计算机组网技术与配置

计算机组网技术与配置 课前说明 1 局域网与组网工程 属于专业课程 属于系统集成的一部分 2 网络工程两个方向 网络编程和系统集成 3 切忌走极端 只关注网络编程 忽视系统集成 反之亦然 只关注实践忽视理论 反之亦然 4 理论知识掌握要扎实 如数据结构 网络原理等 5 这学期完成一个项目开发 作为找工作的资本 6 提高英语水平 第1章计算机组网技术基础 1 1局域网概述1 2传输介质1 3组网硬件设备1 4组网软件基础1 5计算机网络体系结构1 6组网技术基础1 7局域网组网技术 1 1局域网概述 1计算机网络的定义从计算机与通信技术相结合的观点出发 人们把计算机网络定义为 以计算机之间传输信息为目的而连接起来 实现远程信息处理的系统 从强调资源共享的观点出发 计算机网络是 把地理上分散的资源 以能够相互共享资源的方式互连 且各自具备独立功能的计算机系统之集合体 从物理结构上看 将计算机网络定义为 在协议控制下 由若干计算机 终端设备 数据传输和通信处理机等组成的集合 1 1局域网概述 2局域网的概念局部区域内的计算机网络 该网络允许用户相互通信和共享软 硬件资源 按传输速率 局域网分为10Mbps网 100Mbps网 1000Mbps网 10Gbps网 1 1局域网概述 3局域网的基本组成局域网硬件 服务器 工作站 网卡 传输介质和网络互连设备 局域网软件 网络操作系统 网络协议 网络管理软件和网络应用软件 1 2传输介质 网络传输介质用来提供信号传输的信道 提供信息传输的通路有多种物理介质可用于实际的传输每一种传输介质在数据传输率 传输时延 安装 维护和成本上有不同的特性 适应的网络应用环境也不同 传输介质分为有线传输介质和无线传输介质 有线传输介质用于组建有线网络 无线传输介质用于组建无线网络 1 2传输介质 1 2 1双绞线1 2 2同轴电缆1 2 3光纤1 2 4无线介质1 2 5双绞线制作及组网连接方法1 2 6双绞线组网连接方法 1 2 1双绞线 双绞线是由一对相互绝缘的导线缠绕在一起构成的 两条导线缠绕在一起 可以降低导线之间的电磁干扰 也有助减少其它导线中的信号干扰这两根导线 双绞线既可以传输模拟信号 也可以传输数字信号 双绞线的数据传输率 带宽 与材质物理特性 绝缘壁的厚度 绞合密度和传输距离有关 双绞线分为屏蔽和非屏蔽两大类 双绞线的用途 双绞线在Ethernet网和TokenRing网中用得相当多 它常用作总线型拓扑结构或星形拓扑结构的连线 双绞线作为传输介质适合于小范围的LAN配置 在以太网中双绞线的最大传输距离是100m 米 数据传输率可以达到10Mbps 100Mbps 1000Mbps 5类非屏蔽双绞线的特性描述 非屏蔽双绞线的特点 无屏蔽外套 直径小 节省所占用的空间 重量轻 易弯曲 易安装 将串扰减至最小或加以消除 具有阻燃性 具有独立性和灵活性 适用于结构化综合布线 非屏蔽双绞线连接器 水晶头 屏蔽双绞线STP 1 2 2同轴电缆 同轴电缆由内 外两个同心导体构成 内导体是单股或多股线 外导体是一层网状金属柱面 在两者之间有绝缘材料充填和固定以保证内外导体同轴 最外层是橡胶或塑料保护层 如下图所示 同轴电缆 按带宽和用途来划分 分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆 基带同轴电缆 传输数字信号 宽带同轴电缆 传输模拟信号 用于有线电视 CATV 同轴电缆用于电视机与闭路电视系统的连接 为RG59标准 阻抗为75 的 塑料外皮的颜色为白色 同轴电缆 用于以太网的同轴电缆有两种 RG58A U标准的细缆 阻抗50 塑料外皮颜色为黑色 10Base 2 需要通过T型头与安装有BNC接口的网卡相连 RG11标准的粗缆 阻抗50 塑料外皮颜色为黄色 典型应用 10Base 5 一般用作局域网主干线 1 2 3光纤 光纤具有圆柱形的形状 由传输光波的玻璃纤芯以及包围在纤芯外面的反射层组成 形成三部分 纤芯 包层和护套 光纤的分类 光纤分类 单模光纤 SingleModeFiber 和多模光纤 MultiModeFiber 通过光纤传输的每一条光束称作一个模 多模光纤直径比单模光纤大 可提供不止一束光线在光纤中传输 这些光有不同的入射角 在通过反射层反射时 它们有不同的反射角 光纤 光纤非常细 计量光纤纤芯和反射层的单位是 m 单模光纤的纤芯直径只有5 m 10 m 多模光纤纤芯的直径在50 m 100 m之间 局域网最常用的多模光纤标识为62 5 m 125 m 其中62 5 m指的是纤芯直径 而125 m指的是反射层 包层 直径 典型单模光纤的纤芯直径是8 m 当指定波长的光束在这种光纤中传输时 只有一种模能沿着纤芯传播 多模光纤比单模光纤在传输距离上要短 但价格较便宜 常用的光纤缆有 8 3 m芯 125 m外层 单模 62 5 m芯 125 m外层 多模 50 m芯 125 m外层 多模 100 m芯 140 m外层 多模 光纤的工作原理 光纤通信系统是以光波为载体 光导纤维为传输媒体的通信方式 起主导作用的是光源 光纤 光发送机和光接收机 光源是光波产生的根源 光纤是传输光波的导体 光发送机的功能是产生光束 将电信号转变成光信号 再把光信号导入光纤 光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号 并将它转变成电信号 经解码后再作相应处理 光纤的连接方式 接入连接头并插入光纤插座 可以用机械方法将其接合 两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接 光纤与电缆线相比的优点 不会引起电磁干扰也不会被干扰 传输距离远 线路损耗低 传输频带宽 通信容量大 线径细 重量轻 抗化学腐蚀能力强 光纤制造资源丰富 光纤与电缆线相比的缺点 光纤的安装需要专门设备 当一根光纤在护套中断裂 如被弯成直角 要确定其位置是非常困难的 修复断裂光纤也很困难 需要专门的设备熔接 光纤使用中的问题 光纤单向通信需要注意的是 在光纤设备工作时 不要用眼睛对着光纤接口看 因为光纤局域网使用的激光束是不可见的 但对人的视力会造成永久性损伤 1 2 4无线介质 无线传输介质与有线传输介质的最大不同是 它不使用电能或光能作为导体传输信号 而是利用电磁波通过空间来传输 无线介质非常适合于那些难于铺设电缆的边远山区和沿海岛屿 目前最常用的无线传输介质有 微波通信和卫星通信 微波通信 微波通信是把微波信号作为载波信号 用被传输的模拟信号或数字信号来调制它 微波沿直线传播 由于地球表面是曲面 故每隔几十公里便需要进行中继 如下图 优点 调制技术成熟 通信容量大 传输频率宽 受外界干扰小 初建成本低 缺点 保密性差 误码率高 卫星通信 为了增加微波的传输距离 应提高微波中继站的高度 当将微波中继站放在人造卫星上时 便形成了卫星通信系统 可见卫星通信是一种特殊的微波通信系统 优点 覆盖面积大 可靠性高 信道容量大 传输距离远 传输成本不随距离的增加而增大 主要适用于远距离广域网络的传输 缺点 卫星成本高 传播延迟时间长 受气候影响大 保密性较差 1 2 5双绞线的制作与组网连接方法 双绞线的线序遵循EIA TIA568B和EIA TIA568A标准 分别称为B序排列和A序排列 以UTP 5为例 一条双绞线内有8根线 每2根绞在一起 组成4个线对 A B线序和线的颜色及排列 蓝白 A B线序的4根线电信号的标识 交叉线 CrossOver 又叫反线 一端采用568B 另外一端采用568A做线标准 直通线 Straightthrough 又叫正线或标准线 两端采用568B 或568A 做线标准 网线用途与水晶头连接线序的规则 压线钳 制作双绞线的过程 取一段适当长度的双绞线 两端用剪刀剪齐 用压线钳剥去一端的塑料包皮约10 13cm 注意不要剥的太长 避免划伤内部细线 按所需要的线序规则 按线的排列顺序与线的颜色对应排好 用压线钳上的剪刀将头部剪齐用力将8根线并排塞入RJ45内 直至8根线全部顶到底部 8根线全部位于铜片下方 放松压线钳 将RJ45头用力塞入压线钳的RJ45插座内 直到塞不动为止 用力压下压线钳的手柄 直到锁扣松开 RJ45插头 座及配合 做好的双绞线与水晶头 电缆测试仪 1 3组网硬件设备 服务器工作站网络适配器路由器交换机 1 4组网软件基础 1 4 1网络通信协议1 4 2选择网络通信协议1 4 3网络操作系统的选择1 4 4常用的网络操作系统 本章总目录 1 4 1网络通信协议 通信协议是计算机网络中计算机相互交流信息的语言 网络通信协议是计算机网络中的计算机在通信时必须遵循双方认可的规则和约定 网络通信协议用协议数据单元PDU描述和实现 PDU是一个由二进制位组成的数据块 由控制部分和数据部分组成 控制部分包含有若干个字段 网络协议的组成要素 语法数据与控制信息的结构或格式 语义需要发出何种控制信息 完成何种动作以及做出何种响应 同步事件实现顺序的详细说明 1 4 1网络通信协议 局域网中的网络通信协议TCP IP协议 实现异种计算机和计算机网络的互连 IPX SPX协议是Novell公司网络操作系统Netware用的通信协议集 NetBEUI NetBIOSExtendUserInterface NetBIOS用户扩展接口协议 是Microsoft给出的本地网络协议 特别适合于在 网络邻居 传送数据 只能在一个网段内工作 DLC DataLinkControl 数据链路控制协议 用于实现大型计算机与局域网的连接和网络打印机的连接 1 4 2选择网络通信协议 一个网络尽量只选择一种网络协议 避免协议过多占用内存空间 不利于网络管理 影响计算机运行速度 选用网络协议的高版本 因为协议高的版本性能好 注意网络环境中各计算机设备的网络协议选取要尽量一致 因为不一致会导致计算机间无法通信 1 4 3网络操作系统的选择 计算机网络操作系统是网络环境下的操作系统 网络操作系统是使网络中各台计算机设备能够共享网络资源 进行数据传输 为网络用户提供服务的网络协议和有关软件的集合 网络操作系统应该具有普通操作系统所具有的处理机管理 存储器管理 设备管理 文件管理 I O管理功能 还要具有网络通信和网络管理功能 提供网络用户与网络环境之间的接口 1 客户 服务器型的网络操作系统2 对等型网络操作系统 1 4 4常用的网络操作系统 1 UNIX操作系统2 Linux操作系统3 Windows网络操作系统 1 5计算机网络体系结构 OSI参考模型TCP IP体系结构 关于开放系统互连参考模型OSI RM 只要遵循OSI标准 一个系统就可以和位于世界上任何地方的 也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信 在市场化方面OSI却失败了 OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力 OSI的协议实现起来过分复杂 且运行效率很低 OSI标准的制定周期太长 因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场 两种国际标准 法律上的 dejure 国际标准OSI并没有得到市场的认可 但是非国际标准TCP IP现在获得了最广泛的应用 TCP IP常被称为事实上的 defacto 国际标准 OSI与TCP IP体系结构的比较 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7654321 OSI的体系结构 应用层 网络接口层 网际层IP 各种应用层协议如TELNET FTP SMTP等 运输层 TCP或UDP TCP IP的体系结构 TCP IP四层协议的表示方法举例 应用层运输层网际层网络接口层 主机A 主机B 路由器 网络2 网络1 应用层运输层网际层网络接口层 网际层网络接口层 4321 五层协议的体系结构 TCP IP是四层的体系结构 应用层 运输层 网际层和网络接口层 最下面的网络接口层并没有具体内容 因此往往采取折中的办法 即综合OSI和TCP IP的优点 采用一种只有五层协议的体系结构 五层协议的体系结构 应用层 applicationlayer 运输层 transportlayer 网络层 networklayer 数据链路层 datalinklayer 物理层 physicallayer 数据链路层 5应用层 4运输层 3网络层 2数据链路层 1物理层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部 成为应用层PDU 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层PDU再传送到运输层 加上运输层首部 成为运输层报文 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部 成为IP数据报 或分组 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 IP数据报再传送到数据链路层 加上链路层首部和尾部 成为数据链路层帧 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 计算机1向计算机2发送数据 应用层 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 电信号 或光信号 在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层 计算机2 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 物理层接收到比特流 上交给数据链路层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分 上交给网络层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去首部 取出数据部分上交给运输层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去首部 取出数据部分上交给应用层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101比特流110101110101 计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层 H2 T2 H3 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 H4 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 应用程序数据 H5 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 1 6组网技术基础 1 6 1网络拓扑结构1 6 2结构化布线技术 1 6 1网络拓扑结构 对于复杂的网络结构设计 人们引入了拓扑结构的概念 拓扑学是几何学中的一个分支 拓扑学首先把实体抽象为与其大小 形状无关的 点 并将连接实体的线路抽象为 线 进而研究点 线 面之间的关系 拓扑设计是计算机网络设计的第一步 网络拓扑结构直接关系到网络性能 系统可靠性与通信费用 计算机网络拓扑结构的类型 点对点传输结构 星型结构环型结构树型结构网状型结构广播传输结构 总线型结构 星型结构 星型结构是用每条线路将各个节点和中心节点相连的结构 中心节点控制整个网络的通信 任何两节点之间的通信都要通过中心节点 优点 结构简单 易于实现 便于管理 缺点 中心节点出故障时 整个网络系统就可能瘫痪 可靠性差 环型结构 环型结构是网络中的节点通过点到点通信线路连接成闭合环路的结构 环中数据将沿一个方向逐个节点的传送 优点 环型结构简单 网络中传输延时确定 缺点 环中任何一个节点出现故障 都可能造成网络瘫痪 而且环型结构的维护较复杂 树型结构 树型结构的特点是节点按层次进行连接 信息交换主要在上 下节点之间进行 同层次的节点之间很少有数据交换 实际上 树型结构是星型结构的扩展 只是有多个中心节点 优点 通信线路连接简单 网络容易管理维护 缺点 资源共享能力差 可靠性也较差 网状型结构 网状型结构的特点是网络中的节点之间的连接是任意的 无规律的 节点之间可能有多条路径选择 其中个别节点发生故障对整个网络影响不大 优点 系统可靠性高 缺点 网络系统结构复杂 一般成本较高 总线型结构 总线型结构是网络中的各个节点连接在一条公共的通信线路上的结构 数据在总线上双向传输 优点 结构简单 可靠性较高和易于网络的扩充 缺点 节点的数量对数据传输速度影响较大 一旦网络出现故障 故障定位困难 1 2 1网络拓扑结构 1 6 2结构化布线技术 1 结构化布线系统简介2 结构化布线系统的组成 1结构化布线系统简介 在传统的布线系统中 话音 数据和图像等各线路之间互无联系 互不兼容 需要各种不同的电缆线和接插件 并分别进行设计和施工 结构化布线技术是对传统布线方式的改进 将建筑物与建筑群中多种配线系统统筹规划 把所有语音 数据 视频信号与控制设备的配线 经过统一的规划设计 综合在一套标准的配线系统内 支持电话 闭路电视 计算机网络等信息设备的应用 解决了以往多种配线互不兼容的问题 2结构化布线系统的组成 参考ISO IEC11801 客户建筑电缆通用敷设要求 国际标准的规定 建筑物结构化布线系统分为以下子系统 1 工作区子系统2 配线 水平 子系统3 干线 垂直 子系统4 设备间子系统5 管理子系统6 建筑群子系统 1 2 2结构化布线技术 2 结构化布线的组成 工作区子系统 WorkArea 1 基本概念 工作区子系统又称为服务区子系统 是指由水平布线系统的信息插座延伸到工作站终端设备的整个区域 工作区子系统由终端设备连接到信息插座的连线 软线 组成 2 工作区子系统设计要点 1 从RJ 45插座到设备间的连线用双绞线 长度一般不超过5m 2 RJ 45插座须安装在墙壁上或不易碰到的地方 插座距离地面30cm以上 3 插座和插头 与双绞线 按照标准线序接线 工作区子系统 WorkArea 配线 水平 布线子系统 1 基本概念 它是从工作区的信息插座开始到管理子系统的配线架 用于将信息点与干线 垂直 子系统连接起来 由工作区用的信息插座 每层配线设备至信息插座的配线电缆 楼层配线设备和跳线等组成 89 干线 垂直 子系统 BackboneSubsystem 1 基本概念 干线子系统也称为垂直子系统 它提供整个建筑物综合布线系统干线电缆的路由 是楼层之间垂直干线电缆的统称 干线子系统由设备间的配线设备和跳线以及设备间至各楼层配线间的连接电缆组成 一般使用光缆或选用大对数的非屏蔽双绞线 管理子系统 Administration 1 基本概念 管理子系统是连接干线子系统和配线子系统的设备 设置在每层配线设备的房间内 其主要设备有机柜 双绞线配线架 光纤跳线架和一些必要的网络设备 如 光纤 双绞线适配器 Hub等 建筑群子系统 CampusSubsystem 1 基本概念 建筑群子系统是将一个建筑物中的电缆延伸到建筑群的另外一些建设物中的通信设备和装置上 它提供楼群之间通信设施所需的硬件 其中有电缆 光缆和防止电缆的浪涌电压进入建筑物的电气保护设备 设备间子系统 1 基本概念 设备间主要安装总配线设备 电话 计算机等各种主机设备及其进线保安设备 设备间子系统又称为设备子系统 所有楼层的资料都由电缆或光缆传送至此 因此设备间子系统是综合布线系统中最主要的管理区域 1 7局域网组网技术 1 7 1百兆局域网组网技术1 7 2千兆局域王组网技术1 7 3万兆