《计算机网络技术》课程设计教程正文Word文档格式.docx
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（4）RG-62（93Ω）——IBM3270系统使用。
粗同轴电缆与细同轴电缆是指同轴电缆的直径。
粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长、可靠性高。
由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置。
但粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。
相反，细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头（BNC），然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生接触不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。
粗缆一般采用RG-11，特征阻抗50Ω，直径0.4英寸，一段粗缆的最大长度为500m，每一段的两端必须各加一个50Ω的终结器，每个工作站必须加一个AUI收发器。
粗缆的传输率为10Mb/s。
因为需要AUI收发器，组网的成本较高，因此目前使用不多。
细缆一般采用RG58A，适用于传输速率不高（10Mb/s）、距离近的局域网。
用它组网成本低，可以连接集线器（HUB）、交换机等网络交换设备。
以安装10Base2（细缆以太网）为例，需要遵守下面的物理限制：
（1）细缆两端必须各加一个50Ω的终结器。
（2）网端之间的最小距离为0.5m。
（3）网络的最大长度小于925m。
（4）网段的最大长度小于185m。
（5）每个网段最大设备数为30个。
（6）最大网段数为5个网段（可带4个中继器）。
计算机网络一般选用RG-8以太网粗缆和RG-58以太网细缆；
RG-59用于电视系统；
RG-62用于ARCnet网络和IBM3270网络。
为了保持同轴电缆的正确电气特性，电缆屏蔽层必须接地。
同时两头要有终端器来削弱信号反射作用。
无论是粗缆还是细缆均为总线拓扑结构，即一根缆上接多部机器，这种拓扑适用于机器密集的环境。
但是当一触点发生故障时，故障会串联影响到整根缆上的所有机器，故障的诊断和修复都很麻烦，因此，将逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。
1.2双绞线
100BaseT双绞线，以EIA／TIA568A和568B作为标准规格。
568A标准左起：
白绿／绿／白橙／蓝／白蓝／橙／白棕／棕
568B标准左起：
白橙／橙／白绿／蓝／白蓝／绿／白棕／棕
1.2.1双绞线的连接方式及用途
直通线：
两端线序一样，都是568B标准
交叉线：
一端为568A标准，另一端为568B标准
PC-PC：
交叉线
PC-HUB：
直通线
HUB-HUB普通口：
HUB-HUB级连口-级连口：
HUB-HUB普通口-级连口：
HUB-SWITCH：
交叉线
HUB（级联口）-SWITCH：
直通线
SWITCH-SWITCH：
SWITCH-ROUTER：
直通线
ROUTER-ROUTER：
1.2.2实验目的
1.掌握使用网线钳制作具有RJ45接头的双绞线跳线的技能；
2.能够使用网线测试仪测试双绞线跳线的正确性；
3.培养初步的协同工作能力。
1.2.3实验设备
1.RJ45压线钳一把
2.超5类双绞线若干
3.测线仪一个
4.水晶头两个
1.2.4实验任务
任务1：
制作一条超5类双绞线的直通线。
任务2：
制作一条超5类双绞线的交叉线。
1.2.5实验步骤
（一）任务1双绞线直通线的制作
过程可分为四步，简单归纳为“剥”、“理”、“查”、“压”四个字。
具体如下：
步骤1准备好5类双绞线、RJ-45插头和一把专用的压线钳，如图1.2所示。
图1.2步骤1
步骤2用压线钳的剥线刀口将5类双绞线的外保护套管划开（小心不要将里面的双绞线的绝缘层划破），刀口距5类双绞线的端头至少2厘米，如图1.3所示。
图1.3步骤2
步骤3将划开的外保护套管剥去（旋转、向外抽），如图1.4所示。
图1.4步骤3
步骤4露出5类线电缆中的4对双绞线，如图1.5所示。
图1.5步骤4
步骤5按照EIA/TIA-568B标准（橙白、白、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕）和导线颜色将导线按规定的序号排好，如图1.6所示。
图1.6步骤5
步骤6将8根导线平坦整齐地平行排列，导线间不留空隙，如图1.7所示。
图1.7步骤6
步骤7准备用压线钳的剪线刀口将8根导线剪断，如图1.8所示。
图1.8步骤7
步骤8剪断电缆线。
请注意：
一定要剪得很整齐。
剥开的导线长度不可太短，可以先留长一些。
不要剥开每根导线的绝缘外层，如图1.9所示。
图1.9步骤8
步骤9将剪断的电缆线放入RJ-45插头试试长短（要插到底），电缆线的外保护层最后应能够在RJ-45插头内的凹陷处被压实。
反复进行调整，如图1.10所示。
图1.10步骤9
步骤10在确认一切都正确后（特别要注意不要将导线的顺序排列反了），将RJ-45插头放入压线钳的压头槽内，准备最后的压实，如图1.11所示。
图1.11步骤10
步骤11双手紧握压线钳的手柄，用力压紧，如图1.12a和图1.12b所示。
请注意，在这一步骤完成后，插头的8个针脚接触点就穿过导线的绝缘外层，分别和8根导线紧紧地压接在一起。
图1.12a步骤11a
图1.12b步骤11b
步骤12完成，如图1.13所示。
图1.13步骤12
现在已经完成了线缆一端的水晶头的制作，下面需要制作双绞线的另一端的水晶头，按照EIA/TIA-568B和前面介绍的步骤来制作另一端的水晶头。
（二）任务2：
双绞线交叉线的制作
制作双绞线交叉线的步骤和操作要领与制作直通线一样，只是交叉线两端一端按EIA/TIA-568B标准，另一端是EIA/TIA-568A标准。
（三）跳线的测试
制作完成双绞线后，下一步需要检测它的连通性，以确定是否有连接故障。
通常使用电缆测试仪进行检测，建议使用专门的测试工具（如FlukeDSP4000等）进行测试，也可以购买廉价的网线测试仪。
如图1.14左所示。
测试时将双绞线两端的水晶头分别插入主测试仪和远程测试端的RJ-45端口，将开关开至“ON”（S为慢速档），主机指示灯从1至8逐个顺序闪亮。
如图1.14右所示。
图1.14网线测试仪
若连接不正常，按下述情况显示：
（1）当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端对应线号的灯都不亮。
（2）当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，当导线少于2根线联通时，灯都不亮。
（3）当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程测试端的线号亮。
（4）当导线有2根短路时，则主测试器显示不变，而远程测试端显示短路的两根线灯都亮。
提示:
如果测试的线缆为直通线缆的话，测试仪上的8个指示灯应该依次闪烁。
如果线缆为交叉线缆的话，其中一侧同样是依次闪烁，而另一侧则会按3、6、1、4、5、2、7、8这样的顺序闪烁。
1.3光纤
1.3.1光及其特性
1.光是一种电磁波
可见光部分波长范围是：
390~760nm（毫微米）。
大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。
光纤中应用的是：
850，1310，1550三种。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。
而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。
当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。
不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。
光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
1.3.2光纤结构
光纤裸纤一般分为三层：
中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。
1.3.3光纤的种类
按光在光纤中的传输模式可分为：
单摸光纤和多模光纤。
多模光纤（Multi-modeFiber）：
中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：
600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
一般光纤跳纤用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色。
单模光纤（Single-modeFiber）：
中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。
因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
一般光纤跳纤用黄色表示，接头和保护套为蓝色。
多模使用50μm光纤时，可以传递550米，使用62.5μm光纤时，可以传递275米。
单模有多种型号，中心波长在1310nm的单模口传输距离为10Km、30Km、40Km等，中心波长在1550nm的单模口传输距离为40Km、70Km、100Km等。
实际传输距离取决于对应型号光模块的实际发射功率、光路上的传输衰减和光口的接收灵敏度。
1.3.4常用光纤规格
单模：
8/125μm，9/125μm，10/125μm
多模：
50/125μm，欧洲标准
62.5/125μm，美国标准
单模光纤的纤径小于多模光纤，相同条件下，纤径越小衰减越小，可传输距离越远。
1.3.5数通设备常用光接口类型
常见光纤接口类型有MTRJ、LC、SC、FC。
MTRJ为收发一体，其他都是收发分离，MTRJ接口由于不便于维护目前新设计设备上都比较少见，FC在ODF架侧使用普遍。
光端口的模式共分两种：
单模和多模。
工程上要求单模口互连使用单模光纤，多模口互连使用多模光纤。
多模光接口中心波长850nm，一般有部分在可见光的红光频段的能量。
（可见光部分波长范围是：
390~760nm，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光）
单模光接口的中心波长有两种：
1310nm和1550nm，1310nm一般为短距、中距或长距接口，1550nm一般为长距、超长距接口。
都在红外线频段，为不可见光。
常用光接口如下图：
图1.15 FC图1.16MT-RJ
图1.17LC图1.18SC
光模块外观如下图：
图1.19SFP光接口外观图图1.20GBIC光接口外观图
1.4交换机
1.4.1交换机分类
从广义上来看，网络交换机分为两种：
广域网交换机和局域网交换机。
广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。
而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。
从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。
从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。
各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式（插槽数较少），也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式（功能较为简单）。
另一方面，从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。
本文所介绍的交换机指的是局域网交换机。
1.4.2二层交换
二层交换技术的发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
具体的工作流程如下：
（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；
（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；
（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；
（4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以记录这一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
1.4.3三层交换
下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
使用IP的设备A-------三层交换机--------使用IP的设备B
比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。
如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。
如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；
然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。
通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。
这就通常所说的一次路由多次转发。
1.5路由器
1.5.1路由器的原理
路由器（Router）是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。
一台路由器可以用来至少连接两个网络。
一种特殊类型的路由器（单臂路由器，one-armed-router）用来在多个虚拟局域网（VirtualLAN－VLan）间传递数据包。
一个单臂路由器上连接的多个网络都位于同一个物理连接上。
1.6信息模块制作
1.6.1实验目的
1.认识打线钳、信息模块；
2.掌握使用打线钳压制RJ45接口信息模块的方法；
1.6.2实验设备
1.打线钳一把，信息模块及面板各一个
1.6.3实验任务
任务：
压制RJ45接口的信息模块。
1.6.4实验步骤
（一）材料准备
图1.21材料准备
图1.22信息模块一侧图1.23信息模块另一侧
在信息模块的两侧有图标的网线的颜色，其中的A和B指的就是568A/568B两种标准。
（二）剥线
接下来我们要做的就是剥线，如图所示。
一般建议剥4--5厘米长。
图1.24剥线图1.25排线
剥出来的线如图1.25所示，然后我们按照模块上的图标，确定是按A还是B标准来做线，确定好后，大致把线排一下序。
（三）压线
排好线后，就是把每根线对应颜色放到模块的凹槽中去，然后用专用的小钳子把线压下去，让线和凹槽接触良好。
图1.26压线图1.27压入面板
在压线的过程中，小钳子一定要垂直，并且用爆发力一次压紧。
当然还有专用的钳子，还带着自动剪线功能，如图1.26所示。
最后线都压完后，我们只需要把做好的信息模块放到面板中去就行，如图1.27所示。
1.7术语表
10Base2
采用50欧姆细同轴电缆的10Mbps基带以太网规范。
10Base5
采用50欧姆标准（粗）同轴电缆的10Mbps基带以太网规范。
10BaseFL
采用光纤的10Mbps基带以太网规范。
10BaseT
10Mbps基带以太网规范，使用两对双绞线（3类、4类或5类）：
一对用于发送数据，另一对用于接收数据。
10Broad36
采用宽带同轴电缆的10Mbps以太网规范。
100BaseFX
100Mbps快速以太网规范，每一链路使用两股多模光纤。
100BaseT
使用UTP线的100Mbps基带快速以太网规范。
100BaseT4
100Mbps基带快速以太网规范，使用四对3，4或5类UTP线。
100Base4的每个网段的最大长度是100米。
100BaseTX
100Mbps基带快速以太网规范，使用两对UTP或STP线。
一对线用于接收数据，另一对线用于发送数据。
100BaseTX的每个网段不能超过100米。
100BaseX
基于IEEE802.3标准的100Mbps基带快速以太网规范。
80/20规则
常规网络标准：
给定网络上80%的业务为本地业务（目的地址在同一个工作组上），至多
20%的业务需要通过互联网络。
BNCconnector（BNC连接器）
将同轴电缆接到MAU或线路接口卡（linecard）的标准连接器。
2.组网
2.1冲突域与广播域
有两个词对网络性能影响很大：
一个是冲突域，一个是广播域。
下面让我们看一看这两个词是如何影响网络性能的。
2.1.1冲突域
假如你想将车驶出高速公路，但每做一次尝试，都有一辆车挡住你的去路。
如果强行出来，就会发生碰撞，这与使用带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议的以太网上发生的情况很相似。
电气与电子工程师协会（IEEE）将CSMA/CD以太网定义成802.3标准，如今，该标准的使用遍及整个网络界。
开放系统互联模型（OSI）第二层的介质访问控制（MAC）子层，就是使用CSMA/CD协议访问物理介质。
网络中的所有节点在任何需要的时候都可以发送数据，而CSMA/CD网络却努力确保任一时刻只有一个节点发送数据。
但是，两个节点却有可能同时发送数据，例如图2.1中的节点1和节点4。
出现这种情况，就会导致碰撞。
这与我们刚才所讲的将车开出高速公路一样，因为没有看到别的车挡了路，正当你将车驶出时，另一辆车以每小时100英里的速度撞上你。
但是，有一点和高速公路上的撞车不同，车子相撞之后就很难恢复，而网络节点却可以继续侦听线路。
如果一个设备检测到碰撞，它就停止发送，并将碰撞情况通知其他节点，其他所有正在发送的节点得到通知后停止发送，碰撞只发生在以太网中。
我们唯一关心的是，碰撞频率达到多少时才会影响网络性能，在工作中以太网hub前面板上的LED指示灯能帮助用户检测何时网段上冲突达到饱和。
即使有好几个工具能够检测到网络速度变慢以及瓶颈问题，还是觉得用hub上的LED灯既快又方便。
图2.1以太网中两个节点同时发送
2.1.2广播域
在讨论广播域之前，你必须先明白什么是广播。
广播就是要发送到网段上的所有节点、而不是单个节点或一组节点的数据。
要广播的节点将数据送到MAC地址0xFFFFFFFFFFFF，就能实现上述目的。
因此说，广播域由一组能够接收同组中所有其他节点发来的广播报文的节点构成。
通常情况下，通过hub等接在路由器一个端口上的所有节点构成一个广播域，如图2.2所示。
图2.2路由器分割的一个广播域
对上述网络来说，所有16个节点构成了这个广播域。
Hub3上的节点2不仅向hub3上的主机广播，并且还向hub1、hub2以及hub4上的所有主机广播。
hub1、hub2以及hub4上的主机也一样向所有其他节点广播。
随着网络规模的扩大，广播域中广播报文相遇的次数也随之增加。
所有这些广播报文确实会影响网络的性能，如果管理不当，甚至会导致整个网络的崩溃。
2.2局域网分段
影响局域网性能的两个常见问题是过高的碰撞率和过多的广播业务。
每个问题都可通过“分段”方法解决，该方法将网络分割成较小的段。
网桥、交换机和路由器通过将冲突域分割成较小的部分，从而降低对带宽的竞争，减少碰撞。
路由器还有一个好处，它可以控制广播业务流（traffic），也就是能将广播域分成更小的域。
对广播域来说，“子网（subnet）”和“虚拟局域网（VLAN）”这两个词比“分段”更常见，一个子网可能会包含好几个冲突域。
2.2.1用路由器将LAN分段
路由器能分割广播域，因为它不转发任何广播业务流。
路由器工作在OSI模型的第3层（网络层），由于它不转发广播业务，因此就有一种减小广播域的简单方法。
如图2.3所示。
图2.3被路由器分开的四个广播域
图2.3以图2.2中配置的网络为例，不同之处是“主hub”改成了路由器。
与路由器相连的四个网络，分别构成各自独立的广播域。
hub3上的节点2向hub3上的所有节点广播，hub1上的节点4向hub1上的所有节点广播。
其他两个hub上的节点也是同样的情况。
因为路由器不转发任何广播业务流，所以从一个hub上发出的广播报文不能传到其他任何一个hub上。
通过降低每个网段上的业务流量，就能减少冲突的次数。
在这个例子中，很可能广播业务流和冲突都不是网络速度变慢的原因。
2.2.2用网桥将LAN分段
可以用网桥分割冲突域，从而获得更好的网络性能。
但是，如果网桥放置的位置不当，则会使网络性能下降而不是提高。
网桥不同于路由器，它工作在OSI模型的第二层（数据链路层）的MAC子层。
网桥不仅创建物理网段，也创建独立的逻辑网
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