第2章熟悉局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)【單元背景】通常局域網(wǎng)覆蓋的范圍有限，在我們的身邊處處可以看到：如一棟辦公大樓中，一座建筑物內(nèi)，或者一所大學(xué)的校園中，甚至是在一個(gè)家庭中也是一個(gè)小的局域網(wǎng)，承擔(dān)著本地區(qū)域的設(shè)備接入到互聯(lián)網(wǎng)。此外，局域網(wǎng)還在小范圍內(nèi)，將各種設(shè)備互連起來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和實(shí)現(xiàn)資源共享?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】了解IEEE802參考模型以及標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容了解局域網(wǎng)通訊原理了解CSMA/CD通信機(jī)制了解局域網(wǎng)組成三要素熟悉局域網(wǎng)管理地址2.1局域網(wǎng)概述1.什么是局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN是指在有限地理范圍內(nèi)，多臺(tái)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如一個(gè)機(jī)房、一幢大樓、一個(gè)學(xué)?；蛞粋€(gè)單位內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本地區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通訊和共享需要，如圖2-1所示辦公網(wǎng)2.1局域網(wǎng)概述2.局域網(wǎng)的特點(diǎn)局域網(wǎng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）局域網(wǎng)覆蓋地理范圍有限，適用校園、企業(yè)、公司內(nèi)部計(jì)算機(jī)連網(wǎng)需求，如圖2-2所示。2.1局域網(wǎng)概述2.局域網(wǎng)的特點(diǎn)局域網(wǎng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（2）局域網(wǎng)傳輸速率高，局域網(wǎng)傳輸速度最高可達(dá)100G。（3）局域網(wǎng)傳輸質(zhì)量好，局域網(wǎng)誤碼率低，傳輸質(zhì)量高。（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是局域網(wǎng)組成的三要素。（4）局域網(wǎng)中設(shè)備使用有規(guī)則網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M網(wǎng)。（5）局域網(wǎng)一般屬于單位私有，易于建立、維護(hù)、管理與擴(kuò)展。2.2IEEE802參考模型IEEE國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)于1980年2月，成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)），負(fù)責(zé)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定，由于這些標(biāo)準(zhǔn)都以802開頭，簡(jiǎn)稱IEEE802協(xié)議。2.2IEEE802參考模型2.局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)在IEEE802體系中，局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)由物理層和數(shù)據(jù)鏈路層組成。整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層又分為二個(gè)子層：介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC-MediaAccessControl）和邏輯鏈路子層LLC(LogicalLinkControl)組成。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容1.

IEEE802協(xié)議和其他協(xié)議比較IEEE802協(xié)議是當(dāng)今世界上最有影響力的局域網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)，IEEE組織委員會(huì)力圖使IEEE802標(biāo)準(zhǔn)和OSI標(biāo)準(zhǔn)以及TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)兼容，如表2-1所示。。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容2.IEEE802協(xié)議模型構(gòu)成在IEEE802模型中，網(wǎng)絡(luò)通信的過(guò)程主要分為二層：即數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。主要完成OSI模型的底層網(wǎng)絡(luò)的接入任務(wù)，和OSI模型的關(guān)系如圖2-4所示。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容3.MAC子層功能局域網(wǎng)中的MAC層，負(fù)責(zé)把物理層傳輸來(lái)的“0”、“1”比特流，組裝成數(shù)據(jù)幀，提供共享介質(zhì)的訪問(wèn)方法。當(dāng)數(shù)據(jù)幀被傳到MAC層后，檢查設(shè)備MAC地址是否與學(xué)習(xí)到MAC地址相匹配；如果地址不匹配，就將該幀拋棄；如果匹配成功，就將它發(fā)送到上一層中。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容4.MAC地址MAC層分配地址也稱為MAC地址、物理地址、硬件地址或鏈路地址，由設(shè)備制造商生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，寫在硬件內(nèi)部芯片中，具有全球唯一性，如圖2-7所示。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容在Windows操作系統(tǒng)中，單擊【開始】→【運(yùn)行】，打開運(yùn)行欄，輸入【CMD】命令，進(jìn)入命令模式，使用【ipconfig/all】命令查詢本機(jī)MAC地址，如圖2-8所示。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容選擇【本地連接】圖標(biāo)，按右鍵，從快捷菜單選擇【狀態(tài)】；單擊【詳細(xì)信息】，也可查看到本機(jī)MAC地址以及其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如圖2-9所示。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容5.LLC子層功能LLC子層主要向其上層提供服務(wù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議協(xié)商，使得該數(shù)據(jù)能在物理鏈路上傳輸，LLC層為上層提供一個(gè)可靠的公共接口，如圖2-10所示。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)之間通信過(guò)程，就是通過(guò)MAC將數(shù)據(jù)傳到LLC；然后，由LLC通過(guò)SAP和網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)。

2.4局域網(wǎng)組成要素以太網(wǎng)(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如圖2-12顯示以太網(wǎng)歷史。

2.4局域網(wǎng)組成要素決定局域網(wǎng)的主要要素是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸介質(zhì)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲妇W(wǎng)上計(jì)算機(jī)與傳輸媒介之間形成的節(jié)點(diǎn)與線的組成模式。網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間連接方式有多種，主要有星形、樹形、總線形、環(huán)形、網(wǎng)狀等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常用到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星型拓?fù)洹h(huán)型拓?fù)浜蜆湫瓮負(fù)淙N，如圖2-13所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇偩€拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)通常有一根連接所有計(jì)算機(jī)的線纜。任何連接在總線上的設(shè)備，都能在總線上發(fā)送信號(hào)，信號(hào)沿介質(zhì)廣播傳輸，如圖2-14所示為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線拓?fù)溆捎诓捎梅植际娇刂疲收蠙z測(cè)在各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，不易管理?？偩€中任一處發(fā)生故障將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，且故障檢測(cè)和隔離比較困難，如圖2-15所示

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙绻杏?jì)算機(jī)都連接到一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)上，就是星形拓?fù)?。星形拓?fù)溆幸粋€(gè)中心節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)組成。從節(jié)點(diǎn)之間必須經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接才能通信，如圖2-16所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在依賴于中心節(jié)點(diǎn)。如果中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)癱瘓。圖2-17顯示星型網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，使用一臺(tái)核心交換機(jī)連接多個(gè)分中心，實(shí)現(xiàn)不同部門之間的網(wǎng)絡(luò)互連。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁湫瓮負(fù)涫切切谓Y(jié)構(gòu)發(fā)展，把幾個(gè)星形拓?fù)溥M(jìn)一步擴(kuò)充就成為樹形拓?fù)?。樹形拓?fù)錇榉謱咏Y(jié)構(gòu)，具有根節(jié)點(diǎn)和各分支節(jié)點(diǎn)，適用于分支管理和控制的系統(tǒng)，如圖2-18所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)典型樹形結(jié)構(gòu)分三層：樹根為核心層，由核心交換機(jī)連接；樹干為匯聚層，由匯聚交換機(jī)上連核心層交換機(jī)，下接接入層交換機(jī)；由接入層交換機(jī)上連匯聚交換機(jī)，下接計(jì)算機(jī)。圖2-19所示典型樹形結(jié)構(gòu)拓?fù)洹?/p>

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（4）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洵h(huán)形網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器，點(diǎn)到點(diǎn)鏈路首尾連接形成一個(gè)封閉的環(huán)網(wǎng)。信號(hào)在環(huán)中沿著一個(gè)方向傳送，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)都可作為中繼器，增強(qiáng)信號(hào)并將信號(hào)傳送給下一臺(tái)設(shè)備，如圖2-20所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)能過(guò)每臺(tái)計(jì)算機(jī)，直到它找到一臺(tái)地址與數(shù)據(jù)所帶地址相匹配的計(jì)算機(jī)。接收計(jì)算機(jī)向發(fā)送計(jì)算機(jī)返回確認(rèn)消息，表示數(shù)據(jù)已被接收，如圖2-21所示環(huán)形網(wǎng)絡(luò)工作原理。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形拓?fù)涞闹饕獌?yōu)點(diǎn)是初始安裝比較容易。由于按環(huán)形連接，故傳輸線路較短。由于環(huán)網(wǎng)是單向連接和點(diǎn)到點(diǎn)連接，適合于光纖傳輸介質(zhì)。環(huán)形拓?fù)涞闹饕秉c(diǎn)是可靠性較差。若采用單環(huán)，環(huán)上出現(xiàn)的任何故障將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能工作。

2.5局域網(wǎng)組成要素（1）：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)令牌環(huán)網(wǎng)隨著以太網(wǎng)發(fā)展而逐漸沒(méi)落，但環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诠饫w分布FFDI網(wǎng)絡(luò)得到發(fā)展并廣泛應(yīng)用，入圖2-23所示的環(huán)形光纖教育網(wǎng)場(chǎng)景。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是從一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如計(jì)算機(jī))連接到另一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纖、無(wú)線電視頻等,圖2-24顯示網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)整體組成。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)1.雙絞線雙絞線在局域網(wǎng)中使用頻率最高，八根信號(hào)線，每?jī)筛鶠橐粚?duì)相互纏繞，總共四對(duì)，雙絞線因此得名。雙絞線分為屏蔽(ShieldedTwistedPair，STP)和非屏蔽(UnshieldedTwistedPair，UTP)兩種。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)雙絞線在制作過(guò)程中，遵循EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn)和568B標(biāo)準(zhǔn)，分別是：568A標(biāo)準(zhǔn)：白綠，綠，白橙，藍(lán)，白藍(lán)，橙，白棕，棕568B標(biāo)準(zhǔn)：白橙，橙，白綠，藍(lán)，白藍(lán)，綠，白棕，棕

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)2.同軸電纜同軸電纜由兩個(gè)同心導(dǎo)體，而導(dǎo)體和屏蔽層又共用同一軸心的線纜。由于同軸電纜主線外包裹絕緣材料，在絕緣材料外面又有一層網(wǎng)狀編織屏蔽金屬網(wǎng)線，所以能很好阻隔外界電磁干擾，提高通信質(zhì)量，如圖2-29所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)在相對(duì)長(zhǎng)、無(wú)中繼器的線路上，同軸電纜能提供高帶寬通信。而其缺點(diǎn)是不能承受纏結(jié)、壓力和嚴(yán)重彎曲，這些都會(huì)損壞電纜結(jié)構(gòu)，阻止信號(hào)傳輸，如圖2-30所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)3.光纖光纖最大的特點(diǎn)是光信號(hào)不受外界電磁干擾，信號(hào)衰減慢，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，特別適用于電磁環(huán)境惡劣環(huán)境網(wǎng)絡(luò)傳輸，如圖2-32所示，

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)光在光纖中傳播主要依據(jù)全反射原理，光線垂直光線端面射入，并與光纖軸心線重合時(shí)，光線沿軸心線向前傳播，如圖2-35所示。。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)根據(jù)光信號(hào)傳輸方式不同，光纖分為單模光纖和多模光纖，多模光纖的直徑為50/62.5μm，而單模光纖的直徑為8.5μm，如圖2-36所示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)多模光纖(MultiModeFiber)中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重，如圖2-37所示。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x比較近，適合近距離、幾公里傳輸。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)單模光纖(SingleModeFiber)中心玻璃芯很細(xì)(9或10μm)，外面包裹著一層折射率比纖芯折射率低包層，使光信號(hào)能始終保持在纖芯內(nèi)傳送。2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)目前1GbPS、1000MbPS光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為主流高速網(wǎng)絡(luò)，圖2-39所示的光纖到戶的解決方案。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)在發(fā)送端，把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，并且把光信號(hào)繼續(xù)向其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送；在接受端，負(fù)責(zé)還原，如圖2-42示。

2.5局域網(wǎng)組成要素（2）：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)光纖是前景非?？春镁W(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，目前主要應(yīng)用在骨干線路傳輸，但隨著成本的降低，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，光纖到樓、到戶，甚至?xí)由斓阶烂?，帶?lái)全新的高速體驗(yàn)，如圖2-43所示光纖到桌面的連接場(chǎng)景。

2.6局域網(wǎng)組成要素（3）：介質(zhì)訪問(wèn)控制方法局域網(wǎng)中介質(zhì)訪問(wèn)控制方法有：IEEE802載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）；IEEE802.5令牌環(huán)（TokenRing）；IEEE802.4令牌總線（TokenBus）。

2.6局域網(wǎng)組成要素（3）：介質(zhì)訪問(wèn)控制方法早期的以太網(wǎng)基于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，所有計(jì)算機(jī)被連接一條同軸電纜上，采用具有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA/CD）競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。連接在以太網(wǎng)中的所有的節(jié)點(diǎn)，都可以偵聽(tīng)到總線網(wǎng)絡(luò)中所有信息，因此，以太網(wǎng)是一種廣播傳輸網(wǎng)絡(luò)，如圖2-44所示。

2.7局域網(wǎng)管理地址為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理需要，必須為局域網(wǎng)中所有設(shè)備，配置IP地址，保證安裝在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可管理，可測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)第三層通信。

2.7局域網(wǎng)管理地址1.什么是IP地址在TCP/IP協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)上每臺(tái)主機(jī)都有一個(gè)唯一IP地址。IP地址是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)之間互相通信的地址標(biāo)識(shí)。IP地址的標(biāo)準(zhǔn)格式為：32Bit位二進(jìn)制，使用“點(diǎn)分十進(jìn)制”書寫。如圖2-47所示。

2.7局域網(wǎng)管理地址2.什么是子網(wǎng)掩碼每個(gè)IP地址由“網(wǎng)絡(luò)號(hào)”和“主機(jī)號(hào)”兩部分組成，便于設(shè)備尋址操作，如圖2-48所示。

2.7局域網(wǎng)管理地址子網(wǎng)掩碼和IP地址計(jì)算，得出主機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址。如圖2-49所示，顯示IP地址為：168.16.16.51，子網(wǎng)掩碼為：255.255.0.0，計(jì)算出該設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)地址為：168.16.0.0。

2.7局域網(wǎng)管理地址如表2-3顯示有類網(wǎng)絡(luò)中默認(rèn)子網(wǎng)掩碼。

2.7局域網(wǎng)管理地址3.配置IP地址方法依序打開Windows操作系統(tǒng)：【網(wǎng)絡(luò)連接】→【Internet協(xié)議（TCP/IP）】→【屬性】，可以手動(dòng)配置IP地址，如圖2-46所示。為了簡(jiǎn)化TCP/IP設(shè)置，很多IP設(shè)備也允許自動(dòng)獲取IP地址（使用動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP），避免手工地址出錯(cuò)。

2.7局域網(wǎng)管理地址4.了解網(wǎng)關(guān)地址網(wǎng)關(guān)是連接內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的中間設(shè)備，通常表現(xiàn)為：三層交換機(jī)、代理服務(wù)器、路由器、防火墻或者出口網(wǎng)關(guān)。

2.7局域網(wǎng)管理地址5.局域網(wǎng)地址規(guī)劃本地子網(wǎng)中所有計(jì)算機(jī)IP地址前三個(gè)字節(jié)，都應(yīng)該相同，屬于同一子網(wǎng)。在一個(gè)由128臺(tái)主機(jī)組