《计算机网络技术基础》课件第9章.ppt
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1、第九章第九章 局域网的系统组成局域网的系统组成9.1 局域网系统结构9.2 基本软硬件配置9.3 局域网组网及综合布线标准规范本章小结习题9.1 局域网系统结构局域网系统结构9.1.1 工作站工作站/文件服务器系统文件服务器系统 工作站/文件服务器(WS/FS)系统是早期局域网中数量最多、应用最普遍的共享文件工作方式。它是将若干台微机工作站与一台或多台服务器通过通信线路连接起来的系统,其目的是各工作站共享文件服务器上的文件、数据和设备等资源,并实现相互通信,它不需主机系统那样大的投资,距离也可扩展。3COM以太网是这种结构的典型代表之一。9.1.2 客户机客户机/服务器系统服务器系统 客户机/
2、服务器系统(Client/Server System,C/S系统)是Internet中最重要的应用技术之一,是一类按应用模式运行的分布式计算机系统。在C/S系统中,能为应用提供服务(如文件服务、打印服务、拷贝服务、图像服务、通信管理服务等)的计算机或处理器,当其被请求服务时就成为服务器。一台计算机可能提供多种服务,一种服务也可能要由多台计算机组合完成。与服务器相对,提出服务请求的计算机或处理器在当时就是客户机。9.1.3 对等网络系统对等网络系统 1.对等网的特点对等网的特点几乎在客户机/服务器系统出现的同时,出现了另外一种令人瞩目的网络体系结构对等(peer to peer)网。对等网也称工
3、作组网,对等网主要有如下特点:(1)网络用户较少,一般在20台计算机以内,适合人员少、应用网络较多的中小企业。(2)网络用户都处于同一区域。(3)对于网络来说,网络安全不是最重要的问题。2.对等网的结构对等网的结构虽然对等网结构比较简单,但根据具体的应用环境和需求,对等网也因其规模和传输介质类型的不同,有多种实现方式(1)两台主机的对等网:这种对等网的组建方式比较多,在传输介质方面既可以采用双绞线,也可以使用同轴电缆,还可采用串、并行电缆。(2)三台主机的对等网:如果网络所连接的计算机不是两台,而是三台,就不能采用串、并行电缆连接了,必须采用双绞线或同轴电缆作为传输介质,而且网卡是不能少的。(
4、3)多于三台主机的对等网:多于三台计算机的对等网组建方式只能有两种:一种是采用集线设备(集线器或交换机)组成星型网络;另一种是用同轴电缆直接串连。9.2 基本软硬件配置基本软硬件配置9.2.1 局域网的硬件组成局域网的硬件组成 1.集线器集线器集线器(HUB)是对网络进行集中管理的最小单元,像树的主干一样,它是各分枝的汇集点。HUB是一个共享设备,其实质是一个中继器,而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大,以扩大网络的传输距离。与网卡一样,目前市面上的HUB基本由美国品牌和台湾品牌占据。其中高档HUB主要由美国品牌占领,如3COM,Intel等;台湾的D-LINK和ACCTON占有了中
5、低端HUB的主要市场份额。常用集线器的外形如图9-1所示。图9-1 常用的集线器外形2.交换机交换机1)交换机的工作原理交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有端口都挂接在这条背部总线上,控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在,则由交换机广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学习”新的地址,并把它添加到内部MAC地址表中。总之,交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址,
6、并把其存放在内部地址表中,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。图9-2是常见的以太网交换机外形。图9-2 以太网交换机外形2)交换机的交换方式(1)直通式。直通方式的以太网交换机可以理解为各端口间纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。由于不需要存储,因此具有延迟非常小、交换非常快的优点。直通方式的缺点是:因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有
7、误,不能提供错误检测能力;由于没有缓存,不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通,而且容易丢包。(2)存储转发方式。存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。以太网交换机的控制器先将输入端口的数据包存储起来,然后进行CRC(循环冗余码校验)检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口地址,然后送出数据包。正因如此,存储转发方式在数据处理时延时大,这是它的不足,但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测,有效地改善网络性能。尤其重要的是它支持不同速度端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。(3)碎片隔离方式。这是介于前两者之间的一种解决方案。它在转发前
8、先检查数据包的长度是否够64字节,如果小于64字节,说明是假包,则丢弃该包;如果大于64字节,则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢。3)几种交换技术(1)端口交换。端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域),不用网桥或路由器连接,网络之间是互不相通的。以太主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上,端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端口交换还可细分为以下三种:模块交换:将整个模块进行网段迁移;端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口
9、允许进行网段迁移;端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度上进行容错,但没有改变共享传输介质的特点,因而未能称之为真正的交换。(2)帧交换。帧交换是目前应用最广的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域,获得高的带宽。一般来讲每个公司产品的实现技术均会有差异,但对网络帧的处理方式一般有以下两种:直通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上;存储转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制。前一种方法的交
10、换速度非常快,但未对网络帧进行更高级的控制,缺乏智能性和安全性,同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此,各厂商把后一种技术作为重点。有的厂商甚至对网络帧进行分解,将帧分解成固定大小的信元,该信元处理极易用硬件实现,处理速度快,同时能够完成高级控制功能(如美国MADGE公司的LET集线器)如优先级控制。(3)信元交换。ATM技术采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定,因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接,并行运行,可以通过一个交换机同时建立多个节点,但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还允许在源节点和目标节点间建立多个虚拟链接,以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用
11、了异步时分多路复用技术,因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25 Mb/s、155 Mb/s、622 Mb/s甚至数Gb/s的传输能力。但随着万兆以太网的出现,曾经代表网络和通讯技术发展未来方向的ATM技术开始逐渐失去存在的意义。4)二层交换机、三层交换机及四层交换机(1)二层交换。二层交换技术的发展比较成熟,二层交换机属数据链路层设备,可以识别数据包中的MAC地址信息,根据MAC地址进行转发,并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下:当交换机从某个端口收到一个数据包时,它先读取包头中的源MAC地址,从而得知源MAC地址的机器是连在哪个端口上的
12、;读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口;如果表中有与该目的MAC地址对应的端口,把数据包直接复制到该端口上;如果表中找不到相应的端口,则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应时,交换机又可以记录这一目的MAC地址与哪个端口对应,下次传送数据时就不需要再对所有端口进行广播了。不断循环这一过程,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的。(2)三层交换。下面先通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。例如主机A要给B发送数据,已知目的IP,那么A就用子网掩码取得网络地址,判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段,但不知
13、道转发数据所需的MAC地址,A就发送一个ARP请求,B返回其MAC地址,A用此MAC封装数据包并发送给交换机,交换机启用二层交换模块,查找MAC地址表,将数据包转发到相应的端口。如果目的IP地址显示不是同一网段的,那么A要实现和B的通讯,在流缓存条目中没有对应MAC地址条目,就将第一个正常数据包发向一个缺省网关,这个缺省网关一般在操作系统中已经设好,对应第三层路由模块,所以对于不是同一子网的数据,最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址;然后就由三层模块接收到此数据包,查询路由表以确定到达B的路由,将构造一个新的帧头,其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址,以主机B的MAC地址为目的MAC
14、地址。以上是三层交换机工作过程的简单概括,可以看出三层交换的特点:由硬件结合实现数据的高速转发。这不是简单的二层交换机和路由器的叠加,三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上,突破了传统路由器的接口速率限制,速率可达几十吉位每秒。简洁的路由软件使路由过程简化。除了必要的路由选择交由路由软件处理外,大部分的数据转发都是由二层模块处理,路由软件大多都是经过处理的高效优化软件,并不是简单照搬路由器中的软件。(3)四层交换。第四层交换可以简单地理解为一种特殊功能,它决定传输数据不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层)应用端口号。第四层交
15、换功能使用虚IP指向物理服务器。它传输的业务、服从的协议多种多样,有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上,需要复杂的载量平衡算法5)交换机的管理方式具有网络管理功能的交换机可以通过以下几种途径进行管理:通过RS-232串行口(或并行口)管理、通过网络浏览器管理和通过网络管理软件管理。(1)通过串口管理。可网管交换机附带了一条串口电缆,供交换机管理使用。先将串口电缆的一端插入交换机的Console端口,另一端插入普通电脑的串口。然后接通交换机和电脑电源。Windows XP和Windows 2000里都提供了“超级终端”程序。打开“超级终端”,设定好连接参
16、数后,就可以通过串口电缆与交换机交互了,支持串口管理的交换机如图9-3所示。这种方式并不占用交换机的带宽,因此称为“带外管理”(Out of Band)。图9-3 支持串口管理的以太网交换机(2)通过Web管理。可网管交换机可以通过Web(网络浏览器)管理,但是必须给交换机指定一个IP地址。这个IP地址除了供管理交换机使用之外,并没有其他用途。在默认状态下,交换机没有IP地址,必须通过串口或其他方式指定一个IP地址之后,才能启用这种管理方式。使用网络浏览器管理交换机时,交换机相当于一台Web服务器,只是网页并不储存在硬盘中,而是在交换机的NVRAM中,通过程序可以把NVRAM中的Web程序升级
17、。当管理员在浏览器中输入交换机的IP地址时,即可进入交换机的Web管理页面,对于管理员来说就像在访问一个网站一样,支持Web管理的交换机如图9-4所示。这种方式占用交换机的带宽,因此称为“带内管理”(In Band)。图9-4 支持Web管理的以太网交换机(3)通过网管软件管理。可网管交换机均遵循SNMP(简单网络管理协议),SNMP是一整套符合国际标准的网络设备管理规范。凡是遵循SNMP的设备均可以通过网管软件来管理。用户只需要在一台网管工作站上安装一套SNMP网络管理软件,就可以很方便地通过局域网管理网络上的交换机、路由器、服务器等,它也是一种带内管理方式。可网管交换机的管理可以通过以上三
18、种方式,究竟采用哪一种方式呢?在交换机初始设置的时候,往往需要通过带外管理;设定好IP地址之后,就可以采用带内管理方式了。带内管理因为管理数据是通过公共使用的局域网传递的,因此可以实现远程管理,然而安全性不强。带外管理是通过串口通信的,数据只在交换机和管理用机之间传递,安全性很强;但是由于串口电缆长度的限制,不能实现远程管理。所以采用哪种方式取决于对网络安全性和可管理性的要求。3.网卡网卡(网络适配器网络适配器)1)网卡的工作原理网卡是工作在物理层的网络组件,是局域网中连接计算机和传输介质的接口,不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配,还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访
19、问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。网卡的主要功能体现在以下三方面:一是对数据的封装与解封,发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部,成为以太网的帧,接收时将以太网的帧剥去首部和尾部,然后送交上一层;其次是链路管理,主要是CSMA/CD(带冲突检测的载波监听多路访问)协议的实现;最后是编码与译码,主要实现曼彻斯特编码与译码。2)选购网卡时考虑的因素是否能正确选用、连接和设置网卡,往往是能否正确连通网络的前提和必要条件。一般来说,在选购网卡时要考虑以下因素:(1)网络类型。现在比较流行的有以太网、令牌环网、FDDI网等,应根据网络的类型来选择相对应的网卡。(2)传输速率。应根据服务器或
20、工作站的带宽需求并结合物理传输介质所能提供的最大传输速率来选择网卡的传输速率。以以太网为例,可选择的速率就有10 Mb/s,10/100 Mb/s,1000 Mb/s,甚至10 Gb/s等多种,但不是速率越高就越合适。例如,为连接在只具备100 Mb/s传输速率的双绞线上的计算机配置1000 Mb/s的网卡就是一种浪费,因为其至多也只能实现100 Mb/s的传输速率。(3)总线类型。计算机中常见的总线插槽类型有ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。在服务器上通常使用PCI或EISA总线的智能型网卡,工作站则采用PCI或ISA总线的普通网卡,笔记本电脑则采用PCMCIA总线的网卡或
21、并行接口的便携式网卡。目前PC机基本上已不再支持ISA连接,所以购买时千万不要选购已经过时的ISA网卡,而应当选购PCI网卡。(4)网卡支持的电缆接口。网卡最终是要与网络进行连接,所以必须有一个接口使网线通过它与其他计算机网络设备连接起来。不同的网络接口适用于不同的网络类型,目前常见的接口主要有以太网的RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口和粗同轴电缆的AUI接口、FDDI接口、ATM接口等。有的网卡为了适用于更广泛的应用环境,提供了两种或多种类型的接口,如RJ-45、BNC接口或AUI接口。3)网卡相关知识(1)判断网络故障的命令。Ping命令Ping命令是测试网络连接状况以及信息包发送和接
22、收状况非常有用的工具,是网络测试最常用的命令。Ping向目标主机(地址)发送一个回送请求数据包,要求目标主机收到请求后给予答复,从而判断网络的响应时间和本机是否与目标主机(地址)连通。如果执行Ping不成功,则可以预测故障出现在以下几个方面:网线故障、网络适配器配置不正确、IP地址不正确。如果执行Ping成功而网络仍无法使用,那么问题很可能出在网络系统的软件配置方面,Ping成功只能保证本机与目标主机间存在一条连通的物理路径。命令格式:Ping IP地址或主机名-t-a-n count-l size 参数含义:-t:不停地向目标主机发送数据;-a:以IP地址格式来显示目标主机的网络地址;-n
23、count:指定要Ping多少次,具体次数由count来指定;-l size:指定发送到目标主机的数据包的大小。Tracert命令。Tracert命令用来显示数据包到达目标主机所经过的路径,并显示到达每个节点的时间。Tracert命令功能同Ping类似,但它所获得的信息要比Ping命令详细得多,它把数据包所走的全部路径、节点的IP以及花费的时间都显示出来。该命令比较适用于大型网络。命令格式:Tracert IP地址或主机名-d-h maximumhops-j host_list-w timeout参数含义:-d:不解析目标主机的名字;-h maximum_hops:指定搜索到目标地址的最大跳跃
24、数;-j host_list:按照主机列表中的地址释放源路由;-w timeout:指定超时时间间隔,程序默认的时间单位是毫秒。Netstat命令。Netstat命令可以帮助网络管理员了解网络的整体使用情况。它可以显示当前正在活动的网络连接的详细信息,例如显示网络连接、路由表和网络接口信息,可以统计目前总共有哪些网络连接正在运行。利用命令参数,Netstat命令可以显示所有协议的使用状态,这些协议包括TCP协议、UDP协议以及IP协议等,另外还可以选择特定的协议并查看其具体信息,还能显示所有主机的端口号以及当前主机的详细路由信息。命令格式:Netstat-r-s-n-a参数含义:-r:显示本机
25、路由表的内容;-s:显示每个协议的使用状态(包括TCP协议、UDP协议、IP协议);-n:以数字表格形式显示地址和端口;-a:显示所有主机的端口号。Winipcfg命令。Winipcfg命令以窗口的形式显示IP协议的具体配置信息,可以显示网络适配器的物理地址、主机的IP地址、子网掩码以及默认网关等,还可以查看主机名、DNS服务器、节点类型等相关信息。其中网络适配器的物理地址在检测网络错误时非常有用。命令格式:Winipcfg/?/all参数含义:/all:显示所有的有关IP地址的配置信息;/batch file:将命令结果写入指定文件;/renew_ all:重试所有网络适配器;/releas
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