冒险岛被拦截的ip:分享：2010年中小学计算机网络教室管理员培训网络部分讲义(1)

　　目标：了解网络，认识网络设备；知道交换机的工作原理；会组建一个简单的局域网。

　　1. 网络概述

　　1946年，由于军事的需要的，在美国的宾夕法尼大学诞生了世界上第一台计算机。

　　同样由于军事的需要，1969年美国国防部创建第一个分组交换网——ARPANET，ARPNET就是当前热门的Internet(互联网，因特网)的前身。

　　以太网是最主要的局域网，1975年在美国施乐(Xerox)公司的Palo Alto研究中心成功研制，那时的以太网是一种基带总线型的局域网，数据传输速度只有2.94Mb/s。以太网的发明人是Metcalfe（梅特卡夫），后来他创办了3COM网络公司。1995年IEEE将100Base-T的快速以太网定为正式的国际标准(IEEE802.3u)。1997年，IEEE通过了千兆以太网的标准(IEEE802.3z)。2002年IEEE完成了万兆以太网的正式标准。（有兴趣了解网络史上重要的人物可以参见文章：《网络发展史上不可以忘记的人》）

　　网络正在高速的发展，人们对网络的依赖也越来越强。

　　1.1 计算机网络的定义

　　计算机网络的定义是描述性的。计算机网络是将若干台独立的计算机通过传输介质相互物理连接，并通过网络软件逻辑地相互联系到一起而实现信息交换、资源共享、协同工作和在线处理等功能的计算机系统。

　　1.2.计算机网络的构成要素
　　
　　任何一个网络都可以分为两个部分：通信子网和资源子网。所谓通信子网就是计算机网络中负责数据通信的部分;资源子网是计算机网络中面向用户的部分,负责全网络面向应用的数据处理工作。拿我们的计算机教室来说：服务器、计算机属于资源子网，双绞线和交换机则属于通信子网。

　　从硬件层看计算机网络的构成要素：数据（资源）处理设备（计算机设备（个人计算机、服务器））、通信设备（集线器、交换机、路由器等）、通信线路（无线、光纤、双绞线、同轴电缆等）

　　1.3.计算机网络的分类

　　1.3.1 计算机网络的发展速度很快，很难准确地为计算机网络分类。通常人们根据网络所覆盖的地域范围把计算机网络划分为：局域网（Local Area Network,LAN）、城域网(Metroplitan Area Network,MAN)和广域网(Wide Area Network,MAN)

　　１、 局域网

　　局域网是指网络覆盖范围比较小，组网络比较简单、网络速度比较快的网络。当前主流的局域网技术是快速以太同网、千兆及万兆以太网。一台交换机几根又绞线、几台计算机就组成了一个非常简单的局域网络。

　２、 城域网

　　城域网是超大规模的局域网。城域网通过路由器、交换机将位于一个城市或地区中的相关局域网互联起来，实现关联业务的高速通讯。在城域网，主要采用交换机组网，即各局域网主要采用交换方式互联，一般也用到路由器，但主要用于互联网接入或异种网互联。局域网与广域网互联一般采用交换机方式。 比如我们的教育城域网，它覆盖了我们信阳市的乡镇中小学，把信阳市所有的中小学互联起来。

图一 城域网系统结构图

　　３、 广域网

　　广域网是指通过通信线路，以路由器为核心的超大型跨区域网络。局域网与广域网互联一般采用路由方式。

图
图二 广域网结构

　　1.3.2　从交换的功能将网络分类，常用的交换方法有：

　　１、电路交换
　　
　　２、报文交换

　　３、分组交换

　　1.4.网络拓扑结构

　　拓扑（Topology）是将各种物体的位置表示成抽象位置。在网络中，拓扑形象地描述了网络的安排和配置，包括各种结点和结点的相互关系。计算机网络常见的拓扑结构有：总线型、星型、环型、网状型等，当前主要是星型拓扑结构。

　　1.5.网络协议(Protocol)

　　网络协议是什么呢？简而言之，网络协议就是计算机网络通信的规则，学习计算机网络，必需熟悉网络协议。当前最著名的网络协议就是TCP/IP协议簇。

图三　TCP/IP协议簇

　　互联网（因特网，Internet）就是使用TCP/IP协议簇。

　　1.6 Internet(互联网)

　　前面讲过，Internet是由ARPANET发展而来，是当前最重要的网络互联技术。我们常说的上网就是指接入Internet(互联网)，Internet把全世界的各种各样的、大大小小的网络连接在一起，人们在这些互联的网络上通信、传输数据。Internet使用TCP/IP协议簇进行通信。TCP/IP协议簇包括许多协议。

　　1.6.1　IP地址

　　了解Internet，就不能不说IP地址，接入到Internet的计算机或者网络设备都会有至少有一个IP地址，这些计算机或网络设备利用IP地址去找到对方，传输数据。

　　IP地址的表示。IP地址采用点分十进制法表示，如175.8.0.1。IP地址与网络掩码一起使用才有意义。我们在为计算机配置IP地址，一定要配置网络掩码。IP地址分为三类：单播地址、组播地址和广播地址。

　　公网IP地址与私网IP地址。10.0.0.0-10.255.255.255 （掩码：255.0.0.0），172.16.0.0-172.31.255.255（掩码：255.255.0.0），192.168.0.0-192.168.255.255（掩码：255.255.255.0）这些网段内的IP地址保留为在私有的网络内使用。

　　广播地址：192.168.2.255（掩码：255.255.255.0) 为192.168.1.0网段的广播地址。

　　1.6.2　端口

　　我们这可以这样来理解端口的概念，端口就是用来标志应用层的进程。端口有UDP端口和TCP端口之分。端口分为两类，一类是ICANN负责分配给一些常用的应用层固定使用的熟知端口，其数值一般为0-1023。如FTP服务器使用端口号是21；另一类是一般端口，用来随机分配给请求通信的客户端进程。

　　演示操作：Packet Tracer模拟互联网上的一次Web网页访问，解析它的访问过程。 加深对Intenret的理解。

　　1.7.组网案例

　　一台交换机，几根双绞线、几台带有网络接口卡（网卡）的计算机就可以组成一个简单的局域网。

　　1.7.1 最简单的计算机网络

　　两台计算机设备通过串口电缆、并口电缆、同轴电缆、交叉双绞线或无线（蓝牙、红外、WLAN等）等方式连接，可以组成最简单的计算机网络，实现文件传输等功能。在对专业路由器、交换机调试时，也常使用这种方式。

图四　最简单的计算机网络

　　1.7.2 工作组级局域网

　　以交换机为中心，使用双绞线等传输介质连接多台计算机设备，组成工作组级局域网。工作组级局域网是最常见的网络型式，在学校中广泛用于微机室、电子备课室等的组网。

图五　工作组级局域网

　　1.7.3 典型的校园局域网

　　以核心交换机为中心，由多台交换机组成的计算机网络是当前最典型的校园局域网结构。根据计算机数量，一般主交换机采用三层交换机或网管型交换机。如图所示。某校校园网网络中心采用三层交换机作为核心交换机，主交换机配备有光纤接口和RJ45电口。学校分东西教学楼，东教学楼与网络中心相距较远且计算机数量较多，采用光纤连接；西教学楼与网络中心相距较近且计算机数量较少，采用屏蔽双绞线连接。东、西教学楼与核心交换机均采用网管型交换机连接，以有效管理网络。教学楼内网络采用普通交换机组网，减少建设成本。

图六　典型的校园局域网

　　1.7.4 中、大规模校园网

　　校园网是在学校范围内，为学校提供教学、管理、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络，是对典型局域网模型结构的扩展。一般计算机数量200-500台的应按中等校园网规模建设、超过500台按照大规模校园网规模建设。

　　校园网是以交换为中心的以太网络，即交换机构建了校园网的骨干结构。一个完整的校园网，应分层配备核心交换机、楼层交换机、工作组交换机、桌面交换机，这些交换机分别用于校园网络中心（总控室）、计算机教室、多媒体教室、电子备课室等子网系统中。校园外的互联网接入或对外服务，应配备路由器、防火墙设备，以保证信息互联或网络安全。

图七 中大型校园网系统结构图

　　1.8.农远工程计算机网络

　　河南省农远工程从2004年实施以来，为全省农村中小学配备了大量的计算机设备，全面改善和提升了农村中小学的教育信息化程度。目前农远计算机设备，已经成为当前学校开展信息技术教育的主力配置。因此，了解和掌握农远工程计算机设备和网络的维护和应用，是对大多数学校网络管理员的基本要求。以农远工程模式三学校为例，每校配备计算机教室、多媒体教室、卫星资源接收站、光盘播放设备四套系统。根据农远工程要求，以上四套系统要求校内联网、有效整合、合理利用。

图八 河南省农村远程教育工程模式三学校校园网络结构示意图

　　1.8.1 计算机教室

　　计算机教室是学生学习信息技术课程的专用网络教室。一般配备服务器、教师机、学生机、交换机、稳压电源等，采用星式以太网络结构。
　　服务器是机房系统管理或资源共享的主要设备。在河南省农远工程模式三无盘站机房中，服务器是无盘网络的核心设备，安装win2003和pxe无盘软件或终端服务器软件（组件），用于无盘站的启动、运行和数据存储。
　　教师机是机房教学中供教师专用的计算机，一般安装WIN XP系统和电子教室软件，能够对学生机进行广播教学或监控学生机运行。
　　学生机是供学生学习使用的计算机，河南省农远工程中学生机有无盘PC、无盘NC、有盘PC三种，主要运行WIN XP系统或win2003终端系统，一般每间计算机教室配备学生机30台。
　　交换机一般采用普通24/48口交换机或简单的网管型交换机。

　　1.8.2 卫星资源接收室

　　卫星资源接收系统是用于接收、存储、整理国家农远工程通过卫星转发的教学资源的专用系统。卫星资源接收系统一般配备卫星接收天线、计算机、接收机、电视机等设备。
　　计算机安装卫星接收卡，运行IP资源接收软件，用于定时接收卫星下行教学资源并存储在计算机硬盘上。
　　电视机通过接收机直接收看转发的三套教育频道卫星节目。

　　1.8.3 多媒体教室

　　多媒体教室是开展教学活动，进行教学展示的场所。配备计算机、中控设备、投影机、银幕等设备。远教工程施工要求多媒体教室计算机与卫星接收系统、计算机教室进行联网，使资源能够共享使用。

　　1.8.4光盘播放教室

　　光盘播放教室是进行业务学习或小型教学展示活动的场所。一般包括光盘播放机、电视机等设备。
远教工程的校园网络与标准的校园网相比，结构上缺乏校园网络中心和专业网络核心设备，不具备网络管理功能，应用上不具备信息服务和业务管理功能。因此，购置专业网络设备，建设校园网络中心，扩展网络应用功能，是农远工程学校校园网络升级的必由之路。对于河南省农远工程以外的中小学校，由于建设时期不同，存在着大量的形式多样的校园网络，如校园监控网络、班班通工程、校园一卡通系统等。作为校园网络管理员，只有充分了解校园网络和结构和发展方向，才能维护好校园好，保证校园网的健康运行和良好发展。

　　2.网络设备

　　组建局域网的硬件设备主要有网络适配器、交换机及连接线缆等，局域网络接入互联网时，还需要专业路由器或三层交换机等设备。

　　2.1网络适配器

　　1.什么是网络适配器

　　网络适配器又称为通信适配器或网络接口卡，简称“网卡”，是局域网中连接计算机和传输介质的接口。网卡的主控制芯片是网卡的核心元件，能快速计算流经网卡的数据，从而减轻CPU的负担。在安装网卡驱动程序时，必须根据网卡芯片组的型号安装正确的驱动程序。常见网卡芯片生产商有Realtek、VIA、SiS、lntel 、Broadcom 、3Com等，在安装网卡驱动程序时，要根据主控芯片上标注的芯片厂商、型号来安装正确的驱动程序。

图九 网卡结构

　　2.网卡的分类

　　根据工作对象，网卡分为普通工作站网卡和服务器专用网卡。服务器网卡网络数据处理能力强大，传输纠错能力强，但价格昂贵。普通网卡性能一般，有的还需借助CPU的处理能力，但价格低廉。
按网卡支持的传输速率大小，可以分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡与1000Mbps网卡等；按网卡支持的传输介质类型，可以分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡和无线网卡等。常见网卡类型如下图。

图十 常见新型网卡类型

　　网卡的MAC地址：每一个网卡都有一个全球唯一的，长度为48bit的MAC地址（又叫做物理地址）。网卡的MAC地址以16进制数的形式表示，如：“06-50-43-0A-18-19”。MAC地址的前24bit是由ICANN分配置，这一部分是需要购买的，后面24bit由公司自行分配。

　　2.2交换机

　　1.什么是交换机

　　交换机的英文名称为Switch,交换机是局域网的主要连接设备，校园网建设的技术核心就是以交换机为中心的网络拓朴结构。以太网交换机类似于一台专用的计算机，它由中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、背板总线和接口组成，用于连接工作站、服务器、路由器、集线器和其他交换机。

     2.交换机的功能

　　交换机有两大功能：一是交换数据帧，将从某一端口收到的数据帧转发到该帧的目的地端口；二是维护交换操作，构造和维护动态MAC地址表。
     对于交换机而言，它能够“认识”连接到自己身上的每一台电脑，就是凭每块网卡物理地址，俗称“MAC地址”。交换机内有一张MAC地址表，表的每一条表项存放着一个连接在交换机端口上的设备的MAC地址及其相应端口号。在交换机加电启动进行初始化时，其MAC地址表为空的。当自检成功后，交换机开始侦测各端口连接的设备，把连接到自己身上的设备的MAC地址记住，形成一个节点与MAC地址对应表。 如图三，计算机A将数据发给计算机D的过程是，计算机A将数据及目标机的MAC打包发住交换机端口E0，交换机从MAC表中查询目标MAC所对应端口为E3,就可在交换机E1和E3端口之间建立一个虚连接，将该数据包从E1端口转发到E3端口，则计算机D就可收到该数据包，而其它端口则收不到该数据包，防止了网络风暴产生。

图十一 交换机工作原理

　　3.交换机的分类

　　交换机按网络覆盖范围划分，可以分为广域网交换机和局域网交换机。 按传输介质和传输速度划分，分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、万兆以太网交换机和ATM交换机等。按交换机工作的协议层次划分 ，分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机。 按交换机的结构划分，可分为固定端口交换机、模块化交换机。 按网络互连三层模型划分，可分为核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机。 按外观进行划分，可分为机箱式交换机机架式交换机桌面型交换机。常见交换机类型

图十二 中小型校园网常用交换机

　　校园网的交换机，一般核心交换机选择网管型或三层交换机。楼层交换机选择千兆网管型交换机或低端三层交换机。学生机房、教师电子备课室等计算机较多的专用教室采用百兆/千兆网管理型交换机，一般办公室采用普通交换机或桌面交换机。
　　在计算机数量超过200台的中大型校园网、城域教育网中，必须使用三层交换机，否则整个网络计算机都在一个子网中，不仅毫无安全可言，也会因为无法分割广播域而无法隔离广播风暴。同时，三层交换机通过使用硬件交换机构实现了IP的路由功能，使得路由过程效率提高，解决了传统路由器的速度问题。

　　交换机基本功能演示：使用Packet Tracer模拟思科交换机，演示交换机是如何学习到MAC地址的及数据交换。

　　2.3 路由器

　　1、什么是路由器

　　路由器英文名Router，路由器就是一专用台计算机，具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。路由器是互联网的主要节点设备，在地区网、乃至整个 Internet中，路由器技术始终处于核心地位。路由器的基本功能是寻址、转发数据包。

    与宽带路由器相比，专业路由器一般采用性能强劲的通信专业RISC CPU和大容量内存，总线宽度、Cache容量、内部总线结构、运算模式更复杂，能够用于更多负载的网络，内置了专业防火墙、QoS、VPN等功能。

　　2、路由器的分类

　　互联网各种级别的网络中随处都可见到路由器。根据路由器所处网络位置，可分为接入路由器、企业级路由器 、骨干级路由器 。宽带路由器就是一种接入路由器。

　　3、宽带路由器

　　宽带路由器是入门级校园网的互联网接入设备，也可作为中小型校园网互联网接入的补充方式。宽带路由器接入、配置简单灵活，集成了简单的路由器、防火墙、带宽控制和管理等功能，具备快速转发能力，灵活的网络管理和丰富的网络状态等特点。

　　宽带路由器的重要指标是带机量，一般家用机宽带路由器带机1-10台；超过10台以上建议选购企业级宽带路由器或使用家用宽带路由器多线接入。

　　4.路由协议

　　演示操作：使用Packet Tracer模拟思科路由器，演示路由器的工作原理。

　　2.4 网络传输介质

　　2.4.1 双绞线

　　双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。校园网布线中非主干网主要采用双绞线。双绞线由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。局域网中常用的五类、六类、七类双绞线是由4对双绞线组成的。常用的五类线和六类线，在线的外包皮上标注为CAT 5、CAT 6，超五类线标注为CAT 5e。

图十三 双绞线水晶头制作相关设备

　　双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两种。屏蔽双绞线在线径上要明显精过非屏蔽双绞线，而且由于它具有较好的屏蔽性能，所以也具有较好的电气性能。但由于屏蔽双绞线的价格较非屏蔽双绞线贵，且非屏蔽双绞线的性能对于普通的企业局域网来说影响不大，甚至说很难察觉，所以在局域网组建中所采用的通常是非屏蔽双绞线。

　　双绞线可以用于10-10000兆网络，常用于建立100兆局域网。运行在100兆时单根网线长度一般不得超过100米。

　　国内外主流双绞线品牌有：安普(AMP)、 康普(AVAYA)、西蒙、朗讯；DINTEK、IBMNET、TCL等。

　　2.4.2 光纤

　　在校园网建设中，楼层与网络中心之间的交换机一般使用光纤连接，距离超过双绞线组网范围的信息点也采用光纤连接。

    光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤传输距离20公里至120公里；多模光纤传输距离2公里到5公里。光纤两端需要使用光纤收发器或光交换机、光网卡来组网。单纤光纤收发器：接收发送的数据在一根光纤上传输，双纤光纤收发器：接收发送的数据在一对光纤上传输。

图十四 光纤跳线及收发器

　　2.4.3　同轴电缆及无线传输介质

　　同轴电缆又有粗缆与细缆之分，早期的总线型以太网使用的就是同轴电缆。无线网络是能无线电波进行数据传输。

　　3. 组建网络

　　3.1 案例一：组建一个计算机教室

　　1.组网前的规划分析：根据学校信息技术教学、教师工作与学习的需求及学校的实际情况，计算机教室配置30台学生机，一台教师机，配置多媒体教室软件，操作系统均安装Windows XP Professional，选用一台TP-Link的48智能交换机。

　　2.设备预算与采购

　　网络的需求与作用确定下来后，我们就可以选择相关设备，由上面的规划，我们需要以下设备及施工工具：

　             ┏━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━┓
                ┃ 设备名称     ┃　设备品牌与型号┃数量              ┃　备注          ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
                ┃ 交换机         ┃　TL-SF1048       ┃   1                ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
　            ┃ 计算机        ┃联想家悦               ┃    31             ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
　          　┃ 操作系统     ┃Windows XP专    ┃                     ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
          　　┃ 多媒体教室 ┃　极域科技         ┃    1套            ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
          　　┃ 网络机柜     ┃　普通品牌        ┃     1台           ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
          　　┃ 理线架        ┃　   　AMP          ┃      1个       ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
          　   ┃ 配线架        ┃　　　 AMP       ┃      1个        ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
          　 ┃Cat5e双绞线 ┃　         AMP       ┃     两箱       ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
          　　┃ RJ45水晶头 ┃　   　AMP         ┃1盒(100个)    ┃　                 ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫
　          　┃    工具        ┃ 压线钳 打线钳   ┃    各1把         ┃　                  ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫   
　          　┃     工具       ┃        测线仪       ┃      1个          ┃　                ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫   
　          　┃ 电脑桌椅    ┃        普通品牌     ┃     31套       ┃　                ┃
                ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━┫   
　          　┃ 电线、插座 ┃         普通品牌     ┃     若干       ┃　                ┃  
　             ┗━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━┛

　　3. 设备安装、布线
　
　　设备及工具图片：

图十五 TP-Link TL-SF1048交换机

图十六　机柜

图十七　配线架

图十八　理线架

图十九　打线钳

图二十　压线钳

图二十一　RJ45水晶头

　　3.1　安装计算机、网络机柜、交换机等。

　　3.2　双绞线制作

　　（1）、线序

　　　常用五类、六类、七类双绞线是由4对双绞线组成，共8根导线，制作双绞线时有按标准对8对导线进行排列。有两种线序标准：

    TIA/EIA-568B:1、白橙，2、橙，3、白绿，4、蓝，5、白蓝，6、绿，7、白棕，8、棕
TIA/EIA-568A:1、白绿，2、绿，3、白橙，4、蓝，5、白蓝，6、橙，7、白棕，8、棕。

图二十二 568A、568B线序标准

　　1)直通线：又叫正线或标准线，应用最广泛，用于不同设备之间的连接，如路由器和交换机、PC和交换机等。

　　直通线两端采用568B做线标准，1白橙、2橙、3白绿、4蓝、5白蓝、6绿、7白棕、8棕。注意两端都是同样的线序且一一对应。

　　2)交叉线：又叫反线，交叉线一般用于相同设备的连接，比如路由和路由之间、交换机和交换机之间、　　电脑和电脑之间；现在的很多交换机也支持直通线了,但建议还是使用交叉线。

　　交叉线线序按照一端568B（1白橙、2橙、3白绿、4蓝、5白蓝、6绿、7白棕、8棕），一端568A（1白绿、2绿、3白橙、4蓝、5白蓝、6橙、7白棕、8棕）的标准排列好线序。

    （2）、制作方法

　　　1) 先抽出一小段双绞线，然後把外皮剥除一段，将双绞线反向缠绕开，根据标准排线，铰齐线头。
　　　2）将水晶头有卡的一面向下，从左至右排序12345678。然后将相应颜色的导线对应插入。
　　　3）用压线钳夹紧，检查有无错位，夹偏现象。
　　　4）使用测试仪测试。