搜索
学习情境一构建小型对等网络项目2小型办公室对等网络的组建项目1双机互连对等网络的组建2.1项目提出刘备最近新开了一家只有10多人的小公司，公司位于某大厦的三层，由于办公自动化的需要，公司购买了10台计算机和一台打印机为了方便资源共享和文件的传递及打印，刘备想组建一个经济实用的小型办公室对等网络，于是刘备请公司副总经理诸葛亮着手组建该网络。2.2项目分析由于公司规模小，只有10台计算机，网络应用并不多，对网络性能要求也不高。于是诸葛亮提出，组建小型共享式对等网就可满足目前公司办公和网络应用的需求。该网络采用星型拓扑结构，用双绞线把各计算机连接到以集线器为核心的中央节点，没有专用的网络服务器，每台计算机既是服务器，又是客户机，这样可节省购买专用服务器的费用。小型共享式对等网结构简单、费用低廉，便于网络维护以及今后的升级，适合小型公司的网络需求。网络硬件连接完成后，还要配置每台计算机的名称、所在的工作组、IP地址和子网掩码等，然后用ping命令测试网络是否正常连通。设置文件共享和打印机共享后，用户之间就可进行的文件访问、传送以及共享打印了。由于集线器是共享总线的，随着网络应用的增多，广播干扰和数据“碰撞”的现象日益严重，网络性能会不断下降。此时，可组建以交换机为中心节点的交换式对等网，进一步提高网络性能。2.3相关知识点2.3.1网络拓扑结构网络拓扑结构是计算机网络的几何图形表示，反映网络中各实体间的结构关系。拓扑结构是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。①星型拓扑结构。在网络中存在一个中心结点控制全网的通信，任何两个结点之间的通信都要经过中心结点。②总线型拓扑结构。所有端用户都连接在同一传输介质(总线)上，利用该公共传输介质以广播的方式发送和接收数据。③环型拓扑结构。传输介质从一个端用户到另一个端用户，直到将所有端用户连成环形。2.3.2局域网常用连接设备局域网一般由服务器、用户工作站和通信设备等组成。通信设备主要是实现物理层和介质访问控制(MAC)子层的功能，在网络结点间提供数据帧的传输，包括中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等。1.3.2计算机网络的功能与分类1．中继器信号在传输介质中传递时，由于传输介质的阻抗会使信号越来越弱，导致信号衰减失真。当网线的长度超过一定限度后，若想再继续传递下去，必须将信号整理放大，恢复成原来的强度和形状。中继器(Repeater)的主要功能就是将收到的信号重新整理，使其恢复到原来的波形和强度，然后继续传递下去，以实现更远距离的信号传输。它工作在OSI参考模型的最底层(物理层)，在以太网中最多可使用四个中继器。2．集线器集线器(Hub)是单一总线共享式设备，提供很多网络接口，负责将网络中多个计算机连在一起，如图所示。所谓共享，是指集线器所有端口共用一条数据总线。用集线器组建的网络在物理上属于星型拓扑结构，在逻辑上属于总线型拓扑结构。3．网桥网桥(Bridge)在数据链路层实现同类网络的互联，它有选择地将数据从某一网段传向另一网段。网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，然而它能提供智能化连接服务，即根据数据帧的目的地址处于哪一网段来进行转发和过滤。网桥对站点所处网段的了解是靠“自学习”实现的。4．交换机交换机(Switch)，也叫交换式集线器，是一种工作在数据链路层上的、基于MAC地址识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机是集线器的升级产品，每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备共同享有该端口的全部带宽。由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口传送至目的端口，而不会向所有端口发送，避免了和其它端口发生冲突，从而提高了传输效率。交换机与集线器的区别：①OSI体系结构上的区别。集线器属于OSI的第一层(物理层)设备，而交换机属于OSI的第二层(数据链路层)设备。②工作方式上的区别。集线器的工作机理是广播，无论是从哪一个端口接收到信息包，都以广播的形式将信息包发送给其余的所有端口，这样很容易产生广播风暴，当网络规模较大时网络性能会受到很大的影响；交换机工作时，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应，不影响其他端口，因此交换机能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生。③带宽占用方式上的区别。集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口在发送或接收数据，其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模式下；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下，而且可以工作在全双工模式下。5．路由器路由器工作在第三层(网络层)，这意味着它可以在多个网络上交换和路由数据包。比起网桥，路由器不但能过滤和分隔网络信息流、连接网络分支，还能访问数据包中更多的信息，并用来提高数据包的传输效率。常见的家用路由器如图所示。6．网关网关通过把信息重新包装来适应不同的网络环境。网关能互连异类的网络，网关从一个网络中读取数据，剥去原网络中的数据协议，然后用目标网络的协议进行重新包装。网关的一个较为常见的用途，是在局域网的微机和小型机或大型机之间作“翻译”，从而连接两个(或多个)异类的网络。网关的典型应用是当作网络专用服务器。2.3.3IEEE802.x体系模型IEEE802参考模型是美国电气电子工程师协会(IEEE)在1980年2月制订的，称为IEEE802标准。这个标准对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层，数据链路层又划分为逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层。MAC子层主要负责处理LAN中各站点对通信介质的争用问题。LLC子层屏蔽各种MAC子层的具体实现细节，具有统一的LLC界面，从而向网络层提供统一的服务。IEEE802为局域网制订了一系列标准，主要有以下几种。IEEE802.1标准：局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互联等IEEE802.2标准：逻辑链路控制(LLC)子层。IEEE802.3标准：带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)。IEEE802.3u标准：100Mbps快速以太网。IEEE802.3z标准：1000Mbps以太网(光纤、同轴电缆)。IEEE802.3ab标准：1000Mbps以太网(双绞线)。IEEE802.3ae标准：10000Mbps以太网。IEEE802.4标准：令牌总线网(TokenBus)。IEEE802.5标准：令牌环网(TokenRing)。IEEE802.6标准：城域网(MAN)。IEEE802.7标准：宽带技术。IEEE802.8标准：光纤分布式数据接口(FDDI)。IEEE802.9标准：综合语音和数据局域网。IEEE802.10标准：局域网安全技术。IEEE802.11标准：无线局域网。IEEE802.12标准：100VG-AnyLAN优先高速局域网(100Mbps)。IEEE802.13标准：有线电视网(Cable-TV)。IEEE802.14标准：有线调制解调器(已废除)。IEEE802.15标准：无线个人区域网络(蓝牙)。IEEE802.16标准：宽带无线MAN标准(WiMAX，微波)。IEEE802.17标准：弹性分组环(RPR)可靠个人接入技术。IEEE802.18标准：宽带无线局域网技术咨询组。IEEE802.19标准：无线共存技术咨询组。IEEE802.20标准：移动宽带无线访问。IEEE802.21标准：符合802标准的网络与非802网络之间的互通。IEEE802.22标准：无线地域性区域网络工作组(WRANs)。以太网使用CSMA/CD作为介质访问控制方法，其协议为IEEE802.3；令牌总线网使用令牌总线作为介质访问控制方法，其协议为IEEE802.4；令牌环网使用令牌环作为介质访问控制方法，其协议为IEEE802.5；FDDI是一种令牌环网，采用双环拓扑，以光纤作为传输介质，传输速度为100Mbps；城域网的标准为IEEE802.6，分布式队列双总线(DQDB)，广播式连接，介质访问控制方法为先进先出(FIFO)。2.3.4介质访问控制方法常见的介质访问控制方法有：CSMA/CD、令牌环和令牌总线。①CSMA/CD。CSMA/CD意为带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法，是一种争用型的介质访问控制协议，它只适用于总线型拓扑结构的LAN，能有效解决总线LAN中介质共享、信道分配和信道冲突等问题。CSMA/CD的工作原理是:发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据；若信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送数据。在发送数据时，边发送边继续侦听，若侦听到冲突，则立即停止发送数据，并向总线上发出一串阻塞信号，通知总线上各站点已发生冲突，使各站点重新开始侦听与竞争信道。已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，再重新进入侦听发送阶段。②令牌环。令牌环(TokenRing)适用于环型拓扑结构的LAN，在令牌环网中有一个令牌(Token)沿着环形总线在入网节点计算机间依次传递令牌实际上是一个特殊格式的控制帧，本身并不包含信息，仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时，令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧，因此不会发生“碰撞”。由于令牌在网环上是按顺序依次单向传递的，因此对所有入网计算机而言，访问权是公平的。③令牌总线。令牌总线类似于令牌环，但其采用总线型拓扑结构。令牌总线是在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权，形成闭合的逻辑环路。2.3.5以太网1976年7月，Bob在ALOHA网络的基础上，提出总线型局域网的设计思想，并提出冲突检测、载波侦听与随机后退延迟算法，将这种局域网命名为以太网(Ethernet)。以太网的核心技术是介质访问控制方法CSMA/CD，它解决了多结点共享公用总线的问题。每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据，目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧。1．Ethernet地址为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器(网卡)分配一个全球唯一的通信地址，即Ethernet地址或称为网卡的物理地址、MAC地址。Ethernet地址长度为48比特，共6个字节，如00-0D-88-47-58-2C，其中，前3个字节为IEEE分配给厂商的厂商代码(00-0D-88)，后3个字节为厂商自己设置的网络适配器编号(47-58-2C)。2．以太网的帧格式以太网的帧是数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧(成帧)。以太网的帧长度是64～1518字节(不算8字节的前导字)。以太网的帧格式有多种，在每种格式的帧开始处都有64比特(8字节)的前导字符，其中前7个字节为前同步码(7个10101010)，第8个字节为帧起始标志(10101011)。图2-7所示为EthernetⅡ的帧格式(未包括前导字符)。3．10Mbps标准以太网以前，以太网只有10Mbps的吞吐量，采用CSMA/CD的介质访问控制方法和曼彻斯特编码，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在IEEE802.3标准中，为不同的传输介质制订了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m)，Base表示“基带”的意思。在局域网发展历史中，10Base-T技术是现代以太网技术发展的里程碑。使用集线器时，10Base-T需要CSMA/CD，但使用交换机时，则大多数情况下不需要CSMA/CD。5-4-3-