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计算机网络基础 主要内容 一 计算机网络的定义指通过一定的通信线路 如双绞线 同轴电缆 光缆 微波等 和通信设备 路由器 交换机 网桥 HUB 集线器 中继器等 将地理位置不同的 功能独立的计算机连接起来 通过功能丰富的网络软件 网络操作系统 通讯协议 而实现资源共享和信息传递的一个系统 主要内容 二 网络的组成1 广域网的基本组成与结构 1 主机 Host 主机是计算机网络中承担数据处理的计算机系统 具有完善的管理能力的硬件和软件系统 2 终端 Terminal 直接面对用户 如键盘显示器 智能终端 会话型终端 图形终端等等 3 通信控制处理机 CCP 4 通信设备与通信线路 2 局域网的基本组成与结构局域网的基本组成与广域网相似 但由于局域网的覆盖范围与规模较小 故有些方面与广域网不同 例如 局域网没有通信处理机 通信处理功能由网卡实现 1 服务器 Server 2 客户机 Client 3 网络设备与网络介质 4 网络软件 三 计算机网络的功能1 数据通信计算机网络本身就是一种通信系统 2 资源共享3 易于分布式处理和均衡负荷4 节省投资5 网络管理 四 计算机网络的分类 1 按照地理位置分 局域网 LocalAreaNetwork LAN 覆盖范围常在10KM以内 具有规模小 专用 传输延迟小误码率低的特征 局域网的特点如下 1 分布范围有限 2 有较高的通信带宽 数据传输率高 3 数据传输可靠 误码率低 4 通常采用同轴电缆 双绞线或光缆作为传输介质 5 拓扑结构简单 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 覆盖范围一般是一个城市 10 100KM 介于局域网和广域网之间 广域网 WideAreaNetwork WAN 也称远程网 其覆盖范围通常在数百公里以上 具有规模大 传输延迟大的特征 广域网最根本的特点是 1 分布范围广 2 数据传输率低 误码率高 3 可靠性不高 使用光纤较好 4 广域网常常借用传统的公共传输网 电话网等 来实现 因为单独建造一个广域网极其昂贵 5 拓扑结构较为复杂 2 按拓朴结构分类 网络拓扑结构是指网络形状 即网络中各结点及连线的几何形状 网络的拓扑结构主要有 星形拓扑 总线拓扑 环形拓扑 树形拓扑 混合拓扑及网形拓扑 五 计算机网络的传输介质 网络中传输信息的物理连线 是不可缺少的物质基础 传输介质的性能对网络的通信 速度 距离 价格以及可靠性都有很大的影响 有线 双绞线 同轴电缆 光缆无线 卫星 无线电 微波1 双绞线Twist Pair使用最早 最普及的有线介质是双绞线 它是以螺旋状扭在一起的两根绝缘铜导线组成的 两根线扭在一起是为了减少相互间的幅射电磁干扰 分类 屏蔽双绞线 STP 和非屏蔽双绞线 UTP 的不同之处是 在双绞线和外层保护套中间增加了一层金属屏蔽保护膜 该保护膜用以减少信号传送时所产生的电磁干扰和减小辐射 并防止信息被窃听 屏蔽 STP 非屏蔽 UTP 1类 2类 3类 4类 5类 最大速度为100M CAT5 超5类 5E 6类 常用的双绞线分类 12345678T568B白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕T568A白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕EIA TIA 美国电子工业协会 电信工业协会 在局域网 双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联 有时也可直接用于两个网卡之间的连接或不通过集线器级联口之间的级联 但它们的接线方式各有不同 设备设备线型计算机计算机交叉线T568BT568A计算机交换机平行线计算机UP LINK交叉线交换机交换机交叉线交换机UP LINK平行线UP LINKUP LINK交叉线 连接UTP和RJ45接头 总结 1 双绞线制作规范 按照标准 2 双绞线尽量不要用在室外敷设 3 双绞线敷设不能超长 超100米 4 根据所连接设备选择直连线还是交叉线 5 工业现场建议使用屏蔽双绞线 包括水晶头 制作时一定将接地线和屏蔽水晶头外金属相连 2 同轴电缆基带 网络同轴电缆 数字信号 阻抗50欧 外导体是铜网或铜管 可提供10Mbps的传输速率 传输带宽为1 20MHz 宽带 视频同轴电缆 模拟信号 阻抗75欧 用于频分多路复用技术 外导体一般为铝箔网 可提供50Mbps的传输速率 传输带宽可达1GHz 目前常用CATV电缆的传输带宽750MHz 内导体 绝缘层 外导体屏蔽 绝缘保护外层 最大的干线段长度 185米 最大网络干线电缆长度 925米 每条干线段支持的最大结点数 30 BNC T型连接器之间的最小距离 0 5米 特点 容易安装 造价较低 网络抗干扰能力强 网络维护和扩展比较困难 电缆系统的断点较多 影响网络系统的可靠性 细缆技术参数 最大干线段长度 500米 最大网络干线电缆长度 2500米 每条干线段支持的最大结点数 100 收发器之间最小距离 2 5米 粗缆技术参数 特点 具有较高的可靠性 网络抗干扰能力强 具有较大的地理覆盖范围 最长距离可达2500米 网络安装 维护和扩展比较困难 造价高 传输频带宽 20THz 通信容量大 损耗低 中继距离长 抗干扰能力强 不受各种电磁干扰 保密性好 因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外 重量轻 体积小 节省有色金属 抗腐蚀能力强 3 光纤 描述光纤尺寸的参数有两个 内芯直径和反射层直径 其度量单位都为微米 m 1 m 1 10 6m 最细的光纤其内芯直径通常只有5 10 m 粗一些的光纤其内芯直径为50 100 m 局域网中最常用的光纤是62 5 m 125 m 9 m 125 m 的光纤 其中62 5 m 9 m 是内芯直径 而125 m是反射层的直径 1 多模光纤 2 单模光纤 多模光纤 MultimodeFiber 多模光纤使用的材料是发光二极管 发光二极管是一种固态器件 电流通过时就发光 价格较便宜 它产生的是可见光 但定向性较差 是通过在光纤石英玻璃媒体内不断反射而向前传播的 62 5 m 125 m的光纤 其中62 5 m是内芯直径 而125 m是反射层的直径 单模光纤 SingleModeFiber 单模光纤使用的材料是注入型激光二极管 采用激光 LD 作为光源 它根据激光器原理进行工作 它产生一个窄带的超辐射光束 产生的是激光 由于激光的定向性好 它可沿着光导纤维传播 减少了折射也减少了损耗 效率更高 也能传播更长的距离 而且可以保持很高的数据传输率 但是激光二极管要比发光二极管价格贵得多 这种光纤称为单模光纤 光信息只有一种波长 典型的单模光纤尺寸为8 m 125 m 光缆的命名 型号的组成1型号组成的内容型号由型式和规格两大部分组成 2型号组成的格式3型号的组成内容 代号及意义3 1型式型式由5个部分构成 各部分均用代号表示 其中结构特征指缆芯结构和光缆派生结构 3 1 1分类的代号GY 一通信用室 野 外光缆GM 通信用移动式光缆GJ 通信用室 局 内光缆CS一通信用设备内光缆GH 通信用海底光缆GT 通信用特殊光缆3 1 2加强构件的代号加强构件指护套以内或嵌人护套中用于增强光缆抗拉力的构件 无符号 金属加强构件F非金属加强构件 3 1 3缆芯和光缆的派生结构特征的代号光缆结构特征应表示出缆芯的主要类型和光缆的派生结构 当光缆型式有几个结构特征需要注明时 可用组合代号表示 其组合代号按下列相应的各代号自上而下的顺序排列 D 一光纤带结构 无符号 光纤松套被覆结构J 光纤紧套被搜结构 无符号 层绞结构C一 骨架槽结构X一一缆中心管 被橙 结构T 油膏填充式结构 无符号 干式阻水结构R 充气式结构G 自承式结构B 扁平形状E 椭圆形状Z 阻燃 3 1 4护套的代号Y聚乙烯护套V聚氯乙烯护套U聚氨醋护套A一 铝一聚乙烯粘结扩套 简称A护套 5 钢一聚乙烯粘结护套 简称5护套 V夹带平行钢丝的钢一聚乙烯粘结护套 简称W护套 1厂 一铝护套G 钢护套Q 铅护套 3 1 5外护层的代号当有外护层时 它可包括垫层 恺装层和外被层的某些部分和全部 其代号用两组数字表示 垫层不需表示 第一组表示恺装层 它可以是一位或两位数字 第二组表示外被层或外套 它应是一位数字 3 2光纤类别的代号光纤类别应采用光纤产品的分类代号表示 即用大写A表示多模光纤 大写B表示单模光纤 再以数字和小写字母表示不同种类型光纤 多模光纤A 单模光纤B 4实例例1 金属加强构件 骨架填充式 铝一聚乙烯粘护套通信用室外光缆 包含24根 非色散位移型 类单模光纤 光缆的型号应表示为 GYGTA24B1例2 GYTA代表标准松套管层绞式轻铠光缆53代表加强铠 双层护套 光缆8代表8芯光缆B1代表是单模G 652B纤芯 GYTA53 8B1意思是 8芯单模标准松套管层绞式加强铠缆 无线传输介质无线传输介质都不需要架设或铺埋电缆或光纤 而是通过大气传输 目前有三种技术 微波 红外线 激光 卫星 1 微波微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电磁波进行传输的一种通信方式 频率范围为300MHz 300GHz 使用范围是2GHz 40GHz 一般沿直线传输 传输距离一般为40 60公里 所以需要很中继站 IEEE802 11是当前无线局域网的标准 它采用2GHz或5GHz频段 数据传输速率为11Mbps或54Mbps 2 卫星通信卫星通信是以人造卫星为微波中继站 它是微波通信的特殊形式 3 红外线和激光红外通信和激光通信也像微波通信一样 有很强的方向性 都是沿直线传播的 红外线 Infrared IR 技术广泛的应用在电视机和立体声系统的遥控器中 也可以做为网络通信的介质 它通过使用位于红外频率波谱中的锥形或者线型光束来传输数据信号 红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收发器 最好还有同步软件 传输速度4Mbit s 16Mbit s 红外线是一种视线技术 不能通过不透明的物理 如墙壁 并且易受外界光线干扰 六 计算机网络的传输设备 集线器 HUB 交换机 Switch 路由器 Router 交换机和集线器的区别 从OSI体系结构来看 集线器属于OSI的第一层物理层设备 而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备 这就意味着集线器只是对数据的传输起到同步 放大和整形的作用 对数据传输中的短帧 碎片等无法有效处理 不能保证数据传输的完整性和正确性 而交换机不但可以对数据的传输做到同步 放大和整形 而且可以过滤短帧 碎片等 从工作方式来看 集线器是一种广播模式 也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都能收听到信息 容易产生广播风暴 当网络较大的时候网络性能会受到很大的影响 那么用什么方法避免这种现象的发生呢 交换机就能够起到这种作用 当交换机工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口 那么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生 从带宽来看 集线器不管有多少个端口 所有端口都共享一条带宽 在同一时刻只能有两个端口传送数据 其他端口只能等待 同时集线器只能工作在半双工模式下 而对于交换机而言 每个端口都有一条独占的带宽 当两个端口工作时并不影响其他端口的工作 同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下 路由器 路由器 Router 是一种典型的网络层设备 对经过的分组进行处理 同时它还要运行路由协议 生成路由表 对每一个分组进行寻路 并转发到相应的输出端口 路由器用于连接多个逻辑上分开的网络 所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网 当数据从一个子网传输到另一个子网时 可通过路由器来完成 因此 路由器具有判断网络地址和选择路径的功能 它能在多网络互联环境中 建立灵活的连接 可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网 路由器只接受源站或其他路由器的信息 属网络层的一种互联设备 它不关心各子网使用的硬件设备 但要求运行与网络层协议相一致的软件 一般说来 异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径 并将该数据有效地传送到目的站点 由此可见 选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在 为了完成这项工作 在路由器中保存着各种传输路径的相关数据 路径表 RoutingTable 供路由选择时使用 路径表中保存着子网的标志信息 网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容 路径表可以是由系统管理员固定设置好的 也可以由系统动态修改 可以由路由器自动调整 也可以由主机控制 工业赫斯曼交换机点检注意事项 简单故障检测RS2 RS20系列交换机LED显示含义P 内部电源LED绿色电源电压处于正常范围内黄色两路电源中有一路电源低于正常电压熄灭电源电压过低FAULT 故障LED红色故障信号触点打开熄灭无故障信号RM 冗余管理LED绿色进入环网冗余管理 环网正常黄色进入环网冗余管理 环网断开熄灭不处于环网冗余管理状态绿色闪烁环网配置操作错误STANDY 热备状态LED绿色设备进入热备状态熄灭设备不处于热备状态 数字编号LED 端口状态LED 或LS DALED 绿色有物理连接绿色闪烁热备连接线端口绿色三闪端口禁闭黄色闪烁数据传输熄灭无物理连接DIP开关RM0非环网管理1环网管理STAND BY0非热备状态1热备状态MS20系列交换机LED显示含义MS20基板 P 内部电源LED绿色电源电压处于正常范围内熄灭电源电压过低P1 P2 电源供电LED绿色电源供电正常熄灭相应电源供应低于要求电压 RM 冗余管理LED绿色进入环网冗余管理 环网正常黄色进入环网冗余管理 环网断开熄灭不处于环网冗余管理状态绿色闪烁环网配置操作错误RUN 运行 启动LED绿色进入可操作状态绿色闪烁系统启动熄灭系统重启过程中R1 R2 故障点信号LED红色故障信号触点打开黄色故障信号触点打开 手工设置状态熄灭无故障信号 Displaystatus状态显示 包扩L D 连接LED FDX 全双工LED 1000 10 100 1000Mbit sLED AN 自适应LED RING 环网端口LED STBY 热备状态LED TEST 检测LED及TP 端口介质LED按下select1 5秒以上 在不同LED间切换 配合介质模块LED表示介质模块状态 TEST用于检测LED自身是否显示故障介质模块 P 内部供电LED熄灭模块无供电绿色模块供电正常1 4 端口LED 配合L D 熄灭无物理连接绿色有物理连接绿色单闪端口处于热备线路状态绿色三闪端口禁闭黄色闪烁数据传输 1 4 端口LED 配合FDX 绿色全双工工作状态熄灭半双工工作状态1 4 端口LED 配合1000 绿色100M工作状态熄灭10M工工作状态1 4 端口LED 配合AN 绿色自适应工作状态熄灭速率强制工作状态1 4 端口LED 配合RING 绿色环网端口熄灭非环网端口1 4 端口LED 配合ST BY 绿色数据线连接端口黄色控制线连接端口黄绿闪烁缺失对应热备端口1 4 端口LED 配合TP 绿色双绞线介质黄色光纤介质 交换机管理模块底部含有4个DIP开关 用于控制交换机是否处于冗余管理状态 热备控制状态以及环网端口切换 RM0非环网管理1环网管理RING PORT0端口1 1 1 2为环网端口1端口2 1 2 2为环网端口STAND BY0非热备状态1热备状态Configuration1DIP开关有效0DIP开关无效 使用交换机软件进行配置生效 注 网络通讯故障 所有介质模块数据LED黄色闪烁 该情况因广播风暴发生造成 检查网络回路 注 RM指示灯闪烁时 请检查环网端口是否处于强制速率状态 注 环网中只需要一台交换机处于冗余管理状态 注 RM开关与STAND BY开关不可同时置于1位 可能会导致系统反复重启 网络配置的基本内容IP地址子网掩码 netmask 网关 缺省路由 DNS域名服务 网络配置的几个基本概念 1 IP地址1 什么是IP地址IP地址即 互联网地址Internet地址是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址 每台连网计算机都依靠IP地址来标识自己 网络配置的几个基本概念 2 IP地址的特性 IP地址必须唯一每台连网计算机都依靠IP地址来互相区分 相互联系 网络设备根据IP地址帮你找到目的端IP地址由统一的组织负责分配 任何个人都不能随便使用 网络配置的几个基本概念 3 IP地址的表示IP地址长度 32bits 4个字节 4个以小数点隔开的十进制整数IP地址的构成网络号 标识网络主机号 标识在某个网络上的一台特定的主机 网络配置的几个基本概念 4 IP地址的分类共5类 ABCDE 网络配置的几个基本概念 IP地址的格式和分类 看上图的IP地址 我们可以知道 IP地址由四个用小数点隔开的十进制整数组成的 实际上一个IP地址是一个32位的二进制数 每8个位可以用一个十进制整数数字来表示 以简化人们的记忆 例如 某学校网络中的一台计算机IP地址为202 112 81 34则对应的二进制表示 11001010 01110000 01010001 00100010 IP地址的分类 每个IP地址都包含两部分 即网络号和主机号 网络号 用于识别主机所在的网络 主机号 用于识别该网络中的主机 当分配给主机号的二进制位越多 则能标识的主机数就越多 相应地能标识的网络数就越少 反之亦然 IP地址分为五类 A类保留给政府机构 B类分配给中等规模的公司 C类分配给任何需要的人 D类用于组播 E类用于实验 各类可容纳的地址数目不同 A B C三类IP地址的特征 当将IP地址写成二进制形式时 A类地址的第一位总是O B类地址的前两位总是10 C类地址的前三位总是110 IP地址的分类为了便于对网络进行管理 IP地址被分成了A B C D和E五类 其中A类 B类 和C类这三类地址用于TCP IP节点 其它两类D类和E类被用于特殊用途 1 A类地址 A类地址第1字节为网络地址 其它3个字节为主机地址 另外第1个字节的最高位固定为0 A类地址范围 1 0 0 1到126 255 255 254 A类地址中的私有地址和保留地址 10 0 0 0到10 255 255 255是私有地址 所谓的私有地址就是在互联网上不使用 而被用在局域网络中的地址 127 0 0 0到127 255 255 255是保留地址 用做循环测试用的 2 B类地址 B类地址第1字节和第2字节为网络地址 其它2个字节为主机地址 另外第1个字节的前两位固定为10 B类地址范围 128 0 0 1到191 255 255 254 B类地址的私有地址和保留地址 172 16 0 0到172 31 255 255是私有地址 169 254 0 0到169 254 255 255是保留地址 如果你的IP地址是自动获取IP地址 而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器 这时你将会从169 254 0 0到169 254 255 255中临得获得一个IP地址 3 C类地址 C类地址第1字节 第2字节和第3个字节为网络地址 第4个个字节为主机地址 另外第1个字节的前三位固定为110 C类地址范围 192 0 0 1到223 255 255 254 C类地址中的私有地址 192 168 0 0到192 168 255 255是私有地址 4 D类地址 D类地址不分网络地址和主机地址 它的第1个字节的前四位固定为1110 D类地址范围 224 0 0 1到239 255 255 254 5 E类地址 E类地址也不分网络地址和主机地址 它的第1个字节的前五位固定为11110 E类地址范围 240 0 0 1到255 255 255 254 问题 给出一个IP地址 我们怎么来确定这个IP地址哪些是网络号 哪些是主机号 答案 子网掩码 子网掩码的作用就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分 例如 有一个C类地址为 192 9 200 13其缺省的子网掩码为 255 255 255 0则它的网络号和主机号可按如下方法得到 将IP地址192 9 200 13转换为二进制11000000000010011100100000001101 将子网掩码255 255 255 0转换为二进制11111111111111111111111100000000 将两个二进制数逻辑与 AND 运算后得出的结果即为网络部分11000000000010011100100000001101AND1111111111111111111111110000000011000000000010011100100000000000结果为192 9 200 0 即网络号为192 9 200 0 将子网掩码取反再与IP地址逻辑与 AND 后得到的结果即为主机部分11000000000010011100100000001101AND0000000000000000000000001111111100000000000000000000000000001101结果为0 0 0 13 即主机号为13 常用的两种子网掩码 分别是 255 255 255 0 和 255 255 0 0 1 子网掩码是 255 255 255 0 的网络 最后面一个数字可以在0到255范围内任意变化 实际上可用的IP地址数量是 256 2 即254个 因为主机号不能全是 0 或全是 1 主机号的所有位为 0 的地址是保留给网络本身的 主机号的所有位为 1 的地址是用作广播地址的 2 子网掩码是 255 255 0 0 的网络 后面两个数字可以在0到255范围内任意变化 实际可用的IP地址是256 256 2 即65534个 5 IP地址的分配方法静态分配 指定IP地址 固定地址动态分配 自动获取IP地址 不固定地址注意 服务器必须使用静态地址动态主机