3D打印學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)第1章計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章

組建局域網(wǎng)第3章

添加靜態(tài)路由第4章

配置動態(tài)路由第5章

實現(xiàn)VLAN間通信第6章

部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器第7章

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換第8章

協(xié)議分析第9章

無線局域網(wǎng)搭建第10章

接入廣域網(wǎng)第1章

計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容1.1項目導(dǎo)入1.2CiscoPacketTracer1.3計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.4實驗1-1：網(wǎng)線制作1.5實驗1-2：雙機直連理解類似因特網(wǎng)的多場景復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的布局和結(jié)構(gòu)了解CiscoPacketTracer軟件的基本功能和用法，能夠進行簡單的網(wǎng)絡(luò)模擬和實驗理解計算機網(wǎng)絡(luò)的基本知識，包括網(wǎng)絡(luò)的基本概念、組成部分和工作原理掌握網(wǎng)線制作的基本步驟和注意事項理解雙機直連的概念和操作方法，能夠進行簡單的通信測試1.1課程目標(biāo)圖1.1類似因特網(wǎng)的多場景復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)本書要實現(xiàn)的宏觀項目旨在使用CiscoPacketTracer網(wǎng)絡(luò)模擬軟件設(shè)計一個類似因特網(wǎng)的多場景復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，如圖1.1所示，包含家庭網(wǎng)、無線校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)（包括公司總部和分公司）、移動網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等，要求用到各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比如TCP/IP、RIP、OSPF、BGP等，以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)場景之間的互聯(lián)互通。1.2CiscoPacketTracerCiscoPacketTracer是一款由Cisco公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，用于模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和進行網(wǎng)絡(luò)實驗。CiscoPacketTracer軟件可以從Cisco官網(wǎng)下載。本書使用8.2.1版本的CiscoPacketTracer，建議讀者使用的CiscoPacketTracer版本不小于8.2.1。CiscoIOS（CiscoInternetworkOperatingSystem）是由Cisco公司專為其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器和交換機）設(shè)計的操作系統(tǒng)。它是一個與硬件分離的軟件體系結(jié)構(gòu)，具備強大的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和路由選擇功能。CiscoIOS提供了一組豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和功能，支持各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接和通信。作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心軟件，CiscoIOS具有高度的可靠性和安全性，并且可以通過不斷升級來適應(yīng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用需求。它提供了靈活的配置選項和強大的管理功能，使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠輕松地配置、監(jiān)控和故障排除網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。CiscoIOS的命令行界面（CLI）是配置和管理Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要工具。通過CLI，網(wǎng)絡(luò)管理員可以執(zhí)行各種命令來配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的參數(shù)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、排查故障等。此外，CiscoIOS還支持各種網(wǎng)絡(luò)管理和安全協(xié)議，如SNMP、SSH、ACL等，以確保網(wǎng)絡(luò)的安全性和可管理性。1.2CiscoPacketTracer在CiscoPacketTracer中，IOS命令行模式是指通過模擬Cisco設(shè)備的命令行界面來進行網(wǎng)絡(luò)配置和故障排除的一種模式。通過IOS命令行模式，用戶可以模擬與實際設(shè)備相似的操作和配置過程。CiscoPacketTracer提供了多個不同級別的命令行模式，包括用戶模式（UserMode）、特權(quán)模式（PrivilegedMode）、全局配置模式（GlobalConfigurationMode）和接口配置模式（InterfaceConfigurationMode）等。每種模式下，用戶具有不同的權(quán)限和操作范圍。用戶模式是默認(rèn)的進入模式，它提供基本的設(shè)備監(jiān)視功能。在該模式下，用戶可以運行基本命令查看一些設(shè)備的基本狀態(tài)和信息，不能修改配置。用戶模式的提示符通常是“>”。特權(quán)模式提供更高級別的設(shè)備訪問權(quán)限，用戶可以執(zhí)行更多的監(jiān)視和管理命令，但仍然不能直接修改配置。要從用戶模式切換到特權(quán)模式，可以輸入enable命令并提供特權(quán)級密碼。特權(quán)模式的提示符通常是“#”。1.2CiscoPacketTracer全局配置模式是最高級別的命令行模式，用戶可以對設(shè)備進行全局配置和管理，包括修改主機名、配置接口、配置路由協(xié)議、配置訪問控制列表（ACL）、創(chuàng)建VLAN等。要從特權(quán)模式切換到全局配置模式，可以輸入configureterminal命令。全局配置模式的提示符通常是“(config)”。全局配置模式下執(zhí)行exit命令可以退回到特權(quán)模式。接口配置模式允許用戶對特定接口進行配置，例如設(shè)置接口的IP地址、子網(wǎng)掩碼、啟用協(xié)議和配置安全特性等。要從全局配置模式切換到接口配置模式，可以輸入interfaceGigabitEthernet0/0命令。接口配置模式的提示符通常是“(config-if)”。接口配置模式下執(zhí)行exit命令可以退回到全局配置模式。接口配置模式下執(zhí)行end命令可以退回到特權(quán)模式。1.2CiscoPacketTracer對于CiscoPacketTracer軟件中的IOS命令行模式，可以借助一些命令輔助功能來提高工作效率和準(zhǔn)確性。以下是一些常用的命令輔助功能：命令歷史記錄：在命令行模式下，可以隨時按下上/下箭頭鍵來瀏覽和重復(fù)使用之前輸入過的命令。這可以幫助用戶快速重新執(zhí)行相同的命令，而無需重新輸入。自動補全：當(dāng)在命令行中輸入命令的一部分時，可以按下Tab鍵來自動補全命令或參數(shù)。命令查詢：在命令行模式下，可以隨時按下“？”鍵來查看當(dāng)前模式下可用的命令列表和簡短的描述。這有助于用戶快速找到所需的命令并了解其功能。參數(shù)幫助：當(dāng)用戶輸入一個命令后，可以按下“?”鍵來查看該命令的參數(shù)列表和描述。通過輸入?yún)?shù)名稱，用戶可以快速查看參數(shù)的詳細信息和使用方法。1.3計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺通用的、可編程的硬件，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。通用的、可編程的硬件表明這些硬件一定包含有CPU（中央處理器）。這些硬件能夠用來傳送多種不同類型的數(shù)據(jù)，并能支持廣泛的和日益增長的應(yīng)用。通過計算機網(wǎng)絡(luò)，用戶可以遠程訪問其他計算機上的文件、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序等。Internet（因特網(wǎng)）是指全球性的、覆蓋范圍極廣的、由眾多網(wǎng)絡(luò)互連而成的全球最大、最重要的計算機網(wǎng)絡(luò)。因特網(wǎng)不僅包括了各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)，還采用了各種協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，使得各種設(shè)備和系統(tǒng)都可以互相通信和交換信息。因特網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施之一。有些教材將Internet翻譯為互聯(lián)網(wǎng)。internet（互聯(lián)網(wǎng)）是指將多個計算機網(wǎng)絡(luò)互連起來構(gòu)成的更大的計算機網(wǎng)絡(luò)，Internet（因特網(wǎng)）是internet（互聯(lián)網(wǎng)）的一個特例。1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義互聯(lián)網(wǎng)具有2個重要特點：（1）連通性，使上網(wǎng)用戶之間可以非常便捷、非常經(jīng)濟地交換各種信息，好像這些用戶終端都彼此直接連通一樣。（2）資源共享，實現(xiàn)信息共享、軟件共享、硬件共享。由于網(wǎng)絡(luò)的存在，這些資源好像就在用戶身邊一樣地被方便的使用。計算機網(wǎng)絡(luò)由若干節(jié)點和連接這些節(jié)點的鏈路組成。節(jié)點可以是計算機、交換機或路由器等?；ヂ?lián)網(wǎng)也稱為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)，是許多網(wǎng)絡(luò)通過路由器連接而成，如圖1.2所示，圖的兩側(cè)分別是單個網(wǎng)絡(luò)，圖的中間部分由路由器連接多個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)使用網(wǎng)云表示，一個網(wǎng)云可以表示單個網(wǎng)絡(luò)，也可以表示互聯(lián)網(wǎng)。與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機常稱為主機。圖1.2網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：（1）1969-1990年間。從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。ARPANET最初只是一個單個的分組交換網(wǎng)，不是一個互聯(lián)網(wǎng)。1983年，TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得所有使用TCP/IP協(xié)議的計算機都能利用互聯(lián)網(wǎng)相互通信。通常把1983年作為現(xiàn)代因特網(wǎng)的誕生時間。1990年，ARPANET完成了其歷史使命，正式宣布關(guān)閉。（2）1985-1993年間。建成了三級結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)，包括主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)），覆蓋了全美國主要的大學(xué)和研究所，并且成為互聯(lián)網(wǎng)中的主要組成部分。（3）1993至今。出現(xiàn)了眾多的ISP（InternetServiceProvider，因特網(wǎng)服務(wù)提供商），ISP提供接入因特網(wǎng)的服務(wù)（需要收取費用），形成了全球范圍的多層次ISP結(jié)構(gòu)（主干ISP、地區(qū)ISP和本地ISP）的互聯(lián)網(wǎng)。此階段按照指數(shù)級增長的速度出現(xiàn)了大量的內(nèi)容提供商，這些公司在網(wǎng)絡(luò)上提供各種類型的內(nèi)容服務(wù)。這些內(nèi)容可以包括文字、圖片、音頻、視頻等各種形式的數(shù)字信息。內(nèi)容提供商的角色是收集、整理、創(chuàng)作和發(fā)布這些內(nèi)容，以供用戶消費和享受。內(nèi)容提供商通過提供高質(zhì)量的內(nèi)容吸引用戶，并通過廣告、付費訂閱、內(nèi)容付費等方式獲得收益。上世紀(jì)80年代末和90年代初誕生的萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，WWW）成為互聯(lián)網(wǎng)指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力，極大地推動了因特網(wǎng)的發(fā)展和普及，使得信息可以更加便捷地傳播和共享，促進了全球范圍內(nèi)的交流與合作。同時，WWW也催生了許多新興行業(yè)，如電子商務(wù)、在線社交、遠程教育等，對現(xiàn)代社會產(chǎn)生了深遠的影響。1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)的組成包括：（1）計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。包括計算機、服務(wù)器、路由器、交換機、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備，它們通過通信線路相互連接，構(gòu)成一個互連的網(wǎng)絡(luò)。計算機是實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和通信的主要設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)與其他計算機和設(shè)備進行信息交換和資源共享。路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則是連接計算機和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的中間設(shè)備。（2）通信線路?？梢允怯芯€的用于傳輸數(shù)據(jù)的物理媒介，包括雙絞線、同軸電纜、光纖等，也可以是無線信道，例如無線電波、紅外線等。通信線路可以以不同的方式傳輸數(shù)據(jù)，如通過電信號、光信號或者無線信號傳輸。（3）通信協(xié)議。是一套規(guī)則、約定和標(biāo)準(zhǔn)，用來規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸和共享的格式和順序，以及解決網(wǎng)絡(luò)通信過程中可能遇到的各種問題。常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議套件、HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議等。（4）軟件。包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等，用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用的各種功能，包括電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽、視頻會議等。這些服務(wù)和應(yīng)用程序依賴于網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和通信。1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成互聯(lián)網(wǎng)從工作方式上可以劃分為邊緣部分和核心部分，如圖1.3所示。（1）邊緣部分由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機組成，由用戶直接使用，用來進行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。（2）核心部分由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成，為邊緣部分提供服務(wù)（提供連通性和分組交換）。圖1.3互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分和核心部分1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分包含連接到互聯(lián)網(wǎng)上的所有主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)。端系統(tǒng)在功能上可能有很大差別，有小的端系統(tǒng)（普通個人電腦、智能手機、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等）和大的端系統(tǒng)（大型計算機、超級計算機、服務(wù)器）。端系統(tǒng)的擁有者可以是個人、單位、或某個ISP。端系統(tǒng)之間的通信實際上是指一臺主機的某個進程和另一臺主機上的某個進程進行的通信。端系統(tǒng)之間的通信方式有兩種：客戶端/服務(wù)器方式、對等方式。（1）客戶端（Client）/服務(wù)器（Server）方式簡稱為C/S方式，描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系，客戶端是服務(wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方?？蛻舳伺c服務(wù)器的通信關(guān)系建立后，通信可以是雙向的，客戶端和服務(wù)器都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)?？蛻舳顺绦虮挥脩粽{(diào)用后運行，需主動向遠地服務(wù)器發(fā)起通信（請求服務(wù)）?？蛻舳顺绦虮仨氈婪?wù)器程序的地址，不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。服務(wù)器程序?qū)ｉT用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個客戶請求，需要一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶端的通信請求。服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址，一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。（2）對等連接（PeertoPeer）方式簡稱為P2P方式，表示兩個端系統(tǒng)在通信時不區(qū)分服務(wù)請求方和服務(wù)提供方，只要都運行了P2P軟件，就可以進行平等的、對等連接通信。對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是服務(wù)器。1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成互聯(lián)網(wǎng)的核心部分是互聯(lián)網(wǎng)中最復(fù)雜的部分，向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的主機提供連通性，使任何一臺主機都能夠與其他主機通信。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器。路由器是實現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。典型交換技術(shù)包括：電路交換、分組交換、報文交換等。互聯(lián)網(wǎng)的核心部分采用分組交換技術(shù)。分組轉(zhuǎn)發(fā)是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。1．電路交換在早期的電話網(wǎng)絡(luò)中，電話線的數(shù)量與電話機數(shù)量的平方成正比。N部電話機兩兩直接相連，需N(N-1)/2根電話線，如圖1.4所示。當(dāng)電話機的數(shù)量增多時，使用電話交換機將這些電話連接起來，如圖1.5所示，每一部電話都直接連接到交換機上，而交換機使用交換的方法，讓電話用戶彼此之間可以很方便地通信，這種交換方式就是電路交換。圖1.4早期的電話網(wǎng)絡(luò)圖1.5電路交換網(wǎng)絡(luò)1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成2．分組交換分組交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成更小的等長數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)段前面（左邊）添加首部就構(gòu)成了分組（packet），分組又稱為包，而分組的首部也稱為包頭。分組交換以分組作為數(shù)據(jù)傳輸單元?；ヂ?lián)網(wǎng)采用分組交換技術(shù)，發(fā)送端依次把各分組發(fā)送到接收端。接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞浚€原成原來的報文。大概過程如圖1.6所示。這里假設(shè)假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。圖1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成分組在互聯(lián)網(wǎng)中的轉(zhuǎn)發(fā)過程如圖1.7所示，每一個分組在互聯(lián)網(wǎng)中獨立選擇傳輸路徑。位于網(wǎng)絡(luò)核心部分的路由器負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)分組，即進行分組交換。路由器的轉(zhuǎn)發(fā)表（基于路由表）是路由器進行分組轉(zhuǎn)發(fā)的重要依據(jù)。轉(zhuǎn)發(fā)表中的每一項都包含了要到達的某個目的地的信息，這些信息幫助路由器確定如何將接收到的分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個目的地。路由器處理分組的過程如圖1.8所示。圖1.7每個分組在互聯(lián)網(wǎng)中獨立選擇傳輸路徑圖1.8路由器處理分組的過程1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成分組交換的優(yōu)點：（1）高效。在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用；（2）靈活。為每一個分組獨立地選擇最合適的轉(zhuǎn)發(fā)路由；（3）迅速。以分組作為傳送單位，可以不先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；（4）可靠。保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式多路由的分組交換網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。分組交換帶來的缺點：（1）排隊延遲。分組在各路由器存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊；（2）不保證帶寬。網(wǎng)絡(luò)帶寬是動態(tài)分配的；（3）增加開銷。各分組必須攜帶控制信息，路由器要暫存分組，維護轉(zhuǎn)發(fā)表等。1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成3．報文交換在20世紀(jì)40年代，電報通信就采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換。但報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少使用。4．三種交換方式的比較三種交換方式傳輸數(shù)據(jù)的時序圖如圖1.9所示，A為發(fā)送端，D為接收端，B和C為中間設(shè)備（交換機或路由器）。若要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時間遠大于連接建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。報文交換和分組交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時可提高整個網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。由于一個分組的長度往往遠小于整個報文的長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。圖1.9三種交換方式的比較1.3.3計算機網(wǎng)絡(luò)的功能計算機網(wǎng)絡(luò)有多種功能，包括：1．?dāng)?shù)據(jù)通信計算機網(wǎng)絡(luò)使得不同設(shè)備之間可以進行數(shù)據(jù)通信和信息交換。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程傳輸文件、電子郵件、即時消息等。2．資源共享通過網(wǎng)絡(luò)，多臺計算機可以共享硬件設(shè)備（如打印機、掃描儀）和軟件程序（如數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件），提高資源的利用率。3．遠程訪問計算機網(wǎng)絡(luò)允許用戶通過遠程訪問方式連接到其他計算機或遠程服務(wù)器，實現(xiàn)遠程控制、遠程文件訪問和遠程協(xié)作。4．信息存儲與檢索網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)允許將數(shù)據(jù)存儲在遠程服務(wù)器上，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，也可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問和檢索存儲在遠程服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。1.3.3計算機網(wǎng)絡(luò)的功能5．分布式處理計算機網(wǎng)絡(luò)可以將任務(wù)和計算負載分配給多臺計算機上的處理單元，實現(xiàn)分布式計算，提高計算效率和處理能力。6．因特網(wǎng)訪問計算機網(wǎng)絡(luò)連接到因特網(wǎng)上，使得用戶可以瀏覽網(wǎng)頁、獲取在線信息、進行在線購物、使用社交媒體等。7．?dāng)?shù)據(jù)備份和恢復(fù)通過計算機網(wǎng)絡(luò)，可以將數(shù)據(jù)備份到遠程服務(wù)器或云存儲中，以便在數(shù)據(jù)丟失或設(shè)備故障時進行數(shù)據(jù)恢復(fù)。8．實時通信計算機網(wǎng)絡(luò)支持實時通信應(yīng)用，如視頻會議、語音通話和即時消息，使得用戶可以實時進行溝通和交流。這些功能使得計算機網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)代信息社會不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按照覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）四類。（1）LAN是一種在小區(qū)域內(nèi)使用的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍通常局限在10千米范圍之內(nèi)，屬于一個單位或部門組建的小范圍網(wǎng)。局域網(wǎng)由多臺計算機組成，連接速率較高。局域網(wǎng)通常使用以太網(wǎng)等高速傳輸技術(shù)；（2）MAN是作用范圍在廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)，通?？缭揭粋€城市的范圍，其覆蓋范圍一般在10-100千米之間。MAN可以將多個局域網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)更大范圍的資源共享和信息傳輸；（3）WAN覆蓋的范圍更大，可以跨越多個城市、一個國家或多個國家，甚至整個世界。最著名的廣域網(wǎng)就是因特網(wǎng)，它連接了全球的計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；（4）PAN范圍很小，大約在10米左右。有時也稱為無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN。1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按照傳輸介質(zhì)進行分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為有線網(wǎng)、光纖網(wǎng)和無線網(wǎng)三類。（1）有線網(wǎng)采用同軸電纜或雙絞線來連接的計算機網(wǎng)絡(luò)。雙絞線網(wǎng)是目前最常見的連網(wǎng)方式，價格便宜，安裝方便；（2）光纖網(wǎng)采用光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)，具有傳輸距離長、傳輸速率高、抗干擾能力強等優(yōu)點。光纖網(wǎng)廣泛應(yīng)用于城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中。目前的多數(shù)家庭網(wǎng)已經(jīng)是光纖入戶；（3）無線網(wǎng)采用空氣作為傳輸介質(zhì)，用電磁波作為載體來傳輸數(shù)據(jù)。1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點之間的物理或邏輯連接方式。按照網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為星型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)六類，如圖1.10所示。圖1.10六種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按照網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。（1）公用網(wǎng)可稱為公眾網(wǎng)，是指按規(guī)定交納費用的人都可以使用的網(wǎng)絡(luò)；（2）專用網(wǎng)是為特殊業(yè)務(wù)工作需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。公用網(wǎng)和專用網(wǎng)都可以傳送多種業(yè)務(wù)。1.3.5計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)可以從不同的方面來度量計算機網(wǎng)絡(luò)的性能。1．速率速率是最重要的一個性能指標(biāo)，是指數(shù)據(jù)的傳送速率，也稱為數(shù)據(jù)率或比特率。單位是bit/s、kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。2．帶寬頻域是指某個信號具有的頻帶寬度，單位是赫茲、千赫茲、兆赫茲、吉赫茲等。某信道允許通過的信號頻帶范圍稱為該信道的帶寬。一條通信鏈路的帶寬越寬，其所能傳輸?shù)淖罡邤?shù)據(jù)率也越高。3．吞吐量單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的實際數(shù)據(jù)量。受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。1.3.5計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4．時延時延是指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。有時也稱為延遲或遲延。時延包括發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延。（1）發(fā)送時延也稱為傳輸時延。是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。發(fā)送時延發(fā)生在機器內(nèi)部的發(fā)送器中，與傳輸信道的長度（或信號傳送的距離）沒有任何關(guān)系；（2）傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。傳播時延發(fā)生在機器外部的傳輸信道媒體上，而與信號的發(fā)送速率無關(guān)。信號傳送的距離越遠，傳播時延就越大；（3）處理時延。主機或路由器在收到分組時，為處理分組（例如分析首部、提取數(shù)據(jù)、差錯檢驗或查找路由）所花費的時間；（4）排隊時延。分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理和轉(zhuǎn)發(fā)所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時會發(fā)生隊列溢出，使分組丟失，這相當(dāng)于排隊時延為無窮大?？倳r延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延。1.3.5計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5．時延帶寬積鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。管道中的比特數(shù)表示從發(fā)送端發(fā)出但尚未到達接收端的比特數(shù)。只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到了充分利用。6．往返時間RTT（Round-TripTime）RTT表示從發(fā)送方發(fā)送完數(shù)據(jù)，到發(fā)送方收到來自接收方的確認(rèn)總共經(jīng)歷的時間。在互聯(lián)網(wǎng)中，往返時間還包括各中間結(jié)點的處理時延、排隊時延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時的發(fā)送時延。7．信道利用率?信道利用率是指在一定時間內(nèi)信道繁忙的時間占用的比例，信道利用率用公式表示為：信道利用率=傳輸時間/(傳輸時間+空閑時間)。完全空閑的信道的利用率是零。1.3.6計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方與接收方之間的物理通路，它對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信具有一定的影響。常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線傳輸媒介等。雙絞線是目前最普遍的傳輸介質(zhì)，分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線。非屏蔽雙絞線適用于網(wǎng)絡(luò)流量不大的場合中，而屏蔽雙絞線則具有較好的抗干擾性能。同軸電纜由一對導(dǎo)體組成，分為粗同軸電纜和細同軸電纜。細同軸電纜安裝容易，造價低，但受網(wǎng)絡(luò)布線結(jié)構(gòu)的限制，日常維護不太方便。1.3.6計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)光纖是軟而細的、利用內(nèi)部全反射原理來傳導(dǎo)光束的傳輸介質(zhì)，有單模和多模之分。光纖可提供極寬的頻帶且功率損耗小、傳輸距離長、傳輸率高、抗干擾性強，是構(gòu)建安全性網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。單模光纖適用于長距離高速傳輸，它能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)，并具有較低的信號衰減。多模光纖適用于短距離傳輸，由于光信號在光纖中的多個模態(tài)中傳播，因此具有較高的信號衰減。1.3.6計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)無線傳輸媒介利用無線電波在自由空間的傳播來實現(xiàn)多種無線通信。在自由空間傳輸?shù)碾姶挪ǜ鶕?jù)頻譜可將其分為無線電波、微波、紅外線、激光等，信息被加載在電磁波上進行傳輸。比如，WiFi使用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸，通過無線局域網(wǎng)實現(xiàn)設(shè)備之間的無線通信；藍牙技術(shù)主要用于近距離通信，例如連接手機、耳機、鍵盤等設(shè)備；紅外線通信可以實現(xiàn)近距離無線數(shù)據(jù)傳輸，常用于紅外遙控器等設(shè)備；衛(wèi)星通信使用人造衛(wèi)星作為中繼站，傳輸數(shù)據(jù)信號，可以覆蓋較大范圍，適用于遙遠地區(qū)或移動通信需求。另外，還有其他傳輸介質(zhì)，比如電力線通信，利用電力線進行數(shù)據(jù)傳輸，使得電力線成為傳輸媒介，可以應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)和智能電網(wǎng)。1.3.7數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)是實現(xiàn)不同設(shè)備或系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)交換技術(shù)可以分為多種類型。根據(jù)通信方式的不同，數(shù)據(jù)交換技術(shù)可以分為單向數(shù)據(jù)交換技術(shù)和雙向數(shù)據(jù)交換技術(shù)。單向數(shù)據(jù)交換技術(shù)是指數(shù)據(jù)只能從一個設(shè)備流向另一個設(shè)備，而雙向數(shù)據(jù)交換技術(shù)則可以實現(xiàn)兩個設(shè)備之間的雙向通信。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，數(shù)據(jù)交換技術(shù)可以分為異步數(shù)據(jù)交換技術(shù)和同步數(shù)據(jù)交換技術(shù)。異步數(shù)據(jù)交換技術(shù)適用于非實時系統(tǒng)或低延遲應(yīng)用，而同步數(shù)據(jù)交換技術(shù)則適用于實時系統(tǒng)或交互式應(yīng)用。根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，數(shù)據(jù)交換技術(shù)可以分為有線數(shù)據(jù)交換技術(shù)和無線數(shù)據(jù)交換技術(shù)。有線數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要包括電路交換、報文交換和分組交換，而無線數(shù)據(jù)交換技術(shù)則包括無線電波、微波、紅外線等傳輸方式。1.3.7數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換是早期出現(xiàn)的一種交換方式，電話網(wǎng)絡(luò)則是最早、最大的電路交換網(wǎng)絡(luò)。在通信兩端設(shè)備間，通過一段一段相鄰交換設(shè)備間線路的連接，實際建立了一條專用的物理線路，在該連接被拆除前，這兩端的設(shè)備單獨占用該線路進行數(shù)據(jù)傳輸。電路交換的優(yōu)點是連接建立后，數(shù)據(jù)以固定的傳輸率被傳輸，傳輸延遲小，由于物理線路被單獨占用，因此不可能發(fā)生沖突，適用于實時通信和持續(xù)傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。缺點是對資源占用較高，且電路的利用率低，雙方在通信過程中的空閑時間，電路不能得到充分利用。報文交換也稱為消息交換，是一種以報文為單位進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式。報文交換的優(yōu)點是不需要兩個通信結(jié)點之間建立專用通路，只有當(dāng)報文被轉(zhuǎn)發(fā)時才占用相應(yīng)的信道，交換機需要緩沖存儲，報文需要排隊，增加了延時。缺點是不適用于實時系統(tǒng)或交互式應(yīng)用。1.3.7數(shù)據(jù)交換技術(shù)分組交換是將數(shù)據(jù)分割成若干個小的數(shù)據(jù)包（分組），并通過網(wǎng)絡(luò)獨立地傳輸。分組傳輸過程通常也采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式。分組長度與延遲時間、誤碼率都有關(guān)。每個分組帶有完整的控制信息，如源地址、目的地址和序號等。分組可以通過不同路徑獨立傳輸，并在目的節(jié)點處重新組裝。分組交換廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)，在效率和靈活性方面具有優(yōu)勢。分組交換的優(yōu)點是能更公平地利用線路資源，網(wǎng)絡(luò)資源利用率高，能更好地處理突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸問題，能夠提供更靈活和多樣的服務(wù)，如實時和交互式應(yīng)用。缺點是增加了額外的開銷，如分組頭、校驗碼等，相比分組交換技術(shù)帶來的優(yōu)點，這些缺點微不足道。ATM（異步傳輸模式）是一種面向連接的快速分組交換技術(shù)，它基于固定長度的信元進行異步傳輸。ATM使用統(tǒng)計時分復(fù)用方式進行數(shù)據(jù)傳輸，將信息適配成固定長度的信元（通常為53字節(jié)），并在信道上異步地、按序地、一個接一個地傳輸。ATM技術(shù)可以支持高帶寬和低時延的數(shù)據(jù)傳輸。通過優(yōu)化信元長度和復(fù)用方式，ATM可以在高速網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和交換。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，IP技術(shù)逐漸取代了ATM技術(shù)。1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合。它定義了計算機網(wǎng)絡(luò)中各個組成部分的功能、協(xié)議和交互方式，確保不同設(shè)備和系統(tǒng)能夠相互通信和協(xié)作。計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層設(shè)計理念，將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信過程劃分為若干個相對獨立的層次，每個層次完成特定的功能。這些層次包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層等，層次之間的協(xié)議和功能相互協(xié)作，共同完成網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)。在計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，不同層次的通信過程采用不同的協(xié)議。協(xié)議是控制各層之間數(shù)據(jù)交換規(guī)則的集合，規(guī)定了通信過程中數(shù)據(jù)的格式和傳輸控制等要求。計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各層協(xié)議是相互獨立的，使得各種硬件和軟件可以根據(jù)需要進行組合，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性。1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常講的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要有三種：ISO/OSI七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)、TCP/IP四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)、理論教學(xué)的五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。這三種計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層之間的對應(yīng)關(guān)系如圖1.11所示。圖1.11三種計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。最初的ARPANET設(shè)計時提出了分層的設(shè)計方法，將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題。1974年，IBM按照分層的方法制定并提出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（SystemNetworkArchitecture）。此后，其他一些公司也相繼推出了具有不同名稱的體系結(jié)構(gòu)。但由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的不同，不同公司的設(shè)備很難互相連通。為了解決該問題，ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），試圖達到一種理想境界：全球計算機網(wǎng)絡(luò)都遵循這個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因而全球的計算機將能夠很方便地進行互連和交換數(shù)據(jù)。1983年，形成了著名的ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，即七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。最終OSI/RM失敗了。因為基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)已搶先在全球相當(dāng)大的范圍成功地運行了。另外，OSI/RM本身也存在問題，OSI/RM的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；OSI/RM標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，使得按OSI/RM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場；OSI/RM的層次劃分也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。目前存在存在兩種國際標(biāo)準(zhǔn)：（1）法律上的國際標(biāo)準(zhǔn)是OSI/RM，但并沒有得到市場的認(rèn)可；（2）事實上的國際標(biāo)準(zhǔn)是TCP/IP模型，獲得了最廣泛的應(yīng)用。1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1．七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，也稱為OSI參考模型，是一種網(wǎng)絡(luò)通信的體系結(jié)構(gòu)。它將網(wǎng)絡(luò)通信過程劃分為七個獨立且相互依存的層次，分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。物理層：是為物理介質(zhì)上傳輸原始比特流而設(shè)計的，負責(zé)比特流的傳輸，定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與電纜之間的接口，如電壓、線路規(guī)格、傳輸速率、接口標(biāo)準(zhǔn)等。注意，傳遞信息所使用的一些物理介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)，而是在物理層協(xié)議的下面。數(shù)據(jù)鏈路層：它負責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上，通過使用特定的協(xié)議和算法，將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP分組組裝成幀，在兩個相鄰結(jié)點的鏈路上進行傳輸。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息。數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)建立邏輯連接、進行物理地址（如MAC地址）尋址、差錯校驗、數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收等功能。網(wǎng)絡(luò)層：負責(zé)將數(shù)據(jù)包從源地址發(fā)送到目的地址，包括邏輯地址尋址和路由選擇等功能。它通過使用IP協(xié)議等協(xié)議，將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳送到另一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，直到到達目的地。傳輸層：提供端到端的通信服務(wù)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、有序性和流量控制等功能。它通過使用TCP協(xié)議和UDP協(xié)議等協(xié)議，實現(xiàn)不同主機進程之間的通信。會話層：建立、管理、終止會話，對應(yīng)主機進程，指本地主機與遠程主機正在進行的會話。通過傳輸層（端口號：源端口與目的端口）建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。表示層：?shù)據(jù)的表示、安全、壓縮?？纱_保一個系統(tǒng)的應(yīng)用層所發(fā)送的信息可以被另一個系統(tǒng)的應(yīng)用層讀取。應(yīng)用層：為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口。它負責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細節(jié)，包括文件傳輸、電子郵件和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。每層完成一定的功能，各層之間的協(xié)議和功能相互協(xié)作，共同完成網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)。這種分層結(jié)構(gòu)使得計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)更加清晰和易于理解，并且有助于不同系統(tǒng)之間的互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化工作。1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2．四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP模型（即，四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)）定義了計算機通過網(wǎng)絡(luò)互相通信及協(xié)議族各層之間的規(guī)范，包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層（網(wǎng)絡(luò)層）和網(wǎng)絡(luò)接口層。TCP/IP模型與OSI參考模型相比，減少了表示層和會話層，只關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信的核心功能。應(yīng)用層：應(yīng)用層是體系結(jié)構(gòu)中的最高層，直接面向用戶提供應(yīng)用程序的通信服務(wù)。應(yīng)用進程之間的交互是通過應(yīng)用協(xié)議來實現(xiàn)的，例如HTTP、SMTP、FTP等。應(yīng)用層協(xié)議定義了應(yīng)用進程間通信和交互的規(guī)則。傳輸層：傳輸層負責(zé)向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸層的主要協(xié)議是TCP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議提供無連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，而UDP協(xié)議則提供無連接的不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸層負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴㈨樞蚝土髁靠刂频裙δ?。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)層中，使用IP協(xié)議來管理網(wǎng)絡(luò)地址和實現(xiàn)路由選擇功能。此外，網(wǎng)絡(luò)層還負責(zé)數(shù)據(jù)包的封裝和解封，以及數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸。網(wǎng)絡(luò)接口層：網(wǎng)絡(luò)接口層是最低的一層，負責(zé)接收IP數(shù)據(jù)包并進行傳輸。它包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。網(wǎng)絡(luò)接口層負責(zé)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為可以在物理媒介上傳輸?shù)母袷剑⒇撠?zé)物理層的管理，定義如何使用實際網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)、串口線等）來傳送數(shù)據(jù)。TCP/IP模型與OSI參考模型在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的某些方面是相似的，但它們之間存在一些差異。TCP/IP模型更注重實際應(yīng)用和實現(xiàn)，而OSI參考模型則更注重理論化和標(biāo)準(zhǔn)化。在實際應(yīng)用中，TCP/IP模型廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)中，成為現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)3．五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)是為了學(xué)習(xí)方便而結(jié)合OSI參考模型和TCP/IP模型而成的體系結(jié)構(gòu)，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。這種體系結(jié)構(gòu)沒有表示層和會話層，因為它們的功能被合并到了應(yīng)用層中。數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程如圖1.12所示。各層包含的主要協(xié)議在后續(xù)章節(jié)中介紹。圖1.12數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程1.3.8計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對等層之間傳送的數(shù)據(jù)單位稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（ProtocolDataUnit），PDU即是將上層傳下來的PDU作為本層的數(shù)據(jù)部分，然后加上控制信息（比如首部）。PDU通過水平虛線直接傳遞給對方。這就是所謂的對等層之間的通信。各層協(xié)議實際上就是在各個對等層之間傳遞數(shù)據(jù)時的各項規(guī)定。實體表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。協(xié)議和服務(wù)在概念上是不一樣的。協(xié)議保證了能夠向上一層提供服務(wù)。對上面的服務(wù)用戶是透明的。協(xié)議是水平的。上層使用服務(wù)原語獲得下層所提供的服務(wù)。上面的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)，無法看見下面的協(xié)議。服務(wù)是垂直的。在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進行交互（即交換信息）的地方，通常稱為服務(wù)訪問點SAP（ServiceAccessPoint）。SAP是一個抽象的概念，它實際上就是一個邏輯接口。層與層之間交換的數(shù)據(jù)單位稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU（ServiceDataUnit）。SDU可以與PDU一樣。SDU也可以與PDU不一樣，例如：可以是多個SDU合成為一個PDU，也可以是一個SDU劃分為幾個PDU。1.3.9接入Internet方式接入Internet方式有很多種，每種方式都有其獨特的特點和適用場景。1．早期家庭接入Internet方式2．目前家庭接入Internet方式3．無線局域網(wǎng)接入Internet方式4．以太網(wǎng)接入Internet方式5．移動寬帶接入Internet方式6．衛(wèi)星接入Internet方式1.3.10新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指基于最新的技術(shù)理念和方法而開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。隨著科技的不斷進步和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在不斷演變和創(chuàng)新。以下是一些新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：1．5G/6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)前最新的移動通信技術(shù)，具有高速數(shù)據(jù)傳輸、低延遲等特點，能夠支持更多設(shè)備同時連接，為物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興領(lǐng)域提供更好的支持。6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是未來發(fā)展的方向，將實現(xiàn)更高速的數(shù)據(jù)傳輸、更低的延遲和更高的可靠性。2．云計算技術(shù)云計算技術(shù)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設(shè)備。云計算技術(shù)能夠提高數(shù)據(jù)處理能力、降低成本、提高靈活性，為企業(yè)提供更好的業(yè)務(wù)支持。3．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)是一種通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物與物之間相互通信的技術(shù)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)設(shè)備的智能化管理、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等功能，為企業(yè)提供更好的業(yè)務(wù)運營支持。它可以應(yīng)用于智能家居、智能城市、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。4．大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)技術(shù)是一種處理海量數(shù)據(jù)的技術(shù)，能夠從大量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，為企業(yè)提供更好的決策支持。5．人工智能技術(shù)人工智能（AI）技術(shù)是一種模擬人類智能的技術(shù)，包括機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。人工智能技術(shù)在語音識別、圖像識別、自然語言處理、自動駕駛等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，能夠提高自動化水平、降低成本、提高生產(chǎn)效率。6．區(qū)塊鏈技術(shù)區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式賬本技術(shù)，可以實現(xiàn)去中心化的數(shù)據(jù)存儲和交易驗證。它在保障數(shù)據(jù)安全性、實現(xiàn)可信任的交易等方面具有重要應(yīng)用價值。7．邊緣計算邊緣計算將數(shù)據(jù)處理和存儲從中心化的云端轉(zhuǎn)移到接近數(shù)據(jù)源端的邊緣設(shè)備，以減少延遲、提高數(shù)據(jù)處理效率，并支持更廣泛的應(yīng)用場景，如智能車輛、工業(yè)自動化等。1.4實驗1-1：網(wǎng)線制作雙絞線是由一對或多對絕緣的金屬導(dǎo)線（通常為銅線）以一定的規(guī)律絞合在一起而成的線纜。這種結(jié)構(gòu)可以降低電磁干擾的程度，提高傳輸?shù)姆€(wěn)定性。雙絞線內(nèi)部傳輸?shù)氖请娦盘?，根?jù)電磁原理，變化的電流會產(chǎn)生磁場，而兩兩抵消磁場，降低信號干擾。雙絞線在網(wǎng)絡(luò)中被廣泛用作傳輸數(shù)據(jù)和通信信號的媒介。雙絞線適用于局域網(wǎng)連接，可以連接計算機、交換機、路由器以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。根據(jù)用途和性能，雙絞線可以分為屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，簡稱STP）和非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，簡稱UTP）兩種。屏蔽雙絞線有一層錫箔保護層，能有效防止數(shù)據(jù)泄密，同時降低外部環(huán)境對數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_。非屏蔽雙絞線價格較低，應(yīng)用更為廣泛。網(wǎng)線通常是指連接計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的線纜，其中包括雙絞線。網(wǎng)線可以用來連接計算機到網(wǎng)絡(luò)中心（例如路由器或交換機）、連接網(wǎng)絡(luò)中心到數(shù)據(jù)中心等。網(wǎng)線可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等不同類型的線纜。1.4實驗1-1：網(wǎng)線制作本節(jié)中的網(wǎng)線是一根雙絞線（包含4對線芯）兩端分別接上RJ45水晶頭。RJ45水晶頭是用于連接網(wǎng)線與設(shè)備（如計算機、路由器、交換機等）端口的組件，通常被用于以太網(wǎng)（Ethernet）連接。在制作網(wǎng)線時，需要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進行。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了線序、線顏色、線芯的截面積等一系列參數(shù)，以保證網(wǎng)線的質(zhì)量和傳輸性能。常見的網(wǎng)線制作標(biāo)準(zhǔn)有TIA/EIA568A和TIA/EIA568B。TIA/EIA568A和TIA/EIA568B線序如圖1.13所示，交叉線可以使用4對線芯。使用2對線芯的交叉線的線序如圖1.14所示。使用2對線芯的交叉線最高支持百兆（100Mbps）以太網(wǎng)。使用4對線芯的交叉線可以支持千兆（1000Mbps）以太網(wǎng)或更高速的以太網(wǎng)。圖1.14

使用2對線芯的交叉線的線序（使用2對線芯）1.4實驗1-1：網(wǎng)線制作圖1.13

TIA/EIA568A和TIA/EIA568B線序（交叉線使用4對線芯）1.4實驗1-1：網(wǎng)線制作使用2對線芯的TIA/EIA568A交叉線的制作步驟如下：1．準(zhǔn)備工具和材料：包括雙絞線、RJ45水晶頭、剝線鉗（剪線鉗）、壓線鉗、測線儀等。2．剪切雙絞線：根據(jù)需要的長度，使用壓線鉗的剪線刀口剪切適當(dāng)長度的雙絞線。注意預(yù)留一定的長度，以便后續(xù)的剝線和插入水晶頭。3．剝離雙絞線外皮：使用剝線鉗或壓線鉗剝離雙絞線的外皮，露出內(nèi)部的線芯。注意不要剝離過長或過短，以免影響制作過程和網(wǎng)線的質(zhì)量。4．排序線芯：將雙絞線的線芯按照規(guī)定的顏色順序進行排序，在此按照TIA/EIA568A標(biāo)準(zhǔn)排序。一定要確保線芯顏色順序正確，避免出錯。5．理順線芯：在插入水晶頭之前，需要用雙手將線芯捋直，確保線芯不扭曲或打折。這可以保證網(wǎng)線的連通性和傳輸性能。6．插入水晶頭：將排序好的線芯插入水晶頭中。確保所有線芯都插入到底部，且線芯的金屬部分與水晶頭的金屬部分接觸良好。7．壓制水晶頭：使用壓線鉗將水晶頭與網(wǎng)線進行壓制。在壓制過程中，要注意力度適中，避免過緊或過松。確保水晶頭與網(wǎng)線緊密結(jié)合，保證接觸良好。8．測試網(wǎng)線：使用測線儀進行測試，檢查網(wǎng)線的連通性和傳輸性能是否正常。如果測試結(jié)果良好，則說明網(wǎng)線制作成功。1.4實驗1-1：網(wǎng)線制作圖1.15

雙絞線、水晶頭、制作好的網(wǎng)線的兩端1.5實驗1-2：雙機直連計算機網(wǎng)絡(luò)實驗中，兩臺電腦直連是一種簡單的實驗設(shè)置，用于研究和測試網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理和功能。兩臺電腦直連指的是通過物理線路將兩臺電腦直接連接在一起，形成一個網(wǎng)絡(luò)。這種連接方式需要使用交叉線將兩臺電腦的網(wǎng)卡連接起來。網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)適配器）是計算機與局域網(wǎng)之間的連接設(shè)備，它可以將計算機連接到局域網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)上，從而實現(xiàn)計算機之間的數(shù)據(jù)通信和資源共享。網(wǎng)卡通常分為有線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡兩種類型。有線網(wǎng)卡需要連接物理網(wǎng)線才能上網(wǎng)，而無線網(wǎng)卡則可以通過無線信號連接到網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)卡又可以分為內(nèi)置式和外置式兩種類型。無論是有線網(wǎng)卡還是無線網(wǎng)卡，它們都需要安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序才能正常工作。驅(qū)動程序通常由網(wǎng)卡廠商提供，用于使操作系統(tǒng)能夠正確識別和管理網(wǎng)卡設(shè)備，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性和高效性。1.5實驗1-2：雙機直連網(wǎng)絡(luò)拓撲（NetworkTopology）指計算機和設(shè)備之間連接的物理或邏輯結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)（NetworkMedium）：指兩臺電腦之間傳輸數(shù)據(jù)的物理媒介。常見的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)包括以太網(wǎng)網(wǎng)線、無線信號（如WiFi）等。IP地址（IPAddress）：是計算機在網(wǎng)絡(luò)中的唯一標(biāo)識。為了使兩臺電腦能夠相互通信，每臺電腦需要配置不同的IP地址，以便彼此識別和通信。子網(wǎng)掩碼（SubnetMask）：用于劃分IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分。需要為每臺電腦配置相同的子網(wǎng)掩碼，以確保它們處于同一個網(wǎng)段。為了測試兩臺電腦是否能夠正常通信，可以使用一些網(wǎng)絡(luò)測試工具，如ping命令。ping命令可以發(fā)送ICMP協(xié)議的數(shù)據(jù)包到目的電腦，并等待其響應(yīng)。如果能夠正常響應(yīng)，說明兩臺電腦之間的網(wǎng)絡(luò)連接是通的。1.5實驗1-2：雙機直連1．創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓撲在PacketTracer中創(chuàng)建一個新的空白拓撲，然后添加2臺電腦，使用交叉線連接起來。最終的網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1.16所示。圖1.16

網(wǎng)絡(luò)拓撲1.5實驗1-2：雙機直連2．配置PC0和PC1單擊圖1.16中的電腦PC0，然后依次單擊“Desktop”→“IPConfiguration”，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置窗口，如圖1.17所示，配置PC0的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（IP地址是，子網(wǎng)掩碼是）。同樣的方法配置PC1的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（IP地址是，子網(wǎng)掩碼是）。圖1.17

配置PC0的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)1.5實驗1-2：雙機直連3．測試單擊圖1.16中的電腦PC1，然后依次單擊“Desktop”→“CommandPrompt”，出現(xiàn)命令行窗口，如圖1.18所示，先執(zhí)行ipconfig命令查看網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，比如IP地址和子網(wǎng)掩碼。然后執(zhí)行ping命令測試網(wǎng)絡(luò)的連通性，結(jié)果顯示可以ping通，說明網(wǎng)絡(luò)連接正常。圖1.18

PC1的命令行窗口3D打印學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)第1章計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章組建局域網(wǎng)第3章

添加靜態(tài)路由第4章

配置動態(tài)路由第5章

實現(xiàn)VLAN間通信第6章

部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器第7章

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換第8章

協(xié)議分析第9章

無線局域網(wǎng)搭建第10章

接入廣域網(wǎng)第2章

組建局域網(wǎng)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機2.5實驗2-5：以太網(wǎng)交換機的生成樹協(xié)議（STP）2.6實驗2-6：交換機的端口聚合2.7實驗2-7：以太網(wǎng)幀的封裝2.8實驗2-8：交換機端口與MAC地址綁定理解共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的基本原理和工作方式掌握通過Console口和Telnet遠程登錄與管理二層交換機的方法了解以太網(wǎng)交換機的生成樹協(xié)議學(xué)習(xí)如何進行交換機的端口聚合，實現(xiàn)帶寬的疊加和冗余熟悉以太網(wǎng)幀的封裝過程，理解數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)通信中的傳輸和組織方式掌握交換機端口與MAC地址的綁定方法，提高網(wǎng)絡(luò)安全性和管理效率2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)以太網(wǎng)（Ethernet）是一種計算機局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，最早由DEC、Intel和Xerox三家公司在20世紀(jì)70年代共同開發(fā)。共享式以太網(wǎng)的特點是所有節(jié)點都共享一段傳輸信道，并且通過該共享信道傳輸信息。在共享式以太網(wǎng)中，所有用戶共享帶寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的增加而遞減。它使用CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突檢測）協(xié)議來協(xié)調(diào)各個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，以解決多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀導(dǎo)致的碰撞問題。CSMA/CD是一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，常用于局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層。2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)CSMA/CD的工作原理是：（1）載波偵聽：每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)前會先偵聽介質(zhì)上是否存在信號。如果檢測到介質(zhì)上有信號（即其他節(jié)點正在發(fā)送數(shù)據(jù)），則節(jié)點將等待一段時間，直到介質(zhì)空閑，并且沒有沖突發(fā)生；（2）多路訪問：一旦介質(zhì)空閑，節(jié)點即可開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀。多個節(jié)點都具備同時發(fā)送數(shù)據(jù)的權(quán)限，并且沒有中心化的控制；（3）沖突檢測：節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，不斷偵聽介質(zhì)上的信號。如果節(jié)點檢測到發(fā)送的數(shù)據(jù)與其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞（即兩個或多個數(shù)據(jù)幀在同一時間發(fā)生沖突），節(jié)點會立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并發(fā)送一個特殊的信號來表示沖突的發(fā)生；（4）沖突解決及退避：當(dāng)節(jié)點檢測到?jīng)_突后，它會等待一個隨機的時間間隔，然后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。這個隨機的退避時間有助于避免再次發(fā)生沖突，因為不同節(jié)點的退避時間是隨機的；（5）重試次數(shù)限制：CSMA/CD還引入了一個重試次數(shù)限制機制。如果某個節(jié)點多次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)但仍然遇到?jīng)_突，它將放棄發(fā)送并報告?zhèn)鬏斒?。CSMA/CD協(xié)議的優(yōu)點在于原理簡單、技術(shù)上易實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位、不需集中控制、不提供優(yōu)先級控制。但在網(wǎng)絡(luò)負載增大時，發(fā)送時間增長，發(fā)送效率急劇下降。2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)通常分為總線型和星型兩種拓撲結(jié)構(gòu)?？偩€型拓撲結(jié)構(gòu)：在總線型拓撲結(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備都連接到同一根傳輸介質(zhì)（如同軸電纜），形成一個共享的總線。數(shù)據(jù)包被發(fā)送到總線上，并且每個設(shè)備都可以接收總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)?？偩€型拓撲結(jié)構(gòu)是共享式以太網(wǎng)最典型的拓撲結(jié)構(gòu)之一。星型拓撲結(jié)構(gòu)：在星型拓撲結(jié)構(gòu)中，每個設(shè)備都通過獨立的電纜（通常是雙絞線）連接到一個中央設(shè)備，如集線器（hub）。集線器會從一個端口接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌卸丝谶M行廣播，這也會導(dǎo)致沖突問題。為了解決沖突問題，集線器使用CSMA/CD協(xié)議。20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初，集線器被廣泛應(yīng)用于構(gòu)建局域網(wǎng)。集線器可以提供簡單、可靠的設(shè)備連接方式，使得多臺計算機能夠方便地共享網(wǎng)絡(luò)資源并進行通信。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，交換機逐漸取代了集線器的地位。如今，集線器在局域網(wǎng)中已經(jīng)非常少見，而交換機早已成為主流的局域網(wǎng)設(shè)備。2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)最初的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps（以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)稱為10BASE-T，其中10表示速率為10Mbps，BASE表示基帶傳輸，T表示雙絞線）。隨著技術(shù)的進步，共享式以太網(wǎng)逐漸被半雙工或全雙工交換式以太網(wǎng)所取代。交換式以太網(wǎng)的速率有了大幅提高，如100Mbps（FastEthernet）、1Gbps（GigabitEthernet）和更高速率的以太網(wǎng)。如今的無線局域網(wǎng)（WLAN）中的媒體訪問控制子層（MAC層）采用類似與CSMA/CD協(xié)議的CSMA/CA（載波偵聽多路訪問/沖突避免）協(xié)議來避免數(shù)據(jù)傳輸沖突。CSMA/CA被廣泛應(yīng)用于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)（Wi-Fi）的無線局域網(wǎng)中。集線器（Hub）是局域網(wǎng)（LAN）中用于連接多臺計算機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的中心設(shè)備，如圖2.6所示。集線器的基本功能是將來自一個端口的數(shù)據(jù)包廣播給所有其他端口，但不會對數(shù)據(jù)包進行任何篩選或處理。集線器工作在計算機網(wǎng)絡(luò)的物理層，它只是簡單地將電信號從一個端口復(fù)制到其他端口，不關(guān)心數(shù)據(jù)包的內(nèi)容或地址。圖2.6

集線器連接多臺計算機2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)2.1實驗2-1：共享式以太網(wǎng)然后，在另外5臺電腦中執(zhí)行ping命令，比如：在PC3的命令行執(zhí)行ping0-n1000命令，在PC1的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC4的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC2的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC5的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，此時，會發(fā)現(xiàn)在PC3中，ping命令執(zhí)行過程中有丟包現(xiàn)象，如圖2.4所示。其他電腦中也會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。圖2.4ping命令執(zhí)行過程中有丟包現(xiàn)象2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)是一種星型拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，使用交換機來連接各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并在這些設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。交換式以太網(wǎng)相較于早期以太網(wǎng)技術(shù)（如使用集線器的共享式以太網(wǎng)）具有更高的性能、更低的延遲和更佳的網(wǎng)絡(luò)管理能力。在交換式以太網(wǎng)中，數(shù)據(jù)幀可以直接從一個端口轉(zhuǎn)發(fā)到另一個端口，而無需與其他設(shè)備共享帶寬或發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。這樣可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的效率和性能，同時也增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。交換式以太網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)改變了局域網(wǎng)的格局，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以更快速、更智能地互連，滿足了不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。交換式以太網(wǎng)在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，是構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）是制定以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的組織。IEEE802.3是最基本的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，定義了以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，包括幀格式、物理層規(guī)范等。IEEE802.1是以太網(wǎng)交換機的一組協(xié)議的集合，包括生成樹協(xié)議、VLAN協(xié)議等。為了區(qū)分這些協(xié)議，IEEE在IEEE802.1后面加上不同的小寫字母，例如：IEEE802.1a定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；IEEE802.1b定義網(wǎng)際互連、網(wǎng)絡(luò)管理及尋址；IEEE802.1d定義生成樹協(xié)議；IEEE802.1p定義優(yōu)先級隊列；IEEE802.1q定義VLAN標(biāo)記協(xié)議；IEEE802.1s定義多生成樹協(xié)議；IEEE802.1w定義快速生成樹協(xié)議；IEEE802.1x定義局域網(wǎng)安全認(rèn)證等。IEEE定義了多種以太網(wǎng)速率標(biāo)準(zhǔn)，交換式以太網(wǎng)最常見的速率是100Mbps、1Gbps、10Gbps、25Gbps、40Gbps、100Gbps等。2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)IEEE定義了多種以太網(wǎng)使用的電纜標(biāo)準(zhǔn)，如Cat5、Cat5e、Cat6、Cat7等，不同的電纜標(biāo)準(zhǔn)支持不同的傳輸速率和距離要求。Cat5（五類線）是最早的以太網(wǎng)電纜標(biāo)準(zhǔn)之一，標(biāo)識為CAT5，適用于百兆以下的網(wǎng)絡(luò)。它的傳輸速度較慢，不能滿足高速網(wǎng)絡(luò)的需求，因此已經(jīng)逐漸被淘汰。Cat5e（超五類線）是Cat5的升級版，標(biāo)識為CAT5E，適用于1Gbps（千兆位每秒）以太網(wǎng)。相比于Cat5，Cat5e在傳輸性能上有所提升，具有更高的傳輸速度和更低的衰減和串?dāng)_，因此更適合高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，適用于大多數(shù)家庭和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。Cat6（六類線）是更高規(guī)格的以太網(wǎng)電纜標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)識為CAT6，可以支持更高的傳輸速度和更長的傳輸距離。Cat6適用于對速度和帶寬要求較高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如10Gbps以太網(wǎng)。2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)在計算機網(wǎng)絡(luò)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址（MediaAccessControlAddress，媒體訪問控制地址），代表設(shè)備在數(shù)據(jù)鏈路層使用的唯一地址。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為局域網(wǎng)規(guī)定了一種48位的全球地址，該地址被固化在網(wǎng)絡(luò)適配器（或網(wǎng)卡）的ROM中。MAC地址是由網(wǎng)卡廠商分配給每個以太網(wǎng)設(shè)備的唯一地址。MAC地址用于在局域網(wǎng)內(nèi)唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以幫助交換機正確地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有2種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。最常用的MAC幀是EthernetV2格式，如圖2.7所示。網(wǎng)絡(luò)適配器具有過濾功能，每收到一個MAC幀，先用硬件檢查幀中的MAC地址。如果是發(fā)往本機的幀則收下，然后再進行后續(xù)處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他處理。圖2.7

MAC幀格式2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)以太網(wǎng)交換機內(nèi)部的幀交換表（又稱為MAC地址表）是通過自學(xué)習(xí)算法自動地逐漸建立起來的。開始時交換表是空的，如圖2.8所示。假設(shè)四臺電腦A、B、C、D的MAC地址分別為A、B、C、D，并且分別與交換機的接口1、2、3、4分別相連。圖2.8

以太網(wǎng)交換機的交換表（初始為空）2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)如圖2.9所示，電腦A向電腦C發(fā)送一幀，該幀從接口1進入交換機。交換機收到該幀后，先根據(jù)幀中的目的MAC地址（C）查找交換表，此時交換表為空，肯定沒有查到應(yīng)該從哪個接口將該幀轉(zhuǎn)發(fā)給電腦C。交換機把這個幀的源MAC地址A和接口1寫入交換表中，并且向除接口1以外的所有接口廣播這個幀。由于與該幀的目的MAC地址（C）不相符，B和D將丟棄該幀。如圖2.10所示，電腦C向電腦A發(fā)送一幀，該幀從接口3進入交換機。交換機收到該幀后，先根據(jù)幀中的目的MAC地址（A）查找交換表，發(fā)現(xiàn)交換表中的MAC地址有A，表明要發(fā)送給電腦A的幀應(yīng)從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去。于是交換機就把這個幀通過接口1轉(zhuǎn)發(fā)給電腦A，并且把這個幀的源MAC地址C和接口3寫入交換表中。圖2.9

A向C發(fā)幀后的交換表

圖2.10

C向A發(fā)幀后的交換表2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)有時候電腦需要更換網(wǎng)絡(luò)適配器，或者電腦從交換機的一個接口切換到另一個接口，這就需要更新交換表中的信息。為此，在交換表中每個表項都設(shè)有一個有效時間。過期的表項會被自動刪除。這種自學(xué)習(xí)方法使得以太網(wǎng)交換機能夠即插即用，不必人工進行配置。以太網(wǎng)交換機自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的流程圖如圖2.11所示。圖2.11

以太網(wǎng)交換機自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)兩臺以太網(wǎng)交換機通過接口5互連，接口1、2、3、4分別連接一臺電腦，如圖2.12所示。開始時兩臺交換機中的交換表都是空的。電腦A向電腦C發(fā)送了一幀，電腦B向電腦E發(fā)送了一幀，電腦E向電腦A發(fā)送了一幀，此時兩臺交換機中的交換表中的表項如圖2.12所示。如果通過接口8將兩臺交換機相連，就會形成回路。交換機回路的存在可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)問題，如廣播風(fēng)暴、MAC地址表不穩(wěn)定等。當(dāng)數(shù)據(jù)幀在回路中不斷循環(huán)傳輸時，會占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，甚至使網(wǎng)絡(luò)癱瘓。此外，交換機回路還可能導(dǎo)致交換機的MAC地址表出現(xiàn)錯誤，影響網(wǎng)絡(luò)的正常通信。為了避免交換機回路帶來的問題，可以采取一些措施。例如，啟用生成樹協(xié)議（STP），該協(xié)議可以自動檢測并阻塞回路中的某個端口，從而消除回路。圖2.12

兩臺以太網(wǎng)交換機互連2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)2.2實驗2-2：交換式以太網(wǎng)2．配置PC0~PC5參考圖2.2所示方法，配置PC0~PC5的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。3．測試在PC0~PC5的命令行執(zhí)行ping命令，比如：在PC0的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC3的命令行執(zhí)行ping0-n1000命令，在PC1的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC4的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC2的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，在PC5的命令行執(zhí)行ping-n1000命令，此時，會發(fā)現(xiàn)沒有丟包的情況發(fā)生。2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機二層交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，可以識別數(shù)據(jù)幀中的MAC地址，并根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，同時將這些MAC地址與對應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。由于交換機對多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬。如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機總線帶寬超過N×M，那么這交換機就可以實現(xiàn)線速交換。二層交換機一般都含有專門用于處理數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC（專用集成電路）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非常快。這些交換機通過不斷循環(huán)學(xué)習(xí)全網(wǎng)的MAC地址信息來建立和維護自己的地址表，這是它們的最基本操作。二層交換機通常具有多個網(wǎng)絡(luò)接口，用于連接其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如計算機、服務(wù)器、路由器等）。這些接口可以是物理接口（如以太網(wǎng)端口）或虛擬接口（如VLAN接口）。2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機交換機具有不同的物理接口接口，以滿足不同的網(wǎng)絡(luò)連接需求。（1）網(wǎng)絡(luò)接口（RJ-45接口）用于連接交換機與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；（2）管理接口（Console口）用于配置和管理交換機。Console口可以是DB-9接口，也可以是RJ-45接口，這取決于具體的交換機型號和配置；（3）堆疊接口用于連接多臺交換機，形成一個邏輯上的單一設(shè)備，一些交換機支持堆疊功能；（4）光纖接口用于連接交換機與光纖線纜，傳輸高速的光信號。光纖接口通常用于遠距離和高容量的數(shù)據(jù)傳輸，具有較高的帶寬和較低的傳輸延遲；（5）模塊接口用于擴展更多的端口或功能，一些交換機支持插拔的模塊。不同的交換機接口具有不同的特點和用途，根據(jù)實際需求選擇合適的接口類型，可以實現(xiàn)更加靈活和高效的網(wǎng)絡(luò)連接。2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機交換機的配置方式基本分為兩種：帶內(nèi)管理和帶外管理。（1）帶外管理通過交換機的管理接口（Console口）進行管理，這種方式不占用交換機的網(wǎng)絡(luò)接口，需要使用配置線纜，需要近距離配置，首次配置時必須使用管理接口進行配置；（2）帶內(nèi)管理指的是通過交換機上正在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡(luò)通道進行管理和配置交換機的功能。意味著可以通過連接到交換機的LAN端口（以太網(wǎng)口）或無線網(wǎng)絡(luò)來訪問交換機的管理界面，進行配置、監(jiān)控和管理交換機的各種設(shè)置。通過帶內(nèi)管理，可以進行遠程或本地管理交換機，而無需額外的專用物理連接。這種管理方式通常是最常見且最便捷的方式，可以配置交換機、更新固件、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)流量等操作。在設(shè)置帶內(nèi)管理時，確保網(wǎng)絡(luò)連接安全，并設(shè)置合適的認(rèn)證和訪問控制措施，以防止未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問交換機管理界面并對網(wǎng)絡(luò)進行惡意操作。2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機2．通過Console口配置二層交換機單擊圖2.13中的電腦Laptop0，然后依次單擊“Desktop”→“Terminal”，出現(xiàn)串口設(shè)置窗口，如圖2.14所示，使用默認(rèn)值，單擊OK按鈕，在隨后的窗口中單擊回車鍵，進入到串口命令行環(huán)境，如圖2.15所示，在此可以執(zhí)行命令對交換機進行操作，比如修改交換機名字、設(shè)置串口登錄密碼、設(shè)置特權(quán)模式密碼。再次通過串口登錄交換機時，需要輸入串口登錄密碼，如果要進入特權(quán)模式，需要輸入特權(quán)模式密碼，如圖2.16所示。圖2.14

串口設(shè)置窗口圖2.15

串口命令行環(huán)境圖2.16

輸入串口登錄密碼和特權(quán)模式密碼2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機2.3實驗2-3：通過Console口管理二層交換機2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機通過交換機的Console口管理交換機屬于帶外管理方式，這種方式不占用交換機的網(wǎng)絡(luò)端口，第一次配置交換機必須使用Console口進行。之后就可以使用Telnet遠程登錄交換機進行管理了，通過Telnet管理交換機則屬于帶內(nèi)管理方式。Telnet是一種基于文本的遠程終端協(xié)議，用于遠程登錄和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器、交換機），通常用于連接到遠程設(shè)備的命令行界面，并在遠程終端上執(zhí)行各種操作，如配置接口、查看和修改路由表、進行故障排除等，就像直接在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進行操作一樣。要使用Telnet連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要知道網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址和Telnet端口號（通常為23）。命令語法：telnet<設(shè)備IP地址><端口號>。如果未指定端口號，則默認(rèn)為23。IP地址是網(wǎng)絡(luò)層的概念，而二層交換機工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，但是可以為二層交換機配置交換機的管理IP地址，這個IP地址僅用于遠程登錄管理交換機，對于交換機的正常運行不是必需的，若沒有配置管理IP地址，則交換機只能通過Console口進行本地配置和管理。默認(rèn)情況下，交換機的所有端口均屬于虛擬局域網(wǎng)VLAN1，VLAN1是交換機自動創(chuàng)建和管理的。每個VLAN可以有一個活動的管理地址，因此對二層交換機設(shè)置管理地址之前，首先應(yīng)選擇VLAN1接口，然后再利用ipaddress配置命令設(shè)置交換機的管理IP地址。2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機2．在交換機上設(shè)置Telnet登錄密碼參考2.3節(jié)，在計算機Laptop0上通過Console口配置二層交換機，設(shè)置Telnet登錄密碼和VLAN1的IP地址，在串口命令行環(huán)境執(zhí)行命令的過程如圖2.18所示。圖2.18

在串口命令行環(huán)境執(zhí)行命令對交換機進行配置2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機3．配置PC0參考圖2.2所示方法，配置PC0的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（IP為，掩碼為）。4．遠程登錄交換機單擊圖2.17中的電腦PC0，然后依次單擊“Desktop”→“CommandPrompt”，出現(xiàn)命令行窗口，如圖2.19所示，先執(zhí)行ping命令測試網(wǎng)絡(luò)連通性，成功以后，執(zhí)行telnet命令遠程登錄交換機，輸入密碼（te2345）進行登錄，登錄交換機命令行后，可以從用戶模式進入特權(quán)模式，此時需要輸入特權(quán)模式密碼（root123）。圖2.19

在PC0通過Telnet遠程登錄交換機2.4實驗2-4：Telnet遠程登錄與管理二層交換機5．PacketTracer中配置交換機的3種方法在PacketTracer中配置交換機有3種方法。第一種方法是通過Console口進行配置；第二種方法是通過Telnet遠程登錄后進行配置。這兩種方法同樣適用于真實的交換機。第三種方法只能在PacketTracer仿真環(huán)境中使用，方法是單擊交換機，在彈出窗口中選擇CLI標(biāo)簽頁，出現(xiàn)交換機的命令行窗口，如圖2.20所示。本書后面的所有實驗，對交換機的配置都采用第三種方法。圖2.20

交換機的命令行窗口2.5實驗2-5：以太網(wǎng)交換機的生成樹協(xié)議（STP）在以太網(wǎng)交換機網(wǎng)絡(luò)中，存在環(huán)路（即多個交換機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間相互連接形成的環(huán)路拓撲）。當(dāng)數(shù)據(jù)包在這樣的環(huán)路中循環(huán)傳送時，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞、廣播風(fēng)暴等問題。為了解決這個問題，生成樹協(xié)議（SpanningTreeProtocol，STP）通過選擇一條主干路徑，并禁用其他冗余路徑，從而構(gòu)建一棵邏輯上無環(huán)的生成樹，確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的正常傳輸。這有助于提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和性能。生成樹協(xié)議是一種工作在數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議，在以太網(wǎng)交換機網(wǎng)絡(luò)中提供冗余備份鏈路，并且解決網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路問題。生成樹協(xié)議主要有3個版本：STP、RSTP（快速生成樹協(xié)議）、MSTP（多生成樹協(xié)議）。STP協(xié)議的收斂時間長，從主鏈路出現(xiàn)故障到切換至備份鏈路需要50秒時間。RSTP協(xié)議在STP協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了兩種端口角色，即：替換端口和備份端口，分別作為根端口和指定端口。當(dāng)根端口或指定端口出現(xiàn)故障時，冗余端口不需要經(jīng)過50秒的收斂時間，可以直接切換到替換端口或備份端口，從而實現(xiàn)RSTP協(xié)議小于1秒的快速收斂。MSTP是另一種生成樹協(xié)議，它結(jié)合了STP和PVST的特點，可以在多個VLAN上運行生成樹實例，并提供更精細的流量控制和更高的網(wǎng)絡(luò)性能。2.5實驗2-5：以太網(wǎng)交換機的生成樹協(xié)議（STP）在PacketTracer中，PVST（Per-VLANSpanningTree）和Rapid-PVST（Per-VLANRapidSpanningTree）是兩種生成樹協(xié)議的模式，用于防止網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路并確保數(shù)據(jù)在交換機之間的正確轉(zhuǎn)發(fā)。這兩種模式都支持在每個VLAN上獨立運行STP，從而實現(xiàn)VLAN間的負載均衡。PVST是傳統(tǒng)的STP模式，它在每個VLAN上運行一個獨立的STP實例。這意味著每個VLAN都有自己的根橋（RootBridge）和指定橋（DesignatedBridge），從而確保在VLAN內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是環(huán)路自由的。PVST可以很好地處理VLAN間的負載均衡，但因