整体认识校园网结构和网络设备

实验1整体认识校园网结构和网络设备【实验目的】1、 整体认识网络设备，了解各种设备的用途及互连方式；2、 通过参观网管，了解校园网的拓扑结构。【实验内容】1、 了解各设备的用途；2、 画出校园网络拓扑结构图，了解网络连接情况。【实验器材】学校网管室各网络设备、校园网络设计规划图。【预备知识】一、 网络服务器服务器（SERVER）是一种高性能计算机，是整个网络系统的核心，它通过运行网络操作系统及在网络环境下运行相应的应用软件，为网络用户提供共享信息资源和各种服务并管理整个网络。服务器有不同的分类方法，如：按应用层次划分为入门级、工作组级、部门级和企业级服务器四类；按服务器的处理器架构（也就是服务器CPU所采用的指令系统）划分把服务器分为CISC架构、RISC架构和VLIW架构三种服务器；按服务器的用途划分为通用型和专用型两类；按服务器的机箱结构来划分，可以把服务器划分为“台式”、“机架式”、“机柜式”和“刀片式”四类。局域网一般由服务器、用户工作站、网卡、传输介质四部分组成。随着局域网络功能的不断增强，根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不同把服务器分为：文件服务器、打印服务器和通信服务器等：文件服务器：能将大量的磁盘存储空间划分给网络上的合法用户使用，并接收客户机提出的文件存取和数据处理请求。在局域网中，一般最常用的是文件服务器；打印服务器：接收客户机提出的打印要求，完成相应的打印服务；通信服务器：负责局域网与局域网之间的通信连接功能。二、 工作站工作站又称客户机，现在都用具有一定处理能力的PC（个人计算机）机来承担，它是用户和网络的接口设备，用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。当计算机连接到局域网上时，它就成为局域网的一个客户机。客户机与服务器不同，服务器为网络用户提供共享资源和各种服务，而客户机仅对操作该客户机的用户提供服务。客户机通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器。客户机只是一个接入网络的设备，它的接入和离开对网络不会产生多大的影响，它不象服务器那样一旦失效，可能会使网络的部分功能无法使用。如无盘工作站的计算机由于没有它自已的磁盘驱动器，这样的客户机必须完全依赖于局域网来获得文件。三、 网络适配器网络适配器NIC（NetworkInterfaceCard）即网卡，它是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可少的连接设备。计算机主要通过网卡接入局域网络。网卡的接口类型有RJ-45、BNC、AUI、SC、ST等。网卡的传输速率主要有10MBPS、100MBPS、1000MBPS、10M/100MBPS自适应网卡、100M/1000MBPS自适应网卡等几种。网卡按总线标准可分为ISA网卡、PCI网卡、PCMCIA网卡（主要用于笔记本电脑）、USB网络适配器等几类。四、 路由器路由器是网络中进行网间连接的关键设备，能容易地实现 LAN-LAN、WAN-WAN和LAN-WAN-LAN的多种网络连接形式，实现网络互连、数据处理、网络管理等几种功能。路由器可以隔离广播分组，使用时可以成环。它的工作依赖设备的逻辑地址（如：IP地址），对到来的数据包进行过滤和转发，以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。为了完成该任务，在路由器中存在着各种传输路径的相关数据——路由表。路由表可以是系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改的（即动态路由）动态路由：路由表由守护进程自动更新。通常路由选择的守护进程周期性侦听所有路由刷新信息，并将收到的信息广播，以便其他路由器更新其路由表。路由器类型主要有模块化路由器、单协议路由器、多协议路由器等。路由器的接口类型非常多，它们各自用于不同的网络连接，如果不能明白各自端口的作用，就很可能进行错误的连接，导致网络连接不正确，网络不通。常见的以太网接口主要有AUI、BNC和RJ-45接口，还有FDDI、ATM、千兆以太网等都有相应的网络接口。路由器的端口有局域网端口、广域网端口和配置端口三类。路由器的硬件连接也因端口类型的不同，主要分为与局域网设备之间的连接、与广域网设备之间的连接以及与配置设备之间的连接三类：1、路由器与局域网接入设备之间的连接：局域网设备主要是指集线器与交换机，交换机通常使用的端口只有RJ-45和SC，而集线器使用的端口则通常为AUI、BNC和RJ-45。路由器和集线设备各种端口之间的连接有如下三种方法：RJ-45-to-RJ-45，路由器所连接的两端都是RJ-45接口（路由器和集线设备均提供RJ-45端口）；AUI-to-RJ-45,当路由器仅拥有AUI端口，集线设备提供RJ-45端口时，可以用这种方式实现两者之间的连接；SC-to-RJ-45或SC-to-AUI，一般用于路由器与交换机之间的连接。当交换机只拥有光纤端口，而路由设备提供RJ-45端口或AUI端口时，必须借助于SC-to-RJ-45或SC-to-AUI收发器才可实现两者之间的连接。实际上出现交换机为纯光纤接口的情况非常少见。路由器与Internet接入设备的连接路由器与互联网接入设备的连接情况主要有以下几种：①同步串行口，在路由器中所能支持的同步串行端口类型比较多，如EIA/TIA-232接口、EIA/TIA-449接口、V.35接口、X.21串行电缆总成和EIA-530接口等；②ISDNBRI端口，通过连接电话设备接入Internet。配置端口连接方式路由器的配置端口依据配置方式的不同，所采用的端口也不一样，主要有两种，一种是本地配置所采用的“Console”端口，另一种是远程配置时采用的“AUX”端口。五、交换机1、 交换机的工作原理它是一种基于MAC地址（网卡的硬件标志）识别，能够在通信系统中完成信息交换功能的设备。其工作原理可以简单地描述为“存储转发”四个字，其每一个端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。比如：有A和B两台计算机，通过交换机连接。A要向B传输数据，交换机首先将A端口发送来的信息储存下来，然后查找交换机内的MAC地址列表，每一个MAC地址对应一台计算机，找到后与B之间架起一条临时专用数据通道，并将数据发送到B中。由于交换机支持“全双工”模式，B在接收A发送数据的同时，还可以向A或其他的计算机发送数据。如果在MAC地址中没有B的地址信息，那么交换机可以通过“MAC地址学习”功能将连接到自身的B计算机MAC地址记住，形成一个节点与MAC地址的对应表。2、 交换机的分类♦从广义上可分：广域网交换机：主要应用于电信领域，提供通信的基础平台；局域网交换机：应用于局域网络，用于连接网络资源设备，如：服务器、PC及网络打印机等。♦从支持的网络技术上可分：以太网交换机、快速以太网交换机、千兆位以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机、令牌环交换机。♦从外观形态和功能上可分：模块式交换机（机架式交换机）：是一个拥用多插槽主板的机柜，在插槽中有可扩展交换模块和网管模块（CPU板），每一个交换模块可以连接不同的网络。它的优点是功能强大、扩展性强，并且可根据实际网络拓朴结构、传输介质和网络端口数目来灵活配置交换模块。它一般作为网络核心交换机或大型校园网/园区网的分布层交换机。固定配置的交换机：它是一种带有固定端口数目和类型的交换机。它的最大优点是安装管理方便、便于堆叠、价格适中，最适合做小型网络主干或大型网络的分布层/接入层设备。按端口可以分：5口、8口、16口以及24口等交换机。按端口的传输速率分：10Mbps交换机、100Mbps交换机、10Mbps/100Mbps自适应交换机、10Mbps/100Mbps/1000Mbps自适应交换机以及1000Mbps交换机等3、 交换机中数据的交换技术帧交换：直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。存储转发交换：通过对网络帧的读取进行验错和控制。信元交换：ATM技术中就是以固定长度53个字节的信元交换。4、 交换机的主要技术参数转发技术：有直通转发技术和存储转发技术；延时：指交换机从接收到数据包，到开始向目的端口复制数据包的时间间隔。管理功能：是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。通常交换机都提供管理软件或满足第三方管理软件以实现远程管理。单/多MAC地址类型：单MAC交换机的每一个端口只有一个MAC硬件地址，它主要用于连接网络最终用户、网络共享资源等，不能连接集线器或含有多个网络设备的网段。多MAC交换机在每一个端口上有足够的存储体以记忆多个硬件地址。外接监视仪支持：允许外接网络分析仪直接连接到交换机上以监视网络状况。全双工：是否支持同时收发数据等。5、 交换机之间的连接堆叠：提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠线连接起来。通常，堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍。多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠线模块与单口的堆叠子模块相连，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠而实现的。上联：交换机可通过上联端口实现与骨干交换机的连接。六、路由器与交换机的主要区别1、 工作层次不同：交换机工作在数据链路层（OSI的第二层），路由器工作在网络层（OSI的第三层）。2、 数据转发所依据的对象不同：交换机利用MAC地址（物理地址）来确定转发数据的目的地址，路由器利用IP地址来确定数据转发的地址。3、 传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域。4、 路由器提供了防火墙服务。七、局域网拓扑结构用传输媒体将各种设备互连的物理布局，就是网络拓扑结构。网络的拓扑结构影响网络的性能，如网络设备的类型、设备的能力、网络的扩张潜力、网络的管理模式等，因此选择哪种拓扑结构与具体的网络要求相关。目前大多数局域网使用的拓扑结构有3种：星行拓扑结构：各工作站通过揽线与中心站相连，数据信息通过集线器/交换机传送到网上所有计算机，目前使用最普遍。星型网络的特点是很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控。环行拓扑结构：各站点的计算机通过揽线连成一个封闭的环形，数据信号沿着环行的一个方向进行传播，依次通过每一台计算机，网络中的任何一台机器出现故障都将影响整个网络的正常工作。采用环行拓扑结构，在网络建成后，增加新的站点比较困难。总线型拓扑结构：网络中所有的站点共享一条数据通道，一条数据线上的计算机只接收网上的数据，不负责将数据从一台计算机传送到另一台计算机，因而是一种被动的拓扑结构。其安全性低，监控也比较困难，而且增加新站点不如星型网容易。【案例与分析】案例：某学校有800台计算机，主要分布在教学楼、办公楼、网络中心、实验中心和生活区。为了让所有计算机最终通过网管接入Internet网，现要完成校园网的初期整体规划（网络拓扑结构图），暂不考虑具体设备型号及主要技术参数。分析：1、 首