【工程方案】校园网的组建与常见故障

重庆广播电视大学技术中心网络培训资料资料编写：冯昊1100M校园网的组建与常见故障本次培训针对中小型校园网，以100M交换到桌面为例，介绍校园网络的规划与组建方法，以及一些常见网络故障的查找和解决方法。1.1校园网的系统组成1.1.1什么是校园网校园网是一个基本能覆盖整个校园范围的计算机网络，能将学校内各种计算机、服务器、终端设备互连起来，并通过某种接口连接到Internet网。利用校园网络，可建立起校园内部、校园与外部Internet间的信息沟通体系，以满足教学、科研和管理的网络环境需求，并为学校各种人员提供资源共享和充分的网络信息服务。1.1.2网络基础知识作为一个网管人员，要胜任对校园网的维护和管理，必须掌握一定的网络基础知识。目前的网络通讯普遍采用TCP/IP协议，因此对TCP/IP协议应有一定的了解，本节针对TCP/IP网络，介绍一些必备的相关知识。1．网络的拓扑结构网络的拓扑结构分为物理拓扑结构和逻辑拓扑结构。物理拓扑结构是指网络各节点的位置和互联的几何布局，也是网络中传输介质的整体结构，也就是说这个网络“看起来”是一种什么形状。网络的结构在实际应用中通常不是单一的，而是同时采用多种结构混合组网。常见的物理拓扑结构有：总线型（Bus），星形（Star），环形(Ring)，网状形（Mesh）和蜂窝状（Cellular）。⑴总线型由一条高速公用总线连接若干个节点所形成的网络。其中一个节点是网络服务器，由它提供网络通信及资源共享服务，其他节点是网络工作站，如图1.1所示。总线形网络采用广播通信方式，因此总线的长度及网络中工作站节点的个数都是有限制的。特点：网络结构简单灵活，可扩充，信道利用率高，传输速率高，网络建造容易。但实时性较差，且总线的任何一点故障都会造成整个网络瘫痪。优点：①总线结构所需电缆数量少；②结构简单又是无源工作，有较高的可靠性；③易于扩充，增减用户方便。缺点：①传输距离有限，通信范围受到限制；②故障诊断和隔离困难；③分布式协议不保证信息及时传送，不具实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能，增加站点软件和硬件的开销。图1.1总线型结构重庆广播电视大学技术中心网络培训资料资料编写：冯昊2总线结构中，每一网络段总线的长度一般不应超过180m，每个网段上最多能同时连接30台设备。在总线与设备之间的连接距离不应超过0.2m，总线上设备与设备之间不应小于0.46m，在每一网络段总线两端必须安装一对50Ω的终端电阻。⑵星形星形结构是指各工作站以星形方式连接成网。每个节点都通过一条单独的通信线路，直接与中心节点连接，各个从节点间不能直接通信。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。星形结构使用集线器或交换机作为中心设备，连接多台计算机，现代的网络中，由于交换机其数据交换方式优于集线器，而且价格也比较接近，很多星形网络都采用交换机作中心役备来改善网络的性能。结构如图1.2所示。优点：①控制简单，便于建网与管理，更新网络设备容易；②故障诊断和隔离容易；③方便服务；④网络延迟时间较小，传输误差较低；⑤各段介质都是分离的，相互之间互不影响。缺点：①电缆长度和安装工作量可观；②中央节点负担较重，形成瓶颈；③各站点的分布处理能力较低；④成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。图1.2星形网络结构星形结构中，中心设备与节点之间的连线不应超过120m，设备连接的数量取决于中心设备的接口数量。在这种结构中，集线器与集线器之间有两种连接方式，一是堆垒方式（这种方式主要用于堆垒式集线器），这种方式中，集线器与集线器之间使用堆垒线相连接；另一种是串联（级联）方式，这种方式中集线器好象允当了一个中继器的角色，其最大的串联为4级。⑶环形结构环形结构由由通信线路将各节点连接成一个闭合的环，数据在环上单向流动，网络中用令牌控制来协调各节点的发送，任意两节点都可通信。图1.3环形拓扑结构⑷网状与蜂窝状结构网状拓扑结构在网间所有设备之间实现点对点的连接，如图1.4所示。图1.4网状结构图1.5蜂窝状结构重庆广播电视大学技术中心网络培训资料资料编写：冯昊3蜂窝拓扑结构如图1.5所示，是无线局域网中常用的结构。它以无线发射站的位置为中心，其覆盖区域之间互有少量重叠，从而保证不存在通信盲区。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）实现点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。表1-1网络拓扑结构的优缺点拓扑结构优点缺点应用总线形①安装容易②使用传输少①重配置困难②故障定位困难③容错性差①10Base-2②以太网令牌总线星形①重配置较容易②故障定位容易③当某段介质发生故障时不会影响全网通信①消耗电缆较多②安装工作量较大③集线器处容错性差①10Base-T②令牌环③ARCNET④FDDI环形①故障定位容易②采用双环结构可以大大提高容错性①单向环的容错性差②重新配置较困难①令牌环②FDDI网状①容错性极好②故障定位容易①消耗电缆很多②安装工作量较大③重新配置困难用于重要设备和网络间连接，提高操作性和容错性。蜂窝状①不需重新配置②故障定位容易当发射站出现故障时受影响的设备多用于无线局域网或卫星通信等2．网络通讯协议⑴什么是通讯协议网络通讯协议相当于通讯双方所使用的交流“语言”，计算机彼此间要实现正常通讯，必须安装相关的通讯协议。计算机可同时安装多种通讯协议，以便能与使用不同协议的主机进行交流和通讯。协议是为计算机间进行数据交换而建立的一套规则、标准或约定的集合。⑵常用协议简介在局域网中，常用的协议主要有NETBEUI、IPX/SPX和TCP/IP协议，使用最广泛最多的主要是TCP/IP协议。①NETBEUI协议NetBEUI是NetBIOSExtendedUserInterface的缩写，称为NetBIOS用户扩展接口。它是IBM公司于1985年开发的，是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。该协议是一种不可路由的协议，因此只能用于局域网中。②IPX/SPX协议IPX/SPX称为网际包交换/顺序包交换协议，是NOVELL公司开发的通信协议，其体积比较大，在复杂环境下有很强的适应性，具有路由功能，能实现多网段间的跨段通信。若用户要访问NetWare服务器，IPX/SPX协议应是其最好的选择。③TCP/IP协议TCP/IP是TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的缩写，称为传输控制协议/网际协议，是微软公司为跨局域网和广域网应用而设计的，支持跨网段和路由，能很好地胜任大规模网络互联的需要。TCP/IP协议已成为一个国际标准的协议，同时也是Internet的基础协议，要访问Internet，用户计算机必须安装TCP/IP协议。TCP/IP协议是由100多个协议构成的一个协议组（协议集），TCP和IP协议是其中的两个最基本和最重要的两个协议，故用TCP和IP来代表该协议组。重庆广播电视大学技术中心网络培训资料资料编写：冯昊4IP协议是TCP/IP协议集的核心协议之一，IP协议详细地规定了通信时应遵循的规则的全部具体细节。各种物理网络都有最大帧长度（MTU）限制，为了使较大的数据能以适当的大小在物理网络上传输，IP协议首先要根据物理网络所允许的最大发送长度，对数据进行长度检查，必要时将数据分成若干段发送。在对数据分段时，每段都加上IP报头，形成IP数据报（将遵守IP规范的分组称为IP数据报，数据报由报头和报文数据构成），各IP数据报之间是相互独立的。将数据封装为IP数据报后，通过网络接口发送出去。若目的主机与源主机在同一网络内，则IP直接将数据报传送给目的主机；若目的主机是在非本地网络，则IP将数据报传送给本地路由器，由本地路由器将数据报传送给下一个路由器或目的主机。在互联网络中，各IP数据报进行独立的传输，它们在经过中间路由器转发时可能选择不同的路由，这样，到达目的主机的IP数据报顺序与发送的顺序就会不相同，此时目的主机的IP协议就必须根据IP数据报中的相关字段（标识，长度，偏移及标志等），将各个IP数据报重新组装成完整的原始数据报（按分段偏移顺序排队，只保留第1段IP数据报报头，而其他段的IP报头均删除，组装成一个完整的原始IP数据报，并重新计算其报文长度，填入IP报头相应的字段），然后再提交给上层协议。IP协议主要提供将分组从源传送到目的地的方法，不保证数据报传送的可靠性。数据报在传输过程中，由于各种原因，可能会造成某些数据报的丢失，此时，TCP就起作恢复丢失的数据报的功能（通过发送端重发来实现。当数据报到达最终的目的地时，接收端的TCP会向源主机发送回一个确认信息；发送端发送数据报后，会自动启动一个计时器，若在规定的时间内未收到回执信息，则要求重新发送该数据报），因此，TCP协议主要保证传输过程的可靠性，解决了IP协议没有解决的问题，TCP可检测并丢弃重复的数据报，保证精确地按原发送顺序重新组装数据，并在数据丢失时重发数据。3．IP地址的格式与分类⑴IP地址的格式对于采用TCP/IP协议通信的主机，都必须至少有一个IP地址，这是由IP协议规定的，IP协议规定当与网络建立连接时，每台主机都必须为这个连接分配一个32bit的地址，该地址就是所谓的IP地址。IP地址主要用于识别网络中的每一台主机，同时它还隐含着网络路径信息。在网络中，每台主机的IP地址都是唯一的，不允许重复，根据这个唯一的地址，就可以找到Internet上的任何一台主机。IP地址实际上是分配给网络适配器（网卡）的，一台计算机若安装有多个网络适配器，则该主机就可有多个IP地址。IP地址采用一个32位的二进制数来表示，如下所示：11000000101010000000000000000001为便于记忆，在实际应用中，通常将这个32位的二进制数分成4段，每段由8位二进制数构成，段与段之间用“.”进行分隔，最后再将每段的二进制数的值转换为十进制值，从而就形成了类似192.168.0.1格式的IP地址，这种IP地址的表示方法，称为点分十进制法，因此IP地址有二进制和十进制两种表达格式。IP地址采用两级结构，左边部分（即高位字节）代表主机所属的网络，右边部分代表该主机在网络中的ID值，其结构如图1.6所示。图1.6IP地址中的网络ID与主机ID网络ID，也称为网络地址，用于标识大规模TCP/IP网际网络(由网络组成的网络)内的每个子网络（网段）。主机ID，也称为主机地址或主机标识号，用于标识和区别当前网络内部的每台主机(如：工作站、服务器、重庆广播电视大学技术中心网络培训资料资料编写：冯昊5路由器或其他TCP/IP设备)。对于同一网络内的主机，其网络ID是相同的，其主机ID是不相同的；对于不同网络的每台主机，其网络ID是不相同的，但可以具有相同的主机ID。⑵IP地址的分类由于网络规模有大有小，为了充分利用IP地址空间，IP协议规定了5类IP地址，分为A类、B类、C类、D类和E类，其中A、B、C三类由国际网络信息中心InterNIC（InternetNetworkInformationCenter）在全球范围内统一分配，D和E分属于多路广播地址和实验用地址。IP地址采用高位字节的高位来标识地址的类别。①A类地址A类地址是为大型网络而提供的。A类地址采用最左边（即高位字节）的8位二进制数来表示网络ID，其中最高位固定为0，用低7位编码来表示网络号；后面24位二进制数用来表示网络内的主机ID，如图1.7所示。从中可见，A类地址的第1个字节为网络ID，该字节的最高位为0，后面3个字节为主机ID。8位二进制数编码表示的数的范围为0~255，由于0和255在IP协议中有特殊用途，每组数真正可使用的范围为1~254，因此，A类地址可提供126个网络ID，即W部分的取值范围为1~126；每个网络最多可支持16777214个主机。例如：10.128.68.54即是一个A类地址，其中10为网络号，128.68.54为主机号。判断A类地址的方法：若是二进制表达格式，则第一