率高、傳輸延遲低和誤碼率低等特點。一般屬于一個單位所有，易于建立、維護和擴展。典型技術：以太網(wǎng)、令牌環(huán)等。廣域網(wǎng)覆蓋的范圍比較大，一般是幾十公里到幾千公里以上；可以覆蓋一個國家和地區(qū)，還可跨越各大洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡，故也稱為遠程網(wǎng)。它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的；主要使用的技術有：PSTN電話網(wǎng)絡、幀中繼等。城域網(wǎng)介于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡，覆蓋范圍大約是幾公里到幾十公里。主要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關、公司和其他組織機構的內(nèi)部或相互之間的局域網(wǎng)互連的需求；實現(xiàn)大量用戶之間的數(shù)據(jù)、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸功能。城域網(wǎng)技術與局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)技術之間的邊界正在日益模糊，與局域網(wǎng)有很大的相似性。1.1.3計算機網(wǎng)絡的分類2.按照網(wǎng)絡的拓撲結構進行分類

拓撲結構反映出網(wǎng)絡中各實體間的結構關系，對于網(wǎng)絡的性能、可靠性以及建設管理成本等都有著重要的影響，在整個網(wǎng)絡設計中占有十分重要的地位，是網(wǎng)絡構建時首先要考慮的因素之一。常見的拓撲結構有：總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀型。總線型所有節(jié)點直接連到一條物理鏈路上，除此之外節(jié)點間不存在任何其他連接；每一個節(jié)點可以收到來自其他任何節(jié)點所發(fā)送的信息；優(yōu)點：簡單、易于實現(xiàn)；缺點：存在沖突，可靠性和靈活性差、傳輸延時不確定；總線出問題，整個網(wǎng)絡癱瘓。環(huán)型節(jié)點與鏈路構成了一個閉合環(huán)，每個節(jié)點只與相鄰的兩個節(jié)點相連。每個節(jié)點必須將信息轉發(fā)給下一個相鄰的節(jié)點。優(yōu)點：簡單、易于實現(xiàn)，傳輸延時確定。缺點：維護與管理復雜。星型網(wǎng)絡由各節(jié)點以中央節(jié)點為中心相連接，各節(jié)點與中央節(jié)點以點對點方式連接；節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信要通過中央節(jié)點；優(yōu)點：結構簡單，管理方便，可擴充性強，組網(wǎng)容易；缺點：中心節(jié)點成為全網(wǎng)可靠性的關鍵。樹型星型結構的擴展：中央星型拓撲上的節(jié)點是一個星型拓撲的中心節(jié)點；減少了鏈路與設備的投資；優(yōu)點：在星型的優(yōu)點之外，更富于層次，從而可隔離某些網(wǎng)絡流量。網(wǎng)狀型又稱無規(guī)則型。節(jié)點間的連接是任意的，不存在規(guī)律；數(shù)據(jù)的傳輸有賴于所采用的網(wǎng)絡設備；優(yōu)點：多條鏈路提供了冗余連接；缺點：結構復雜。1.1.4計算機網(wǎng)絡的組成一個典型的計算機網(wǎng)絡由計算機系統(tǒng)、通信設施、網(wǎng)絡軟件三大部分組成。計算機網(wǎng)絡的邏輯結構根據(jù)計算機網(wǎng)絡各組成部分的功能，將計算機網(wǎng)絡從邏輯功能上分為兩個子網(wǎng)，即資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。資源子網(wǎng)負責全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務，并向網(wǎng)絡用戶提供各種網(wǎng)絡資源和網(wǎng)絡服務。主要由主機、終端、終端控制器以及相應的I/O設備、各種軟件和信息資源構成。通信子網(wǎng)為資源子網(wǎng)提供傳輸、交換數(shù)據(jù)信息的能力。主要由網(wǎng)絡適配器、集線器、交換機、路由器、傳輸介質等組成。計算機網(wǎng)絡原理第1章認知計算機網(wǎng)絡第1章認知計算機網(wǎng)絡1.2計算機網(wǎng)絡體系結構及網(wǎng)絡協(xié)議標準網(wǎng)絡體系結構基本概念OSI參考模型TCP/IP體系結構理解網(wǎng)絡體系結構的層次化研究方法掌握計算機網(wǎng)絡體系結構的基本概念掌握OSI參考模型及各層的基本服務功能掌握TCP/IP體系結構的層次劃分、各層的基本服務功能與主要協(xié)議理解OSI參考模型與TCP/IP體系結構的異同本節(jié)教學要求教學重點OSI參考模型TCP/IP體系結構教學難點服務、接口和協(xié)議的概念本節(jié)教學重點難點1.2.1網(wǎng)絡體系結構基本概念為什么要研究網(wǎng)絡體系結構？為了能夠使網(wǎng)絡中位于不同地理位置且功能相對獨立的計算機之間實現(xiàn)資源共享，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)需要涉及和解決很多復雜的問題。計算機網(wǎng)絡體系結構是我們?yōu)楹喕@些問題的研究、設計與實現(xiàn)而抽象出來的一種結構模型。通過對網(wǎng)絡節(jié)點功能進行合理的邏輯劃分，簡化網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn)。計算機網(wǎng)絡的分層模型分層是處理復雜問題的基本方法之一將整體要實現(xiàn)的諸多功能從物理或邏輯上劃分為不同層次，利用不同層次上的實體去實現(xiàn)。分層的優(yōu)點降低了復雜性-->“分而治之，各個擊破”促進了模塊化開發(fā)-->有助于功能設計與實現(xiàn)的模塊化，對于特定層的功能而言，它們的內(nèi)容及其上下層之間的接口都已經(jīng)確定。提高了靈活性與可擴展性-->避免一個層的技術或功能變化影響相鄰的其他層。分層的原則根據(jù)功能進行抽象分層，每個層次所要實現(xiàn)的功能或服務均有明確的規(guī)定。每層功能的選擇應有利于標準化。不同的系統(tǒng)分成相同的層次，對等層具有相同功能不同系統(tǒng)的對等層之間在通信時，有明確的通信規(guī)定或規(guī)則。高層使用下層提供的服務時，下層服務的實現(xiàn)是不可見的（透明的）。層的數(shù)目要適當。層次太少功能不明確，層次太多體系結構過于龐大。重要概念/術語（1）源：通信過程中，數(shù)據(jù)的發(fā)送發(fā)（2）目標：通信過程中，數(shù)據(jù)的接收方計算機網(wǎng)絡通信的雙向性決定一個網(wǎng)絡節(jié)點同時具備源與目標的角色。（3）實體：每一層上的活動元素，包括實現(xiàn)該層功能的所有硬件與軟件。（4）對等實體：相互通信的兩個不同節(jié)點（即源節(jié)點和目標節(jié)點）上位于同一層次、完成相同功能的實體。重要概念/術語（5）服務：每一層為其相鄰的上層所提供的功能。N層使用N-1層所提供的服務，向N+1層提供更高的服務高層使用低層提供的服務時，并不需要知道低層服務的具體實現(xiàn)方法。（6）接口：同一節(jié)點內(nèi)相鄰層之間交換信息的連接點。下層通過接口向相鄰上層提供服務；通過定義服務及原語操作實現(xiàn)。重要概念/術語（7）協(xié)議：對等實體之間為實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)交換或通信，所必須遵守的規(guī)則或標準的集合。為在分布式節(jié)點之間來實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)通信或交換，協(xié)議須具備三大要素：語法：定義數(shù)據(jù)和控制信息的格式語義：規(guī)定語法成分的含義時序：語法成分的順序和速度匹配關系信封里面是數(shù)據(jù)，信封外部是數(shù)據(jù)傳輸所需的控制信息。信封的格式由語法來定義，而格式的含義由語義來規(guī)定。重要概念/術語（8）協(xié)議數(shù)據(jù)單元每層實體所采用的數(shù)據(jù)格式由該層協(xié)議所決定，稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元。協(xié)議的載體，網(wǎng)絡中所傳送數(shù)據(jù)的邏輯組成單元。對分層模型抽象性的正確理解分層模型是關于網(wǎng)絡工作原理的邏輯描述或抽象模型，起到指導作用；只是功能上的邏輯劃分，并非對實際節(jié)點的有形劃分。計算機網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡體系結構；體系結構是抽象的，僅對計算機網(wǎng)絡應該實現(xiàn)的功能進行了定義，不涉及具體的硬件與軟件實現(xiàn)。不同的網(wǎng)絡體系結構中分層的數(shù)量、各層的名稱、內(nèi)容與功能會有所不同。計算機網(wǎng)絡體系結構的兩個例子OSI參考模型TCP/IP體系結構計算機網(wǎng)絡原理第1章認知計算機網(wǎng)絡第1章認知計算機網(wǎng)絡1.2計算機網(wǎng)絡體系結構及網(wǎng)絡協(xié)議標準網(wǎng)絡體系結構基本概念OSI參考模型TCP/IP體系結構上個世紀70年代末、80年代初，計算機網(wǎng)絡發(fā)展面臨以下多方面的問題：計算機網(wǎng)絡規(guī)模與數(shù)量的急劇增長；許多不同規(guī)格與實現(xiàn)的網(wǎng)絡產(chǎn)品之間難以實現(xiàn)互操作；專用系統(tǒng)嚴重阻礙了計算機網(wǎng)絡的發(fā)展。網(wǎng)絡體系結構標準化的歷史背景從1979年開始，國際標準化組織（ISO）通過對已有網(wǎng)絡體系結構的研究，借鑒各自的精華，于1983年公布了開放系統(tǒng)互連（OpenSystemInterconnection）參考模型，簡稱OSI參考模型。“開放”是指只要遵守這一國際標準，任何計算機系統(tǒng)就能同位于世界上任何地方的、也遵守該標準的其他計算機系統(tǒng)進行通信。1.2.2OSI參考模型OSI七層模型物理層位于OSI參考模型的最低層，直接面向原始比特流的傳輸。利用傳輸介質為通信的網(wǎng)絡節(jié)點之間建立、管理和釋放物理連接。解決：傳輸介質、信道類型、數(shù)據(jù)與信號之間的轉換、信號傳輸中的衰減和噪聲等問題。另外，物理層標準要給出關于物理接口的機械、電氣、功能和規(guī)程特性，以便于不同的制造廠家既能夠根據(jù)公認的標準各自獨立地制造設備，又能使各個廠家的產(chǎn)品能夠相互兼容。物理層的功能在物理層發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程中，會出現(xiàn)一些物理層自己不能解決的問題。例如：當節(jié)點收到來自其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)信號時，如何判斷自己是否是目標節(jié)點，也就是需要該接收該信號并進行相應的處理？在廣播網(wǎng)絡環(huán)境中，當多個節(jié)點同時試圖在一條線路上發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)生的沖突如何解決？節(jié)點如何知道它所接收的數(shù)據(jù)是否正確？設立數(shù)據(jù)鏈路層的目的在于實現(xiàn)兩個相鄰的節(jié)點之間的無差錯數(shù)據(jù)傳輸。在物理層的基礎上，通過采用成幀、物理尋址、確認、差錯控制和流量控制等機制，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層的功能網(wǎng)絡層的任務就是在通信子網(wǎng)中選擇一條合適的路徑，使源計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠通過所選擇的路徑到達目的計算機。網(wǎng)絡層的功能包括：尋址：定位不同的網(wǎng)絡以及設備在網(wǎng)絡中的位置。路由選擇：在確定了目標結點的位置后，網(wǎng)絡層還要負責找到通過網(wǎng)絡的最優(yōu)路徑，并引導數(shù)據(jù)包正確地通過網(wǎng)絡。異構網(wǎng)絡互連：另外，網(wǎng)絡層還要解決異構網(wǎng)絡互連問題。網(wǎng)絡層的功能負責端到端進程通信。傳輸層是OSI七層模型中承上啟下的層，它下面的三層主要面向網(wǎng)絡通信，以確保數(shù)據(jù)被準確有效地從源主機傳輸?shù)侥繕酥鳈C；它上面的三個層主要面向用戶，為用戶提供各種服務。傳輸層為上層所提供的服務有可靠與不可靠之分。為了提供可靠的端到端進程之間的數(shù)據(jù)傳輸服務，傳輸層需要使用確認、差錯控制和流量控制等機制來彌補網(wǎng)絡層服務質量的不足。傳輸層的功能建立、管理和終結不同機器上的應用程序或進程間的會話，為表示層提供服務。會話層提供了會話管理和會話同步兩種服務，對數(shù)據(jù)的傳送提供控制和管理。會話層的功能表示層以下各層主要關心可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而表示層關心的是所傳輸數(shù)據(jù)的語法和語義。它主要涉及處理在兩個通信系統(tǒng)之間所交換信息的表示方式，包括：數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮表示層的功能應用層是OSI參考模型的最高層，負責為用戶的應用程序提供網(wǎng)絡服務，是計算機網(wǎng)絡與用戶之間的界面。應用層通常由若干的應用與應用支撐協(xié)議組成，如名字服務、文件傳輸、電子郵件、虛擬終端等。應用層的功能OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的封裝數(shù)據(jù)的解封計算機網(wǎng)絡原理第1章認知計算機網(wǎng)絡第1章認知計算機網(wǎng)絡1.2計算機網(wǎng)絡體系結構及網(wǎng)絡協(xié)議標準網(wǎng)絡體系結構基本概念OSI參考模型TCP/IP體系結構TCP/IP體系結構是主流技術倒推回來的。TCP/IP與因特網(wǎng)分不開，因特網(wǎng)的迅速發(fā)展使其采用的TCP/IP成為計算機網(wǎng)絡事實上的標準。將TCP/IP網(wǎng)絡也用一個模型來描述，就提出了TCP/IP體系結構。TCP/IP體系結構的提出1.2.3TCP/IP體系結構應用層傳輸層互聯(lián)網(wǎng)層網(wǎng)絡接口層4321應用層涉及為用戶提供TCP/IP網(wǎng)絡應用，并為這些應用提供網(wǎng)絡支撐服務。傳輸層，相當于OSI中的傳輸層，提供可靠與不可靠的兩類傳輸服務。互聯(lián)網(wǎng)層，也稱網(wǎng)際層。相當于OSI中網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡接口層，也稱主機-網(wǎng)絡層，是TCP/IP體系結構的最底層，允許采用不同的網(wǎng)絡技術。相當于OSI中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。TCP/IP體系結構各層的協(xié)議OSI模型與TCP/IP結構的比較OSI參考模型TCP/IP體系結構應用層應用層表示層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡層互聯(lián)網(wǎng)層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡接口層物理層相似之處：均是一種基于協(xié)議的數(shù)據(jù)單元的包交換網(wǎng)絡；均包括了面向應用與面向數(shù)據(jù)通信的相關層；具有功能相當?shù)木W(wǎng)絡層、傳輸層；均有應用層，雖然其所提供的服務有所不同；作為概念上的模型和事實上的標準，具有同等的重要性。OSI模型與TCP/IP結構的比較不同之處：OSI模型包括了七層，TCP/IP模型只有四層；TCP/IP將OSI的上三層合并成了一個應用層，將OSI的下兩層合并成了一個網(wǎng)絡接口層。TCP/IP模型層次更少顯得比OSI更簡潔。OSI模型與TCP/IP結構的比較層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會話層很少用到，表示層幾乎為空；數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡層需要進行子層的插入。尋址、流量控制與差錯控制在每一層里都重復出現(xiàn)，降低系統(tǒng)效率。數(shù)據(jù)安全性、加密與網(wǎng)絡管理在參考模型的設計初期被忽略了。在設計上更多是被通信的思想所支配，不完全適合于計算機系統(tǒng)與軟件的工作方式。目前還沒有按OSI實現(xiàn)的網(wǎng)絡產(chǎn)品，OSI模型僅作為理論模型被廣泛使用。對OSI參考模型的進一步評價作為從Internet上發(fā)展起來的協(xié)議，已成了網(wǎng)絡互連的事實標準。在服務、接口與協(xié)議的區(qū)別上不很清楚，沒有將功能與實現(xiàn)方法區(qū)分開，不適合于其他非TCP/IP協(xié)議族。網(wǎng)絡接口層本身并不是實際的一層。對TCP/IP體系結構的進一步評價建議模型（未發(fā)布）應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層兩個模型的整合通俗地說：應用層最親近傳輸層最重要網(wǎng)絡層最復雜數(shù)據(jù)鏈路層不可或缺物理層是基礎后續(xù)的課程中，我們基本上按照自下而上來看，從網(wǎng)絡工程上來看，就是從小型網(wǎng)絡、到中型網(wǎng)絡、再到大型網(wǎng)絡，然后接入到因特網(wǎng)、無線網(wǎng)絡擴展，構建網(wǎng)絡中的服務器。計算機網(wǎng)絡原理第2章構建小型局域網(wǎng)第2章構建小型局域網(wǎng)2.1數(shù)據(jù)通信基礎

數(shù)據(jù)通信概念通信系統(tǒng)模型

數(shù)據(jù)傳輸方式多路復用技術數(shù)據(jù)交換方式了解物理層的功能理解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概念掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型了解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要解決的關鍵技術，包括：數(shù)據(jù)傳輸方式多路復用技術數(shù)據(jù)交換技術本節(jié)學習要點重點數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型及其要解決的關鍵問題本節(jié)重點難點物理層與分層模型OSI參考模型中的第一層或最底層，開放系統(tǒng)的基礎；唯一直接提供原始比特流傳輸?shù)膶?；關注如何在物理信道上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流。須解決好與比特流物理傳輸有關的一系列問題，包括：信道類型數(shù)據(jù)與信號之間的轉換信道利用率傳輸介質信號傳輸中的衰減和噪聲設備之間的物理接口……

物理層的主要關注點數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信概念數(shù)據(jù)(data)——運送消息的實體。信號(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)?！澳M的”(analogous)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。“數(shù)字的”(digital)——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。數(shù)據(jù)通信：發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉換成信號并通過物理信道傳送到數(shù)據(jù)接收方的過程。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型：信源-信號發(fā)送機-通信信道-信號接收機-信宿數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信道和信宿組成。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型通信信道輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)信源信宿發(fā)送機接收機輸出信息數(shù)據(jù)通信關鍵技術問題分析通信信道輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)信源信宿發(fā)送機接收機輸出信息（1）信道選擇數(shù)字信道-基帶傳輸模擬信道-頻帶傳輸（2）數(shù)據(jù)信號轉換數(shù)字數(shù)據(jù)編碼調(diào)制與解調(diào)（3）數(shù)據(jù)傳輸方式串行、并行單工、雙工（半/全）（4）提高信道利用率多路復用技術：頻分、時分、波分、碼分多路復用數(shù)據(jù)交換方式：電路交換、報文交換、分組交換（5）物理信道的構建：傳輸介質的選擇（6）解決衰減和噪聲

數(shù)字基帶信號：頻帶分布在低頻段且未經(jīng)過調(diào)制的數(shù)字信號。來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號都是數(shù)字基帶信號。

數(shù)字基帶傳輸：數(shù)字基帶信號直接在數(shù)字信道中傳輸，稱之為數(shù)字基帶傳輸。作為數(shù)字通信系統(tǒng)，基帶傳輸需要解決數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼和解碼問題：在發(fā)送端，要解決如何將二進制序列通過某種編碼方式轉化為可直接傳送的數(shù)字信號或基帶信號。在接收端，要解決如何將收到的數(shù)字信號通過解碼恢復為與發(fā)送端相同的二進制數(shù)據(jù)序列。三種常見的數(shù)字數(shù)據(jù)編碼：不歸零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼基帶傳輸與數(shù)字數(shù)據(jù)編碼（1）不歸零編碼不歸零編碼用無電壓表示二進制“0”，用恒定的正電壓表示二進制“1”，如下圖所示。不歸零編碼是效率最高的編碼，但如果重復發(fā)送“1”，勢必要連續(xù)發(fā)送正電壓，如果重復發(fā)送“0”，勢必要連續(xù)不送電壓，這樣會使某一位碼元與其下一位碼元之間沒有間隙，不易區(qū)分識別，因此存在發(fā)送方和接收方的同步問題。（2）曼徹斯特編碼在曼徹斯特編碼中，每一位的中間均有一個跳變，這個跳變既作為數(shù)據(jù)信號，也作為時鐘信號。電壓從高到低的跳變表示二進制“1”，從低到高的跳變表示二進制“0”。（3）差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進，每位中間的跳變僅作同步之用，每位的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定。每位的開始無跳變表示二進制“1”，有跳變表示二進制“0”。

基帶信號頻帶寬，傳輸時要占用整個傳輸介質的帶寬；抗噪聲能力強，成本低，傳輸速率高；信號衰減嚴重，只能利用有線介質近距離傳輸，無放大的情況下，一般不大于2.5km；局域網(wǎng)范圍采用基帶傳輸?；鶐鬏?shù)奶攸c頻帶傳輸：利用模擬信道，傳輸二進制數(shù)據(jù)的方法稱為頻帶傳輸?？沙浞掷靡延械牟捎媚M傳輸技術的電話交換網(wǎng)。關鍵技術問題：如何將計算機中的數(shù)字信號轉化為適合模擬信道傳輸?shù)哪M信號。解決方案：選取某一頻率范圍的正弦或余弦信號作為載波，將要傳送的數(shù)字數(shù)據(jù)“寄載”在載波上，利用數(shù)字數(shù)據(jù)對載波的某些特性（振幅、頻率、相位）進行控制，使載波特性發(fā)生了變化，然后將變化了的載波送往模擬信道進行傳輸。調(diào)制與解調(diào)在數(shù)據(jù)發(fā)送端，將數(shù)字數(shù)據(jù)寄載在載波上的過程稱為調(diào)制。在數(shù)據(jù)接收端，當攜帶數(shù)據(jù)信號的載波到達后，將收到的模擬信號重新還原成原來的二進制數(shù)據(jù)的過程稱為解調(diào)。基本調(diào)制方法：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相頻帶傳輸與調(diào)制解調(diào)（1）調(diào)幅調(diào)幅即載波的振幅隨著數(shù)字信號的變化而變化。例如二進制“1”用有載波輸出表示，即載波振幅為原始振幅；二進制“0”用無載波輸出來表示，即載波振幅為零。（2）調(diào)頻調(diào)頻即載波的頻率隨著數(shù)字信號的變化而變化。例如，二進制“1”用載波頻率f1來表示；二進制“0”用另一載波頻率f2來表示。（3）調(diào)相調(diào)相即載波的初始相位隨著數(shù)字信號的變化而變化。例如，用180°相位（反相）的載波來表示二進制“1”；用0°相位（正相）的載波來表示二進制“0”。串行傳輸——將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低位到高位的順序，依次傳送。并行傳輸——將表示一個字符的8位二進制代碼通過8條并行的通信信道同時發(fā)送出去。數(shù)據(jù)傳輸方式-串行/并行數(shù)據(jù)傳輸方式-單工/雙工單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。多路復用技術多路復用的目的是為了提高信道的利用率。常用的多路復用技術有：頻分多路復用時分多路復用波分多路復用碼分多路復用頻分復用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。頻率時間頻帶1頻帶2頻帶3

頻帶n時分復用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)時分復用則是將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙。每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）。TDM信號也稱為等時(isochronous)信號。時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。時分復用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)時分復用可能會造成

線路資源的浪費ABCDaabbcdbcattttt4個時分復用幀#1④③②①acbcd時分復用#2#3#4用戶使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據(jù)時，由于計算機數(shù)據(jù)的突發(fā)性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。統(tǒng)計時分復用

STDM

(StatisticTDM)用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計時分復用1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm波分復用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)

波分復用就是光的頻分復用。8

2.5Gb/s1310nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器碼分復用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)

常用的名詞是碼分多址

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。

數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換是計算機網(wǎng)絡中兩個終端進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，“交換”的作用在于借助交換設備實現(xiàn)通信信道的動態(tài)分配。常見的數(shù)據(jù)交換技術有：電路交換報文交換分組交換無“交換”的網(wǎng)絡導致：任意一個終端都要和其他n-1個終端直接相連。需要線路太多，成本太昂貴。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。

有“交換”的網(wǎng)絡引入一臺交換設備，情況就截然不同了，實現(xiàn)n個終端的互相通信僅僅只需要n+1條線路。“交換”這一方式節(jié)約（復用）了相當一部分的線路資源。交換設備可以有多臺?！?/p>

交換機電路交換的特點電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個階段：建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接電路交換舉例A和B通話經(jīng)過四個交換機通話在A到B的連接上進行電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導致通信線路的利用率很低。報文分組交換的主要特點在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文添加首部構成分組每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構成分組。首部首部首部分組

1分組

2分組

3分組交換的傳輸單元分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發(fā)到下一個結點交換機。用這樣的存儲轉發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)最后還原成原來的報文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010011010010H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡網(wǎng)絡核心部分主機H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡核心部分主機分組交換網(wǎng)的示意圖H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的存儲轉發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組路由器主機在路由器

E

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口最后到達目的主機

H5在路由器

C

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在路由器

A

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口分組交換的優(yōu)點高效動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組?？煽勘ＷC可靠性的網(wǎng)絡協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡有很好的生存性。分組交換帶來的問題分組在各結點存儲轉發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。存儲轉發(fā)原理

并非完全新的概念在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉發(fā)原理的報文交換(messageswitching)。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等。現(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達終點報文報文報文分組分組分組存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)計算機網(wǎng)絡原理第2章構建小型局域網(wǎng)本章以構建小型局域網(wǎng)為目標，重點介紹數(shù)據(jù)通信基礎、局域網(wǎng)常用的傳輸介質以及硬件設備、局域網(wǎng)協(xié)議標準、IP地址的作用以及分類等知識點，使學生對小型局域網(wǎng)有全面的認識并能夠組建小型局域網(wǎng)。本章主要內(nèi)容第2章構建小型局域網(wǎng)2.2局域網(wǎng)硬件設備

傳輸介質網(wǎng)絡適配器局域網(wǎng)連接設備掌握傳輸介質類型及主要特性掌握網(wǎng)絡適配器的作用及分類掌握MAC地址結構及作用掌握常見局域網(wǎng)連接設備的作用本節(jié)教學要求教學重點傳輸介質的類型及其主要特征網(wǎng)絡適配器的功能常見局域網(wǎng)連接設備的作用本節(jié)教學重點難點教學難點根據(jù)具體要求可選擇合適的傳輸介質2.2.1傳輸介質傳輸介質：泛指計算機網(wǎng)絡中用于連接各個計算機的物理媒體。類型：有線傳輸介質將信號約束在一個有形的物理導體之內(nèi)，能引導信號的傳播方向，又被稱為導向性傳輸介質。雙絞線、同軸電纜和光纖等都屬于有線傳輸介質。無線傳輸介質如無線電波、紅外線、激光等通過大氣和外層空間傳播信號，它不為信號引導傳播方向，故又被稱為非導向性傳輸介質。性能指標：容量（帶寬）、抗干擾性（可靠性、安全性）、衰減（傳輸距離）、安裝難易程度（成本）等因素。同軸電纜的結構如下圖所示。它由繞在同一軸線上的兩種導體組成，同軸電纜中央是一根比較硬的銅導線，外面由一層絕緣材料包裹，這一層絕緣材料又被第二層導體所包住，第二層導體可以是網(wǎng)狀的導體，主要用來屏蔽電磁干擾，最外面由堅硬的絕緣塑料包住。同軸電纜按傳輸特性分為兩大類：基帶同軸電纜（僅用于數(shù)字信號傳輸）寬帶同軸電纜（既可以傳輸模擬信號，又可以傳輸數(shù)字信號）基帶同軸電纜又分為粗纜和細纜：粗纜傳輸距離：500m細纜傳輸距離：185m具有較高的噪聲抑制特性，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。價格居中（介于雙絞線與光纖之間），安裝難度大。最新的布線標準中已不再推薦使用同軸電纜。同軸電纜由若干對(通常為4對)兩兩絞在一起的相互絕緣的銅導線組成，每對線互絞是為了抵消相鄰線對之間的電磁干擾以及減少線纜端接點處的近端串擾。按照有無屏蔽層，分為：非屏蔽雙絞線（簡稱UTP）屏蔽雙絞線（簡稱STP）雙絞線信號的最大傳輸距離：100m；傳輸速率：10Mbps、100Mbps和1000Mbps；基于銅介質提供了最快的數(shù)據(jù)傳輸速率；易于安裝，價格低廉；信號衰減大，抗干擾和噪聲能力差。非屏蔽雙絞線的性能特點與非屏蔽雙絞線有較多的相同點，如銅纜組成、絞線方式與外觀等；繼承了屏蔽與抵消技術，抗干擾性強；價格較非屏蔽雙絞線高，安裝也較非屏蔽雙絞線復雜。屏蔽雙絞線的性能特點雙絞線按照頻率和信噪比，可以分為九類：分別是一類線、二類線、三類線、四類線、五類線、超五類線、六類線、超六類線和七類線。類型數(shù)字越大、版本越新，技術越先進、帶寬也越寬，價格也越貴。局域網(wǎng)中常用的是三類線、五類線和超五類線，以及六類線。Cat1：適用于電話和低速數(shù)據(jù)通信；Cat2：適用于ISDN及T1/E1，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為4Mbps；Cat3：適用于10Base-T或100Mbps的100Base-T4，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps；Cat5：適用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps；Cat5e：既適用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4，支持100MHz的數(shù)據(jù)通信；又適用于1000Mbps的1000Base-TX，支持1000MHz數(shù)據(jù)通信。Cat6：適用于1000Mbps的1000Base-TX，支持高達1000Mbps的數(shù)據(jù)通信。Cat6a：傳輸帶寬介于六類和七類之間，傳輸頻率為500MHz，傳輸速度為10Gbps。Cat7：傳輸頻率為600MHz，傳輸速度為10Gbps。雙絞線的類別雙絞線針對應用場合的不同，可分為：直通線和交叉線。直通線：也稱直連線，是指雙絞線兩端線序都為568A或568B，用于連接不同類型的接口。交叉線：雙絞線一端線序為568A，另一端線序為568B，用于連接同種類型的接口。雙絞線的類別光纖是光導纖維電纜的簡稱，又稱光纜?；诠獾娜瓷湓碇圃?。在折射率較高的光傳輸層（纖芯）之外加上折射率較低的包裹層。這是光纖及連接器實物圖。光纖數(shù)據(jù)傳輸速率高：可高達10Gbps；傳輸距離遠：光纖信號的損耗或衰減非常小，在不使用中繼器放大的情況下，單模光纖可傳輸100公里，多模光纖可達2公里；傳輸質量高：不受電磁干擾和內(nèi)外噪聲的影響，能在長距離、高速率的傳輸中保持非常低的誤碼率，小于10-10（而雙絞線在10-6至10-5之間，同軸電纜在10-9至10-7)，保密性強。線纜成本高，且連接較復雜；適用于長距離的傳輸和網(wǎng)絡主干線路，也被用于有危險、高壓或容易泄露信號的惡劣環(huán)境。光纖的特點根據(jù)使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖和單模光纖兩大類。多模光纖：采用發(fā)光二極管LED作為光源，光的定向性較差。多模光纖的纖芯直徑較大，一般為50μm至100μm，以多光線模式傳播信號。單模光纖：采用注入式激光二極管ILD作為光源，激光的定向性強。單模光纖的芯線直徑較小，一般為9或10μm，以單光線模式傳播信號。單模光纖的傳輸速度率較高，傳輸距離遠，但由于纖芯很細，所以制造成本較高。一般情況下，在室內(nèi)環(huán)境可選用多模光纖，而在室外環(huán)境則需要采用單模光纖。光纖的分類與規(guī)格無線傳輸不需要使用有形的傳輸介質，直接在自由空間進行電磁波的發(fā)送與接收。無線傳輸信號可以是電磁波的任意形式。目前在無線通信中常用的載體有紅外線、微波、衛(wèi)星微波等。無線傳輸介質無線介質的優(yōu)點：移動、方便、隨時隨地的上網(wǎng)無線介質的弱點：易受干擾保密性和安全性差無線傳輸介質的特點要考慮多種因素，包括技術和非技術的因素。工程問題：網(wǎng)絡的通信流量（傳輸容量）網(wǎng)絡的傳輸距離（介質類型）擬用的網(wǎng)絡技術（拓撲結構/連接方式）可靠性和安全性（介質類型）地理和環(huán)境因素（介質類型）建設與維護（價格與成本）傳輸介質的選擇計算機網(wǎng)絡原理第2章構建小型局域網(wǎng)本章以構建小型局域網(wǎng)為目標，重點介紹數(shù)據(jù)通信基礎、局域網(wǎng)常用的傳輸介質以及硬件設備、局域網(wǎng)協(xié)議標準、IP地址的作用以及分類等知識點，使學生對小型局域網(wǎng)有全面的認識并能夠組建小型局域網(wǎng)。本章主要內(nèi)容第2章構建小型局域網(wǎng)2.2局域網(wǎng)硬件設備

傳輸介質網(wǎng)絡適配器局域網(wǎng)連接設備2.2.2網(wǎng)絡適配器計算機與外界局域網(wǎng)主要通過主機內(nèi)的網(wǎng)絡適配器（networkadapter）連接，也稱為網(wǎng)絡接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），簡稱為“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡用于實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計算機和網(wǎng)絡傳輸介質之間的物理連接。選購網(wǎng)卡時需考慮的因素：網(wǎng)絡類型：以太網(wǎng)系列、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI和無線局域網(wǎng)等傳輸速率：10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps等總線類型：要與計算機中總線類型一致，計算機中常見的總線插槽類型有：PCI、USB等網(wǎng)卡支持的介質接口：RJ-45、BNC和SC等價格與品牌：intel、TP-LINK計算機主要通過網(wǎng)卡接入計算機網(wǎng)絡。網(wǎng)卡工作在OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的大部分功能，包括：網(wǎng)卡與網(wǎng)絡傳輸介質的物理連接介質訪問控制數(shù)據(jù)幀的封裝與解封幀的發(fā)送與接收錯誤校驗數(shù)據(jù)信號的編/解碼數(shù)據(jù)串/并行轉換網(wǎng)卡就像一個裝卸貨的小碼頭，負責計算機和網(wǎng)絡傳輸介質之間的數(shù)據(jù)收發(fā)工作。網(wǎng)卡的功能每一塊網(wǎng)卡在出廠時均獲得一個唯一的地址，稱為網(wǎng)卡地址。網(wǎng)卡地址有許多別名：物理地址/硬件地址/MAC地址MAC地址的長度為48位的二進制數(shù)，采用十六進制數(shù)表示。前24bit代表廠商標識，后24bit為產(chǎn)品的序列號。可使用ipconfig/all命令查看。網(wǎng)卡地址局域網(wǎng)一般由服務器、用戶工作站和連接設備等組成。局域網(wǎng)連接設備主要包括：中繼器、集線器網(wǎng)橋、交換機2.2.3局域網(wǎng)連接設備物理層網(wǎng)絡互連設備，集線器又稱多端口中繼器。物理對網(wǎng)絡進行擴展：網(wǎng)絡段傳輸超出網(wǎng)絡拓撲結構/網(wǎng)絡傳輸介質決定的最大傳輸距離時，起中繼、放大及整形作用，將其按原方向重新發(fā)送。網(wǎng)絡擴展是以沖突域的增加和因此造成的網(wǎng)絡性能下降為代價。中繼器/集線器5個網(wǎng)絡端4個中繼器（或集線器）3個網(wǎng)段為主機網(wǎng)段2個網(wǎng)段為連接網(wǎng)段1個沖突域中繼器/集線器使用的5-4-3-2-1規(guī)則一個端口收到數(shù)據(jù)，向所有除接收端口之外所有端口發(fā)送，這叫blooding，洪泛。集線器不具備過濾功能數(shù)據(jù)鏈路層上的網(wǎng)絡互連設備，交換機又稱多端口網(wǎng)橋。依據(jù)第二層地址進行網(wǎng)絡流量過濾，忽略關于本地網(wǎng)絡的所有流量，轉發(fā)目標地址不在本地的數(shù)據(jù)流量。具有物理上擴展網(wǎng)絡，邏輯上劃分網(wǎng)絡的功能。網(wǎng)橋/交換機可以分割沖突域，發(fā)生沖突的概率小，性能提高。網(wǎng)橋/交換機具有流量過濾功能相同點：多端口集中器物理上擴展網(wǎng)絡不同點集線器為物理層設備，只關注原始比特流的傳送，不具備流量過濾功能和網(wǎng)絡邏輯劃分功能。交換機為數(shù)據(jù)鏈路層設備，基于MAC地址在不同網(wǎng)段間進行流量過濾，從而具有邏輯分段功能。集線器只能實現(xiàn)半雙工傳送，而交換機可支持全雙工傳送。集線器提供共享帶寬，交換機提供專用帶寬如：24口100M集線器，每個端口帶寬100/24M24口100M交換機，每個端口帶寬100M交換機與集線器的比較計算機網(wǎng)絡原理第2章構建小型局域網(wǎng)本章以構建小型局域網(wǎng)為目標，重點介紹數(shù)據(jù)通信基礎、局域網(wǎng)常用的傳輸介質以及硬件設備、局域網(wǎng)協(xié)議標準、IP地址的作用以及分類等知識點，使學生對小型局域網(wǎng)有全面的認識并能夠組建小型局域網(wǎng)。本章主要內(nèi)容第2章構建小型局域網(wǎng)2.3局域網(wǎng)標準

局域網(wǎng)概述以太網(wǎng)技術CSMA/CD介質訪問技術本節(jié)教學要求了解局域網(wǎng)特點理解以太網(wǎng)體系技術掌握以太網(wǎng)介質訪問控制的原理理解CSMA/CD的工作過程本節(jié)教學重點難點教學重點：CSMA/CD的工作過程教學難點：以太網(wǎng)系列技術介質訪問控制2.3.1局域網(wǎng)概述地理覆蓋范圍小通常不超過幾十公里，甚至只在一幢建筑或一個房間內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸速率高：最高可達100Gbps通信質量高：不易出錯，誤碼率低。支持多種傳輸介質：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線介質成本低、安裝、擴充及維護方便。通常屬于某個部門、企業(yè)或單位所有為了促進局域網(wǎng)產(chǎn)品的標準化，美國電氣和電子工程師學會IEEE802委員會從1980年2月開始為局域網(wǎng)制訂了一系列標準，并將802標準定為局域網(wǎng)國際標準。IEEE802制定了以太網(wǎng)（IEEE802.3）和令牌環(huán)（IEEE802.5）、令牌總線（IEEE802.4）、無線網(wǎng)絡（IEEE802.11）等一系列局域網(wǎng)標準，它們都涵蓋了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。2.3.2以太網(wǎng)技術以太網(wǎng)MAC幀物理層數(shù)據(jù)鏈路層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入網(wǎng)絡層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報MAC幀以太網(wǎng)幀格式以太網(wǎng)MAC幀物理層數(shù)據(jù)鏈路層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入網(wǎng)絡層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報MAC幀以太網(wǎng)幀格式在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個字段共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報目的地址字段6字節(jié)物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層源地址字段6字節(jié)MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層類型字段2字節(jié)類型字段用來標志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)字段46~1500

字節(jié)當數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，應在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長不小于64字節(jié)。MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層檢測該幀是否出現(xiàn)差錯，4

字節(jié)傳統(tǒng)以太網(wǎng)10Base-210Base-510Base-T快速以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)萬兆位以太網(wǎng)40G/100G以太網(wǎng)以太網(wǎng)家族10Base-2稱為細纜以太網(wǎng)，為降低安裝10Base-5的成本和復雜性而設計，又稱廉價以太網(wǎng)?？偩€拓撲，采用細同軸電纜作為傳輸介質。網(wǎng)段最大長度為185米，約200米?；鶐В˙ase）傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps?？刹捎弥欣^器進行網(wǎng)段的擴展，要遵循中繼器5-4-3-2-1規(guī)則。10Base-2技術要點10Base-5稱為標準以太網(wǎng)，又稱粗纜以太網(wǎng)?？偩€拓撲，采用粗同軸電纜作為傳輸介質，各節(jié)點通過收發(fā)器與總線相連；總線兩端需提供終結電阻。網(wǎng)段最大長度為500米。基帶傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps?？刹捎弥欣^器進行網(wǎng)段的擴展，也要遵循中繼器5-4-3-2-1規(guī)則。10Base-5技術要點10Base-T是指采用UTP線纜進行組網(wǎng)的以太網(wǎng)。采用星型拓撲為基本拓撲（注：一大突破），星型拓撲的中心為集線器。采用RJ-45標準接口。網(wǎng)段最大長度為100米，最大節(jié)點數(shù)由集線器的端口數(shù)決定，各端口共享帶寬?；鶐鬏敚瑪?shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps?？刹捎萌舾蓚€中繼器或Hub進行網(wǎng)段的擴展，要遵循中繼器與Hub的5-4-3-2-1規(guī)則。10Base-T技術要點以集線器為中心的以太網(wǎng)，當連網(wǎng)的計算機數(shù)量增長時，每個主機獲得的帶寬急劇減少，不能滿足某些帶寬要求較高的應用。以集線器擴展的網(wǎng)絡，仍為一個沖突域，當節(jié)點數(shù)目增大時，沖突域也隨之增長，重負荷下可能導致網(wǎng)絡癱瘓。為解決共享式以太網(wǎng)所存在的上述問題，交換式以太網(wǎng)應運而生。共享式以太網(wǎng)存在的問題采用交換機為以太網(wǎng)中心交換機的每個端口具有專用的帶寬，常見的端口數(shù)有16、24、48或更多。支持星型拓撲或擴展星型拓撲。改變了集線器的半雙工工作模式，既可支持半雙工，也可支持全雙工傳送。以太網(wǎng)發(fā)展史上的另一個里程碑。交換式以太網(wǎng)還減少了沖突域的大小。交換式以太網(wǎng)由10Base-T以太網(wǎng)發(fā)展而來，主要解決網(wǎng)絡帶寬在局域網(wǎng)絡應用中的瓶頸問題。數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps快速以太網(wǎng)協(xié)議標準為IEEE802.3U（1995年頒布）與10Base-T一樣，可支持共享式與交換式兩種使用環(huán)境。支持四種物理層標準：100Base-T4、100Base-T2、100Base-TX、100Base-FX。快速以太網(wǎng)100Base-T在共享式的快速以太網(wǎng)中，集線器所提供的100M帶寬仍為所有的端口共享；只支持半雙工傳送。采用CSMA/CD協(xié)議解決沖突和競爭問題?？焖僖蕴W(wǎng)100Base-T在交換式的快速以太網(wǎng)中，交換機為每個端口提供專用的100M帶寬，且支持全雙工傳送。不存在沖突和競爭問題。交換機端口的帶寬可以根據(jù)需要自動調(diào)整成10M或100M。傳統(tǒng)以太網(wǎng)向快速以太網(wǎng)遷移需求背景：高帶寬應用與高速局域網(wǎng)主干對以太網(wǎng)技術的再次擴展，數(shù)據(jù)傳輸速率提高至1000Mbps即1Gbps，也稱吉比特以太網(wǎng)。標準包括支持光纖傳輸?shù)腎EEE802.3Z和支持銅纜傳輸?shù)腎EEE802.3ab。千兆以太網(wǎng)概述在MAC子層采用與以太網(wǎng)相同的幀結構，最小幀長為64字節(jié)，最大幀為1518字節(jié)。保留傳統(tǒng)以太網(wǎng)的流量控制和鏈路管理方式。支持全雙工與半雙工兩種介質訪問方式。向下與傳統(tǒng)以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)完全兼容。在千兆以太網(wǎng)的物理層，定義了四個物理層標準。1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-CX、1000Base-T。支持星型拓撲。千兆以太網(wǎng)的技術特點需求背景：帶寬、傳輸距離及適用范圍能否有所突破以適應高帶寬應用的需求？2002年正式發(fā)布802.3ae10GE標準。再度擴展了以太網(wǎng)的帶寬和傳輸距離。使以太網(wǎng)從局域網(wǎng)領域向城域網(wǎng)領域滲透。萬兆以太網(wǎng)概述物理層只支持光纖作為傳輸介質。物理層包括四個協(xié)議標準：10GBASE-X、10GBASE-R、10GBASE-W、10GBASE-T。只支持全雙工方式，不再采用CSMA/CD機制。繼承了802.3以太網(wǎng)的幀格式和最大/最小幀長度，從而能充分兼容已有的以太網(wǎng)技術。萬兆以太網(wǎng)的技術特點計算機網(wǎng)絡原理第2章構建小型局域網(wǎng)本章以構建小型局域網(wǎng)為目標，重點介紹數(shù)據(jù)通信基礎、局域網(wǎng)常用的傳輸介質以及硬件設備、局域網(wǎng)協(xié)議標準、IP地址的作用以及分類等知識點，使學生對小型局域網(wǎng)有全面的認識并能夠組建小型局域網(wǎng)。本章主要內(nèi)容第2章構建小型局域網(wǎng)2.3局域網(wǎng)標準

局域網(wǎng)概述以太網(wǎng)技術CSMA/CD介質訪問技術共享網(wǎng)絡環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡環(huán)境是指網(wǎng)絡上的所有的設備通過一條公用的信道來傳輸數(shù)據(jù)，又稱廣播網(wǎng)絡。當同一時刻這些設備中的多個節(jié)點試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生沖突（collision）。沖突會使其所涉及的各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生失敗。通常將可能發(fā)生沖突的所有設備和與之相關的共享介質稱為一個沖突域（collisiondomain）。介質訪問控制：解決共享或廣播網(wǎng)絡中，當信道的使用產(chǎn)生競爭時，如何分配信道的使用權。在局域網(wǎng)中，特從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質訪問控制子層，用以完成信道分配或介質訪問控制功能。使網(wǎng)絡有更高的工作效率、可靠性和可擴展性。局域網(wǎng)介質訪問控制爭用型介質訪問控制協(xié)議又稱隨機型的介質訪問控制協(xié)議如CSMA/CD和CSMA/CA方式確定型介質訪問控制協(xié)議又稱有序的訪問控制協(xié)議如Token（令牌）方式介質訪問控制類型帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問是以太網(wǎng)中所采用的介質訪問控制方法CSMA/CD包括了CS、MA、CD、沖突退避等機制CSMA/CD載波偵聽“CS”是指網(wǎng)絡中的各個站點都具備一種對總線上所傳輸?shù)男盘柣蜉d波進行監(jiān)測的功能；多路訪問“MA”是指當總線上的一個站點占用總線發(fā)送信號時，所有連接到同一總線上的其他站點都可以通過各自的接收器收聽。CSMA的基本原理為先聽后發(fā)發(fā)送節(jié)點如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)幀，首先偵聽共享信道上是否為忙狀態(tài)，如果信道忙，則發(fā)送節(jié)點需等待；如果信道空閑，發(fā)送節(jié)點可發(fā)送數(shù)據(jù)幀。CSMA一種可能是總線上兩個或兩個以上的節(jié)點同時開始偵聽信道發(fā)現(xiàn)信道為空閑，然后它們同時發(fā)送了數(shù)據(jù)幀，這時會產(chǎn)生沖突。另一種可能就是一個較遠的節(jié)點已經(jīng)發(fā)送了數(shù)據(jù)幀，但由于信號在介質上傳輸?shù)难訒r，使得信號在未到達目的地時，另一個節(jié)點沒偵聽到該信號，剛好發(fā)送了數(shù)據(jù)，也會產(chǎn)生沖突。沖突發(fā)生的可能原因節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時，偵聽信道上的信號，判斷是否發(fā)生沖突。（邊發(fā)邊聽）如果一旦發(fā)現(xiàn)了沖突，則發(fā)送32比特長度的沖突加強信號，通知連接到該信道的所有節(jié)點產(chǎn)生了沖突，并停止傳輸。（沖突停止）但是數(shù)據(jù)還是要發(fā)送出去啊，怎么辦，采用二進制指數(shù)后退算法，隨機延遲后重發(fā)。（延遲重發(fā)）沖突檢測“CD”歸納為：先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)CSMA/CD工作原理又稱令牌（Token）傳遞機制或許可證法；令牌是一種特殊的控制幀，用來控制各個節(jié)點介質訪問權限。令牌在環(huán)中沿固定方向逐站傳送，只有獲得令牌的節(jié)點才能啟動幀的發(fā)送。令牌訪問控制CSMA/CD爭用型介質訪問控制協(xié)議簡單，易于實現(xiàn)不適合實時通信，無優(yōu)先級適于低負載環(huán)境，重負荷時，沖突增加IEEE802.3標準兩種介質訪問控制方式的比較Token確定型介質訪問控制協(xié)議復雜，需維護環(huán)適合實時通信，支持優(yōu)先級適于重負載環(huán)境，在重負載時，有良好的延遲特性和吞吐率IEEE802.5標準計算機網(wǎng)絡原理第2章構建小型局域網(wǎng)本章以構建小型局域網(wǎng)為目標，重點介紹數(shù)據(jù)通信基礎、局域網(wǎng)常用的傳輸介質以及硬件設備、局域網(wǎng)協(xié)議標準、IP地址的作用以及分類等知識點，使學生對小型局域網(wǎng)有全面的認識并能夠組建小型局域網(wǎng)。本章主要內(nèi)容第2章構建小型局域網(wǎng)2.4IP地址

IP地址的作用IP地址的組成IP地址的分類本節(jié)教學要求掌握IP地址的作用掌握IP地址的組成掌握IP地址的分類教學重點IP地址的作用、組成及分類教學難點邏輯地址與物理地址的區(qū)別本節(jié)教學重點難點IP地址的作用TCP/IP的網(wǎng)絡層用以標識網(wǎng)絡主機的邏輯地址。指定主機到互聯(lián)網(wǎng)的一個連接。與互聯(lián)網(wǎng)有多個物理連接的計算機具有多個IP地址。第二層地址是物理地址；采用靜態(tài)的編址模式：固化在網(wǎng)卡的硬件結構中，如MAC地址。不隨主機或設備的移動而改變。無法實現(xiàn)跨網(wǎng)絡的主機尋址。物理地址與邏輯地址第三層地址是邏輯地址；可配置的編址模式：隨著設備所處網(wǎng)絡位置不同而變化的。設備移動時，IP地址需要進行相應的改變?？蓪崿F(xiàn)跨網(wǎng)絡的源到目標的主機尋址。IP地址的組成IPv4版本：IP地址的長度為32位二進制數(shù)網(wǎng)絡號netid標識該主機所在的網(wǎng)絡主機號hostid標識該主機在相應網(wǎng)絡中的序號采用點分十進制表示法。32位二進制位，在形式上表示為4個8位組（Octet）；每一個8位組用一個十進制數(shù)表示，中間用圓點隔開。IP地址的表示形式對每一個8位組，從左到右的每一位，分別對應于：128，64，32，16，8，4，2，18位組的最小值為二進制數(shù)“00000000”，相當于十進制數(shù)“0”8位組的最大值為二進制數(shù)“11111111”，相當于十進制數(shù)“255”IP地址中的數(shù)制轉換00000000012810000000192110000002241110000024011110000248111110002521111110025411111110255111111112551111111112701111111630011111131000111111500001111700000111300000011100000001000000000IP地址中的數(shù)制轉換IP地址被分為A、B、C、D和E五類。A、B、C類被作為普通的主機地址；D類用于提供網(wǎng)絡組播服務；E類保留給實驗和未來擴充使用。IP地址的分類第一個8位組中的首位取值為“0”第一個8位組表示網(wǎng)絡號，后三個8位組表示主機號一共有27-2個A類網(wǎng)絡；每個網(wǎng)絡中至多有224-2即16,777,214個主機第一個8位組地址范圍（二進制）：00000000-01111111即十進制0-127（排除0和127，即1-126）A類地址B類地址第一個8位組中的前兩位為“10”前兩個8位組表示網(wǎng)絡號，后兩個8位組表示主機號一共有214個B類網(wǎng)絡；每個網(wǎng)絡中至多有216-2即65534個主機第一個8位組地址范圍（二進制）：10000000-10111111即十進制128-191C類地址第一個8位組中的前三位為“110”前三個8位組表示網(wǎng)絡標識，后一個8位組表示主機號一共有221=2097152個C類網(wǎng)絡；每個網(wǎng)絡中至多有28-2即254個主機第一個八位組地址范圍（二進制）：11000000-11011111即十進制192-223D類地址和E類地址D類地址：多播地址，第一個8位組中的前四位取值為“1110”。第一個八位組取值范圍為224-239。E類地址：留待后用，第一個8位組中的前五位取值為“11110”。第一個八位組取值范圍為240-247。IP地址分類，既能適應不同的網(wǎng)絡規(guī)模又具有一定的靈活性。常用的A、B、C3類IP地址可以容納的網(wǎng)絡數(shù)和主機數(shù)總結如下表所示：IP地址分類的優(yōu)越性特殊的IP地址之一：網(wǎng)絡地址具有一個有效的網(wǎng)絡號和一個全“0”的主機號，代表一個特定的網(wǎng)絡。例如：113.0.0.0代表一個A類網(wǎng)絡128.100.0.0代表一個B類網(wǎng)絡202.93.120.0代表一個C類網(wǎng)絡IP地址為4的主機所處的網(wǎng)絡為，主機號為44。具有相同網(wǎng)絡號的主機被認為位于同一個網(wǎng)絡中，可以直接相互通信；具有不同網(wǎng)絡標識的主機不能直接相互通信。特殊的IP地址之二：廣播地址廣播地址被用于給網(wǎng)絡中的所有主機發(fā)送相同的數(shù)據(jù)。具有正常的網(wǎng)絡號，主機號部分為全“1”的IP地址代表一個在指定網(wǎng)絡中的廣播，也稱為直接廣播地址。113.255.255.255：A類網(wǎng)絡中的廣播170.22.255.255：B類網(wǎng)絡中的廣播210.33.36.255：C類網(wǎng)絡中的廣播55是有限廣播地址特殊的IP地址之三：回送地址網(wǎng)絡號為127、主機為任意值的地址被稱為回送地址。用于向自身發(fā)送通信。用于網(wǎng)絡軟件測試以及本地進程之間的網(wǎng)絡通信。舉例：ping測試本地IP組件能否正常工作以回送地址為目標地址的分組不會被傳送到網(wǎng)絡上。特殊的IP地址之四：私有地址保留作為實現(xiàn)內(nèi)部IP網(wǎng)絡時所使用的地址資源。-55-55-55根據(jù)IP地址在互連網(wǎng)絡環(huán)境中具有全局唯一性的約定，所有以私有地址為目標地址的IP數(shù)據(jù)包都不能被路由至外面的因特網(wǎng)上。以私有地址作為邏輯標識的主機若要訪問外面的因特網(wǎng)，須采用網(wǎng)絡地址翻譯（networkaddresstranslation，簡稱NAT）或應用代理（proxy）方式。使用私有地址的內(nèi)部網(wǎng)絡示例在每個內(nèi)部網(wǎng)絡中，仍然必須設計網(wǎng)絡地址分配方案，以確保網(wǎng)絡中的主機與接口的IP地址在所在網(wǎng)絡中具有唯一性。計算機網(wǎng)絡原理第3章構建中型網(wǎng)絡本章以組建中型局域網(wǎng)為目標，要求學生對中型網(wǎng)絡有較全面的認識，了解沖突域和廣播域的概念、虛擬局域網(wǎng)的概念和作用、生成樹協(xié)議防止網(wǎng)絡廣播風暴的方法，熟悉交換機的工作原理，掌握交換機的配置。本章主要內(nèi)容第3章構建中型網(wǎng)絡3.1交換機

交換機基本功能交換機工作原理

沖突域與廣播域生成樹協(xié)議理解交換機的基本功能掌握交換機的工作原理理解沖突域與廣播域理解生成樹協(xié)議的作用及工作過程本節(jié)教學要求重點交換機的工作原理本節(jié)教學重點難點交換機的功能工作在數(shù)據(jù)鏈路層的一種網(wǎng)絡互連設備，可以實現(xiàn)兩個或多個局域網(wǎng)的互聯(lián)。主要功能包括：地址學習：交換機根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機端口的映射關系，并將其寫入MAC地址與端口對應表（該表簡稱為MAC地址表）中。轉發(fā)/過濾：交換機根據(jù)目的MAC地址，通過查看MAC地址表，決定轉發(fā)還是過濾。消除回路：當交換機網(wǎng)絡中存在冗余回路時，以太交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。每當端口收到一個幀時，提取該幀的目的MAC地址；若為廣播幀，則向接收接口外的所有其他端口轉發(fā)。若目標地址為單播地址，則與MAC地址表進行匹配。若找到相對應的項，則按該項所提示的端口將幀轉發(fā)出去；若所提示端口等于接收端口，則不轉發(fā)并丟棄該幀；若不存在匹配的項，則向除接收端口外的所有其他端口轉發(fā)。交換機的工作原理MAC地址表的構建與維護手工配置地址：網(wǎng)絡管理員將MAC地址與端口號對應關系一一添進去，不靈活。動態(tài)地址學習：動態(tài)地址表項，存在老化時間。每從端口接收一個幀時，就檢查該幀中的源MAC地址；若MAC地址表數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有關于該項的記錄，則更新該項的時間戳；否則，建立一個新的記錄。MAC地址表中的地址存在老化時間，若在老化時間內(nèi)某地址項未被更新過，則該地址會從表中被移去。老化時間是可以進行調(diào)整的，即可配置的。交換機的每一個端口所連接的網(wǎng)段都是一個獨立的沖突域。交換機所連接的設備仍然在同一個廣播域內(nèi)，也就是說，交換機不隔絕廣播（惟一的例外是在配有VLAN的環(huán)境中）。交換機基于MAC地址進行轉發(fā)，因此說交換機是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡設備。交換機的特性沖突域——是連接在同一導線上的所有工作站的集合，或者說是同一物理網(wǎng)段上所有節(jié)點的集合或以太網(wǎng)上競爭同一帶寬的節(jié)點的集合。這個域代表了沖突在其中發(fā)生并傳播的區(qū)域，這個區(qū)域可以被認為是共享段。用集線器或中繼器連接的所有節(jié)點被認為是在同一個沖突域內(nèi)；而第二層設備（如網(wǎng)橋、交換機）和第三層設備（如路由器、三層交換機）都可以隔離沖突域。廣播域——是能夠接收同一個廣播消息的節(jié)點的集合。在該集合中，當任何一個節(jié)點傳輸一個廣播信息時，處于該廣播域的所有節(jié)點都能收到該廣播信息。