单元2 任务1 组建典型局域网（课件）-《计算机网络应用基础》（高教版）【上好课】

计算机网络应用基础 高等教育出版社2021版 任务1 | 2课时 单元2 组建局域网 任务1 组建典型局域网 说出局域网特点、IEEE 802标准、MAC/LLC及介质访问控制原理 能规划星状拓扑、规范布线和级联交换机，并根据LED排查链路 养成强弱电分离、标识清晰、规范操作和协作验收的职业习惯 知识目标 能力目标 素养目标 01 01 01 学习目标 宿舍组网任务情境 01 任务情境 02 驱动问题 03 解决办法 学校允许在宿舍内组建局域网。现有3台计算机和1台8口交换机，还要预留端口连接隔壁宿舍？ 目标：资源共享 + 可扩展 ① 采用什么拓扑结构？ ② 交换机端口如何分配并预留？ ③ 网线怎样布置和连接才规范？ ④ 通电后怎样判断链路是否正常？ 思考：先接线，还是先规划？ 1 规划拓扑｜确定星状结构和端口 2 确定位置与路由｜遵守15 cm与100 m要求 3 规范连接｜T568B直通线与交换机级联 4 通电测试｜观察网卡和交换机LED 交付：拓扑图 + 布线清单 + 测试记录 第一部分 认识局域网标准与介质访问控制 知识讲授 局域网的概念与特点 局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机及各种设备互连在一起，实现数据传输和资源共享的计算机网络。 有如下特点： ①地理分布范围较小，一般为数百米至数千米，可覆盖一幢大楼、一所学校或一个企业。 ②数据传输速率高，一般为10 Mbps～10 Gbps，目前速率通常为1 Gbps。 ③误码率低、传输质量高。使用高质量的传输介质和短距离的基带传输方式，通信延迟时间短，可靠性较高，误码率一般为10-11～10-8。 局域网的特点 ④以个人计算机为主体，包括终端及各种外部设备，网络中一般不设中央主机系统，趋向于采用分布式控制，以减少对某个结点的依赖。 ⑤支持多种传输介质。短距离通常使用双绞线和同轴电缆，较长距离采用光纤，在不便敷设有线介质的地方，以无线介质作为补充。 ⑥通常采用总线型、环状或星状拓扑结构，结构简单，容易实现。 ⑦局域网一般归一个单一组织所拥有和使用，不受公共网络管理规定的约束，容易进行设备的更新和新技术的引用，可以不断增强网络功能。 局域网标准 IEEE（电气与电子工程师协会）于1980年2月成立了局域网标准委员会，制定了IEEE 802系列标准。以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、令牌总线网（Token Bus）等，都遵守IEEE 802系列标准。 名称 内容 IEEE 802.1 局域网体系结构、网络管理和网络互连 IEEE 802.3 CSMA/CD 总线介质访问控制方法及物理层技术规范，包括以下标准：IEEE 802.3：10 Mbps 以太网规范；IEEE 802.3u：100 Mbps 以太网规范，已并入 IEEE 802.3；IEEE 802.3z：1 000 Mbps 光纤介质和短距离屏蔽双绞线以太网规范；IEEE 802.3ab：1 000 Mbps 光纤和非屏蔽双绞线（UTP）以太网规范；IEEE 802.3ae：10 000 Mbps 以太网规范 IEEE 802.5 令牌环网访问控制方法及物理层技术规范 IEEE 802.6 城域网（MAN）访问控制方法及物理层技术规范 IEEE 802.11 无线局域网技术 IEEE 802.15 蓝牙技术（个人区域网络） IEEE 802.16 宽带无线局域网（WiMAX） OSI与IEEE 802对应关系 IEEE 802中定义的服务和协议限定在OSI模型的物理层和数据链路层，为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802委员会把局域网的数据链路层拆成介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层，与OSI参考模型的对应关系如图所示。 局域网——物理层 局域网物理层利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的传输与接收、数据的同步控制等。IEEE 802还规定了局域网物理层所使用的信号与编码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范。 ①采用基带信号传输。 ②传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光缆等。 ③拓扑结构可以是总线型、树状、星状和环状。 ④传输速率有10 Mbps、100 Mbps、1000 Mbps等。 数据链路层 局域网数据链路层划分为两个子层：介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。 MAC子层位于数据链路层的下半部分，直接与物理层相邻，主要功能有： ①传送数据时，将传送的数据组装成MAC帧，该帧中包括地址和差错检测等字段。 ②接收数据时，将接收的数据分解成MAC帧，并进行地址识别和差错检测。 ③管理和控制对局域网传输介质的访问。 MAC子层中形成的数据帧中使用了MAC地址。 LLC子层在数据链路层上半部分，在MAC子层的支持下向网络层提供服务，与传输介质无关，独立于介质访问控制方法，隐藏了各种IEEE 802网络之间的差异，向网络层提供一个统一的格式和接口。 主要功能包括将数据组装成帧、顺序控制、差错控制和流量控制。 数据链路层 介质访问控制方法 局域网主要决定要素包括网络拓扑结构、传输介质与介质访问控制方法。其中介质访问控制方法用以解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。 通常有两种：一种是“争用型”访问控制方法，主要是载波侦听多路访问／冲突检测（CSMA/CD）。 另外一种是“轮询式”访问控制方法，主要是令牌（Token）。 载波侦听多路访问／冲突检测 载波侦听多路访问／冲突检测（CSMA/CD）是通过“竞争”方式进行介质访问的控制方法，遵循IEEE 802.3标准，主要用于以太网。 1. 发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据；若信道忙碌，则等待一段随机时间后再次侦听，直到信道空闲再发送数据。 2. 若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的站点都提出发送请求，则判定为冲突；若发生冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试。 CSMA/CD工作原理可概括为“先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发”。 优点是网络通信量小时高效；网络负载大时容易冲突，性能降低。 令牌环与令牌总线 令牌传输方式中，令牌在网络中沿着结点依次传递。其中令牌是一个有特殊目的的数据帧，作用是允许结点进行数据发送，一个结点只有在持有令牌时才能发送数据。 令牌传送方式的优点是提供优先权服务，效率较高，随着站点的增加，不会影响网络性能，但其控制方式较复杂，令牌容易丢失，价格较贵，可靠性不高。 令牌环 令牌环是一种适用于环状网络分布式媒体的访问控制方法，利用令牌传递来进行环路循环的介质访问控制方法。如果环上的某个工作站收到令牌并且有信息要发送，它就改变令牌中的信息，然后将整个信息发往环中的下一工作站。 令牌环与令牌总线 令牌总线是在物理总线上建立一个逻辑环，从物理连接上看是总线型结构，但逻辑上是环状拓扑结构。连接到总线上的所有结点组成了一个逻辑环，每个结点被赋予一个顺序的逻辑位置，结点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。 两类访问方式对比 比较项 CSMA/CD 令牌方式 信道使用 竞争 持令牌发送 冲突 可能发生 不会发生 低负载 效率高 有令牌开销 重负载 性能下降 时延较确定 典型标准 IEEE 802.3 802.5/802.4 以太网分类及技术指标 以太网（Ethernet）是由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是现有局域网中应用最广泛的标准。 以太网遵循IEEE 802.3标准，定义了基带（Base）和宽带（Broad）两个类别的标准，其中宽带标准只有10 Broad 36，其他全是基带标准。 类别 名称 传输介质 介质访问控制协议 最大传输长度（m） 10 Mbps 以太网 10 Base-5 50 Ω 粗同轴电缆 CSMA/CD 500 10 Mbps 以太网 10 Base-2 50 Ω 细同轴电缆 CSMA/CD 185 10 Mbps 以太网 10 Base-T 3 类以上 UTP 两对线 CSMA/CD 100 10 Mbps 以太网 10 Base-F 多模光纤 CSMA/CD 2 000 10 Mbps 以太网 10 Broad 36 75 Ω 同轴电缆（宽带） CSMA/CD 1 800 快速以太网 100 Base-TX 五类 UTP 两对线 CSMA/CD 100 快速以太网 100 Base-FX 多模/单模光纤 CSMA/CD 550/3 000 快速以太网 100 Base-T4 3 类以上 UTP 四对线 CSMA/CD 100 千兆以太网 1 000 Base-T 超五类 UTP 四对线 CSMA/CD 100 千兆以太网 1 000 Base-CX 屏蔽双绞线（STP） CSMA/CD 25 千兆以太网 1 000 Base-SX 多模光纤，短波 CSMA/CD 550 千兆以太网 1 000 Base-LX 多模光纤，长波 CSMA/CD 550 千兆以太网 1 000 Base-LX 单模光纤，长波 CSMA/CD 3 000 万兆以太网 10 GBase-T 4 对 6A 类 UTP 双绞线 CSMA/CD 55/100 万兆以太网 10 GBase-SR 多模光纤 CSMA/CD 300 万兆以太网 10 GBase-LR 单模光纤 CSMA/CD 10 000 以太网分类及技术指标 类别 名称 传输介质 介质访问控制协议 最大传输长度（m） 10 Mbps 以太网 10 Base-5 50 Ω 粗同轴电缆 CSMA/CD 500 10 Base-2 50 Ω 细同轴电缆 185 10 Base-T 3 类以上 UTP 两对线 100 10 Base-F 多模光纤 2000 10 Broad 36 75 Ω 同轴电缆 (宽带) 1800 快速以太网 100 Base-TX 五类 UTP 两对线 CSMA/CD 100 100 Base-FX 多模 / 单模光纤 550/3000 100 Base-T4 3 类以上 UTP 四对线 100 千兆以太网 1 000 Base-T 超五类 UTP 四对线 CSMA/CD 100 1 000 Base-CX 屏蔽双绞线 (STP) 25 1 000 Base-SX 多模光纤，短波 550 1 000 Base-LX 多模光纤，长波 550 1 000 Base-LX 单模光纤，长波 3000 万兆以太网 10 GBase-T 4 对 6A 类 UTP 双绞线 55/100 10 GBase-SR 多模光纤 300 10 GBase-LR 单模光纤 10000 以太网标准命名解码 以太网标准名称由三部分组成，如“10Base-5/2/T/F”，其含义如下： ①10表示信号在线缆上的传输速率为10 Mbps，依此类推。 ②Base表示电缆上的信号是基带信号，如为Broad，则表示宽带传输。 ③5表示粗缆，2表示细缆，T表示双绞线，F表示光纤。 Board Base T 宽带传输 基带传输 双绞线 课堂问答 1. MAC与LLC分别属于哪一层？ 2. CSMA/CD为何会发生冲突？ 3. 令牌方式谁可以发送？ 4.MAC子层的主要功能是什么？ 答案/解析：1. 都属于数据链路层。2. 多结点竞争共享信道。3. 持有令牌的结点。 4.地址识别和差错检测，管理和控制对局域网传输介质的访问。 点击显示答案 课堂练习 1. IEEE 802.3对应哪类网络？ 2. 数据链路层分为哪两个子层？ 3. 写出CSMA/CD四句口诀。 4. 100Base-FX属于哪一类以太网？ 答案/解析： 1. 以太网。2. MAC和LLC。 3. 先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发。 4. 快速以太网。 点击显示答案 第二部分 规划、连接与测试交换式局域网 知识讲授 宿舍组网需求 宿舍采用符合IEEE 802.3ab规范的1000 Base-T交换式局域网，同时级联入隔壁宿舍。本任务使用3台计算机、1台8口交换机和超五类双绞线，采用星状拓扑结构。每台计算机分别连接交换机端口，并预留用于级联隔壁宿舍的端口。图中的1X指交换机的第一个端口。 组网目标：1000 Base-T、星状拓扑、预留级联端口 交换机位置选择 交换机等网络设备应放在方便连接和管理的地方，如放置于楼层设备间、数据中心机房的机柜中等。 如果条件限制，交换机没有专用的放置位置，但也应放在有电源连接、通风、较隐蔽的地方。 不管如何摆放，计算机网卡到交换机之间的链路长度都要小于100 m。 布线路由与线缆选择 使用双绞线作为传输介质，应考虑以下因素。 （1）传输速率。目前常用的是超五类双绞线，如果要实现1 Gbps及以上的带宽，则应选用6类线。 （2）强弱电分离。如果双绞线与电源并排分布或交叉时，应保持至少15 cm距离。 （3）标签管理。应该按照布线要求在双绞线两端贴上标签。 （4）布线工艺。双绞线在布线过程中应尽量遵守“横平竖直”的原则，线缆不能挤压、大角度弯折，中间最好不要有接头，有条件应放于PVC线管或线槽内，每隔一段距离用扎带绑扎。 布线工艺 宿舍因条件限制，建议贴墙布线，如有条件可将线置于PVC线槽中。 连接设备 将布好的双绞线两端按照T568B标准制作成直通线。一端插入网卡RJ-45接口，另外一端插入交换机端口，特别注意交换机应留有冗余端口，以备扩展。 根据交换机的端口情况，与隔壁宿舍的交换机级联有通过uplink端口级联和通过普通端口级联两种方式。 通过uplink端口级联 如果交换机有uplink端口（MDI-X端口），则可直接采用这个端口进行级联，在级联时双绞线一端接入下层交换机的uplink端口，另一端接入上一级交换机的普通端口（MDI端口），如图所示。 此种方式级联交换机的连线使用直通线，长度不能超过100 m。 普通端口级联与自动适应 如果交换机没有uplink端口（MDI-X端口），可以采用交换机普通端口（MDI端口）进行级联，如图所示。此种方式性能较差。 此种方式级联交换机的连线应为交叉线，长度不能超过100 m。 通电测试 打开交换机和计算机电源，观察交换机和网卡的接口LED指示灯，可以得到一些非常有帮助的信息，根据这些信息还可排查故障。 不同类型的网卡指示灯数量和含义不同，需要认真查看网卡说明书。例如Intel Pro/1000 MT网卡通常有三个指示灯，分别用于表示连接状态（Link指示灯）、数据传输状态（ACT指示灯）和连接速率，具体见表2-3。 指示灯 状态 说明 Link 点亮，绿色 正常 Link 熄灭 连接有故障 ACT 点亮，闪烁 有数据传输 10 Mbps 熄灭 速率灯 100 Mbps 点亮，绿色 速率灯 1 000 Mbps 点亮，黄色 速率灯 通电测试 交换机指示灯 交换机的所有端口都有一个LED指示灯用于指示该端口是否处于工作状态、连通性是否完好。当设备关机或链路连通性故障时,LED指示灯会熄灭；只有当设备通电同时链路连通性正常，指示灯才会亮，如图所示。 有些交换机的端口还拥有速率指示灯,如用绿色表示1000Mbps,黄色表示100Mbps。 共享式与交换式以太网 共享式以太网 使用同轴电缆连接的10 Base-2、10 Base-5标准的总线型以太网，以及集线器为核心的星状以太网都是共享式以太网。网络中所有结点都接在同一冲突域中。 共享式以太网在任一时刻只允许一个结点发送数据，每一次传输都会占据整个传输介质，所有的信号发送都是以广播方式。因为所有传输介质都是共享的，所以当共享式以太网结点数较少时，速度较快，当结点过多时，性能急剧下降，解决办法是采用交换技术。 共享式与交换式以太网 交换式以太网 使用交换机（Switch）连接的以太网就是交换式以太网，交换式以太网是一种星状拓扑结构的网络。交换机是一种特殊的网桥，它的每一个端口就是一个冲突域，它将冲突隔绝在每个端口中，避免冲突扩散，但交换机所连接的设备仍然处于一个广播域中，除非划分了VLAN。 交换式以太网通过交换机端口之间的多个并发连接，实现数据的并发传输，传输方式是点对点方式。传输介质是独享的，可以将计算机直接连接到交换机的某个端口上独享该端口的带宽，也可以用一个共享式以太网连接到交换机端口，共享该端口提供的带宽。 课堂问答 1. 双绞线与电源线至少保持多少距离？ 2. uplink端口与普通端口级联用什么线？ 3. Link灯熄灭通常说明什么？ 答案： 1. 15 cm。2. 直通线。 3. 链路连接有故障，应检查电源、网线、水晶头和端口。 点击显示答案 案例分析 计算机与交换机均已通电，但对应端口Link灯不亮。请按顺序提出排查方案。 01 确认设备电源，检查两端是否插牢 02 检查水晶头与T568B线序 03 测试网线是否断路或超过100 m 04 更换网线或端口 05 判断网卡/交换机端口故障 下一步 课堂练习 1. 强弱电至少分离多少？ 2. T568B两端同序制成什么线？ 3. 普通端口之间级联使用什么线？ 4. 支持自动适应后，两种线是否都能使用？ 答案：1. 15 cm。2. 直通线。3. 交叉线。4. 可以，MDI/MDI-X会自动判断接口类型。 点击显示答案 课堂小结 课后任务： 基础 完成同步练习原卷 绘图 绘制宿舍星状拓扑，标明端口和线缆 清单 列出交换机、双绞线、水晶头、标签等材料 观察 记录一次网卡/交换机LED状态并作判断 谢谢观看 THANKS $