第 2 章组建与调试局域网

第2章组建与调试局域网

内容摘要 • 组建局域网 • 扩展局域网 • TCP/IP协议配置 • 连通性测试 • 虚拟局域网 • 无线局域网

组建局域网 • 硬件连接 • 传输介质 • 网卡 • 连接设备 • 协议配置 • 协议的配置 • 连通性测试

传输介质 • 有线传输介质和 • 双绞线 • 同轴电缆（淘汰） • 光纤 • 无线传输介质 • 电磁波

1. 双绞线 • 非屏蔽双绞线（UTP：Unshilded Twisted Pair） • 屏蔽双绞线（STP：Shielded Twisted Pair） • 常用的是超5类布线系统，双绞线的最大标准传输距离为100米。

双绞线的性能特征 • 衰减——沿链路的信号损失度量 • 近端串扰——一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合 • 直流电阻——会消耗一部分信号，并转变成热量 • 衰减串扰比——由最差的衰减量与NEXT量值的差值计算，值较大，表示抗干扰的能力更强。

双绞线的制作方法 • 按照568B标准的绞线排列 • 按照568A标准的绞线排列

（2）制作方法 • 表2.1 按照568B标准的绞线排列 • 表2.2 按照568A标准的绞线排列

直通线和交叉线 • 直通线 • 双绞线两端与水晶头的连接使用相同标准，均为568A或均为568B。 • 交叉线 • 双绞线两端与水晶头的连接使用不同标准，一端使用568A标准，另一端使用568B标准。

双绞线的选用 • 规则：一般地，当相同类设备相连时，用交叉线，不同类设备相连时，用直通线。 • R类：计算机、服务器、路由器、防火墙、无线访问点。 • S类：集线器、交换机（含三层交换机）。 • 根据上面的一般规则，R类中的任何设备和S类中的任何设备相连使用直通线，而同属R类或同属S类的设备之间相连用交叉线。

常见设备之间的双绞线连接

灵活选择

光纤 • 光纤的带宽比较宽 • 光纤抗干扰性和安全性好 • 光纤的传输距离远 • 单模光纤和多模光纤 • 光纤连接器有FC、ST、SC、MT-RJ。

电磁波 • 利用大气的电磁波传输信号 • 定向天线和全向天线 • 根据电磁波的频率 • 地面微波通信 • 卫星微波通信 • 无线广播 • 红外通信

连接设备 • 局域网在一个子网中，可以没有网络层，因此，只有物理层和数据链路层的连接。 • HUB • SWITCH

集线器 • 负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成对信号的再生和放大，以此来延长网络的长度。 • 在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，由此而导致接收错误。

网络中的物理与逻辑 • Hub构造的局域网在物理上属于星型拓扑，从逻辑上看，属于总线型拓扑结构。 • 如果要构造真正的物理上是星型、逻辑也是星型的拓扑结构，必须换成Switch。Switch位于数据链路层，可以根据目的MAC地址实现基于端口的转发。

交换机 • 数据链路层的功能是在相邻两节点间无差错地于数据链路层设备。 • 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。

交换机的原理 • 当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上； • 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口； • 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上； • 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目标机器对源机器响应时，交换机可以学习这个目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。 • 不断的循环这个过程，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。

思考两个问题 • 【思考】前面讲到，集线器或中继器级连的数量是有限的，请问交换机级连的数量是否也有限制？为什么？ • 【思考】当交换机接收到一个目标MAC地址不在地址表中的数据帧时，如何处理？

两者的异同 相同点： • 都是用来组建和扩展局域网的，外观上相似。不同点： • 交换机基于MAC地址进行数据帧的端口转发，工作在数据链路层；集线器没有任何表，工作在物理层。 • 交换机之间级连没有距离限制，集线器级连有距离限制。 • 交换机不划分VLAN时和集线器基本上一样，划分了VLAN后好像是由多个Hub构成。

通信协议 • 协议是计算机通过网络彼此交流信息的一种“语言” • 早期的局域网中，最常用的通信协议是NetBEUI协议 • 随着访问Internet的需要，还需要安装TCP/IP协议

NetBEUI协议 • NetBEUI是建立在NetBIOS基础之上的一个网络传输协议。 • NetBEUI由IBM开发，它是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。 • NetBEUI不具有跨网段（广播域）工作的功能，即NetBEUI不具有路由功能。

TCP/IP协议 • TCP/IP是目前最流行的网络协议，如果用户需要访问Internet，则必须安装该协议并进行设置。 • 在TCP/IP网络上，计算机通过IP地址惟一标识，因此，IP地址不允许重复，当然，一台计算机可以拥有多个IP地址，可以动态分配也可以静态指定。

选择通信协议 • 在选择通信协议时，应大致遵循以下原则： • 如果网络跨越多个网段，则必须选择可路由的通信协议，如TCP/IP和IPX/SPX等。 • 如果网络的规模较大，与Internet有连接，则应选择可管理性和扩充性较好的TCP/IP协议。 • 如果网络的规模较小，并且只是简单的文件和设备共享，则应选择占用内存少和带宽利用率高的NetBEUI协议。

扩展局域网 • 是指把几个小局域网和并成为一个更大的局域网。原因在于交换机或集线器的端口数量有限。 • 从根本上来讲，交换机之间的连接不外乎两种方式，级联和堆叠。

级联-最常规直接的扩展方式

级联 • 级联模式是组建大型LAN最理想的方式，可以综合利用各种拓扑设计技术和冗余技术，实现层次化网络结构。 • 级联模式是组建结构化网络的必然选择，级联使用光纤，各个组件可以放在任意位置，非常有利于综合布线。 • 级联模式也面临着挑战，当采用Hub进行级联时，为了保证网络的效率，一般建议层数不要超过4层。

堆叠 • 堆叠是指通过厂商提供的堆叠电缆和堆叠模块，将两台交换机的背板直接连接起来，构成高带宽的堆叠总线，可以实现单地址管理和提高系统的冗余性。 • 堆叠技术还提供了更高可靠性。通过使首尾两台交换机的冗余联机，将整个总线结成回路，这样即使堆叠中任一连接出现故障，都能够保证堆叠继续工作。

堆叠 • 堆叠是一种非标准化技术。各个厂商之间不支持混合堆叠，堆叠模式为各厂商制定，不支持拓扑结构。 • 目前流行的堆叠模式主要有两种：菊花链模式和星型模式。

菊花链堆叠 • 菊花链式堆叠是一种基于级联结构的堆叠技术，对交换机硬件上没有特殊的要求，通过相对高速的端口串接和软件的支持，最终实现构建一个多交换机的层叠结构，通过环路，可以在一定程度上实现冗余。 • 但是，就交换效率来说，同级联模式处于同一层次。菊花链式堆叠使用两个高速端口实现，可以选择实现环形的冗余。 • 菊花链式堆叠模式与级联模式相比，不存在拓扑管理，一般不能进行分布式布置，适用于高密度端口需求的单节点机构，可以使用在网络的边缘。

菊花链堆叠 • 菊花链式结构由于需要排除环路所带来的广播风暴，在正常情况下，任何时刻，环路中的某一从交换机到达主交换机只能通过一个高速端口进行。 • 菊花链式堆叠是一类简化的堆叠技术，主要是一种提供集中管理的扩展端口技术，对于多交换机之间的转发效率并没有提升，需要硬件提供更多的高速端口，同时软件实现UPLINK的冗余。菊花链式堆叠的层数一般不应超过4层，要求所有的堆叠组成员摆放的位置足够近（一般在一个机架上）。

星型堆叠 • 对交换机而言，需要提供一个独立的或者集成的高速交换中心（堆叠中心），所有的堆叠主机通过专用的高速堆叠端口上行到统一的堆叠中心，堆叠中心一般是一个基于专用ASIC的硬件交换单元。（1） 1000Base-T GBIC模块（2） 1000Base-SX GBIC模块

比较 • 级联相对容易 • 堆叠有级联不可达到的优势。 • 首先，多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来说，它们属于同一个设备，只需赋予其1个IP地址，即可通过该IP地址对所有的交换机进行管理，从而大大减少了管理的强度和难度，极大地节约了管理成本。

比较 • 其次，多个设备级联会产生级联瓶颈。而两个交换机通过堆叠连接在一起，堆叠线缆将能提供高于1G的背板带宽，极大地减低了瓶颈。 • 级联还有一个堆叠达不到的目的，是增加连接距离。堆叠线缆最长也只有几米，所以堆叠时应予考虑。 • 并不是所有的交换机都支持堆叠，这取决于交换机的品牌、甚至是型号是否支持堆叠。 • 堆叠和级联各有优点，在实际的方案设计中经常同时出现，可灵活应用。

TCP/IP协议配置 • 首先确认网卡及驱动程序已正确安装，并且通过传输介质（有线或无线）连入到了局域网中，再安装TCP/IP协议。 • 参数设置有两种方式 • 一种是静态指定 • 一种是动态获取。

TCP/IP协议配置 （1）网卡属性（2） TCP/IP属性图2-9 属性

IP地址 • IP地址由网络号和主机号两部分组成。 • 只有A、B、C三类地址可以作为主机地址使用，在这些地址中，要排除掉0.x.x.x和127.x.x.x，同时所有主机位全0（网络地址）和全1（广播地址）的地址也不能使用。 • 合法地址和保留地址 • 思考：10.1.1.0 255.255.255.0可以使用吗？

IP地址 • 对于只是访问Internet的用户来讲，可以使用保留地址，利用NAT技术在出口处进行基于端口的地址转换就可以了。也就是说，一个大的机房只需要一个合法地址就可以让所有的计算机访问Internet，从而大大节省了合法IP地址的使用。 • 为什么可以节省？——可以重复使用。为什么不会冲突？为什么不会造成混淆。 • 保留地址范围 A类：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 B类：172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 C类：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

地址冲突与计算机重名 • 每个IP地址在设置时必须保证局域网内惟一，否则会出现IP地址冲突。 • 对于访问Internet而言，计算机重名是可以接受的。

2. 子网掩码 • 子网掩码也是一个32位二进制数。 • 子网掩码中为1的位表明对应的IP地址中对应的位是网络位，子网掩码中为0的位表明对应的IP地址中对应的位是主机位。 • 由于标准的IP地址分类方法存在很大的缺陷，因此有了子网划分和构造超网。子网划分是从主机位借位，构成更多的网络位。构造超网是从网络位借位，构成更多的主机位。 • 借位之后，就无法从IP地址本身来判断到底多少位属于网络位部分，哪些是主机位部分，而这个信息对于IP数据包的接收者（尤其是路由器）来讲是必须搞清楚的，需要据此信息进行数据包的转发。

子网掩码 • 计算机将数据包中的目的IP地址与源IP地址分别与子网掩码进行按位逻辑与运算，如果运算的结果相同，说明目的IP和源IP属于同一网段，则进行广播处理；如果运算结果不同，则说明属于目的IP与源IP不在同一网段，则此时将该数据包转发给默认网关。 • 因此，在IP地址之外需要附加一点信息，以让接收者识别出网络号部分和主机号部分，这就是子网掩码的用途。因此，在告知网络地址或IP地址的同时通常也会告知子网掩码，否则会有歧义。

思考 • 用Hub连接两台计算机，其IP分别为192.168.1.1和192.168.1.129，请问，当子网掩码分别为 255.255.255.0，255.255.0.0，255.255.255.128时，在其中一台计算机上ping另一台计算机结果会如何，为什么？ • 先思考在上机验证。

默认网关 • 默认网关是该计算机访问外网段的出口。因此，默认网关的设置与否取决于该计算机是否需要访问外网段。 • 默认网关与计算机的IP地址必须在同一网段。（分析见教材） • 默认网关不是一台设备，而是某一台互连设备（路由器或多网卡服务器）的某一个网络接口的IP地址。

思考 • 在DOS命令提示符下输入IPconfig/all，显示出如下信息。请问如下配置犯了一个什么原则性的错误？ Ethernet adapter outer: Connection-specific DNS Suffix . : Description .. . . : D-Link DFE-530TX PCI Fast Ethernet Adapter （Rev B） Physical Address. . . . . . . . . : 00-50-BA-24-25-E8 DHCP Enabled. . . . . . . . . . . : No IP Address. . . . . . . . . . . . : 192.168.1.1 Subnet Mask . . . . . . . . . . : 255.255.255.128 Default Gateway . . . . .. . . . : 192.168.1.254 DNS Servers . . . . . . . . . . . : 202.204.220.11

思考 • 某局域网现有3台计算机，分别为A、B、C，它们通过集线器连在一起，3台计算机均安装配置了TCP/IP协议以及NetBEUI协议，都没有安装个人防火墙。如果B、C之间能够互相ping通，但A却始终无法ping通B、C，但在网络邻居内可以看到B、C。请问引起该问题的最可能原因是哪一个，说明选择根据。（A）计算机A的IP地址与其他主机不在同一网段（B）计算机A的IP地址和网关不在同一网段

DNS服务器 • 这里的DNS服务器是指TCP/IP协议中设置的DNS服务器。 • 当有域名解析的请求时，将把该请求发给设置的DNS服务器。因此，DNS是否设置取决于本计算机是否需要通过域名访问Internet。 • 如果该计算机是一台代理服务器，自身没有访问Internet的需求，则DNS可以不设置。

4. DNS服务器 • 当DNS服务器出现故障时，则将不能完成域名解析的任务，将造成所有用该DNS服务器进行域名解析的计算机无法通过域名访问Internet。 • 设置主DNS服务和备份DNS服务器，通常情况下，两台DNS服务器同时出现故障的概率是非常小的。 • 【注意】域名与计算机名不是同一个概念。DNS理论上可以设置为Internet上任何一台可达的DNS服务器。一般设为最近的DNS服务器。

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