计算机网络基础-项目4任务1

1、1 计算机网络基础计算机网络基础 主编 唐继勇 中国水利水电出版社 2 项目四项目四 组建交换式网络组建交换式网络 3 问题描述问题描述 l小王是一位刚刚拿到CCNA（Cisco Certificated Network Associate）证书的毕业生，应聘到一家民营 企业做网管员。他揣着雄心壮志到公司报道，但是发现 该公司的网络是属于HUB的天下，于是找到老板说要进 行网络改造。老板进行了如下回答：“改造？为什么要 改造？原来网络的布线要变动吗？投资大吗？你写个改 造报告吧，周末开会的时候我会和其他经理商量一下。” 假定你现在是小王，你该如何着手来写这个报告，回答 老板提出的这些问题呢？

2、4 问题分析问题分析 l这家企业的网络是一个典型的共享式以太网，以集线器为中心， 当连网的计算机数目增长时，每个主机获得的带宽急剧地减少， 不能满足某些带宽要求较高的应用。以集线器扩展的网络，当 节点数目增大时，冲突域随之增长，重负荷下可能导致网络瘫 痪。 l在投资成本不大的情况下，使用交换机，可以解决集线器共享 网络带宽的瓶颈问题，同样可以使用现有的基础布线设施，有 效的部署“全双工”，极大地提高了网络使用的效率和性能。 l可以使用交换机划分VLAN分割网络，根据每个连接到交换机 的HUB端口划分VLAN完全可以保护原有网络设备的投资，将 同一部门的计算机尽量接入同一集线器，然后将这些设备级

3、联 到新购置的交换机上。 5 学习目标学习目标 l1. 掌握交换机/网桥的工作原理、分类及功能。 l2. 掌握MAC地址的概念和以太网帧的结构。 l3. 掌握交换机网络设备的管理和交换式网络的扩 展方法。 l4. 掌握VLAN的优点及划分方法。 l5.了解无线网络的基本概念。 6 项目四项目四 组建交换式网络组建交换式网络 任务任务1 协议分析仪捕获并分析以协议分析仪捕获并分析以 太网帧太网帧 7 4.1.1 任务目的及要求任务目的及要求 l交换机的分类，交换机的工作原理、功能及扩展交换式网 络的方法 l理解MAC地址的基本概念和以太网帧的结构 l了解无线局域网（Wireless Local

4、Aera Network， WLAN）的基本概念和组网方法 l在会使用EtherPeek协议分析仪的基础上，掌握捕获并分 析数据链路层的协议数据单元-帧的方法。 8 4.1.2 背景知识背景知识 l1、MAC地址的基本概念地址的基本概念 l定义：MAC地址是一个48位的二进制或12位的十六进制表 示的，被嵌入NIC的芯片中，一般不能修改，这个地址也被 称为物理地址 l组成：MAC地址由两个字段组成：OUI(厂商唯一标识符)和 ID序列号, OUI标识了NIC的制造厂商,而MAC地址的序列 号部分则唯一地标识了NIC网卡 9 l类型类型 l广播地址广播地址：48位全1的地址，局域网内的所有主机都

5、要 接收此帧并处理。 l多播地址多播地址：第一字节的最低位为1，只有一部分主机要 接收此帧并处理。 l单播地址单播地址：第一字节的最低位为0，仅网卡地址与该目 的地址相同时的主机处理此帧。 10 l作用作用 l网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址，如果是发往本站的帧则收下， 然后再进行其他的处理；否则就将此帧丢弃，不再进行其 他的处理 l任何一个数据帧中的源MAC地址和目的MAC地址相关的 主机必然是相邻的，源主机和目的主机必然在同一个局域 网 l对于跨网通信，源主机与目的主机不在一个局域网中，故 目的MAC地址并非目的主机的网卡地址，而是与源主机相

6、 连的路由器的MAC地址，由路由器选择路由进行转发 11 2、以太帧结构、以太帧结构 l帧（Frame）是对数据的一种包装或封装，之后这些数据 被分割成一个一个比特后在物理层上传输 MAC 帧帧 物理层物理层 数据数据 链路层链路层 10101010101010 10101010101010101011 前同步码前同步码 帧开始帧开始 定界符定界符 7 字节字节1 字节字节 8 字节字节 插入插入 网络层网络层 MAC 帧帧 目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS 6B6B2B4B 字节字节 46B 1500B IP 数据报数据报 12 3、交换式以太网、交换式以太网 l共享式以

7、太网的不足共享式以太网的不足 l冲突域：在共享式以太网中，网络中的每个站点都可能 在向共享的传输介质上发送帧，所有的站点都会因为争 用共享介质而产生冲突，共享带宽为所有站点所共同分 割 l当网络规模不断扩大时，网络中的冲突就会大大增加， 而数据经过多次重发后，延时也会增大，造成网络整体 性能下降。在网络站点较多时，以太网的带宽使用效率 只有3040 13 l交换式以太网交换式以太网 l交换机的每个端口都属于不同的网段/冲突域，因此与 交换机端口直接相连的每台设备都属于不同的网段，不 与其他端口设备共享该网段的带宽。 l即使交换机连接的是一个网段，也是一个独立的冲突域， 所以一个网段上发生冲突不

8、会影响其他网段。 l使用交换机来连接终端设备消除了冲突和争用的问题 14 Switch Repeater 15 4、交换机的工作原理交换机的工作原理 Frame Delivery - - - - - Four-port Switch Step1. 主机主机1发送一个帧到主机发送一个帧到主机4 Step2. 帧经过传输线路到达交换机帧经过传输线路到达交换机 Step3. 交换机通过查找自己的转发表，交换机通过查找自己的转发表， 查找帧的目的地址所对应的端口查找帧的目的地址所对应的端口 Step4. 通过查找到结果，向对应的端口进通过查找到结果，向对应的端口进 行转发，达到主机行转发，达到主机4，

9、帧传递成功，帧传递成功 16 l交换机工作步骤交换机工作步骤 l(1) 从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发 表中查找目的站 MAC 地址。 l(2) 如果找到，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口，从 对应端口转发此帧。 l(3) 如果没有找到，则向其它所有端口转发此帧（这样做可 保证找到目的站）。 l(4) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发 表，登记该帧进入网桥的端口号 l(5) 等待新的数据帧。转到(1) 17 5、交换机数据转发方式、交换机数据转发方式 l直通交换：直通交换：交换机边接收边检测。一旦检测到目的地址字段， 就立即将该数据转发出去，而不

10、管这一数据是否出错，出错检 测任务由节点主机完成。 l存储转发交换：存储转发交换：在存储转发方式中，交换机首先要完整地接收 站点发送的数据，并对数据进行差错检测。如接收数据是正确 的，再根据目的地址确定输出端口号，将数据转发出去。 l无碎片交换：无碎片交换：通过过滤掉无效的碎片帧（在以太网的运行过程 中，一旦发生冲突，就要停止帧的继续发送并加入帧冲突的加 强信号，形成冲突帧或碎片帧，碎片帧的长度必然小于64 B，） 来降低交换机直接交换错误帧的概率。直通交换模式中只转发 那些帧长度大于64 B的帧。 18 6、交换机的基本功能、交换机的基本功能 l地址学习：地址学习：以太网交换机利用“地址学习

11、”法来动态建立和维 护端口与MAC地址映射表。以太网交换机的地址学习是通过读 取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口进行的；地址是动态 学习的。只要这个节点发送信息，交换机就能捕获到它的MAC 地址与其所在端口的对应关系。 l转发转发/过滤数据帧：过滤数据帧：交换机建立起端口与MAC地址映射表后， 可以对通过的每个帧进行检查，并基于帧中的目的地址做出是 否转发或转发到何处的决定。 l防范环路：防范环路：为提供可靠的网络连接，避免由于单点故障导致整 个网络失效的情况，需要网络提供冗余链路。但网络中可能产 生交换回路，交换机使用STP（Spanning Tree Protocol，生 成树协议）避免

12、环路。 19 7、交换机与集线器的区别、交换机与集线器的区别 l在OSI/RM（OSI参考模型）中的工作层次不同 l集线器：物理层；交换机：数据链路层 l交换机的数据传输方式不同 l集线器：广播；交换机：有目的转发 l带宽占用方式不同 l集线器：共享；交换机：专用 l传输模式不同 l集线器：半双工；交换机：全双工 20 8、交换机的分类、交换机的分类 l从应用区域划分 l广域网交换机:主要应用于电信领域，提供通信基础平台 l局域网交换机:应用于局域网络，用于连接终端设备 l按组建园区网的网络拓扑结构层次分 l核心层交换机 l汇聚层交换机 l接入层交换机 l按照OSI的七层网络模型分 l基于MA

13、C地址工作的第二层交换机，用于网络接入层和汇聚层 l基于IP地址和协议进行交换的第三层交换机应用于网络的核心层 l第四层交换机，可以根据数据帧的协议端口信息进行目标端口判断 l第四层以上的交换机称之为应用型交换机，主要用于互联网数据中心 21 22 23 9、交换机的连接方式、交换机的连接方式 l级联级联：最常见的连接方式，使用网线将两个交换机连接起 来。分普通端口RJ-45和使用Uplink端口级联两种情况 l堆叠堆叠：利用堆叠（Stack）接口可以将交换机通过专用的 堆叠线连接起来，扩大级联带宽。堆叠的带宽是交换机端 口速率的几十倍 l级联和堆叠的区别 l连接方式不同 l通用性不同 l连接

14、距离不同 24 25 10、WLAN简介简介 lGPRS手机无线网络：一种借助移动电话网络接入Internet的 无线上网方式，用户就可以在任何一个地方通过开通的GPRS上 网业务上网，是目前真正意义上的一种无线网络。但资费过高， 速率较慢。 lWAP上网：WAP（Wireless Application Protocol)即无线应用协 议，是一项全球性的网络通信协议。 lWAP使移动Internet 有了一个通行的标准，其目标是将Internet 的丰富信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端之中。 lWAP定义可通用的平台，把目前Internet网上HTML语言的信息 转换成用WML（Wi

15、reless Markup Language)描述的信息，显示 在移动电话的显示屏上。WAP只要求移动电话和WAP代理服务器 的支持，而不要求现有的移动通信网络协议做任何的改动，因而 可以广泛的运用于GSM、CDMA、GPRS、3G等多种网络。 26 lWLAN的含义的含义 l无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）两种方式： 与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输介质的使用不 同无线局域网利用电磁波取代了网线。 lWLAN的常见标准的常见标准 lIEEE 802.11a：使用5 GHz频段，传输速度为54 Mbit/s，与 802.11b不兼容。

16、lIEEE 802.11b：使用2.4 GHz频段，传输速度为11 Mbit/s。 lIEEE 802.11g：使用2.4 GHz频段，传输速度为54 Mbit/s，可向 下兼容802.11b。 27 lWLAN的常用设备的常用设备 l无线网卡：类似于以太网的网卡，作为无线网络的接口，实 现与无线网络的连接。无线网卡根据接口类型的不同，主要 分为4种类型，即PCMCIA无线网卡、PCI无线网卡、USB无 线网卡和无线网络适配器。 l无线AP （Access Point） ：无线接入点,其作用类似于以太 网中的集线器。当网络中增加一个无线AP之后，即可成倍地 扩展网络覆盖直径。另外，也可使网络中容纳更多的网络设 备。 l无线路由器：无线路由器就是无线AP与宽带路由器的结合。 借助于无线路由器，可实现无线网络中的Internet连接共享， 实现ADSL、Cable Modem和小区宽带的无线共享接入。 28 29 lWLAN的实现的实现 l将无线无线AP通过网线与网络接口相连通过网线与网络接口相连，例如LAN或ADSL 宽带网络接口等 l无线AP为配置