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。
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 inte***ce 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：① hub从某一端口a将收到的包发送到所有端口。
hub工作原理：② 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：③ 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**过程的任务。
交换机速度比hub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。
目前，交换机主要使用存储**(store and forward)、直通(cut through)和无碎片直通(fragment free cut through)三种方式。
存储**方式存储**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**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**出去。
2）三种交换技术的比较。
在三种交换方式中，存储**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**昂贵、**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**。**策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，**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**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。
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