1、1实验一 常用网络工具使用与网络环境组建本实验使用 2 个学时一、实验目的及要求1、掌握双绞线的制作；2、掌握计算机与连接设备（HUB 和交换机）的连接；3、掌握 HUB 和交换机的级联。二、实验设备及环境双绞线、压线钳、RJ-45 水晶头、测线仪、HUB 和交换机。三、预备知识与课前准备1、拓扑结构及其工作原理 总线型拓扑结构 星型拓扑结构 环型拓扑结构 网状拓扑结构 网络拓扑结构的变体（星型总线拓扑结构、星型环网拓扑结构和 FDDI）2、双绞线的特点和标准计算机之间的建立互联通信，可以通过许多方法实现，如在 Windows 下可以使用专用电缆连接，如建立以太网连接可以使用交叉线、直通线加集
2、线器都能将两台工作站连接起来。我们先来了解以下有关水晶头的信息。带金属片的一面向自己，线头的插孔朝向左时，可以看到接头中的 8 个引脚。为了叙述方便，我们对引脚进行编号，如下图所示。水晶头引脚分布图2从工作站连接到集线器/交换器和从连接面板到集线器/ 交换器需要使用直通线，直通线的两端都符合 T568-B 或 T568-A 标准，目前国内使用的直通线大多采用 T568-B 标准。直通线做线示意图 交叉线做线示意图T568-A 标准的线头排列顺序为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。T568-B 标准的线头排列顺序为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕 。从工作站连接到工作站则需要使用交叉
3、线，交叉线的一端符合 T568-B 标准，另一端符合 T568-A 标准。3、常用网络连接设备的工作原理3.1 网卡网络接口卡(Network Interface Card，NIC) 简称网卡。它是计算机网络中必不可少的基本设备，它为计算机之间的数据通讯提供物理连接。网卡所完成的工作就是从计算机获得数据，然后把数据编码成为特定格式通过网络连接线(网线) 发送到网络中其他的网卡上，当另一端的网卡接受到这些数据，它又把特定格式的数据转换为计算机理解的数据格式交给计算机处理。 3.2 集线器集线器（HUB）是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备,是对网络进行集中管理的最小单元。英文 HUB
4、 就是中心的意思,像树的主干一样 ,它是各分支的汇集点。许多种类型的网络都依靠集线器来连接各种设备并把数据分发到各个网段。HUB 基本上是一个共享设备,其实质是一个中继器,主要提供信号放大和中转的功能,它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出,一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。 集线器的基本工作原理是广播技术（broadcast） ，也就是 HUB 从任何一个端口收3到一个 Ethernet 信息包后，它都将此 Ethernet 信息包广播到其它所有端口，HUB 不记忆哪一个 MAC 地址挂在哪一个端口。接在 HUB 端口
5、上的网卡 NIC 根据信息包所要求的功能执行相应动作，这是由网络层 layer 3 之上控制的。上面所说的广播是指HUB 将该 Ethernet 信息包发送到所有其它端口，并不是指 HUB 将该包改变为广播包。HUB 工作原理： HUB 从某一端口 A 将收到的包发送到所有端口。HUB 工作原理： 非广播包时，地址与包目的 MAC 地址相同的站响应用户 A。HUB 工作原理： 广播包时，所有用户都响应用户 A。3.3 交换机局域网中的交换机，也叫做交换式 Hub(Switch Hub)。交换机的前身是网桥。交换机是使用硬件来完成以往网桥使用软件来完成过滤、学习和转发过程的任务。交换机速度比 H
6、UB 快，这是由于 HUB 不知道目标地址在何处，发送数据到所有的端口。而交换机中有一张路由表，如果知道目标地址在何处，就把数据发送到指定地点，如果它不知道就发送到所有的端口。这样过滤可以帮助降低整个网络的数据传输量，提高效率。但交换机的功能还不止如此，它可以把网络拆解成网络分支、分割网络数据流，隔离分支中发生的故障，这样就可以减少每个网络分支的数据信息流量而使每个网络更有效，提高整个网络效率。目前有使用交换机代替 HUB 的趋势。交换机是构成整个交换式网络的关键设备，交换机所采用交换方式的不同将会影响交换机的工作性能，为此我们有必要了解交换机的一些工作原理及特点。1）交换机常用的三种交换技术
7、HUBA B C - EHUBA B C - EHUBA B C - E4目前，交换机主要使用存储转发(Store and Forward)、直通(Cut Through)和无碎片直通(Fragment Free Cut Through)三种方式。存储转发方式 存储转发式交换机是指在交换机接收到数据帧时，先存储在一个共享缓冲区中，然后进行过滤（滤掉不健全的帧和有冲突的帧）和差错校验处理，最后再将数据按目的地址发送到指定的端口。直通方式 直通式交换机只对接收到的数据帧的目的地址信息进行检查，然后立刻按指定的地址转发出去，而不做差错和过滤处理。无碎片直通方式 “碎片” 是指当信息发送中突然发生冲突
8、时，因为双方立即停止发送数据帧而在网络中产生的残缺不健全的帧。碎片是无用的信息，必须将其滤除。无碎片直通方式首先存储接收到的数据帧的部分字节（前 64 个字节） ，然后进行差错检验，如果有错，立即滤除，并要求对方重发此帧，否则认为该帧健全，并马上转发出去。2）三种交换技术的比较在三种交换方式中，存储转发方式具有最高的交换质量，但速度最慢，适用于网络主干的连接。直通方式是三种交换方式中最快的一种，但因对任何帧都不做过滤处理，所以误码率较高，适用于交换式网络的外围连接。无碎片直通方式是前两种方式的折衷。3）第三层交换日益强大的计算机系统为网络技术向更快、更便捷的方向发展提供了保障，而日益庞大和复杂
9、的网络系统又产生了持续增长的网络堵塞。普通交换机工作在 OSI 七层模型的第二层（数据链路层） ，交换以 MAC（介质访问控制层，是数据链路层中的一部分）地址为基础。目前第二层交换机已无法胜任大规模局域网的建设，所以在一些较大规模网络中一般将交换机和路由器结合在一起使用。路由器处于 OSI 模型的第三层（网络层） ，通常以 IP 协议通过软件实现网际互联，并且路由器价格昂贵、转发速度慢，越来越成为网络的瓶颈。第三层交换就是在第二层交换的基础上把路由功能集成在交换机中，吸收了路由器在网络中的可扩展性和灵活性等特点，所以将第三层交换机又称为路由交换机。与第二层交换机相比，第三层交换机在性能上得到了
10、飞跃性的提高，在网络分段、安全性、可管理性等方面都具有很大的优势。第三层交换在提高网络的运行速度和扩展网络的规模等方面所起的作用已得到了网络用户的一致公认，下一代骨干网的核心将是第三层交换机。4）多层交换和第四层交换随着网络技术的发展，又出现了多层交换和第四层交换。我们把多层交换机可以看作是在传统交换机（第二层交换机）的基础上附加（而非集成）了路由交换功能的设备。目前的多层交换机可很好地兼容现有的路由器网络。第四层交换机是在第三层交换机的基础上引进了新的网络功能，它工作于 OSI 模型的第四层（传输层） ，可对数5据包进行查询、获取数据包的相关信息等操作。目前第四层交换还只是一个概念，尚未有正
11、式的产品推出。2.4 路由器路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing） ，这也是路由器名称的由来（router ，转发者） 。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互连网络 Internet 的主体脉络，也可以说，路由器构成了 Internet 的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此，在园区网、地区网、乃至整个 Internet 研究领域中，路由器技术始终处于核心地位，其发展历程和方向，成为整个 Internet 研究的一个缩影。所谓路由就是指通过相互连
12、接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在 OSI 参考模型的第二层（数据链路层） ，而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更
13、大的效益来。从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在数据链路层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持 IP 协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊 IP 地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。因此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。从总体上说，在网络中添加路由器的整个安装过
14、程要比即插即用的交换机复杂很多。一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成；这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据 路径表（Routing Table） ，供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。1）静态路径表 6由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静
15、态（static）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。 2）动态路径表动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。在开放体系互联协议的 OSI 七层模式中，网络层又叫通信子网层，是通信子网（局域网）与网络高层的界面。这主要负责控制通信子网的操作，可将广域网上任一局域网内的数据准确无误地传输到其它局域网或广域网的结点之上。 4、共享式和交换式局域网的原理及组网规则用集线器组成
16、的网络称为共享式网络，而用交换机组成的网络称为交换式网络。共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户可能同时“争用” 一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用，所以大量的用户经常处于监测等待状态，致使信号传输时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。在交换式以太网中，交换机提供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图同时将信息发往同一个目的端口，否则多个源端口与目的端口之间可同时进行通信而不会发生冲突。通过实验测得，在多服务器组成的 LAN 中，处于半双工模式下的交换式以太网的实际最大传输速度是共
17、享式网络的 1.7 倍，而工作在全双工状态下的交换式以太网的实际最大传输速度可达到共享式网络的 3.8 倍。 由于以太网使用 CSMA/CD 工作方式，使用 HUB 组网必须遵从 HUB 组网的 5-4-3规则，全网任意两个工作站之间最多可用 5 个电缆段，4 个 HUB，全长不大于800M。在使用高速交换机和 100MBPS HUB 组建高速共享的 LAN 要遵守 3-2-1 规则，在交换机连接 2 个高速局域网中，要求在每个高速 LAN 内，最多用 2 个高速 HUB，两个工作站间最多经过 3 条电缆，但两个高速 HUB 之间的电缆长度不能超过 5M。四、实验内容1、按照 TIA/EIA
18、568-B 标准制作网线。2、使用交换机或 HUB 连接计算机组成以太网。3、安装及测试网卡（ping 127.0.0.1） 。4、扩展网络，交换机或 HUB 的级联（5-4-3 或 3-2-1 规则） 。五、实验报告要求1、记录网线制作过程及使用的标准，分析为什么双绞线能较好的防电磁干扰。2、测试网卡时所返回的数据。73、画出网络的结构图，说明网络拓扑结构及网络带宽。8实验二 IP 地址分类及子网划分本实验使用 2 个学时一、实验目的1、 掌握有类 IP 地址的使用及主机 IP 地址的设置；2、 掌握子网掩码与子网划分使用；3、 了解无类别域间路由（路由聚合和超网）及设计。二、实验设备及环境
19、安装 Windows 2000 的主机、交换机及路由器。三、预备知识和课前准备1、有类别编址当 TCP/IP 在 20 世纪 80 年代被首次引入时，它依赖于一个两层的编址方案，这在当时提供了足够的扩展性。IPV4 的 32 比特长度的地址包括两个部分 网络号和主机号。网络号和主机号一起唯一地标识了通过 Internet 连接的所以主机。1）IP 地址的类别在有类别系统中，IP 地址被分成 5 个不同的类别：A、B、C、D 和 E。根据地址的类别，IP 地址的四个字节中的每一个要么代表着地址的网络部分，要么代表着主机部分。只有前 3 类地址 A、B 和 C 被用于 IP 网络上实际主机的编址。
20、D 类地址用于多目组播，而 E 类保留给实验研究用。A 类 网络 主机字节 1 2 3 4范围 0127 0255 0255 1254B 类 网络 主机字节 1 2 3 4范围 128191 0255 0255 1254C 类 网络 主机字节 1 2 3 4范围 192223 0255 0255 1254D 类 主机字节 1 2 3 42）特殊的 IP 地址保留地址9Internet 的保留地址主要作为内部网络使用，包括：A 类地址：10.0.0.0B 类地址：172.16.0.0172.31.0.0169.254.0.0169.254.255.254（微软保留地址块）C 类地址：192.16
21、8.0.0192.168.255.0网络地址（“0”地址）主机号全为 0 的 IP 地址表示某网络号的网络本身；广播地址主机号各位全为 1 的 IP 地址表示本网广播或称为本地广播。环回地址A 类地址的第一段十进制数值为 127 是保留地址，用于环路反馈测试等。如127.0.0.1 代表本机地址，可用来测试网卡。全“0”地址整个 IP 地址全为 0 代表一个未知的网络如：0.0.0.0。在路由器的配置中，用于默认路由的配置3）子网掩码与子网划分子网掩码是一个与 IP 地址相对应的 32 比特的数。掩码中的各个比特与 IP 地址的各个比特相对应。如果 IP 地址的一个比特对应的子网掩码比特为 1
22、，那么该IP 地址的比特属于地址的网络部分。如果 IP 地址中的一个比特对应的子网掩码比特为 0，那么该 IP 地址比特属于主机部分。子网掩码取代了传统的地址类别来决定一个比特是否属于地址的网络或主机部分。这样也就能够实现对一个网络进行子网划分。划分子网后，可以提高 IP 地址的利用率，可以减少在每个子网上的网络广播信息量，可以使互连网络更加易于管理。子网划分也带来了一个问题：每进行一次子网划分，我们的一些地址就变得没有用了（主机号全 0 和全 1 的地址不能用） ，因此也造成了浪费。子网个数的计算方法：子网个数2 子网位数 2每个子网主机个数的计算：主机个数2 主机个数 22、无类别域间路由
23、（路由聚合和超网）采用无类别域间路由（CIDR，发音“cider” ）编址形式的路由器忽略传统的地址类别。在传统的有类别系统中，路由器先判定一个地址的类别，然后基于这个判定来识别网络和主机字节。当采用 CIDR 时，路由器用一个比特掩码来判定一个地址的网络10和主机部分，不再受限于使用一个整字节。通过用比特掩码代替地址类别来判定地址的网络部分，CIDR 是路由器能够聚合或归纳路由信息，并且因此可以缩小路由表的大小。也就是，只使用一个地址和掩码的组合就能表示到多个网络的路由。如果没有 CIDR 和路由聚合，路由器就必须维护如下表所示的各个 B 类网络条目。网络号码 第 1 字节 第 2 字节 第
24、 3 字节 第 4 字节172.24.0.0/16 10101100 00011000 00000000 00000000172.25.0.0/16 10101100 00011001 00000000 00000000172.26.0.0/16 10101100 00011010 00000000 00000000172.27.0.0/16 10101100 00011011 00000000 00000000172.28.0.0/16 10101100 00011100 00000000 00000000172.29.0.0/16 10101100 00011101 00000000 00
25、000000172.30.0.0/16 10101100 00011110 00000000 00000000172.31.0.0/16 10101100 00011111 00000000 00000000上表显示出我们这 8 个网络地址前 13 个比特是相同的。CIDR 兼容路由器能够用一个 13 比特前缀来归纳路由。配对如下：10101100 00011000 00000000 00000000172.24.0.0111111111 11111000 00000000 00000000255.248.0.0这样单个地址和掩码就定义了一个归纳了到这 8 个网络的路由的无类别前缀，提高了路由
26、的效率，降低所需 CPU 周期数和对路由器内存的需求。超网是一种用一个比特掩码来将多个有类别网络组合成单个网络地址的方法。超网和路由聚合实际上是同一过程的不同名称，是子网划分的反面。四、实验内容1、 在多台物理连接的主机上设置有类 IP 地址，使其同属于一个网络，然后进行网上邻居的访问，及进行文件共享。2、 重新设置主机 IP 地址，使其分属于各个不同的网络，尝试各主机是否能相互访问。3、 分别将 A 类地址 10.0.0.0 、B 类地址 172.16.0.0 和 C 类地址 192.168.0.0 划分为 4个子网。4、 使用超网组合的技术将 C 类地址网络 192.168.0.0 255.255.255.0 、192.168.1.0 255.255.255.0 和 192.168.2.0 255.255.255.0 组合成为一个网络。五、实验报告要求1、 记录所设置的 IP 地址和掩码，说明所设 IP 的类别、网上邻居访问和文件共享是否
