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项目2
局域网基础
学习目标
计局域网的发展历史
局域网的基本组成
局域网的特征
局域网拓扑结构
局域网结构
局域网类型
网络主机
传输介质
网络互连设备
IEEE802标准
介质访问控制
网络操作系统
通信协议
IP地址和网络掩码
东方电子商务有限公司计划投资组建新型网络，以优化企业的网络，提高企业的网速，实现企业办公的网络自动化和信息化，该工程由其单位的网络工程师王某和技术员张某负责。为了按期完成网络的规划，两人准备去科技市场考察网络的硬件设备。
当前，网络设备种类繁多，工程师王某和技术员张某在科技市场考察后，难以判断他们各自的优势，现将他们调查过的品牌列举如下，请同学们学完本章内容后，帮助工程师王某和技术员张某做出合适的选择。
情境引入：
华为：华为技术有限公司（以下简称华为）是一家生产、销售通信设备的民营通信科技公司。华为的产品和解决方案涵盖移动、宽带、IP、光网络、网络能源、电信增值业务和终端等领域。华为的产品和解决方案包括无线接入、固定接入、核心网、传送网、数据通信、能源与基础设施、业务与软件、对象存储服务、安全存储、华为终端10个方面。
情境引入：
思科：思科公司（Cisco Systems, Inc.）是全球领先的网络解决方案供应商。思科的产品以路由器、交换机、IOS软件为主，还有宽带有线产品、板卡和模块、内容网络、网络管理、光纤平台、网络安全产品与VPN设备、网络存储产品、视频系统、IP通信系统、远程会议系统、无线产品、服务器等。
情境引入：
任务2.1 局域网概述
项目2
局域网是计算机网络的重要组成部分。近年来随着微型计算机价格的不断下降，局域网获得了广泛的应用，进而促进了计算机网络技术的飞速发展。大多数公司、企业、政府部门及住宅小区内的计算机都通过局域网连接起来，以达到资源共享、信息传递和数据通信的目的。
2.1 局域网概述
早期的计算机网络大多为广域网，局域网是在20世纪70年代个人计算机（PC）在市场推出以后出现并发展起来的。
由于个人计算机的大量涌现和广泛分布，信息交换和资源共享的需求越来越迫切。人们要求把一个办公室、一栋楼或一个园区内的计算机连接起来，相互之间交换信息、交互工作、共享硬件资源（贵重仪器设备）和软件资源，于是出现了局域网技术。
2.1.1 局域网的发展历史
局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。
网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连接在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理信道和实现局域网间的资源共享；
网络软件则主要用于控制并具体实现信息的传送和网络资源的分配与共享。这两部分互相依赖、共同完成局域网的通信功能。
2.1.2 局域网的基本组成
局域网用于将有限范围内（如一个实验室、一幢大楼、一个校园）的各种计算机、终端与外部设备互连成网。局域网的主要特征是：高数据速率、短距离和低误码率。一般来说，它有如下主要特点：
1.覆盖的地理范围较小
2.以微机为主要联网对象
3.通常属于某个单位或部门
4.传输速率高
2.1.3 局域网的特征
5.管理方便
6.价格低廉
7.实用性强，使用广泛
1. 总线型
在总线型拓扑结构中，同一个时刻只能有一个节点向总线发出信息，不允许有两个或以上的节点同时使用总线，一个网段内的所有节点共享总线资源。
2.1.4 局域网的拓扑结构
2. 环形
环型网络是将网络中的各节点用公共缆线连接，缆线的两端连接起来形成一个闭合的环路，信息在环中以固定的方向传输。
2.1.4 局域网的拓扑结构
3. 星形
星型网络结构是通过一中央节点（如集线器）连接其他节点而构成的网络。集线器是网络的中央设备，各计算机都需通过集线器与其他计算机进行通信。
2.1.4 局域网的拓扑结构
4. 树形
树型拓扑结构是从总线拓扑演变过来的，形状像一棵树，它有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型结构通常采用同轴电缆作为传输介质，且使用宽带传输技术。
2.1.4 局域网的拓扑结构
1. 以太网（Ethernet）
早期局域网技术的关键是如何解决连接在同一总线上的多个网络节点有秩序地共享一个信道的问题，而以太网络正是利用载波监听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）技术成功地提高了局域网络共享信道的传输利用率，从而得以发展和流行的。
以太网根据不同的媒体可分为：10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T及10BASE-FL。
2.1.5 局域网的类型
2. FDDI网络
光纤分布数据接口（FDDI）是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：
（1） 较长的传输距离
（2） 具有较大的带宽
（3） 具有对电磁和射频干扰抑制能力
（4） 防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听
2.1.5 局域网的类型
3. ATM
ATM采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构，从根本上解决了多媒体的实时性及带宽问题。ATM具有以下特点:
（1）实现网络传输有连接服务，提供QoS保证。
（2）交换吞吐量大、带宽利用率高。
（3）具有灵活的组网拓扑结构和负载均衡能力，伸缩性、可靠性极高。
（4）ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络应用领域的网络技术，它将局域网与广域网技术统一。
2.1.5 局域网的类型
任务2.2 局域网硬件
设备
项目2
网络硬件主要由计算机系统和通信系统组成。计算机系统是局域网的连接对象，是网络的基本单元。它具有访问网络资源、管理和分配网络共享资源及数据处理的能力。
总体上讲，局域网硬件应包括：网络服务器、网络工作站、网络接口卡、网络设备、传输介质及介质连接部件以及各种适配器等
2.2 局域网硬件设备
1. 网络服务器
（1）服务器按应用层次可划分为入门级服务器、工作组级服务器、部门级服务器和企业级服务器四类。
（2） 按服务器的机箱结构来划分，可以把服务器划分为“台式服务器”、“机架式服务器”、“机柜式服务器”和“刀片式服务器”四类。
2.2.1 网络主机
2.网络工作站
网络工作站是指用户能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系统，通常又称为客户机（Client）。它的主要作用是为网络用户提供一个访问网络服务器，共享网络资源，是与网上其他节点交流信息的操作台和前端窗口。
2.2.1 网络主机
1.双绞线
双绞线是两根绝缘导线互相绞结在一起的一种通用的传输介质，它可减少线间电磁干扰，适用于传输模拟信号和数字信号。
2.2.2 传输介质
不同的绞合度的双绞线
2.同轴电缆
同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层用密织的网状导体环绕的绝缘材料，网外又覆盖一层保护材料，按“同轴”的形式构成。在局域网中使用的同轴电缆有 75Ω 、50Ω 和93Ω 3种。
2.2.2 传输介质
内导体
外导体屏蔽层
绝缘层
绝缘保护套层
3.光纤
光纤是传输光信号的介质，是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输介质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。纤芯采用二氧化硅掺以锗、磷等材料制成，呈圆柱形。光纤外面包层由纯二氧化硅制成，它将光信号折射到纤芯中。
2.2.2 传输介质
折射角
入射角
包层（低折射率的媒体）
包层（低折射率的媒体）
纤芯（高折射率的媒体）
包层
纤芯
4.无线介质
无线传输技术是利用大气和外层空间作为传播的通路，但由于信号波谱和传输技术的不同，主要包括微波、卫星微波和红外等。
在计算机网络领域，关系较密切的无线通信介质是微波和卫星微波。
2.2.2 传输介质
一般来说，影响传输介质选择的因素包括以下几个：
1.拓扑结构
2.容量
3.可靠性（差错率）
4.应用环境
2.2.2 传输介质
1.网卡（NIC）
网络接口卡又称为网络接口适配器简称网卡。
网卡是安装在计算机中的一块电路板，它可以作为计算机的外部设备插在扩展槽中，用于实现计算机和传输介质之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。
2.2.3 网络互连设备
2.集线器（Hub）
当两台电脑通过非屏蔽双绞线进行“双机互连”传输距离大于100m时，信号可能会因逐渐衰减造成失真。为了实现双机互连，人们便在这两台电脑之间安装了一个“中继器”即集线器，将衰减的信号放大处理，重新恢复完整的信号继续传送，可扩大信号的传输范围。
2.2.3 网络互连设备
3.交换机
交换机工作在数据链路层，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的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的NIC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。
2.2.3 网络互连设备
4.路由器（Router）
所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作，而路由器（Router），正是执行这种行为动作的机器，是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。
2.2.3 网络互连设备
任务2.3 局域网软件
系统
项目2
IEEE是英文Institute of Electrical and Electronics Engineers的简称，主要开发数据通信标准及其他标准。
IEEE802定义了局域网的参考模型，该模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为：逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层。
2.3.1 IEEE802标准
2.3.1 IEEE802标准
局域网MAC方式主要用于解决介质使用权或机构问题，从而实现对网络传输信道的合理分配。
局域网MAC包括：确定网络节点将数据发送到传输介质上的特定时刻，以及解决如何访问和利用并加以控制公用传输介质的问题。
IEEE 802.2标准定义的共享局域网有3类：CSMA/CD、令牌环和令牌总线。
2.3.2 MAC
1. CSMA/CD
CSMA/CD是一种适用于总线结构的分布式MAC方法，是IEEE 802.3的核心协议，是一种典型的随机访问的争用型技术。CSMA/CD的发送流程可以简单地概括为：先听后发；边听边发；冲突停止；随机延迟后重发。
2.3.2 MAC
2.令牌环访问控制（Token Ring）
令牌环技术适用于环形网络，它的基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。
2.3.2 MAC
3.令牌总线访问控制（Token Bus）
令牌总线是在综合CSMA/CD与令牌环两种介质访问方式优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。
令牌总线主要适用于总线形或树形网络。
2.3.2 MAC
4.CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较
从网络拓扑结构看，CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring是针对环型拓扑的局域网设计的。
从介质访问控制方法性质的角度看，CSMA/CD属于随机介质访问控制方法，而Token Bus、Token Ring则属于确定型介质访问控制方法
2.3.2 MAC
网络操作系统（Network Operating System, NOS）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统。
2.3.3 网络操作系统
1.网络操作系统的分类
按照处理模式不同可以分为三类：
（1）集中模式
（2）客户机/服务器模式
（3） 对等模式
2.3.3 网络操作系统
2.局域网中几类具体的网络操作系统：
（1）Windows类
2.3.3 网络操作系统
（3）Unix系统
（2）NetWare类
（4） Linux
1.TCP/IP
TCP/IP的开发工作始于20世纪70年代，是用于Internet的第一套协议，现在已成为Internet最基本的协议，可以支持由不同硬件体系和不同操作系统的计算机相互连接的网络之间的通信。
2.3.4 网络通信协议
（1）IP协议
网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。IP层接收由更底层网络接口层（例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层 TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更高层。
2.3.4 网络通信协议
（2）TCP协议
如果数据IP包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把他们向“上”传送到TCP层。
TCP将它的信息送到更高层的应用程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将他们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。
2.3.4 网络通信协议
2.NetBEUI协议
NetBEUI即Net Bios Enhanced User Interface，或称NetBIOS增强用户接口。因为它体积小、效率高、速度快、不需要附加的网络地址和网络层头尾，曾被许多操作系统采用，适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。
NetBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，这既是最大的优点，也是其最大缺点。
2.3.4 网络通信协议
3.IPX/SPX及其兼容性协议
IPX协议全称Internetwork Packet Exchange（网间数据包交换），IPX协议是Novell Net Ware自带的最底层网络协议，主要用来控制局域网之间数据包的寻址和路由，只负责数据包在局域网中的传送，并不保证消息的完整性，也不提供纠错服务。
2.3.4 网络通信协议
4.NWLink协议
在Windows XP中提供了IPX/SPX的两个兼容协议，分别为：NWLink IPX/SPX兼容协议和NWLink NetBIOS，这两者统称为NWLink通信协议。
NWLink协议是Novell公司IPX/SPX协议在微软网络中的实现，它在继承IPX/SPX协议优点的同时，更适应了微软的操作系统和网络环境，为网络从Novell网络环境转向Microsoft平台，或两种平台共存提供了方便。
2.3.4 网络通信协议
5.Apple Talk协议
Apple Talk协议允许其他使用该协议的计算机与运行Windows的计算机通信，主要指Apple公司的苹果机。它允许运行Windows 2000 Server的计算机充当Apple Talk的路由器。通过该协议，Windows 2000 Server可以为苹果机提供文件和打印服务。
2.3.4 网络通信协议
1.IP地址
为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址，这个地址叫做IP地址，即用Internet协议语言表示的地址。
IP地址由32位二进制数组成并分成4个8位部分。由于二进制使用不方便，所以通常使用“点分十进制”方式表示IP地址。即把每部分用相应的十进制数表示，大小介于0～255之间，例如192.168.0.1和200.200.200.66等都是IP地址。
2.3.5 IP地址和网络掩码
（1）3类常用的网络地址
① Class A（A类）：A类IP地址用8位作为主机地址，地址的第1个十进制数介于0～127之间
② Class B （B类）：B类IP地址用16位作为主机地址，地址的第1个十进制数介于128～191之间
③ Class C （C类）：C类IP地址用24位作为网络地址，地址的第1个十进制数介于192～223之间
2.3.5 IP地址和网络掩码
（2）特殊的IP地址
①“0”地址：TCP/IP协议规定，各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。
② 回送地址：A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址。
无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。
2.3.5 IP地址和网络掩码
（3）广播地址
① 直接广播地址。TCP/IP规定，主机地址全为“1”的网络地址用于广播，叫作广播地址。
② 有限广播地址。TCP/IP规定，32位全为“1”的地址用于本网广播，该地址叫作有限广播地址。
2.3.5 IP地址和网络掩码
（4）私有地址：
A类是10.x.y.z
B类是172.16.y.z～172.31.y.z
C类是192.168.0.z～192.168.255.z
2.3.5 IP地址和网络掩码
2.子网掩码
IP地址允许被划分成更小的网络，成为子网（Subnet），这样就产生了子网掩码。
子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一个子网络，这时只有同时在一个子网的计算机才能“直接”互通。
2.3.5 IP地址和网络掩码
子网掩码和IP地址一样也有32位，确定子网掩码的方法是其与IP地址中网络地址对应的所有位都是“1”，而与主机地址对应的所有位都是“0”。A类IP地址的默认子网掩码为255.0.0.0，B类为255.255.0.0，C类为255.255.255.0。下表为C类地址子网划分及相关子网掩码。
2.3.5 IP地址和网络掩码
子网位数 子网掩码 主机数 可用主机数
1 255.255.255.128 128 126
2 255.255.255.192 64 62
3 255.255.255.224 32 30
4 255.255.255.240 16 14
5 255.255.255.248 8 6
6 255.255.255.252 4 2
本章总结
1、局域网的组成
2、局域网的特征
3、局域网常用的拓扑结构
4、常见的局域网类型
5、局域网常用的传输介质
6、如何进行子网划分
7、子网掩码计算方法

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