项目二【构建办公网络】

项目二构建办公网络教学目的★通过本项目学习使学员能够：1、掌握集线器的基础知识；2、了解网络中存在的广播和冲突的概念；3、掌握交换机的基础知识；4、理解交换机的工作原理；5、会调试和管理网络交换机；6、会调试、排除交换式局域网出现的问题；7、共享网络资源。教学重点及难点1、了解网络中存在的广播和冲突的概念；2、理解交换机的工作原理；3、交换机与集线器的区别。小型办公网络是我们日常工作中最常见的网络组织形式，出现在各企事业单位内部的办公工作环境中。通过构建完好的小型办公网络环境，可以实现办公网络中的设备之间相互通信，共享网络内部资源，从而提高工作效率，为我们的生活和工作带来方便。小型办公网络工作场景小型办公网络工作拓扑小型办公网络组建项目一、用户需求杉达职业学校是不到100名教职工的中等职业学校，因此在对学校校园网规划时，只在教师办公楼，建立一个使用集线器来连接几十台设备的简单办公网络，通过一台服务器代理接入到Internet中。在网络建立的初期，由于网络应用范围较小，联网设备也很少，使用Hub连接的网络基本上能满足需求。近几年来，随着校园无纸化办公的日益推广，网络应用日益增多，办公网络规模不断扩展，校园中有更多的设备接入到办公网中。不断有老师来网络中心抱怨学校的网络速度太慢，网络故障和堵塞现象严重，这已经严重地影响到了日常的工作，学校领导们意识到问题的严重性，决定重新改造网络。新的校园办公网是在原有办公网基础上进行改造，希望能接入更多的网络设备，提高网络的工作效率。因此，需要更换造成网络堵塞的互联设备“集线器”，使用交换机来重新构建网络，并加强网络的优化和配置管理功能，以保证全网内设备的安全和工作效率。一、用户需求小型办公网络组建项目二、需求分析需求一：不断有老师来网络中心抱怨网络的速度太慢，网络故障和堵塞现象严重，学校领导决定重新改造网络。分析一：新的校园网络在原来网络基础上进行改造，为提高网络速度，把共享式的网络改为交换式网络，因此需要使用交换机取代原有的集线器来重新构建网络。需求二：加强网络的优化和配置管理功能，以便有效管理网络并且保证全网内设备的安全。分析二：使用可网管的交换机来重新构建网络，使网络具有更好的安全性并且管理性能得到提高。需求三：全校无纸化办公日益推广。分析三：在全校构建互连互通的校园网络环境，共享办公网络中的主要硬件资源和数据资源。二、需求分析SOHO型网络组建项目三、方案设计三、方案设计四、项目归纳传统的以集线器为核心的共享式网络已经远远不能满足网络中设备不断增长的需求，这就推动了交换式局域网的出现，在网络中使用交换机使网络更加智能并且管理更加方便，同时网络的速度也大大提高。为了满足杉达职业学校提高网络速度，优化网络配置等网络改造的新需求，需要了解交换式局域网构建中的核心设备----交换机的连接、配置和管理技术。知识目标集线器的基础知识；网络广播和冲突概念；交换机的基础知识；交换机的工作原理。技能目标调试和管理网络交换机；会调试、排除交换式局域网出现的问题；共享网络资源。知识目标：集线器的基础知识知识目标：集线器的基础知识1.什么是集线器在认识集线器之前，必须先了解一下中继器。在我们接触到的网络中，最简单的就是两台电脑通过两块网卡构成“双机互连”，两块网卡之间一般是由非屏蔽双绞线来充当信号线的。由于双绞线在传输信号时信号功率会逐渐衰减，当信号衰减到一定程度时将造成信号失真，因此在保证信号质量的前提下，双绞线的最大传输距离为100米。当两台电脑之间的距离超过100米时，为了实现双机互连，人们便在这两台电脑之间安装一个“中继器”，它的作用就是将已经衰减得不完整的信号经过整理，重新产生出完整的信号再继续传送。知识目标：集线器的基础知识中继器就是普通集线器的前身，集线器实际就是一种多端口的中继器。集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口，通过这些接口，集线器便能为相应数量的线路完成“中继”功能。由于它在网络中处于一种“中心”位置，因此集线器也叫做“Hub”。知识目标：集线器的基础知识2.集线器的工作原理集线器的工作原理很简单，以图2为例，图中是一个具备8个端口的集线器，共连接了8台电脑。集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号进行转发，8台电脑之间可以互连互通。具体通信过程是这样的：假如计算机1要将一条信息发送给计算机8，当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上时，集线器并不会直接将信息送给计算机8，它会将信息进行“广播”——将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。由于该信息是计算机1发给计算机8的，因此最终计算机8会接收该信息，而其它7台电脑看完信息后，会因为信息不是自己的而不接收该信息。知识目标：集线器的基础知识3.集线器的工作特点1）共享带宽集线器的带宽是指它通信时能够达到的最大速度。目前市面上用于中小型局域网的集线器主要有10Mbps、100Mbps和10/100Mbps自适应三种。10Mb带宽的集线器的传输速度最大为10Mbps，即使与它连接的计算机使用的是100Mbps网卡，在传输数据时速度仍然只有10Mbps。10/100Mbps自适应集线器能够根据与端口相连的网卡速度自动调整带宽，当与10Mbps的网卡相连时，其带宽为10Mb；与100Mbps的网卡相连时，其带宽为100Mb，因此这种集线器也叫做“双速集线器”。集线器是一种“共享”设备，集线器本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以集线器为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。由于集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息，如果一台集线器连接的机器数目较多，并且多台机器经常需要同时通信时，将导致集线器的工作效率很差，如发生信息堵塞、碰撞等。知识目标：集线器的基础知识为什么会这样呢?打个比方，以下图为例，当计算机1正在通过集线器发信息给计算机8时，如果此时计算机2也想通过集线器将信息发给计算机7，当它试图与集线器联系时，却发现集线器正在忙计算机1的事情，于是计算机2便会“带”着数据站在集线器的面前等待，并时时要求集线器停下计算机1的活来帮自己干。如果计算机2成功地将集线器“抢”过来了（由于集线器是“共享”的，因此很容易抢到手），此时正处于传输状态的计算机1的数据便会停止，于是计算机1也会去“抢”集线器……由此可见，集线器上每个端口的真实速度除了与集线器的带宽有关外，与同时工作的设备数量也有关。比如说一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同时工作时，则每台计算机真正所拥有的带宽是10/8=1.25Mb!2）半双工先说说全双工：两台设备在发送和接收数据时，通信双方都能在同一时刻进行发送或接收操作，这样的传送方式就是全双工。而处于半双工传送方式的设备，当其中一台设备在发送数据时，另一台只能接收，而不能同时将自己的数据发送出去。知识目标：集线器的基础知识由于集线器采取的是“广播”传输信息的方式，因此集线器传送数据时只能工作在半双工状态下，比如说计算机1与计算机8需要相互传送一些数据，当计算机1在发送数据时，计算机8只能接收计算机1发过来的数据，只有等计算机1停止发送并做好了接收准备，它才能将自己的信息发送给计算机1或其它计算机。知识目标：集线器的基础知识知识目标：载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）工作原理：（1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即侦听信道是否空闲。（2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道空闲，站点就准备好要发送的数据。（3）在发送数据的同时，站点继续侦听网络，确信没有其他站点在同时传输数据才继续传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。若无冲突则继续发送，直到发完全部数据。（4）若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突的JAM（阻塞）信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。知识目标：网络冲突概念冲突域（collisiondomain）指网络中一台设备发出的信号和网络中其他设备同时发出的信号产生冲突的网络范围，这个范围代表了冲突在其中发生并传播的区域。比如，一个站点向另一个站点发出信号，除目的站点外，有多少站点能收到这个信号，这些站点就构成一个冲突域。所有直接连接在一起的，而且必须竞争以太网总线的节点都可以认为是处在同一个冲突域中，说白了就是一次只有一个设备发送信息，其他的只能等待。知识目标：网络广播概念广播域（broadcastdomain）如果站点发出一个广播信号后能接收到这个信号的范围。通常来说一个局域网就是一个广播域。广播域是一个逻辑上的计算机组，该组内的所有计算机都会收到同样的广播信息。广播风暴处于同一个网络的所有设备，位于同一个广播域。一台设备发出的广播，会传遍整个局域网，如果很多设备同时这样发的话，那几乎就是风暴了。当网络上的设备越来越多，广播所占用的时间也会越来越多，多到一定程度时，就会对网络上的正常信息传递产生影响，轻则造成传送信息延时，重则造成网络设备从网络上断开，甚至造成整个网络的堵塞、瘫痪、这就是广播风暴。知识目标：网络广播和冲突概念如上图，1.集线器和其所有接口所接的主机共同构成了一个冲突域和一个广播域。2.交换机上的每个接口都是自己的一个冲突域,交换机同样没有过滤广播通信的功能。如果交换机收到一个广播数据包后，它会向其所有的端口转发此广播数据包。因此，交换机和其所有接口所连接的主机共同构成了一个广播域。3.路由器的每个端口所连接的网络都独自构成一个广播域。如果各网段都是共享式局域网，则每网段自己构成一个独立的冲突域。所以,一共是2个广播域，4个冲突域。知识目标：交换机的基础知识知识目标：交换机的基础知识1.什么是交换机交换机也叫交换式集线器，它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用，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送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。知识目标：交换机的基础知识2.交换机的工作原理在计算机网络系统中，交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的。集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的！而交换机则是一个“聪明”的邮递员——交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，当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，避免了和其他端口发生冲突，如果目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后，交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表（MAC地址表）中。知识目标：交换机的基础知识可见，交换机在收到某个网卡发过来的“信件”时，会根据上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民户口簿”快速将信件送到收信人的手中。万一收信人的地址不在“户口簿”上，交换机才会像集线器一样将信分发给所有的人，然后从中找到收信人。而找到收信人之后，交换机会立刻将这个人的信息登记到“户口簿”上，这样以后再为该客户服务时，就可以迅速将信件送达了。知识目标：交换机的基础知识3.交换机的性能特点1）独享带宽由于交换机能够智能化地根据地址信息将数据快速送到目的地，因此它不会像集线器那样在传输数据时“打扰”那些非收信人。这样一来，交换机在同一时刻可进行多个端口组之