上海應用技術學院計算機網絡第二章

第二章局域網組建1本章要點理解局域網的基本概念掌握局域網體系結構掌握常見局域網標準掌握組建以太網的方法掌握組建無線局域網的方法掌握使用NAT路由器接入Internet的方法掌握常見局域網故障的分析方法2內容提要2.1. 局域網概述2.2.以太網組建2.3.無線局域網組建2.4.使用NAT路由器接入Internet2.5.常見局域網故障分析32.1. 局域網概述2.1.1.局域網概念2.1.2.局域網體系結構2.1.3.常見局域網標準42.1.1.局域網概念局域網通常是指覆蓋范圍較小，通信線路不長的網絡，可以位于一個建筑物內，或者一個校園內，也可以遠到幾千米的范圍。一般來說，局域網具有組建簡單、維護方便、傳輸速率高、出錯率低、網絡延時小等優(yōu)點。局域網的傳輸速率通常為10Mbps~100Mb/s，新型局域網的傳輸速率甚至可以達到1Gbps~10Gbps，局域網的延遲低至微秒或納秒量級，而且很少有傳輸錯誤。組成部分：計算機網絡適配器（也稱為網卡）傳輸媒體互連設備5局域網特征：1）覆蓋范圍局域網一般為一個單位所擁有，地理范圍有限、主機數(shù)量不多。根據最大可能的覆蓋范圍，可以推算出最差傳輸時間，設計出通信效率較高的協(xié)議。2）傳輸技術局域網通常采用“廣播式”傳輸技術。每一個局域網包括一種共享媒體，許多計算機都連接在上面，計算機按某種順序使用共享媒體來傳輸數(shù)據。3）拓撲結構6集線器&交換機集線器，可看作是一種多端口的中繼器，僅將所有端口連接起來。以集線器為中心的星型結構網絡本質上與總線型結構網絡相同，這時可以將集線器看做一根很短的總線。交換機，可看作是一種多端口的橋接器，根據網卡的硬件地址，有選擇地建立連接，具有更高的網絡利用率和更好的安全性。星型結構網絡是集中控制的，并能防止網絡不受一根電纜損壞的影響。目前，大多數(shù)的以太網都使用以交換機為中心設備的星型結構?？偩€型結構的以太網，和以集線器為中心的星型結構以太網，已逐漸被淘汰。72.1.2.局域網體系結構1.IEEE802參考模型1）物理層2）媒體訪問控制子層MAC3）邏輯鏈路控制子層LLC82.IEEE802系列標準IEEE802系列標準覆蓋了多種傳輸媒體和多種組網方式，并包括了網絡測試和管理等諸多方面內容。92.1.3.常見局域網標準IEEE802系列標準包含了諸多重要的局域網標準。其中，在我們工作生活中最常見的局域網標準有：以太網（Ethernet）無線局域網（WLAN）101.以太網（Ethernet）1）傳統(tǒng)以太網2）快速以太網（FastEthernet）3）千兆以太網4）萬兆以太網（10G以太網）5）交換式以太網111）傳統(tǒng)以太網支持10Mbps傳輸速率CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）幀格式常見的4種物理層標準：10Base-5。使用粗同軸電纜，最大網段長度為500m，基帶傳輸。10Base-2。使用細同軸電纜，最大網段長度為185m，基帶傳輸。10Base-T。使用雙絞線。10Base-F。使用光纖。122）快速以太網（FastEthernet）支持100Mbps傳輸速率MAC層采用傳統(tǒng)以太網相同的CSMA/CD協(xié)議和幀格式?？焖僖蕴W支持三種不同的物理層標準：100Base-TX。傳輸媒體使用兩對5類UTP（非屏蔽雙絞線）或STP（屏蔽雙絞線）：一對用于發(fā)送數(shù)據，另一對用于接收數(shù)據。100Base-FX。這是一種使用光纜的快速以太網技術，傳輸媒體使用兩芯單模或多模光纖：一路用于發(fā)送，另一路用于接收。100Base-T4。傳輸媒體使用四對UTP（支持3類、4類和5類）或STP：3對用于傳送數(shù)據，1對用于檢測沖突信號。目前較少使用。133）千兆以太網支持1000Mbps傳輸速率千兆以太網支持4種不同的物理層標準：1000Base-SX。該標準只支持多模光纖，適用于建筑物中同一層的短距離主干網。1000Base-LX。該標準可采用纖芯直徑為62.5um和50um的多模光纖或纖芯直徑為9um的單模光纖，主要用于校園主干網等。1000Base-CX。該標準采用15歐姆的平衡型屏蔽雙絞線，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸效率為80%，主要用于短距離集群設備的互聯(lián)。1000Base-T。該標準采用四對5類UTP電纜，傳輸速率為1Gbps，傳輸距離為100m，主要用于結構化布線中同一層建筑的通信。它可以利用傳統(tǒng)以太網或快速以太網已經鋪設的5類UTP電纜，減少網絡升級投資。144）萬兆以太網（10G以太網）萬兆以太網標準不僅適用于局域網，也同樣適應于城域網和廣域網。但由于萬兆以太網技術的復雜性，以及這類設備造價太高，所以萬兆以太網技術目前還沒有得到廣泛應用。隨著千兆到桌面的日益普及，萬兆以太網將會逐漸應用到教育行業(yè)以及數(shù)據中心的出口、城域網和廣域網的骨干中。155）交換式以太網交換式以太網只是相對于共享式以太網而言，對使用了交換技術的以太網的總稱。(a)采用總線結構(b)以集線器為中心的星型結構(c)以交換機為中心的星型結構16虛擬局域網（VirtualLAN，VLAN）

利用交換機可以很方便地實現(xiàn)VLAN一個VLAN相當于OSI模型第2層的廣播域，它能將廣播控制在一個VLAN內部。不同VLAN之間的通信必須通過第3層網關（如路由器或3層交換機等）來完成。VLAN的劃分方法主要有以下幾種：通過交換機端口劃分通過MAC地址劃分通過網絡層協(xié)議劃分基于IP組播的劃分方法基于策略的劃分方法通過用戶定義/非用戶授權劃分VLAN可以為網絡提供以下作用：抑制廣播風暴提高網絡性能增強網絡安全性增加網絡連接的靈活性172.無線局域網（WLAN）802.11標準Wi-Fi聯(lián)盟常見WLAN標準802.11a802.11b802.11g802.11nWAPI（WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure，無線局域網鑒別和保密基礎結構）182.2.以太網組建2.2.1以太網的硬件組成2.2.2.雙絞線的連接技術2.2.3.設備連接192.2.1以太網的硬件組成1.傳輸媒體2.網絡適配器3.中繼器4.網橋5.集線器6.交換機201.傳輸媒體1）雙絞線屏蔽雙絞線（STP）非屏蔽雙絞線（UTP）EIA/TIA定義了多種型號：3類雙絞線、5類雙絞線、超5類雙絞線和6類雙絞線等?？焖僖蕴W中一般使用5類非屏蔽雙絞線，千兆以太網中一般使用5類及以上標準的非屏蔽雙絞線。雙絞線兩頭安裝RJ-45連接器。RJ-45連接器俗稱水晶頭2）光纖單模光纖多模光纖212.網絡適配器網絡適配器（網卡，NetworkInterfaceCard,NIC），為計算機提供了連入網絡的接口，實現(xiàn)了數(shù)據緩存器的管理、數(shù)據鏈接管理、編碼和譯碼等。常見的網卡總線接口類型有PCI或PCI-E網卡、PCMCIA網卡和USB網卡等。大多數(shù)主板也已集成了以太網網卡。網卡大都支持雙絞線接口（RJ-45連接器），也有部分千兆以太網網卡支持光纖接口。22其它連接設備3.中繼器4.網橋5.集線器6.交換機232.2.2.雙絞線的連接技術最常用的雙絞線接線標準有EIA/TIA-T568A和T568B標準。這兩種接線標準只是在線的排序上順序不同而已24平行雙絞線和交叉雙絞線根據連接設備的不同，雙絞線一般可以分為平行雙絞線和交叉雙絞線兩種。平行雙絞線：雙絞線兩端進行制線時均采用相同的接線標準，一般兩端都使用T568B標準接線。這種雙絞線一般用來連接“不同級”設備，如計算機或路由器連接至集線器或交換機等。交叉雙絞線：雙絞線兩端進行制線時采用不同的接線標準，一端使用T568B標準，另一端使用T568A標準。這種雙絞線一般用來連接“同級”設備，如計算機至計算機的連接，集線器至集線器的連接，交換機至交換機的連接等。25RJ-45連接器連接雙絞線RJ-45連接器連接雙絞線的制作步驟使用剝線鉗，剝去雙絞線的外表皮，露出其中4對電纜。將4對電纜分開，然后將每根電纜按照T568B標準（或T568A標準）進行排序。將電纜剪齊，保留露出的電纜長度約為1.5cm即可。把RJ-45連接器銅芯針腳面向上放置，將電纜保持之前的排序，插入RJ-45連接器中。使用壓線鉗壓制RJ-45連接器。如果雙絞線的另一端也需要制作連接器，重復之上步驟即可。制作完成后，使用測通儀檢測雙絞線連接器制作是否正確。26272.2.3.設備連接將多臺交換機連接起來常見的做法級聯(lián)，將多臺交換機通過網絡端口，使用傳輸媒體相互連接堆疊，將多臺交換機通過專用堆疊模塊和電纜組合起來，形成一個堆疊單元，在有限的空間內提供盡可能多的端口。交換機之間進行級聯(lián)時，可以分為以下幾種情況：支持自動MDI/MDI-X線纜檢測功能。使用平行雙絞線連接即可。使用Uplink端口級聯(lián)。部分早期交換機具有單獨的Uplink端口，專門用來與其它交換機級聯(lián)。使用平行雙絞線連接即可。使用普通RJ-45端口級聯(lián)。對于不支持自動MDI/MDI-X線纜檢測功能交換機，多臺交換機之間可以使用交叉雙絞線連接。使用光纖端口級聯(lián)。如果是光纖端口，則需要使用交叉光纖線進行級聯(lián)。交叉光纖線只需將兩根光纖的一端收發(fā)對調即可。當光纖端口連接成功后，交換機的LED指示燈會顯示。28292.3.無線局域網組建2.3.1.WLAN的硬件組成2.3.2.有基站模式2.3.3.無基站模式302.3.1.WLAN的硬件組成1.無線網卡2.無線訪問點3.無線中繼器4.無線網橋5.無線路由器6.無線天線311.無線網卡無線網卡的作用類似于以太網網卡，為計算機提供了接入無線網絡的功能。常見的無線網卡總線接口類型有PCI無線網卡、PCMCIA無線網卡和USB無線網卡等。無線網卡的天線既可以是外置式的也可以是內置式的。322．無線訪問點無線訪問點，簡稱無線AP，作用類似于以太網中的集線器，用于將無線客戶端接入到無線局域網中，并提供無線局域網與有線網絡的互相訪問?？梢詫o線AP看作是無線局域網和有線網絡之間溝通的橋梁。目前，市場上關于無線AP的稱呼比較混亂。只要帶有無線訪問點功能的，都可以被稱為無線AP，如無線網橋、無線路由器等。333.無線中繼器&4無線網橋無線中繼器，能接收來自源AP的無線信號，并重新發(fā)射出去，用以增加無線網絡的有效覆蓋范圍。在無線網絡覆蓋的邊緣，可以增加一個無線中繼器，提高信號強度、改善網絡性能、增加覆蓋范圍。無線網橋，通過微波連接兩個或多個網絡段。它能進行較遠距離的數(shù)據傳輸。一般用于連接位于不同的建筑內獨立網段，這些獨立的網段通常，相距幾百米到幾千米。因此，它通常用在不同建筑之間的無線網絡的連接。無線網橋一般有3種工作方式：點對點方式、點對多點方式和中繼連接方式。345.無線路由器無線路由器是無線AP與寬帶路由器的結合體。除了具有無線AP功能外，無線路由器一般還具有交換機功能，帶有多個RJ-45接口，通過它能夠把無線局域網和有線以太網接入到一個局域網中。無線路由器通常還具有NAT地址轉換功能，可同時將以太網和無線局域網接入Internet。此外，部分無線路由器還具有無線中繼、無線網橋等功能。第三方固件（Firmware）Open-WRTDD-WRTTomatoHyperWRT等。356.無線天線當無線設備之間相距較遠時，由于信號的減弱，可能會造成網絡不穩(wěn)定，甚至根本無法實現(xiàn)通信，此時，可以借助于無線天線增強無線信號，對所接收或發(fā)送的信號進行放大，達到延伸傳輸距離的目的。根據部署位置，無線天線可分為室內天線和室外天線。按照天線輻射和接收在水平面的方向性，無線天線可分為定向天線與全向天線。362.3.2.有基站模式在有基站模式下，一個基本服務集（BSS）中包括一個基站和若干個移動站，基站作為主控管理這些移動站。一個基本服務集（BSS）可以是孤立的，也可以通過基站，連接到一個主干分配系統(tǒng)（DS），與其它連接到該分配系統(tǒng)的基本服務集一起構成一個擴展服務集（ESS）。通常，主干分配系統(tǒng)是一個有線的主干局域網。371.無線路由器設置大多數(shù)無線路由器默認（出廠設置）已開啟了無安全策略的無線AP功能和DHCP服務器功能，移動站可以掃描無線局域網絡后直接接入如果無線路由器未開啟無線AP功能，移動站則需要通過以太網（通常是100Base-TX快速以太網），訪問并設置無線路由器。381.無線路由器設置無線路由器大都支持Web方式管理。移動站在瀏覽器中輸入無線路由器的內網IP地址，按提示輸入管理用戶名及密碼后，即可進行設置。無線路由器管理頁面不同，但主要的設置條目大致相同

392.移動站接入如果安裝了第三方的網絡連接管理程序，如ThinkVantageAccessConnections等，需要使用這些程序設置移動站的接入。否則，使用WindowsXP自帶的網絡管理程序進行設置：如果無線路由器允許SSID廣播，則查找無線局域網絡，選擇該SSID進行接入。如果無線路由器禁止SSID廣播，則需要手動設置SSID進行接入。接入無線局域網后，如果無線路由器已啟用DHCP服務器功能，移動站只需設置自動獲得IP地址即可。否則，需要手動將移動站的IP地址與無線路由器的內網IP地址設置為同一子網。402.3.3.無基站模式無基站無線局域網有時也稱為自組（adhoc）網絡。在該模式下，移動站相互之間直接通信，構成一個基本服務集BSS，其中某個移動站將作為主移動站。411.主移動站設置任何一個移動站都可以被設置為主移動站，主移動站用來添加一個adhoc網絡。422.普通移動站設置在普通移動站中啟用無線網卡，然后通過查找無線局域網絡，直接選擇該SSID進行接入。通常情況下，普通移動站接入adhoc網絡后，主移動站也會自動接入adhoc網絡。移動站之間為了能夠使用IP地址相互訪問，還需要設置IP地址等網絡參數(shù)。432.4.使用NAT路由器接入Internet2.4.1NAT路由器簡介2.4.2.使用NAT設備接入Internet442.4.1NAT路由器簡介NAT（NetworkAddressTranslation，網絡地址轉換）路由器，可以將局域網內部私網IP地址轉換為Internet公網IP地址，對外隱藏了內部IP地址?？梢栽诰钟蚓W內部使用非注冊的私網IP地址，減少注冊公網IP地址的費用，還能隱藏局域網結構，降低了局域網受到攻擊的風險。NAT路由器，也稱為NAT服務器，既可以是一臺安裝了地址轉換服務的計算機（具有2個以上的網絡連接），也可以是一臺專用的NAT設備。1.RRAS2.ICS3.NAT設備451.RRAS&2.ICSRRAS服務（RoutingandRemoteAccessService，路由和遠程訪問服務）：適用于Windows的服務器版操作系統(tǒng)（如Windows2003Server、Windows2008Server等）ICS（InternetConnectionSharing，Internet連接共享）：適用于Windows非服務器版操作系統(tǒng)（如WindowsXP、WindowsVista、Windows7等）。適用于小型網絡環(huán)境。簡化版的RRAS簡單的DHCP服務器DNSProxy功能463.NAT設備除了具有NAT地址轉換功能外，大部分NAT設備同時還具有多種重要的功能，主要如下：交換機功能。無線局域網接入功能。DHCP服務器。DNSProxy。網絡防火墻。動態(tài)域名系統(tǒng)DDNS。端口轉發(fā)（端口映射）。訪問限制。472.4.2.使用NAT設備接入InternetNAT設備支持當前大多數(shù)Internet接入方法，如ADSL接入、FTTB+LAN接入或CableModem接入等。以ADSL接入為例進行介紹，硬件連接如圖所示。481.訪問NAT設備將計算機通過雙絞線接入NAT設備的內網RJ-45接口。后文將介紹端口轉發(fā)的設置，而設置端口轉發(fā)時，需要指定局域網計算機的IP地址，因此計算機使用靜態(tài)IP地址。將計算機的IP地址與NAT設備的內網IP地址設置為同一子網，并且計算機的默認網關和DNS服務器都設置為NAT設備的內網IP地址。NAT設備的初始網絡信息（如內網IP地址、用戶名和密碼等）一般在說明書或設備的背面都有記錄。如，NAT設備的內網IP地址為“”，子網掩碼為“”。可設置計算機IP地址為“01”，子網掩碼為“”，默認網關服務器為“”，DNS服務器為“”。計算機在瀏覽器中輸入NAT設備的內網IP地址，按提示輸入管理用戶名及密碼后，即可進行設置。492.管理NAT設備NAT主要的設置條目大致相同，包括：外網（WAN）設置內網（LAN）設置無線設置DHCP服務器動態(tài)域名系統(tǒng)（DDNS）端口轉發(fā)防火墻訪問限制DMZ主機固件（Firmware）備份和更新等505152其它設置UPnP功能，UPnP（UniversalPlugandPlay，通用即插即用），是一組協(xié)議的統(tǒng)稱。目前很多P2P軟件都支持了UPnP功能，在NAT設備中啟用UPnP后，在這些軟件中也啟用UPnP功能，可以使NAT設備自動設置端口映射，將P2P軟件監(jiān)聽的端口從NAT設備映射到內網計算機上。對于支持UPnP功能的P2P軟件，使用UPnP功能后，不再需要手動設置端口轉發(fā)。設置NTP時間，可以為NAT設備提供精確的對時功能。固件備份和更新，可以保存當前NAT設置或更新固件。系統(tǒng)狀態(tài)查看，可以查看NAT設備運行情況及日志信息等。比如，NAT設備的外網WAN口的IP地址，就可以使用該功能查看到。533.設置局域網客戶通常，NAT設備已開啟了DHCP功能，這時局域網客戶（計算機或移動站）設置為【自動獲得IP地址】和【自動獲得DNS服務器地址】即可。如果NAT設備并未開啟DHCP功能，需要手動設置局域網客戶的【IP地址】和【子網掩碼】與NAT設備LAN地址為同一個子網，【默認網關】為NAT設備LAN地址，【DNS服務器】為NAT設備LAN地址。但對于局域網服務器，通常靜態(tài)地將其IP地址設置為DHCP地址范圍以外的地址，或已在NAT設備中為其指定了固定DHCP的地址。完成IP地址設置后，局域網客戶可以使用ping命令，測試與NAT設備之間的連通情況542.5.常見局域網故障分析2.5.1.常用網絡命令介紹2.5.2.常見局域網故障2.5.3.局域網病毒552.5.1.常用網絡命令介紹Windows操作系統(tǒng)中提供了許多有用命令，可以幫助分析網絡故障或網絡性能。這些命令包括：ipconfigpingtracertarproutenetstat561.ipconfigipconfig命令主要用來顯示本機的網絡配置信息，此外還有著其它的豐富功能。輸入不同的參數(shù)可以實現(xiàn)不同的功能。ipconfig[/?|/all|/renew[adapter]|/release[adapter]|/flushdns|/displaydns|/registerdns|/showclassidadapter|/setclassidadapter[classid]]ipconfig：僅顯示所有網絡連接的IP地址、子網掩碼和默認網關。ipconfig/all：顯示本機TCP/IP配置的詳細信息。ipconfig/flushdns：清除本地DNS緩存內容。ipconfig/displaydns：顯示本地DNS緩存內容。ipconfig/registerdns：刷新所有DHCP租期，并重新注冊DNS名。ipconfig/release[adapter]：釋放指定網絡連接的自動獲得的IP地址。ipconfig/renew[adapter]：向服務器刷新DHCP請求，重新獲得IP地址。ipconfig/showclassidadapter：顯示指定網絡連接的DHCP類編號。ipconfig/setclassidadapter[classid]]：設置指定網絡連接的DHCP類編號。572.pingping命令主要用來測試到目的主機之間的網絡連通情況。輸入不同的參數(shù)可以實現(xiàn)不同的功能。目的主機的網絡防火墻需要允許ICMP報文，ping命令才能有效。詳細語法如下：ping[-t][-a][-ncount][-lsize][-f][-iTTL][-vTOS][-rcount][-scount][[-jhost-list]|[-khost-list]][-wtimeout]target_name常用ping命令寫法如下：ping–ttarget_name

不停向目的主機進行ping操作。

ping–atarget_IP

可以在局域網范圍內，根據目的主機的IP地址，獲得其計算機名，同時進行網絡連通測試。582.5.2.常見局域網故障硬件故障主要包括：計算機系統(tǒng)故障、網卡故障、RJ-45水晶頭故障、網線損壞、交換機或路由器硬件故障等。軟件故障主要包括：計算機網絡設置不當、網卡驅動程序錯誤、交換機或路由器設置錯誤、DNS系統(tǒng)錯誤等。59排查故障一般遵循的原則是：先硬件后軟件、先本機后網絡、先內網后外網，同時需要考慮局域網病毒因素，充分檢查后再向ISP或上級部門申報。1.硬件故障1）計算機系統(tǒng)故障2）RJ-45水晶頭故障3）網線故障4）網卡故障5）交換機或路由器硬件故障2.軟件故障1）計算機網絡配置錯誤2）網卡驅動程序錯誤3）無線接入密碼錯誤4）使用ping命令由近及遠地分析60使用ping命令由近及遠地分析（1）ping是本地回送（Loopback）地址。如果無法p