第一章 局域网的的基本知识

1. 第一章　局域网的的基本知识　 1.计算机网络概述 2.计算机网络的功能 3.计算机网络的分类 4. 局域网的组成与结构 5. 以太网 6. 局域网通信协议

2. 1．1 计算机网络的概述 1.　什么是计算机网络 计算机网络是将地理位置不同且具有独立功能的多个计算机系统用通信设备和线路连接起来，通过功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统。 2.　计算机网络的分类 计算机网络按其计算机覆盖范围通常被分为局域网、城域网和广域网。 3.　开放系统互联参考模型(OSI) 将网络功能划分为7个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

3. 1.2　计算机网络的功能 1.　资源共享 资源共享是组建计算机网络的目标之一。资源共享包括硬件资源的共享和软件资源的共享 。 2.　信息传输与集中处理 将数据信息从一个节点快速、安全、准确地传向其他节点，成为衡量一个国家或部门信息化程度的标准。

4. 3.负载均衡与分布处理 大型网站为支持更多的用户访问，在全世界各地放置了相同内容的Web服务器，通过一定技巧使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同内容的页面，从而实现各服务器的负荷均衡. 4.　综合信息服务 电子邮件、电子商务、视频点播和联机会议。

5. 1.3　计算机网络的分类 按数据交换方式可将网络分为： 电路交换网、报文交换网和分组交换网。 按网络的组建规模和延伸范围，将网络分为三类：局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。 1．3．1 局域网 局域网是局部地区网络的简称，联网计算机的距离通常应小于10km。 　　局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。

6. 1．局域网的特点 连接范围窄、用户数量少、配置容易、延迟小、连接速率高且传输可靠。 2．局域网的分类 （1）以太网（Ether Net） 以太网是应用最为广泛的局域网，符合IEEE802.3系列标准规范。 标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000 Mbit/s）和10G以太网。

7. （2） 令牌环网 令牌环网是IBM公司于70年代发展的，现在这种网络比较少见。 数据传输速度为4Mbit/s或16Mbit/s，新型的快速令牌环网速度可达100Mbit/s。采用环形拓扑结构。 （3）FDDI网 FDDI的中文名为光纤分布式数据接口。 　　数据通信能力高于10Mbit/s以太网和4 Mbit/s或16Mbit/s令牌网的能力。

8. FDDI只支持光缆和5类电缆。数据可以100Mbit/s的速度传输。FDDI只支持光缆和5类电缆。数据可以100Mbit/s的速度传输。 FDDI在网络通信中采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。 FDDI可以发送两种类型的包： 同步和异步。 同步通信用于连续进行且对时间敏感的传输 。 异步通信用于不连续脉冲串的普通的数据传输。 (4) ATM网

9. ATM（asynchronous transfer mode，异步传输模式）是一种较新型的单元交换技术，使用53字节固定长度的单元进行交换。 没有共享介质或包传递产生的延时，适合音频和视频数据的传输。 ATM主要具有以下优点： ·ATM使用固定的数据单元，可实现广域网和局域网的无缝连接。 ·ATM支持VLAN（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。 ·ATM具有不同的速率，分别为25 Mbit/s、51 Mbit/s、155 Mbit/s、622Mbit/s。

10. ATM通道是虚拟的电路，并且MAN传输速率能够达到10Gbit/s。ATM通道是虚拟的电路，并且MAN传输速率能够达到10Gbit/s。 (5)无线局域网　 无线局域网（Wireless Local Area Network WLAN）是目前最新、最热门的一种局域网。 无线局域网采用空气作为传输介质。 摆脱了有形传输介质的束缚，只要在网络的覆盖范围内，可以在任何一个地方与服务器及其他工作站连接。 802.11b标准，传输速度为11Mbit／s。 802.11a标准，连接速度为54Mbit／s。

11. 两者不互相兼容。 802.11z是一种专门为了加强无线局域网安全的标准。 (6)虚拟局域网 　　虚拟局域网技术(VLAN)是面向OSI第二层的网络技术。该技术的实质是将连接到交换机上的用户进行逻辑分组，每个逻辑组相当于一个独立的网段。 划分虚拟网的方法主要有以下三种： ·基于端口划分，就是按交换机端口定义虚拟网成员，每个端口只能属于一个虚拟网。

12. ·基于MAC地址划分，就是按每个连接到交换机设备的物理地址(即MAC地址)定义虚拟网成员。·基于MAC地址划分，就是按每个连接到交换机设备的物理地址(即MAC地址)定义虚拟网成员。 ·基于第三层协议类型或地址划分，该方法允许按网络层协议类型组成VLAN，也可按网络地址定义虚拟网成员。 1．3．2 城域网（MAN） 城域网（MAN）是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联网络。 　　网络的连接距离为10～100km。采用IEEE802.6标准。 MAN与LAN相比连接距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上是LAN网络的延伸。

13. 一个MAN网络通常连接着多个LAN网。 1．3．3 广域网（WAN） 广域网（WAN）连接地理范围较大，通常是一个国家或是一个洲。 目的：为了让分布较远的各局域网互联。 结构：分为末端系统(两端的用户集合)和通信系统(中间链路) 。 通信系统是广域网的关键 。 （1）公共电话网（PSTN） 　　公共电话网的速度9600bit/s～56Kbit/s，传输介质是普通电话线。

14. 特点是费用低，易于建立，且分布广泛。 （2）综合业务数字网(ISDN) 综合业务数字网也是一种拨号连接方式。 低速接口为128Kbit/s，高速接口可达2Mbit/s。 ISDN为数字传输方式，具有连接迅速、传输可靠等特点，并支持对方号码识别。 双通道能同时支持两路独立的应用，是一项适合个人或小型办公室的网络接入方式。 （3）专线（LeasedLine） 　　专线称为DDN，即数字数据网。是一种点到点的连接方式，速率为64Kbit/s~2.048Mbit/s。

15. 专线的特点是数据传递有较好的保障，带宽恒定；专线的特点是数据传递有较好的保障，带宽恒定； 缺点是价格昂贵，而且点到点的结构不够灵活。 （4）X．25网 早期的分组交换数字网多采用X.25通信协议，简称为X.25网。速率为9600bit/s—64Kbit/s；有冗余纠错功能，可靠性高。 缺点是速度慢，延迟大。 （5）帧中继(Frame Relay) 　　帧中继是在X.25网的基础上发展起来的较新技术，速率为64kbit/s～2．048Mbit/s。

16. 帧中继的特点是灵活、弹性。 可实现一点对多点的连接，且在数据量大时可超越约定速率传送数据。 （6）异步传输模式（ATM） 　　异步传输模式是一种信元交换网络，最大特点是速率高、延迟小、传输质量有保障。 　　采用光纤作为连接介质，速率可高达上千兆。 　　缺点：成本高 。 广域网与局域网的区别在于：　　　　 线路通常需要付费。 广域网常用设备有： 1）路由器(Router) 2）调制解调器(Modem)

17. 1.4　局域网的组成与结构 　　局域网是在一个局部地理范围内，把各种计算机、外围设备、数据库等相互连接起来组成的计算机网络。 1．4．1　局域网的组成 局域网是由网络硬件和网络软件二部分组成,网络硬件：网络服务器、工作站、外围设备等。网络软件：网络操作系统和通信协议。 　　在网络中起服务作用，并提供服务资源的实体称为服务器。 网络服务器它既可是硬件又可是软件。 　　硬件：它可是一台高档次的微机、小型机、中型机或大型机，也可是专用的服务器。

18. 以交换机为核心的中心网络

19. 　　作为软件，它的命名与分类是根据安装在硬件设备中的软件及其服务功能而定的。　　作为软件，它的命名与分类是根据安装在硬件设备中的软件及其服务功能而定的。 2．工作站 工作站：一个连接到局域网上的可编址设备，它对用户数据进行实时处理，并作为用户与网络之间的接口。 　　用户可通过工作站请求获得网络服务，网络服务器又把处理结果返回给工作站上的用户。如PC机。 3．外围设备 　外围设备是连接服务器与工作站的一些连线或连接设备。

20. 连线有同轴电缆、双绞线和光缆等。 连接设备有网卡、集线器、交换机等。 4．网络操作系统及通信协议 在网络中，硬件组成部分需要遵循一套指令，即网络操作系统。如Windows 2000 Server。 通信协议：网络中通信各方事先约定的通信规则，即各计算机之间进行相互对话所使用的共同语言。 　　计算机局域网中一般使用NetBEUI、TCP／IP和IPX／SPX三种协议。

21. 1．4．2 局域网常见拓扑结构 局域网的拓扑结构：局域网中各计算机之间的连接形式。 常见的局域网拓扑结构如下： 1．星形结构 网中的每一个节点设备都以中心节点为中心，通过连接线与中心节点相连，如果一个工作站需要传输数据，它首先必须通过中心节点。

22. 优点：传输速度快，网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。优点：传输速度快，网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。 缺点：网络可靠性低，网络共享能力差，一旦中心节点出现故障则导致全网瘫痪 2．树形结构 网络是天然的分级结构，又称为分级的集中式网络。特点是网络成本低，结构比较简单。

23. 优点：任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输，网络中节点扩充方便、灵活，寻查链路路径简单。优点：任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输，网络中节点扩充方便、灵活，寻查链路路径简单。 缺点：除叶节点及其相连的链路外，任何一个工作站或链路产生故障会影响整个网络系统的正常运行 3．总线型结构 　　网络是将各个节点设备和一根总线相连。网络中所有的节点工作站都是通过总线进行信息传输的。

24. 优点：网络简单、灵活，可扩充性能好。可靠性高、响应速度快、共享资源能力强、成本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响小。优点：网络简单、灵活，可扩充性能好。可靠性高、响应速度快、共享资源能力强、成本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响小。 缺点：实时性较差。 4．环形结构 网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环形结构网。结构较简单，系统中各工作站地位相等。

25. 优点：网络中的信息按固定方向单向传输，系统中无信道选择问题；如某个工作站节点出故障，此工作站节点就会自动旁路，不影响全网的工作，可靠性高。 优点：网络中的信息按固定方向单向传输，系统中无信道选择问题；如某个工作站节点出故障，此工作站节点就会自动旁路，不影响全网的工作，可靠性高。 缺点：便于扩充，系统响应延时长，信息传输效率较低 。

26. 1.5以太网 　　以太网以其高度灵活、相对简单、易于实现的特点，成为当今最重要的一种局域网建网技术。 1．5．1 以太网的产生 以太网最初出现在20世纪60年代末，它的核心思想是多个设备共享传输信道。 以太网这个名词被正式提出是在1973年，它源自于该技术的研制人之一Metcalfe所写的一篇备忘录，其中有一句为“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的”。

27. 1982年，IEEE(国际电气和电子工程师协会)将以太网标准正式列入IEEE802.3草案，成为国际上公认的标准。1982年，IEEE(国际电气和电子工程师协会)将以太网标准正式列入IEEE802.3草案，成为国际上公认的标准。 1.5.2　以太网的特点 以太网的优点主要表现在以下四个方面： ·廉价的适配器卡 ·容易安装 ·广泛使用 ·速率高 缺点主要表现在以下两个方面： ·重负荷下性能恶劣 ·很难跟踪错误 1．5．3以太网的工作原理 　　以太网中采用载波监听多路访问／冲突检测（CSMA／CD）机制来避免可能发生的冲突。

28. 当某工作站发送数据时，首先会检查目前传输媒体上是否有其它工作站正在发送数据；若发现信道空闲，则立即发送数据；并再检查是否有其它工作站也要发送数据，若有其他工作站也要发送数据，则会造成冲突；若没有，则继续发送并检测有无冲突，直至发送完成。当某工作站发送数据时，首先会检查目前传输媒体上是否有其它工作站正在发送数据；若发现信道空闲，则立即发送数据；并再检查是否有其它工作站也要发送数据，若有其他工作站也要发送数据，则会造成冲突；若没有，则继续发送并检测有无冲突，直至发送完成。

29. 当发送数据产生冲突时，则立即停止发送，而要接收数据的工作站，会放弃此笔数据，各要发送数据的工作站会等待一段随机时间后，再准备重新发送数据。当发送数据产生冲突时，则立即停止发送，而要接收数据的工作站，会放弃此笔数据，各要发送数据的工作站会等待一段随机时间后，再准备重新发送数据。 　　在使用CSMA／CD的网络中，吞吐量随着通信流量的增长而降低。 1．5．4　传统以太网的发展 　　以太网经历了以下三个不同的技术时代： ·以太网／IEEE802.3：传统以太网采用同轴电缆作为网络媒体，传输速率达到10Mbit/s。 ·100Mbit/s以太网（快速以太网），采用双绞线作为网络介质，传输速率达到100Mbit/s。

30. ·1000Mbit/s以太网（千兆以太网），采用光缆或双绞线作为网络介质，传输速率达到1Gbit/s。·1000Mbit/s以太网（千兆以太网），采用光缆或双绞线作为网络介质，传输速率达到1Gbit/s。 随着以太网技术的发展，下一代以太网的目标将是万兆以太网。 1．10Base5粗缆以太网 10Base5使用直径为10mm的粗同轴电缆(粗缆)为传输介质，电缆两端需要一个50的终端电阻，允许每个网段连接100个节点。 10Base 5使用总线型拓扑结构，所有的节点都要通过一粗缆进行连接，一条电缆的最大长度为500m。

31. 10Base5网络的最大直径为2500m，即可以由4个中继器连接5段500m长的网线。10Base5网络的最大直径为2500m，即可以由4个中继器连接5段500m长的网线。 　　无法实现交换和全双工通信，维护困难、故障排除不方便等缺点。 2．10Base2细缆以太网 10Base2允许每段连接30个节点，最大长度为185m。由4个中继器连接5段网线，网络的最大直径为925m。 细缆以太网是一种总线型网络结构。 　　总线上任何一个节点出现故障，均会影响整个网段的正常工作；故障的排除较困难，无法实现交换和全双工通信。

32. 3．10Base-T双绞线以太网 10Base-T双绞线以太网使用两对非屏蔽双绞线(3类或3类以上)，其中一对用来发送数据，另一对用来接收数据。 10Base-T也使用4个中继器连接5段100m网线，从而使网络最大范围达到500m。 4．10Base－F光纤以太网 10Base-F光纤以太网使用两根光纤进行通信，其中一根光纤用来传送数据，另一根光纤用来接收数据。 它一条线最大长度为2000m。

33. 1.5.5 快速以太网 1992年传输速度为l00Mbit/s的快速以太网问世。 100BaseT是IEEE正式接受的100Mbit/s以太网规范，它采用非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP)作为网络介质，被IEEE作为802．3规范的补充标准802．3u公布。 100BaseT沿用了IEEE 802．3规范所采用的CSMA/CD技术。 100BaseT还提供了10Mbit/s和100Mbit/s两种网络传输速率的自适应功能, 实现了10BaseT和100BaseT两种不同网络环境的共存和平滑过渡。

34. 1．100Base-TX5类UTP快速以太网 100Base-TX快速以太网使用两对非屏蔽双绞线(5类或5类以上)作为传输介质，一对用来发送数据，一对用来接收数据。 100Base-TX快速以太网采用4B／5B编码算法，其工作频率为125MHz。 和10Base-T一样，使用8针的RJ-45连接器，为从10Base-T升级到l00Base-TX提供了便利条件。 2．100Base-FX光纤快速以太网 100Base-FX光纤快速以太网使用多模光纤或单模光纤作为传输介质，使用ST或SC连接器连接网卡、集线器交换机 .

35. 光纤连接的最大长度使用多模光纤可达2000m，单模光纤可达10km。使用4B／5B编码算法。光纤连接的最大长度使用多模光纤可达2000m，单模光纤可达10km。使用4B／5B编码算法。 3．100Base-T4UTP快速以太网 100Base-T4使用4对3类或3类以上的非屏蔽双绞线作为传输介质。其中，3对线用来同时传送数据，第4对线则用作冲突检测时的接收信道。 没有单独专用的发送和接收线，所以不可能实现全双工通信。 4.100Base-T2UTP，快速以太网 　　使用两对3类或3类以上的UTP，一对线用于发送数据，另—对线用于接收数据，使全双工通信成为可能。

36. 与100Base-T2相关的接口电路的设计非常复杂，在局域网中很少使用。与100Base-T2相关的接口电路的设计非常复杂，在局域网中很少使用。 5． 100VG-AnyLAN标准 l00VG-AnyLAN的标准，是100Mbit/s令牌环网和采用对UTP作为网络介质的以太网的技术规范。 　　可提供100Mbit/s的数据传输速率，能够实现语音级的通信，既有传统以太网的特点，又有令牌网的特点。 1．5．6 千兆以太网 1998年6月推出的802．3Z中规定了使用光纤作为传输介质的标准1000Base-SX和1000Base-LX，使用双绞线的标准1000Base-TX和使用同轴电缆的标准1000Base-CX。

37. 目前，1000Mbit/s以太网主要用于交换机到服务器的升级、交换机到交换机的升级、交换式快速以太网主干网部分的升级和高性能工作站的升级四个方面。目前，1000Mbit/s以太网主要用于交换机到服务器的升级、交换机到交换机的升级、交换式快速以太网主干网部分的升级和高性能工作站的升级四个方面。 　　千兆以太网最大的优点在于它对现有以太网的兼容性。 　　由于千兆以太网是传统以太网技术的扩展和延伸，因此成为当前局域网和城域网建设中的骨干网络的首选技术。 1.5.710G以太网 IEEE在1999年成立了专门的工作小组，负责10Gbit/s以太网标准的制定工作。

38. 10Gbit/s以太网采用IEEE802．3以太网介质访问控制(MAC)协议、帧格式和帧长度，无论在技术上还是应用上都保持了高度的兼容性。10Gbit/s以太网采用IEEE802．3以太网介质访问控制(MAC)协议、帧格式和帧长度，无论在技术上还是应用上都保持了高度的兼容性。 10Gbit/s以太网与全双工快速以太网和千兆以太网一样，是以全双工模式工作的。 由于万兆以太网仍是以太网，只是在网络速度上进行了大幅度的提升，因此原来的以太网用户对现有的网络结构不需调整就可以实现10Gbit/s的连接速度。

39. 1.6 局域网通信协议 　　局域网中服务器与客户机通常都使用不同的操作系统，要使它们实现通信必须遵循一种统—的标准。 1．6．1OSI模型 OSI是ISO在网络通信方面所定义的开放系统互连模型，1978年 ISO（国际化标准组织）定义了这样一个开放协议标准。 OSI模型共分7层，从下往上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层， 　　当接受数据时，数据是自下而上传输；当发送数据时，数据是自上而下传输。

40. （1）物理层 　　物理层(Physical Layer)为通信提供物理链路，实现比特流的透明传输。 　　物理层定义了硬件接口的电气特性、机械特性以及应具备的功能等，以便于建立、维护和拆除物理连接。 （2）数据链路层 　　数据链路层是建立在物理传输能力的基础上，以帧为单位传输数据。 　　主要任务就是进行数据封装和数据链路的建立。 　　常见的集线器、Modem和低档的交换机网络设备都是工作在这个层上 。

41. 功能：数据链路连接的建立与释放、构成数据链路数据单元、数据链路连接的分裂、定界与同步、顺序和流量控制及差错的检测和恢复等。功能：数据链路连接的建立与释放、构成数据链路数据单元、数据链路连接的分裂、定界与同步、顺序和流量控制及差错的检测和恢复等。 （3）网络层 　　它解决网络与网络之间，即网际的通信问题。 网络层是提供路由，即选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。具有流量控制和拥挤控制的能力。 功能：建立和拆除网络连接、路径选择和中继、网络连接多路复用、分段和组块、服务选择和传输以及流量控制。

42. 网络边界中的路由器和较高档的交换机可直接工作在网络层。网络边界中的路由器和较高档的交换机可直接工作在网络层。 （4）传输层 　 传输层解决数据在网络之间的传输质量问题。 　　用于提高网络层服务质量，提供可靠的端到端的数据传输。 　　它提供的是一套网络数据传输标准，如TCP协议。 　　功能：映射传输地址到网络地址、多路复用与分割、传输连接的建立与释放、分段与重新组装、组块与分块。

43. （5）会话层 利用传输层来提供会话服务，会话可能是一个用户通过网络登录到一个主机，或一个正在建立的用于传输文件的会话。 　　功能：会话连接到传输连接的映射、数据传送、会话连接的恢复和释放、会话管理、令牌管理和活动管理。 （6）表示层 　　表示层用于数据管理的表示方式。 　　功能：数据语法转换、语法表示、表示连接管理、数据加密和数据压缩。

44. （7）应用层 　　它解决的是最高层次，即程序应用过程中的问题，它直接面对用户的具体应用。 　　应用层包含用户应用程序执行通信任务所需要的协议和功能。 1．6．2　网络协议 TCP／IP协议即传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/ Internet Protocol），是跨越局域网和广域网环境的大规模互联网协议。 TCP／IP将网络分成4层：应用层、传输层、IP层和网络层接口层。

45. TPC/IP与OSI体系结构的比较

46. 1． 网络层接口层 负责将帧放进物理线路，或从线路中取走帧。 对应着OSI中的物理层和数据链路层。 2．互联网层(IP层) 　　对应OSI的网络层，负责将数据包封装成IP数据包，运行必要的路由算法，为数据的发送寻求最佳路径。 IP层的主要协议有：IP、ICMP和ARP协议。 （1）IP协议 ·传输层上的协议必须用IP发送数据。

47. ·IP协议是非面向连接服务的协议，可提供快速但不可靠的数据传输。·IP协议是非面向连接服务的协议，可提供快速但不可靠的数据传输。 ·IP负责主机与网络之间的寻址和路径选择。 · IP从传输层TCP或UDP接收打包的数据，并以数 据报的形式发送数据。 ·IP在Intemet支持广播，即可以向物理段上的所有 计算机发送消息。 （2）ICMP网际控制信息协议 ·非面向连接的协议。 ·报告与传递有关的消息并报错。 ·可传输普通消息数据包。

48. （3）ARP地址解析协议 负责IP地址到物理地址(MAC地址)的映射。 3．传输层 它包括了OSI的传输层、会话层、表示层和应用层的功能，通过两个传输协议(TCP协议和UDP协议)在计算机之间提供通信对话。 （1）TCP 传输控制协议 1）TCP的三次握手 目的是使数据发送和接收同步；告诉其他主机其—次可接收的数据量，建立虚拟连接。

49. 三次握手的简单过程如下： ·初始化主机通过一个同步标志置位的数据段发出会话请求。 ·接收主机通过发回数据段表示回复。 ·请求主机再回送一个数据段，并带有确认顺序号和确认号。 2）TCP端口 　　端口是主机本地16位号码，为发送消息提供特定的定位，用来确定应用程序进程的一种方法，可使应用程序直接对准查询信息。 3）TCP滑动窗口

50. 滑动窗口是两台主机传送数据时的缓冲区。每台主机有两个缓冲区，一个用于接收数据，另一个用于发送数据。滑动窗口是两台主机传送数据时的缓冲区。每台主机有两个缓冲区，一个用于接收数据，另一个用于发送数据。 滑动窗口的工作原理： 　　源主机在发送数据包时，要将所发的数据包备份起来，直到收到目的主机的确认信息，如在一定的时间内未接收到目的主机的确认信息，源主机就会重新发送。 4）重发定时器 　　发送窗在重发数据包之前的等待时间。 　　重发次数默认为5次。重发定时器最初设定为1s 。