1、第2章局域网基础2.1 局域网的基础知识局域网（LAN）是应用最广泛的网络类型，它是整个互联网的基础。1 局域网的特点1、网络覆盖范围比较小。通常不超过几十千米。2、数据传输速率比较高。通常使用数字信道，不需要调制解调设备。3、具有较低的延迟和误码率。4、网络的经营权和管理权属于单位或个人，不需要通过网络运营商。5、便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。2 局域网的组成硬件：服务器、工作站、网络适配器、网络传输介质、网络互联设备。软件：网络操作系统、协议、应用软件。3 局域网的工作模式(1)对等网：所有计算机都是平等的，没有专门的服务器，每个工作站即可作为客户机也可作为服务器。这种网络通常
2、只能提供共享文件服务。(2)工作站/服务器模式：服务器是网络的核心，工作站只能和服务器通信，相互之间不能直接通信。这种网络一般用于一些内部系统，保密性强，安全度高，可以为不同用户设置严格的访问权限。(3)客户机/服务器模式（C/S结构）客户机可以从服务器上获取资源，也可以互相通信。这种网络可以增加资源的来源，减轻服务器的负担，但安全性较差。有时工作站/服务器模式也被称为C/S结构。(4)浏览器/服务器模式（B/S结构）资源以网站形式存放在服务器中，用户只需用浏览器就能访问网站中的资源。这种结构即可用于局域网也可用于广域网，客户机中不存放资源，维护容易。4 局域网的体系结构局域网的国际标准是由美
3、国电气和电子工程师学会(IEEE)制定的IEEE 802系列标准。其中，最常用的是IEEE 802.3和IEEE 802.11。IEEE 802.3是以太网的标准；IEEE 802.11是无线局域网的标准。这两种局域网技术是当前局域网的主流技术。另外，IEEE 802.1和IEEE 802.2定义了局域网的基础体系和互连方法，IEEE 802.10定义了局域网的安全标准。局域网解决的是网络的基础建设问题，它只涉及物理层和数据链路层。网络建成后，通过安装高层协议(如TCP/IP)实现相应的功能。数据链路层LLC子层MAC子层物理层局域网的体系结构由物理层和数据链路层组成，其中数据链路层又分成了与
4、硬件无关的LLC和与硬件有关的MAC两个子层。1、介质访问控制(MAC)子层：主要功能有：组装帧、控制传输介质的争用问题、匹配MAC地址等。2、逻辑链路控制(LLC)子层：该子层与硬件无关，主要完成数据链路的流量控制、差错控制等功能，并为网络层提供标准的服务。把数据链路层划分为MAC和LLC两个子层有利于网络的扩充和升级。比如把10Base-T以太网升级为100Base-T以太网时，涉及的主要是物理层和MAC子层，这样可以最大限度的实现网络的平滑过渡。5 以太网（Ethernet）以太网是应用最广泛的局域网技术，它遵循IEEE 802.3标准。它包括以太网(10M)、快速以太网(100M)、千
5、兆位以太网(1000M)、万兆位以太网(10G)。1、以太网的介质访问控制方法以太网是一种基带网，在同一时刻，只允许一对站点通过介质传输信号。由于传输介质是由许多站点共享的，所以需要一种方法来控制介质的使用问题。以太网的介质访问控制方法是：带冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD。CSMA/CD的工作过程：(1)当一个节点想要发送数据时，它检测网络是否有其它节点正在传输。(2)如果信道忙，则等待。(3)如果信道空闲，则开始传输数据。(4)在发送数据的过程，节点继续监听有没有产生碰撞。(5)当节点监听到冲突时，它停止正常发送，转而发送一个拥塞信号，让其它节点都知道出现了冲突。(6)发送了拥塞
6、信号后，退避一段随机时间，重新尝试发送。2、以太网的帧格式前导码帧首定界符目的地址源地址长度数据填充帧校验帧长：641518字节前导码：7字节，用于接收端进行同步。SFD：帧首定界符，1字节，10101011，指示一帧的开始。目的地址：6字节，目的主机的MAC地址。源地址：6字节，源主机的MAC地址。长度：2字节，帧中数据的长度。帧校验：4字节，用于差错校验。18字节数据：帧携带的数据，长度为01500字节。填充：当数据长度小于46字节时，通过填充使帧长度不低于64字节。在以太网中，一帧最短64字节，最长1518字节，每帧携带的数据01500字节。在CSMA/CD机制中，如果发生了冲突，必须能
7、够在帧发送完之前就检测到，所以必须限定一帧长度不能太短，这个最短帧长就是64字节。3、传统以太网(Ethernet)网络带宽为10Mbps，遵循的标准是 IEEE 802.3。规格有：10Base-5：粗同轴电缆以太网；10Base-2：细同轴电缆以太网；10Base-T：10M的双绞线以太网；10Base-F：10M的光纤以太网。它们的物理层有很大差异，但介质访问控制方法均为CSMA/CD，帧格式均为IEEE 802.3帧格式。4、快速以太网(FastEthernet)网络带宽为100Mbps，遵循的标准是 IEEE 802.3u。规格有：100Base-TX：100M的双绞线以太网；100
8、Base-T4：100M的双绞线以太网；100Base-FX：100M的光纤以太网。快速以太网仍使用CSMA/CD作为它们的介质访问控制方法，帧格式也保留IEEE 802.3帧格式。但在线缆的要求上、编码方法等方面与以太网不同。100Base-TX带宽：100Mbps。线缆：5类UTP/RJ-45接头 或 1类STP/DB-9接头。只使用4根线，1、2用于发送，3、6用于接收。线缆最大长度：100m。互连设备：网卡、集线器、交换机等均应支持100M速率。100Base-T4带宽：100Mbps。线缆：3、4、5类UTP/RJ-45接头。使用8根线，3对用于发送和接收，1对用于冲突检测。线缆最大
9、长度：100m。互连设备：网卡、集线器、交换机等均应支持100M速率。100Base-FX带宽：100Mbps。线缆：多模光纤 或 单模光纤。使用2根线，一根用于发送，一根用于接收。线缆最大长度：多模光纤一般为2km，单模光纤一般为10km。互连设备：具有光纤接口的网卡、集线器、交换机等，均应支持100M速率。5、千兆位以太网(GigabitEnthernet)网络带宽为1000Mbps，遵循的标准是 IEEE 802.3ab或IEEE 802.3z。规格有：1000Base-T：1000M的双绞线以太网；1000Base-CX：1000M的屏蔽铜缆以太网；1000Base-SX：1000M的
10、多模光纤以太网；1000Base-LX：1000M的光纤以太网。千兆位以太网仍使用CSMA/CD和IEEE 802.3帧格式，增加了全双工流量控制协议，可向下兼容以太网和快速以太网。千兆位以太网的组网目前，千兆位以太网多用于构建局域网的主干通路，网络的分支和桌面多采用100M连接。SiSi核心层(1000M)汇聚层(上行1000M，下行100M)接入层(100M，或上行100M、下行10M)1000Mbps100Mbps6、万兆位以太网网络带宽为10Gbps，遵循的标准是 IEEE 802.3ae。规格有：10GBase-SR：10G的多模光纤以太网；10GBase-LR：10G的多模光纤以太
11、网；10GBase-ER：10G的多模光纤以太网；10GBase-LW：10G的单模光纤以太网；10GBase-EW：10G的单模光纤以太网。万兆位以太网仍使用IEEE 802.3帧格式，不再采用CSMA/CD机制，使用全双工流量控制协议，不支持自动协商。万兆位以太网的技术特色：1、在物理层上只支持光纤作为传输介质。2、在数据链路层上继承了以太网的帧格式和最大/最小帧长度。但只支持全双工方式，不采用CSMA/CD机制，采用全双工流量控制协议。3、在网络安全、服务质量、链路保护等方面的功能有所提升。4、提供了广域网接口，使以太网技术开始向城域网和广域网方面渗透。6 局域网组网设备1、网络适配器(
12、网卡)网卡是计算机与通信介质进行数据交互的中间处理部件。网卡通常插在主板的I/O插槽上，有的计算机网卡是集成在主板上。网卡的主要功能：数据的发送和接收、帧的封装与拆封、编码与解码、介质访问控制、数据缓存等。MAC地址：每块网卡的BIOS中都存放着一个MAC地址，它是生产厂家在生产时写入的，每块网卡的MAC地址都不相同。MAC地址由48位二进制数组成，书写时一般用12个十六进制数书写，如：00-90-27-99-11-CC。数据帧就是通过MAC地址寻访到目的主机的。站点每收到一个帧，就检查其目的地址，如果与本机相匹配，就接收该帧，如果不匹配，就不予理会。帧目的地：BABC网卡的种类：按传输速率分
13、类：按带宽可分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbps、1000Mbps、10/100/1000Mbps等。其中10/100Mbps、10/100/1000Mbps为自适应网卡，它采用协商方式检测网络，以确定当前的网络速率，把速度调整到相应位置上。按照使用领域分：可分为工作站网卡和服务器网卡。服务器网卡性能好，可靠性高，价格高。工作站网卡的要求低一些，价格也低得多，现在很多普通计算机都把网卡集成到主板上了。2、交换机(Switch)交换机工作在数据链路层，它可为用户提供点对点的传输服务。有效地提高了网络的传输性能。工作方法：当交换机收到数据时，它会检查它的目的地址，然后把数据从目的
14、主机所在的接口转发出去。我们把通过交换技术进行转发的网络称为交换式网络。MAC地址表：记录各接口所接的工作站的MAC地址。MAC地址接口号A1B1C2D2E2F3G3交换地址表的构建过程：自学习过程交换机收到一个数据帧时，先在地址表中检查源地址，如果没有，则把它记录在地址表中。再检查目的地址，如果有，则转发或丢弃，如果没有，则广播到所有接口。所以地址表是交换机通过自学习方法逐渐建立起来的。只要一个工作站发送过数据，它所对应的接口就会被记录下来，供今后转发时使用。交换机的转发规则：如果数据帧的目的地址是广播地址或多播地址，则向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。如果数据帧的目的地址是单播地址
15、，但不在交换机的地址对照表中，也向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。如果数据帧的目的地址存在交换机的地址对照表中，则向相应接口转发该帧。如果数据帧的目的地址与源地址在同一个接口上，则丢弃该帧。交换机的主要参数：接口：通常为100Base-TX接口，可连接5类双绞线，带宽为10/100Mbps，支持自动协商协议。有的交换机还有1000M接口，多用于交换机间的级联。地址表的容量：可存储的MAC地址数。地址表存储在交换机的缓存之中，通常可存储1024个以上的MAC地址，如果网络规模很大，选购交换机时应注意一下它可存储的MAC地址数。背板带宽：是交换机内部所能吞吐的最大数据量。背板带宽不足时会造
16、成网络的拥堵。3、三层交换机(Switch)三层交换机是具有第三层(网络层)功能的交换机。三层交换机以IP数据报为单位处理数据，用IP地址作为数据传输的地址。网络层设备接收到帧后，它会取出其中的IP数据报，根据IP数据报中的IP地址选择出口，再把IP数据报打包成帧，从出口转发出去。帧头IP数据报帧尾帧头IP数据报帧尾IP数据报帧帧三层交换机用于在局域网中划分子网：子网1子网2子网3每个子网的网络地址不同，它们可以通过三层交换机进行通信。2.3 网络操作系统所有计算机上都需要安装操作系统。SwitchServerWork Station通常，服务器上应该使用网络操作系统，工作站可以使用任意操作系
17、统。普通计算机可以作为服务器来使用，但由于服务器一般是常年不停机工作的，所以最好使用专用的服务器计算机作为服务器，它们一般有以下特点：可长期不间断工作；很多硬件都支持热插拔；有很大的存储容量；有较高的处理速度；有很高的网络通讯速度；有许多冗余设备，如双电源、双风扇等。服务器通常没有鼠标、键盘、显示器等外设，管理员通常是通过安装有管理软件的计算机管理服务器的。机房办公室操作系统的种类裸机上安装的第一个系统软件就是操作系统，所有其它软件都需要在操作系统的支持下运行。1、桌面操作系统：用于个人计算机。常用的有Windows、Linux、Mac OS X等操作系统。2、嵌入式操作系统：用于智能手机、平
18、板电脑等。常用的有Android、iOS等操作系统。3、网络操作系统：用于网络服务器。常用的UNIX、Linux、Windows等。其中大型服务器多采用UNIX系统，中小型服务器多使用Linux或Windows系统。Windows系列操作系统桌面系列：Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 8.1等。嵌入式：Windows Embedded、Windows Phone等。网络操作系统：Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows 2008 R2等。Windows系统的主要好处是提
19、供图形化界面，操作方法为大家所熟知，但在有些功能和安全方面不如UNIX和Linux系统。Windows Server 2003 的版本Windows Server 2003 有四个版本：1、标准版（Standard Edition）：这是最低的一个版本，为小型企业和组织设计，比较适合于只有单一服务器的环境。2、企业版（Enterprise Edition）：这个版本有比较完整的功能，为大中型企业设计，支持多个服务器的群集管理。企业版有32位和64位两个版本。3、数据中心版（Datacenter Edition）：这是最高的一个版本，适合于有大型数据库、大容量实时事务处理任务的环境。数据中心版也有32位和64位两个版本。4、Web版（Web Edition）：这是一个专用版本，如果服务器仅用作为Web服务器，最好使用Web版，它去掉了那些不会用到的功能，使系统的效率更高。
