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计算机网络实验手册

前言
本大全共分四部分，分别为：局域网组装实验部分、windows 2003 server网络操作系统实验部分、Linux网络操作系统部分、路由器/交换机配置部分。

第一部分：局域网组装实验
实验一：常见网络设备与连接线缆介绍
实验目的：了解常见的网络设备及其特点
了解常见网络传输介质及其特点
实验器材：集线器(HUB）、交换机（SWITCH）、路由器（ROUTER)；
双绞线、同轴电缆、光缆
实验内容：
1、集线器简介
集线器的英文称为“Hub"。“Hub”是“中心”的意思,集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生、整形、放大，以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI（开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层"。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议)访问方式。
集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和”学习”能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，如图一所示.

图一：集线器
2、交换机简介
交换机(Switch）也叫交换式集线器，是一种工作在OSI第二层（数据链路层，参见“广域网”定义）上的、基于MAC （网卡的介质访问控制地址）识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备.它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。
交换机不懂得IP地址，但它可以“学习”源主机的MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机上的所有端口均有独享的信道带宽,以保证每个端口上数据的快速有效传输。由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，而不会向所有端口发送，避免了和其它端口发生冲突,因此，交换机可以同时互不影响的传送这些信息包，并防止传输冲突,提高了网络的实际吞吐量。
无线交换机提升了无线网络的可管理性．安全性和升级能力，降低了组网成本，成为无线局域网（WLAN）系统的“大脑”。WLAN交换技术集中控制接入点和无线交换功能,提供跨无线基础设施保持用户身份的能力。无线交换技术还可以防止非法接入点造成的安全威胁，可以提供50到1000户的转发能力.

图二：交换机

无线交换机

3、路由器简介
路由器是进行网络间连接的关键设备，作为不同网络之间互接的枢纽。它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。
路由器系统构成了基于TCP/IP的因特网主体脉络和骨架。路由器的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一。它的可靠性也直接影响网络互连的品质。因此,在局域网、城域网乃至整个网络研究领域中，路由器技术始终处于核心地位。路由器一方面能够连接不同类型的网络,如连接DDN、FDDI、以太网等，另一方面可将整个互联网分割成逻辑上独立的子网。

图三：路由器
4、网络接口卡
网卡是负责计算机网络信号发送与接收的关键设备.具有以下功能：
图： 网卡
a．载波检测功能（检测介质上有否信号);
b．发送/接收控制部件及缓冲区；
c．对发送/接收的数据编码/译码，变换成适合于在LAN上传输的信号。
网卡的物理地址或称为MAC地址,固化在网卡硬件中。网卡可以工作在全双工/半双工模式，传输速率可达10/100/1000Mbps。

5、传输介质之双绞线
双绞线的英文名字叫Twist—Pair.是综合布线工程中最常用的一种传输介质.它分为两种类型：（1）双绞线分为屏蔽双绞线(STP—ShieldedTwistedPair）和非屏蔽双绞线（UTP—Unshielded Twisted Pair).屏蔽双绞线通过屏蔽层减少相互间的电磁干扰；非屏蔽双绞线通过线的对扭减少或消除相互间的电磁干扰。屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射，屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点： （1)无屏蔽外套,直径小，节省所占用的空间； （2）重量轻，易弯曲，易安装；（3）将串扰减至最小或加以消除；（4）具有阻燃性; (5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。
双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线"的名字也是由此而来。双绞线是由4对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的.一般双绞线扭线的越密其抗干扰能力就越强,与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。
双绞线常见的有3类线,5类线和超5类线,以及最新的6类线,前者线径细而后者线径粗，型号如下：
1）一类线：主要用于传输语音(一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆)，不同于数据传输.
2)二类线：传输频率为1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网.
3）三类线：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10BASE-—T.
4）四类线：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的局域网和 10BASE—T/100BASE—T。
5）五类线：该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于100BASE—T和10BASE-T网络.这是最常用的以太网电缆。
6）超五类线：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值(ACR)和信噪比（Structural Return Loss)、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。
7）六类线：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz,六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽.六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能,对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型,布线标准采用星形的拓扑结构,要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m.
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在双绞线产品家族中，主要的品牌有如下几个：
1)安普
2）西蒙
3）朗讯
4）丽特
5)IBM

图四：非屏蔽双绞线

图五：屏蔽双绞线
5、传输介质之同轴电缆
同轴电缆（COARIAL CABLE）的得名与它的结构相关。同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面,两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制选的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上,所以叫做同轴电缆,同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递。
通常按同轴电缆的直径和特性阻抗不同分为粗缆和细缆。粗缆直径为10mm，特性阻抗为75W，使用中经常被频分复用,因此又被称为宽带同轴电缆，是有线电视CATV中的标准传输电缆。细缆直径为5mm,特性阻抗为50W，经常用来传送没有载波的基带信号,因此又被称为基带同轴电缆。
粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高，由于安装时不需要切断电缆,因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置,但粗缆网络必须安装收发器电缆,安装难度大，所以总体造价高.相反，细缆安装则比较简单,造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头（BNC)，然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。

图六：同轴电缆
6、传输介质之光缆
光纤是以光脉冲的形式来传输信号，以玻璃或有机玻璃等为网络传输介质。它由纤维芯、包层和保护套组成.
光纤可分为单模(Single Mode ）光纤和多模(Multiple Mode）光纤。
单模光纤只提供一条光路，加工复杂，但具有更大的通信容量和更远的传输距离。
多模光纤使用多条光路传输同一信号,通过光的折射来控制传输速度。
只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射。光会不断在光纤中折射传播下去.可以存在多种入射角的光纤,称为多模光纤.如果光纤的直径减小到只有一个光的波长，这样光就只能沿光纤传播下去，而非来回折射前进,这种光纤称为单模光纤。单模光纤衰减更小，无中继传播距离更长.

图七：光缆
玻璃封套
塑料外套
玻璃内芯

单芯光纤
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外壳

多芯光纤
图: 光纤示意图
芯
封套
外套
加强芯
光纤
外鞘
加强芯
光纤束

实验总结:
通过本次实验，使学生了解了常见的网络设备以及常见的网络传输介质，对于学生以后的局域网组装实验有着积极的作用。
实验二：双绞线的制作与测试
实验目的：掌握双绞线的制作与测试
实验器材：测线仪、压线钳、非屏蔽双绞线、RJ-45水晶头
实验内容:
1、TIA/EIA标准
568A标准线序：绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕
568B标准线须：橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕

图一：T568A/T568B线序
RJ-45水晶头
RJ—45水晶头由金属片和塑料构成。当面对金属片时,一般按从左到右的顺序规定引脚序号1～8,做网线时序号不能搞错，如图2（a）。
RJ—45水晶头安装在双绞线的两端，如图2（b）所示为一段做好水晶头的网线。

（a） (b）
图2 水晶头

2、何为直通线?何为交叉线？
直通线：双绞线两端所使用的制作线序相同（同为T568A/T568B)即为直通线；用于连接异种设备，例如：计算机与交换机相连。

图二：直通线线序

图三：直通线连接
交叉线：双绞线两端所使用的制作线序不同（两端分别使用T568A和T568B)即为交叉线;用于连接同种设备，例如:计算机直接相连。

图四：交叉线线序

图五:交叉线连接

3、双绞线制作之直通线制作举例
1)使用压线钳上组刀片轻压双绞线并旋转，剥去双绞线两端外保护皮2cm~5cm；

2）按照线序中白线顺序分开四组双绞线,并将此四组线排列整齐；

3）分别分开各组双绞线并将已经分开的导线逐一捋直待用；

4）导线分开后交换四号线与六号线位置；
5）将导线收集起来并上下扭动,以达到让他们排列整齐的目的；
6）使用压线钳下组刀片截取1。5cm左右排列整齐的导线;
7）将导线并排送入水晶头;
8）使用压线钳凹槽压制排列整齐的水晶头即可。
各步骤注意事项：
1）剥去外保护皮时，注意压线钳力度不宜过大，否则容易伤害到导线；
2）四组线最好在导线的底部排列在同一个平面上，以避免导线的乱串；
3）捋直的作用是便于到最后制作水晶头；
4)交换四号线和六号线位置是为了达到线序要求；
5)上下扭动能够使导线自然并列在一起；
7)导线顺序:面向水晶头引脚，自左向右的顺序；
8）压制的力度不宜过大,以免压碎水晶头；压制前观察前横截面是否能看到铜芯、侧面是否整条导线在引脚下方、双绞线外保护皮是否在三角楞的下方，符合以上三个条件后方可压制.

图六:压线钳

图七:测线仪

4、双绞线的测试
直通线：测线仪指示灯1-1 2—2 3—3 4-4 5—5 6-6 7—7 8-8显示即为测试成功;
交叉线：测线仪指示灯1—3 2-6 3—1 4—4 5—5 6—2 7—7 8-8显示即为测试成功；
5、实验总结
通过本次实验学生掌握了双绞线的制作与测试过程,认识了包括压线钳、测线仪等仪器和制作工具，达到了教学目的。顺利完成此次实验，需要授课教师的详细讲解。
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