任务1
组建小型办公室网络

一、任务要求

某学校新成立了一个部门，有8名员工。学校给部门的每个员工配一台电脑，部门共用一台打印机，在一间有一个千兆信息点与校园网连接的办公室办公。现要将所有计算机联接成办公用网，以便大家协同工作，提高工作效率。

二、相关知识

1．局域网组成元件

组建一个完整的网络，软硬件设备缺一不可。而不同类型局域网的组建需要不同的器件和设备。由于几乎所有的局域网都是以太网，这里主要只介绍以太网组网所需要的器件和设备，包括网卡，集线器及其他互联设备，传输介质在下节讨论。

（1）网络接口卡

网络接口板又称为通信适配器（Adapter）或网络接口卡NIC（Network Interface Card），或简称“网卡”，如图2．1所示，是构成网络的基本部件。计算机通过网卡和局域网进行通信，如图2．2所示。

图2．1 100M以太网卡

图2．2 计算机通过网卡和局域网进行通信

1）网卡的主要功能

①进行串行／并行转换。

②对数据进行缓存。

③在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

④实现以太网协议。

2）网卡的分类

网卡可按接头、总线接口（BUS）以及带宽（Bandwidth）三种方式进行分类。

按接头分类有：AUI接头、BNC接头（见图2．3）、RJ－45接头（见图2．4）以及RJ－45＋BNC双口网卡（见图2．5）。它们分别用来连接AUI电缆、RG-58缆线和双绞线。AUI接头由于布线施工麻烦已被淘汰。这三种线材与接头，无论在外观、机械规格和电气特性等方面都截然不同，可以一眼就能识别出来。

图2．4 RJ－45接口网卡

图2．5 RJ-45＋BNC双口网卡

按总线接口划分有四种：ISA接口、PCI接口、USB接口和PCMCIA接口。

①ISA总线

随着PC架构的演化，ISA总线因速度缓慢、安装复杂等自身难以克服的问题，完成了历史使命，ISA总线的网卡也随之消亡了。一般来讲，10Mbps网卡多为ISA总线，大多用于低档的电脑中。

②PCI总线

PCI总线在服务器和桌面机中有不可替代的地位。32位33MHz下的PCI，数据传输率可达到132MB／s，而64位66MHz的PCI，最大数据传输率可达到267MB／s，从而适应了电脑高速CPU对数据处理的需求和多媒体应用的需求，所以，现在的网卡几乎都是的PCI总线（见图2．6）。

③PCMCIA总线

PCMCIA网卡是用于笔记本电脑的一种网卡，大小与扑克牌差不多，只是厚度厚一些，在3～4 mm左右。PCMCIA是笔记本电脑使用的总线，PCMCIA插槽是笔记本电脑用于扩展功能使用的扩展槽。PCMCIA总线分为两类，一类为16位的PCMCIA，另一类为32位的CardBus，如图2．7所示。CardBus是一种用于笔记本电脑的新的高性能PC卡总线接口标准，不仅能提供更快的传输速率，而且可以独立于主CPU，与电脑内存间直接交换数据，减轻了CPU的负担。

图2．6 PCI网卡

图2．7 32-bitCardBus接口卡

④USB接口

USB作为一种新型的总线技术，由于传输速率远远大于传统的并行口和串行口，设备安装简单又支持热插拔，已被广泛应用于鼠标、键盘、打印机、扫描仪、Modem、音箱等各式设备，网络适配器自然也不例外。USB网络适配器其实是一种外置式网卡，如图2．8所示。

网卡对外要连接网线，对内则是插在计算机的扩展槽上，通过“总线”（Bus）与计算机沟通。而总线的不同，会直接影响到网卡的传输速率。

按照传输速率不同，网卡可以分为10Mb／s，100Mb／s，1000Mb／s，10Mb／100Mb／s自适应网卡等几类，带有RJ-45接口的10M网卡可以组建10MB／S的以太网，通常与符合10BASE-T的以太网集线器或交换机相连。而带有RJ-45接口的100M的以太网网卡，通常与符合100BASE-TX的以太网集线器或交换机相连组建100M以太网。对于10／100M自适应网卡，则可以根据网络中使用的以太网集线器或交换机的类型，自动适应网络的速率。

（2）集线器（Hub）

集线器由中继器演变而来，是共享式以太网最关键的设备之一。虽然目前网络主流产品已不再使用集线器，但作为在组网历史中曾起过很大作用的设备，在这对它作简单介绍。集线器是物理层设备，处理的对象是比特，它和主要功能是把接收到的信号整形放大后，发送到所有端口；同一时刻只能有一端口发送数据；无过滤和路径检测功能。

集线器作为星型网络的中心，通常采用RJ-45标准接口，如图2．9所示。计算机或其他终端设备可以通过UTP电缆与集线器RJ-45端口相连，成为网络一部分。利用集线器对信号的放大功能，通过集线器的级联可以将以太网覆盖范围扩大。但不同速率的集线不能级联。

图2．8 USB接口网卡

图2．9 100兆以太网集线器

集线器是对网络进行集中管理的最小单元，从逻辑上看，通过集线器组成以太网（不论是单一集线器组成的还是集线器级联组成的）都是由一条电缆连接起来的。当数据到达一个端口后，集线器不经过路径检测和过滤处理，直接将信息“广播”到所有端口，不管这些端口连接的设备是否需要这些数据，而所有这些节点则构成了一个冲突域。显然节点越多，集线器“广播”量越大，整个网络的性能也就越差。

根据集线器的速度不同，可将集线器分为10Mb／s，100Mb／s，10Mb／100Mb／s自适应三种类型。由于集线器的缺点，目前集线器已全部被交换机取代。

（3）交换机（Switch）

交换机按工作在OSI参考模型的位置可分为二层交换机和三层交换机。

二层交换机工作在OSI的数据链路层，实现数据帧的存储转发。与集线器不同，交换机具有过滤功能，同一时刻可以并发多路传输数据。利用交换机可以大大提高网络速度。交换机的端口是冲突域的边界，同一个交换机的端口同属一个广播域。三层交换机既具二层功能又具路由功能，能实现一次路由多次转发，解决了路由器在局域网中速度瓶颈问题。

交换机是目前交换式以太网的主流网络设备。交换机的工作原理在下一项目还作详细讨论。

（4）路由器（Router）

路由器工作在OSI参考模型第三层，工作对象是IP数据报，是局域网与广域网之间进行互联的关键设备。其主要功能是路由选择和协议转换。

（5）网关（Gateway）

网关实现的网络互联是发生在网络层之上，它是网络层以上的互联设备的总称。对于网络体系结构差异比较大的两个网，从原理上说，在网络层以上实现网络互联是相对比较方便的。对于LAN和WAN而言，下三层的结构差异比较大，它们之间的沟通非常复杂，甚至是不可能的，因而习惯上多数情况都不得是采用网关进行互联。选择网络互联的层次越高，代价就会越大，效率也会越低，但却能互联差别更大的异构网。

2．以太网中的双绞线

（1）T568-A与T568-B标准

目前，常用的布线标准有EIA／TIA T568-A和EIA／TIA T568-B两个国际标准。在一个综合布线工程中，可采用任何一种标准，但所有的布线设备及布线施工必须采用同一标准。通常情况下，在布线工程中采用EIA／TIA T568-B标准。

①按照T568 B标准布线水晶头的8针（也称插针）与线对的分配如图2．10所示。图中线序从左到右依次为：1－橙白、2－橙、3－绿白、4－蓝、5－蓝白、6－绿、7－棕白、8－棕。4对双绞线电缆的线对2插入水晶头的1、2针，线对3插入水晶头的3、6针。

图2．10 T568B标准接线

图2．11 T568A标准接线

②按照T568A标准布线水晶头的8针与线对的分配如图2．11所示。图中线序从左到右依次为：1－绿白、2－绿、3－橙白、4－蓝、5－蓝白、6－橙、7－棕白、8－棕。4对双绞线对称电缆的线对2接信息插座的3、6针，线对3接信息插座的1、2针。

（2）网络设备以太口的线序标准

网络设备以太口的线序标准如图2．12所示。HubUplink、网卡、路由器的以太口（MDI－XPort）1、2接收，3、6发送；Hub，交换机的以太口（MDIport）则相反。

（3）以太网中的双绞线类型

为保证通信，需要把互联的网络设备发送线与接收线对接。依据双绞线两端线序的不同，将双绞线分为直通双绞线、交叉双绞线和全反线。直通双绞线两端线序一致，要么全是T568－A，要么全是T568－B；交叉双绞线一端线序为T568－B，另一端为T568－A，或相反；全反线则线序顺序相反。不同设备连接时，不同场合使用不同类型的双绞线，原则上不同设备相连是使用直通线，如图2．13所示，相同设备相连时使用交叉双绞线，如图2．14所示，全反线用于控制线。

注意 随着网络技术的发展，目前一些新的网络设备，可以自动识别连接的网线类型，用户不管采用直通网线或者交叉网线均可以正确连接设备。

3．IP地址

把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络，IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个的在全球范围是唯一的32 bit的标识符。IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN（InternetCorporation forAssignedNames andNumbers）进行分配。

在互联网上主机可以利用IP地址来标志。但是，一个IP地址标志一台主机的说法并不准确。严格地说，IP地址指定的不是一台计算机，而是计算机与网络的一个连接。因此，具有多个网络连接的互联网设备就应具有多个IP地址。多宿主主机（装有多块网卡的计算机）由于每一块网卡都可以提供一条物理连接，因此它也应该具有多个IP地址。在实际应用中，还可以将多个IP地址绑定到一条物理连接上，使一条物理连接具有多个IP地址。

目前因特网地址使用的是IPv4（IP第4版本）的IP地址，它用32位二进制（4个字节）表示。为了方便用户的理解和记忆，IP地址采用点分十进制标记法，即将4字节的二进制数值转换成4个十进制数值，每个数值小于等于255，数值中间用“．”隔开，表示成w．x．y．z的形式。如IP地址：11001010 01110111 00000010 11000111，其对应的十进制格式为：202．119．2．199。

（1）IP地址的组成

一般地，IP地址由网络号（NetID）和主机号（HostID）两个部分组成，如图2．15所示。网络号用来标志互联网中的一个特定网络，而主机号则用来表示该网络中主机的一个特定连接。

所有在相同物理网络上的系统必须有同样的网络号，网络号在互联网上应该是独一无二的。主机号在某一特定的网络中才必须是唯一的。

（2）IP地址的分类

为了适应各种不同的网络规模，IP协议将IP地址分成A、B、C、D、E五类，常用的是A、B、C三类。它们可以根据第一字节的前几位加以区分。如图2．16所示。

1）A类

A类地址分配给规模特别大的网络使用。A类地址用第一个字节用来表示网络ID，其中最高1位设为0，实际上只有7位用来标识网络地址，后面三个字节用来表示主机ID。允许有126个网络和在每个网络里有16777412台主机。

2）B类

B类地址分配给中等到大型尺寸的网络。B类地址用前面两个字节用来表示网络ID，其中第一字节的两个最高位设为1 0，实际只有14位用来标识网络地址，后两个字节用来表示网络上的主机ID。允许有16384个网络，每个网络允许拥有65，534台主机。

3）C类

C类地址分配给小型网络，如大量的局域网和校园网。C类地址用前三个字节表示网络ID，其中第一字节最高三位为100，实际只有21位用来标识网络地址，最后一个字节作为网络上的主机地址。允许有2097152个网络，每个网络拥有254台主机。

4）D类

D类地址是为IP多点传送地址而保留的。D类地址的前四位通常置为1110。

5）E类

E类地址是为将来用途所保留的实验地址。E类地址的前四位为1111。

A、B、C三类地址通常用来标识主机的一个特定连接，因此我们称之为单目传送地址，E类地址用于多址投递系统，被称为组播地址（Multicast），而E类地址尚未使用，以保留给将来使用。

表2．1简要地总结了A、B、C三类IP地址可以容纳的网络数和主机数。

（3）特殊的IP地址

TCP／IP体系中保留了一小部分IP地址，这部分地址具有特殊的意义和用途，这些特殊的IP地址不能分配给主机或网络连接。

1）网络地址

在互联网中，经常需要使用网络地址，主机号为全“0”的IP地址，用来表示网络地址。例如：202．119．200．0就是表示该网络的网络地址，而一个具有IP地址为202．119．200．99的主机所处的网络地址为202．119．200．0，它的主机号为99。

2）广播地址

IP协议规定，主机号为全“1”的IP地址是保留给广播用的。广播地址又分为两种：直接广播地址和有限广播地址。

①直接广播地址

如果广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，那么称之为直接广播（Directed Broadcasting）地址。在IP互联网中，任意一台主机均可向其他网络进行直接广播。

例如C类地址202．93．120．255就的一个直接广播地址。互联网上的一台主机如果使用该IP地址为数据报的目的IP地址，那么这个数据报同时发送到202．93．120．0网络上的所有主机。

②有限广播地址

32位全为“1”的IP地址（225．225．225．225）用于本网广播，该地址叫做有限广播（Limited Broadcasting）地址。在主机不知道本机所处的网络时（如主机的启动过程中），只能采用有限广播方式，通常由无盘工作站启动时使用，希望从网络IP地址服务器处获得一个IP地址。

3）回送地址

任何一个以127开头的IP地址（127．0．0．0～127．255．255．255）是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。这个IP地址叫做回送地址（loopback address），最常见的表示形式为127．0．0．1。

在每个主机上对应于IP地址127．0．0．1有个接口，称为回送接口（loopback interface）IP协议规定，无论什么程序，一旦使用回送地址作为目的地址时，协议软件不会把该数据包向网络上发送，而是把数据包直接返回给本机。

4）“零”地址

网络号为“0”的IP地址指的是本网络上的某台主机。例如，如果C类网络192．168．3．0上的某台主机要发送数据包给本网络的IP地址为192．168．3．9的主机，则它可以将数据包的目标地址置为0．0．0．9。

另外，32位全为“0”的IP地址（0．0．0．0），任何主机都可以用它来表示自己。

从上可以看到，A类网络号0和127有特殊用途，因此可分配给主机的A类网络号是1～126。

由于网络地址和广播地址的限制，各类网络实际可使用的数目要减去2。如C类网络共有2 8 ＝256个地址，实际此网络中只能设有254台主机。

5）私有地址

在整个可分配的地址范围中，还有一部分保留地址留给各单位内部使用，这部分地址是不能在因特网中直接使用的，因此称为私有地址，而其他可在因特网中直接使用的地址称为公共地址。使用私有地址的主机要接入因特网，必须经过地址转换NAT，将私有地址转换为公共地址才可以。保留的私有IP地址有三块地址空间：一个A类地址段、16个B类地址段和256个C类地址段。如表2．2所示。

（4）子网掩码

子网掩码是指定子网的工具，它是32位二进制数值。具有两大功能：一是指出IP地址中哪些部分是网络地址，哪些是主机地址；二是可将网络进一步划分为若干子网段。

在子网掩码中，二进制位为1的位表示网络地址位，二进制位为0的位表示主机地址位。采用子网掩码可以不再依靠IP地址类的定义来决定IP地址中的网络ID。子网掩码可采用带点十进制符号或前缀长度表示法来表示。

缺省的子网掩码用于传统的IP地址类。表2．3列出了采用带点十进制符号表示和前缀长度表示法表示的缺省子网掩码。

三、任务实施

1．实施环境

（1）硬件设备

1）交换机一台

2）计算机（已安装W indowsXp操作系统）及RJ-45接口网卡若干

3）打印机1台

（2）工具及材料

工具及材料如图2．17所示。

1）双绞线若干米

2）RJ-45水晶头多个

3）剥线／压线钳

4）双绞线检测仪

2．操作步骤

（1）双绞线制作

1）直通双绞线制作

首先确定交换机位置，按办公室实际布置确定双绞线长度，然后按以下步骤进行：

①剥线

取双绞线一根（长度合适），用剥线钳上的“剥线刀口”将双绞线的一端剥掉约1．5 cm的外皮。

②排列顺序

将四对双绞线按T568 B标准排好顺序，并将每根线都弄直、排拢。

③检查并插入水晶头

用剥线钳的“剪切刀口”将双绞线端头剪齐，如图2．18，取水晶头一个，将带有金属片的一面朝上，使方形孔一端对着自己。此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余依次排列。将双绞线的8根线插入RJ－45头内，如图2．19，插入的时候需要注意缓缓地用力把8根线缆同时插入RJ－45头内对应的8个线槽中，一直插到线槽的顶端（应尽量往里插，直到RJ－45的另一端能看到8个亮点），这一步完成后还应检查一下各线的排列顺序是否正确。

图2．18 用“剪切刀口”将双绞线

图2．19 将8根线插入RJ－45头内

④压线

将已插入双绞线的RJ－45头放入线钳的“压线口”内，如图2．20所示。此时要注意将双绞线的外皮一并放在RJ－45头内压紧，以增强其抗拉性能）并用力将线钳压到底，再将其取出，则双绞线的一端与RJ－45头的连接就做好了。

⑤重复同样的步骤将双绞线的另一端接上RJ－45水晶头

这样一根直通双绞线制作完毕。

2）交叉线的制作

①取双绞线一根，一端按568B标准按前面介绍的方法接上RJ－45水晶头。

②将双绞线的另一端按568A标准接上RJ－45水晶头。

3）双绞线的测试

制作完成双绞线后，下一步需要检测它的连通性，以确定是否有连接故障。

测试时将双绞线两端的水晶头分别插入主测试仪和远程测试端的RJ－45端口，将开关开至“ON”（S为慢速档），主机指示灯从1至8逐个顺序闪亮。如图2．21所示。

图2．20 压线口

图2．21 测试网线

若连接不正常，按下述情况显示：

①当有一根导线断路，则主测试仪和远程测试端对应线号的灯都不亮。

②当有几条导线断路，则相对应的几条线都不亮，当导线少于2根线联通时，灯都不亮。

③当两头网线乱序，则与主测试仪端连通的远程测试端的线号亮。

④当导线有2根短路时，则主测试器显示不变，而远程测试端显示短路的两根线灯都亮。若有3根以上（含3根）线短路时，则所有短路的几条线对应的灯都不亮。

⑤如果出现红灯或黄灯，就说明存在接触不良等现象，此时最好先用压线钳压制两端水晶头一次，再测，如果故障依旧存在，就得检查一下芯线的排列顺序是否正确。如果芯线顺序错误，那么就应重新进行制作。

提示 如果测试的线缆为直通线缆的话，测试仪上的8个指示灯应该依次闪烁。如果线缆为交叉线缆的话，其中一侧同样是依次闪烁，而另一侧则会按3、6、1、4、5、2、7、8这样的顺序闪烁。如果芯线顺序一样，但测试仪仍显示红色灯或黄色灯，则表明其中肯定存在对应芯线接触不好的情况。此时就需要重做水晶头了。

（2）设备的物理连接

1）安装网卡

安装网卡的过程很简单，以目前最流行的PCI总线型网卡为例，在安装时可按以下步骤进行：

①切断计算机电源，确保无电工作。

②用手触摸一下金属物体，释放静电。

③打开计算机主机机箱，选择一个空闲的PCI插槽（一般缺省为白色插槽），并卸掉对应位置插槽的挡板。

④将所要安装的网卡插入槽中，并注意一定要插牢插紧，以防出现短路现象。

⑤将网卡用螺钉上紧，以保证其正常工作。

⑥重新装好机箱。

注意 在安装过程中，不要触及主机内部其他连线头、板卡或电缆，以防松动，造成故障。

2）连接计算机与交换机

利用制作好的直通UTP电缆将计算机与交换机连接起来，如图2．22所示。

（3）TCP／IP模块的安装和配置

完成网络硬件的物理连接后，就可以进行网络软件的安装和配置了。网络软件通常捆绑在网络操作系统之中，它们既可以在安装网络操作系统时安装，也可以在安装网络操作系统之后安装。由于现在的网络基本都支持即插即用，故省略网卡驱动程序的安装和配置，只需对TCP／IP模块的安装和配置。

1）TCP／IP模块的安装和配置

为了实现资源共享，操作系统需要安装一种称为“网络通讯协议”的模块。网络通讯协议有多种，TCP／IP就是其中之一。

①启动W indows2000 Server，通过“开始”→“设置”→“网络连接”→“本地连接”→“属性”进入“本地连接属性”对话框，如图2．23所示。

②如果“Internet协议（TCP／IP）”已经显示在“此连接使用下列项目”列表中，说明本机的TCP／IP模块已经安装。否则就需要通过单击“添加”按钮添加TCP／IP模块。

③TCP／IP模块安装完成后，在“此连接使用下列项目”列表框中选中“Internet协议（TCP／IP）”，单击“属性”按钮，进行TCP／IP配置，如图2．24所示。

④在“Internet协议（TCP／IP）属性”界面中，选中“使用下面的IP地址”。在192．168．0．1至192．168．0．254之间任选一个IP地址填入“IP地址”文本框（注意网络中每台计算机的IP地址必须不同），同时将“子网掩码”文本框中填入“255．255．255．0”，如图2．25所示。单击“确定”，返回“本地连接属性”对话框。

⑤通过单击“本地连接属性”界面中的“确定”按钮，完成TCP／IP模块的安装和配置。

2）添加网络服务

要实现资源共享，除了安装网络协议外，主要还包括3方面：

①Microsoft网络客户端：允许计算机访问Microsoft网络上的资源。

②Microsoft网络的文件和打印机共享：允许网络中的计算机访问其他计算机上的资源。

③查看网络服务是否添加：只要打开“本地连接”属性中是否有以上项目，如果没有再添加。

（4）用ping命令测试网络的连通性

测试网络连通性最常用的命令之一是ping命令。它通过发送数据包到对方主机，再由对方主机将该数据包返回来测试网络的连通性。ping命令的测试成功不仅表示网络的硬件连接是有效的，而且也表示操作系统中网络通信模块的运行是正确的。

ping命令的使用方法非常简单，只要在ping之后加上对方主机的IP地址即可，如图2．26所示。如果测试成功，命令将给出测试包从发出到收回所用的时间。这个时间通常小于10ms。如果网络不通，ping命令将给出超时提示。这时，需要重新检查网络的硬件和软件，直到ping通为止。