《网络技术与应用》第3章 计算机局域网

2022/12/21第3章计算机局域网网络技术与应用

3.1局域网基础3.2无线局域网3.3以太网技术3.4局域网组网本章内容33.1局域网基础3.1.1局域网的组成局域网组成也包括硬件和软件。

资源硬件主要是指服务器、工作站及各种共享的外围设备如打印机、传真机等，通信硬件主要是指通信线路和网卡、集线器、交换机、路由器、无线AP等通信设备。

局域网的软件主要包括网络操作系统和通信协议，较常使用的协议有TCP/IP、NetBEUI和IPX/SPX三种。43.1.2局域网的分类

按照网络中计算机之间的关系，局域网可以划分为对等网和客户-服务器网络。从应用角度划分，局域网可以划分为家庭网和企业网。从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享式局域网和交换式局域网。

53.1.2局域网的分类

按照技术规范划分，局域网可划分的种类较多，其中占主导地位的有4种类型，分别是以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）和光纤分布式数据接口FDDI（FiberDistributedDataInterface）。以太网、令牌环网和令牌总线是IEEE（国际电气和电子工程师协会）的标准，FDDI是ANSI（美国国家标准协会）的标准。国际电气和电子工程师协会IEEE（

InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）成立了IEEE802委员会，制定出一系列局域网标准，即IEEE802标准。IEEE802标准诞生于1980年2月，故称为802标准。IEEE802.1定义体系结构、网络互连和网络管理的有关标准IEEE802.2定义IEEE802.3-IEEE802.6协议的逻辑连接控制层IEEE802.3CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.4令牌总线访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.5令牌环介质访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.6城域网访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.7宽带局域网技术IEEE802.8光纤传输技术IEEE802.9集成语音IEEE802.10网络安全IEEE802.11无线局域网73.1.3局域网的关键技术

决定局域网特性的主要技术要素：网络拓扑结构传输介质通信协议8拓扑结构局域网在网络拓扑结构上主要采用总线型、星型、环型等结构。总线型ABCC星型ABCA环型ADCBT9传输介质在网络传输介质上主要采用双绞线与光缆。10介质访问控制方法传统的局域网采用“共享介质”的工作方式，其传输介质是共享的，各结点都可以利用总线发送数据，且网中没有控制中心，若两个或多个结点同时发送数据，将不可避免地产生“冲突”。11常用的介质访问控制方法为了尽量避免“冲突”的发生，解决“冲突”发生时产生的问题，实现对多结点使用共享介质发送和接收数据的控制，人们提出了多种介质访问控制方法。目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有三种：以太网技术中带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法、令牌总线（TokenBus

）方法和令牌环（TokenRing

）方法。12CSMA/CD方法的工作过程CSMA/CD方法的发送流程可以简单地概括为4点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。每个结点利用总线发送数据时，首先要侦听总线的忙闲状态。当一个结点准备好发送的数据帧，并且此时总线处于空闲状态，那么它就可以开始发送。结点在发送数据时要进行冲突检测。CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection13CSMA/CD方法的工作过程所谓冲突检测，就是发送结点在发送数据的同时，将它发送的信号波形与从总线上接收到的信号波形进行比较。若两者一致，表示没有冲突发生，结点在发送结束后进入正常结束状态；若不一致，则表示有冲突产生，为了解决信道争用冲突，结点停止发送数据，随机延迟后重发。令牌总线方法的工作过程令牌总线是一种在总线型拓扑中利用令牌（Token）作为控制结点访问公共传输介质的介质访问控制方法。在采用令牌总线方法的局域网中，任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。结点A结点B结点C结点D结点E令牌总线结点E结点A结点C结点D结点B令牌总线令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上是环网。

令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传递。15令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权。在下列情况下，持有令牌的结点必须交出令牌：该结点没有数据帧等待发送；该结点已发送完所有待发送的数据帧；到达该结点令牌持有的最大时间。令牌总线方法的工作过程163.1.4局域网通信协议1.TCP/IP协议TCP/IP协议是目前最常使用的一种通信协议，几乎所有的厂商和操作系统都支持它，具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可以连接所有的服务器和工作站。组建局域网或将计算机连接到Internet上时，需要使用TCP/IP协议。网络中的计算机要进行通信，一般需要以下几个组件来支持：IP地址主机名称子网掩码默认网关DNS服务器17

在Internet中，所有的主机和路由器都分配了一个地址，即IP地址。

IP地址有IPv4和IPv6两个版本，目前仍在使用的是IPv4版本。按照TCP/IP协议规定，IP地址用32位二进制数表示，即4个字节。为方便使用，常被写成十进制数的形式，中间用“.”分开不同的字节，即点分十进制表示法。例如：

IP地址：11001010.11000010.01000000.00000001

写成十进制形式：IP地址18IP地址由网络标识和主机标识两部分组成，网络标识用于区分不同的网络，主机标识用于区分同一网络中不同的主机。网络标识相同的计算机处于同一个网络中。

IP地址一般划分为5类：A、B、C、D、E，目前常用的为前3类。网络标识主机标识190网络号主机号017831A类1网络号主机号0115163102B类1网络号主机号012324310213C类主机地址范围：～55，一般分配给具有大量主机的网络用户。特点是网络数量少，而主机数量多。主机地址范围：～55，一般分配给具有中等规模主机数的网络用户。主机地址范围：～55，一般分配给小型的局域网用户。特点是网络数量多，而主机数量少。

201多目广播地址01311213D类04主机地址范围：～55，不分网络号和主机号，表示一个多播地址，即多目的地传输。1留待后用01311213E类1405主机地址范围：～55。E类地址保留，用于实验和开发用途。21IP地址分为公有地址和私有地址。

公有地址（也称为公网地址）是由Internet地址管理机构统一管理并分配给注册用户，是广域网范畴内的主机标识，持有公有地址的主机接入Internet后能够直接与其他用户进行数据通信。私有地址（也称为专网地址）属于非注册地址，是局域网范畴内的主机标识，专门为组织机构内部使用，持有私有地址的主机不能直接通过Internet与机构外的用户主机进行通信，需要先将私有地址转换成公有地址—通过网络地址转换协议实现。公有地址和私有地址22

子网掩码主要有两大功能：一是用来区分IP地址中的网络部分和主机部分，二是将网络分割为若干个子网。与IP地址相同，子网掩码的长度也是32位，其左边是网络标识部分，全部用二进制数字1表示；右边是主机标识部分，全部用二进制数字0表示。例如：IP地址为“”和子网掩码为“”的主机子网掩码23

子网掩码与IP地址进行逻辑与运算，会屏蔽掉主机ID部分，得到对应的网络ID。591

子网掩码与运算与运算如何判断两台机器是否在同一个网络中？24

由于32位IP地址中的网络地址是有限的，要想扩充网络地址可采用划分子网（Subnet）的技术。将主机地址部分划分出一定位数作为网络地址，剩余的位数作为主机地址。划分子网后的IP地址结构如下图所示：例如，一个B类网络，将主机标识的第1个字节用于子网标识，则可构成28=256个子网。网络标识子网标识主机标识子网掩码25

一个较大规模的网络往往是由许多小型局域网组成，每个局域网要有一个进出口，这就是网关。如果一台主机要访问本地网络以外的另一台主机或设备，就需要为其设置一个默认网关。网关又称网间连接器、协议转换器，既可用于广域网连接，也可用于局域网连接。只有通过网关，运行不同协议或运行于OSI模型不同层上的局域网网段间才可以相互通信。路由器或服务器都可以充当局域网网关。默认网关26

DNS是DomainNameSystem的缩写，即域名管理系统。DNS服务器就是域名解析服务器，它在互联网中的作用是：把输入的容易记的网站域名转换成网络中可以识别的IP地址。例如，在浏览器的地址栏中输入济南大学的网站域名，DNS服务器会自动转换成。DNS服务器27IPv6简介

IPv6是Internet的新一代通信协议，地址长度为128位。基本表示形式为：128位地址被划分为8个16位的部分，每部分分别用十六进制数表示，中间用冒号隔开。例如:BACF:FA36:3AD6:BC89:DF00:CABF:EFBA:004E28

NetBEUI协议是微软公司的一种通信协议，在Windows系列产品中已经成为固有的默认协议，它占用内存最少，在网络中不需要任何配置，并且有着较高的速率，通常用于只有单个网段的小型网络中。

IPX/SPX协议是Novell公司的通信协议集，它具有强大的路由功能，适合于大型网络，如果不是在Novell网络环境中，一般不使用该协议。NetBEUI协议和IPX/SPX协议293.2无线局域网无线局域网（WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，是指利用无线通信技术将计算机设备互连起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网不再使用通信电缆，通过无线方式连接，使得网络的构建更加方便、终端的移动更加灵活。303.2.1无线局域网的特点(1)安装便捷：免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点，就可以建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。(2)接入灵活：只要是在无线网络的信号覆盖范围内，如何一个位置都可以接入网络。(3)易于扩展：能够胜任从只有几个用户的小型网络到有上千用户的大型网络，不受布线位置的限制，有多种配置方式，方便用户根据需要灵活选择。313.2.2无线局域网的传输介质(1)红外线：采用低于可见光部分的频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输，窃听困难，对邻近区域的类似系统不会产生干扰。在实际应用中，红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求的发射功率也较高。红外无线局域网是目前“100Mbps以上、性能价格比高的网络”唯一可行的选择。(2)无线电波：覆盖范围广，应用广泛，是无线局域网最常用的无线传输媒体。由于发射功率低于自然的背景噪声，具有很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力，使通信非常安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。323.2.3无线局域网的拓扑结构(1)无中心拓扑：要求网中任意两个站点均可直接通信。这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易且费用较低；缺点是当网中站点数过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。且为了使任意两个站点均可直接通信，网络中站点布局受环境限制较大。适用于用户数相对较少的工作群规模。(2)有中心拓扑：要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。由于每个站点只需在中心站覆盖范围内就可与其他站点通信，因此网络中站点布局受环境限制较小。缺点是抗毁性差，中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪。在实际应用中，无线局域网往往与有线主干网结合起来使用，中心站点充当无线局域网与有线主干网的转接器。333.2.4无线局域网的设备1.无线接入点：即通常所说的AP（AccessPoint），也称为无线访问点，是大多数无线网络的中心设备。AP在本质上是一种提供无线数据传输功能的集线器，在无线局域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。2.无线网卡：在无线局域网的信号覆盖下，通过无线连接网络上网而使用的无线终端设备。与普通网卡的功能相同，只是它采用无线方式进行数据传输。按接口类型可分为PCI、USB、Mini-PCI等类型。3.无线路由器：是一种带路由功能的无线接入点，通常包含一个若干端口的交换机，可以连接若干台使用有线网卡的计算机，从而实现有线和无线网络的顺利过渡。4.无线天线：相当于一个信号放大器，主要用来解决无线网络传输中因传输距离、环境影响等造成的信号衰减。343.2.5无线局域网技术

无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有802.11标准、蓝牙标准、HomeRF（家庭网络）标准及3G标准等。353.3以太网技术3.2.1以太网的特点以太网使用CSMA/CD介质访问控制方式，符合IEEE802.3标准，在数据链路层传输的是帧，拓扑结构可以为总线型、星型和树型结构，但在逻辑上都是总线型结构。以太网结构简单，易于实现，技术相对成熟，网络连接设备成本低，不同类型的以太网可以相互兼容，很容易集成在一个局域网中，所以，组建局域网、校园网和企业网的单位都将以太网作为首选。363.3.2典型以太网按照传输速率将以太网分为10Mbps以太网、100Mbps以太网、千兆位以太网和万兆位以太网。1.

10Mbps以太网类型10BASE-210BASE-510BASE-T10BASE-F数据传输速率10Mbps10Mbps10Mbps10Mbps传输介质基带细同轴电缆基带粗同轴电缆非屏蔽双绞线光纤拓扑结构总线型总线型星型星型网络接口BNCAUIRJ-45F/O最大段长185m500m100m1000m以上其中第一个数字表示数据传输速率（Mbps），Base表示基带传输，Borde表示宽带传输，最后一个数字表示传输介质和最大传输距离（100M）372.100Mbps以太网早期对于要求100Mbps的以太网，只有FDDI可供选择。1995年IEEE宣布了IEEE802.3u标准，称为快速以太网。所有的快速以太网系统均使用集线器或交换机。通过10/100Mbps自适应集线器连接，10Mbps以太网可以方便地升级为快速以太网。100BASE-T4：使用3类UTP，需要4对双绞线。100BASE-TX：使用5类UTP，只需使用2对双绞线。以上两种统称为100BASE-T。100BASE-FX：使用两束多模光纤，每束光纤一个方向，全双工通信，站点与集线器之间的最大距离可达2km。383.千兆位以太网为了适应网络应用对网络更大带宽的需求，3Com公司和其他一些厂商成立了千兆位以太网联盟，研制和开发了千兆位以太网技术。

1998年6月，IEEE正式通过千兆位以太网标准IEEE802.3z。千兆位以太网标准规定：允许以1Gbps的速率进行半双工、全双工操作。增强了CSMA/CD的功能，采用了包突发机制。物理层支持多种传输介质，可以使用光纤、同轴电缆及UTP等各种介质。393.4局域网组网3.4.1局域网设备3.4.2对等网组网方法3.4.3对等网组网步骤3.4.4无线局域网组网方案3.4.5客户-服务器网络组网3.4.6局域网共享Internet403.4.1局域网设备1.

网卡：计算机连入网络的接口，选择时要考虑传输速率、端口和所支持的总线类型。2.

交换机：交换式局域网的核心，主要考虑交换方式的选择、端口类型和端口数量的选择、价格和品牌及是否具备网络管理功能。3.

宽带路由器：是传统路由器的简化产品，通常带有两种最基本的端口WAN口和LAN口，分别用于连接广域网和局域网。4.

无线宽带路由器：实质是宽带路由器和无线AP的功能结合在一起，既能当作宽带路由器使用，同时也可以让无线客户端通过无线网络接入。413.4.2对等网组网方法1.双机互连2.三机互连3.多机互连4.快速以太网组网方法5.千兆位以太网组网方法42双机互连连接两台计算机组建对等网，最适合的方式是使用交叉接法的双绞线将两台计算机直接互连。所需硬件：带RJ-45接口的两块网卡、两个RJ-45水晶头和若干米双绞线。

43三机互连

三台计算机连网，最实用的方法是在一台计算机上安装两块网卡，另外两台计算机上各安装一块网卡，然后用双绞线连接起来，并将安装双网卡的计算机进行桥接设置，桥接的网卡可以代替Hub实现相应的功能。双网卡44多机互连

三台以上计算机组建对等网，最适用的组网方式是采用交换机组成星型网络。所有结点通过非屏蔽双绞线与交换机连接，构成物理上的星型拓扑。

交换机……

结点

结点

结点

结点单一交换机以太网结构4528多机互连

如果需要连网的结点数超过单一交换机的端口数时，通常需要采用多交换机的级联结构。三个交换机级联结构463.4.3

对等网组网步骤安装硬件设备安装网络协议标识计算机及工作组配置IP地址网络连通测试47组网步骤1.安装硬件设备为了组建对等网，必须在每台计算机上安装特定的硬件。安装网卡时，系统会自动创建一个局域网连接，每次启动计算机时，系统都会检测网卡并自动启动本地连接。2.安装网络协议通常情况下，在系统检测到网卡时，TCP/IP便被作为默认的网络协议进行安装。除此之外，在对等网中还要安装NetBEUI协议，这样才能在“网上邻居”中看到工作组中的其他成员。48安装NetBEUI协议

准备好WindowsXP安装光盘，进入“Valueadd\Msft\Net\Netbeui”文件夹下，这里有Nbf.sys、Netbeui.txt、Netnbf.inf共3个文件，先将Nbf.sys文件复制到本机的“Windows\System32\Drivers”文件夹下，再将Netnbf.inf文件复制到本机的“Windows\INF”文件夹下。INF文件夹具有隐藏