计算机网络基础

发布时间：2023年12月21日

一. 网线制作

1.1 知识准备

我们局域网内组网所采用的网线，使用最为广泛的为双绞线（Twisted-Pair Cable；TP），双绞线是由不同颜色的4对8芯线组成，每两条按一定规则绞织在一起，成为一个芯线对。作为以太局域网最基本的连接、传输介质，人们对双绞网线的重视程度是不够的，总认为它无足轻重，其实绝对不是这样的，相反它在一定程度上决定了整个网络性能。

网线分为直通线和交叉线，标准T568B和T568A，两边使用T568B的就是直通线，两边分别使用两个标准的就是交叉线。早期对等设备之间使用交叉线互联，非对等设备使用直通线互联，目前基本上所有设备FE口都支持自适应了，所以使用直通线可以完成任意设备之间的连接。

1.2 实验设备

网线、水晶头、网线钳、测线仪

1.3 实验过程

第一步：剥皮：使用剥皮刀或剪刀将网线外皮剥掉大约1.5cm（长度要注意，因为如果剥皮过长，因网线不能被水晶头卡住，容易松动；若剥线过短，则因有保护层塑料的存在，不能完全插到水晶头底部，造成水晶头插针不能与网线芯线完好接触，同时由于剥皮过短，还会导致后续不易进行排序），我们需要把双绞线的灰色保护层剥掉，可以利用到压线钳的剪线刀口将线头剪齐，再将线头放入剥线专用的刀口，稍微用力握紧压线钳慢慢旋转，让刀口划开双绞线的保护胶皮，注意不要伤到内部的铜线表皮。

第二步：排序：剥除灰色的塑料保护层之后即可见到双绞线网线的4对8条芯线，并且可以看到每对的颜色都不同。每对缠绕的两根芯线是由一种染有相应颜色的芯线加上一条只染有少许相应颜色的白色相间芯线组成。四条全色芯线的颜色为：棕色、橙色、绿色、蓝色。每对线都是相互缠绕在一起的，制作网线时必须将4个线对的8条细导线逐一解开、理顺、扯直，然后按照规定的线序排列整齐。

2 线序分配方案
直通线：T568b<-->T568b（推荐，如下图所示），或者T568a<-->T568a（不常用）。

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交叉线：T568b <--> T568a ，如下图所示。

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EIA/TIA T568b线序规范，如下表所示：

????????????????T568B线序：（1、橙白，2、橙，3、绿白，4、蓝，5、蓝白，6、绿，7、棕白，8、棕），排序完成后我们需要把每对都是相互缠绕在一起的线缆逐一解开。解开后则根据需要接线的规则把几组线缆依次地排列好并理顺，排列的时候应该注意尽量避免线路的缠绕和重叠。排序口诀：白橙橙，白绿蓝，白蓝绿，白棕棕

我们把线缆依次排列好并理顺压直之后，应该细心检查一遍，之后利压线钳的剪线刀口把线缆顶部裁剪整齐，需要注意的是裁剪的时候应该是水平方向插入，否则线缆长度不一会影响到线缆与水晶头的正常接触。若之前把保护层剥下过多的话，可以在这里将过长的细线剪短，保留的去掉外层保护层的部分约为15mm左右，这个长度正好能将各细导线插入到各自的线槽。如果该段留得过长，一来会由于线对不再互绞而增加串扰，二来会由于水晶头不能压住护套而可能导致电缆从水晶头中脱出，造成线路接触不良。

第三步：我们需要做的就是把整理好的线缆插入水晶头内。需要注意的是要将水晶头有塑造弹簧片的一面向下，有针脚的一方向上，使有针脚的一端指向远离自己的方向，有方型孔的一端对着自己。此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余依次顺序排列。插入的时候需要注意缓缓地用力把8条线缆同时沿RJ-45头内的8个线槽插入，一直插到线槽的顶端，在最后一部的压线之前，我们可以从水晶头的顶部检查，看看是否每一组线缆都紧紧地顶在水晶头的末端。（要注意再将排序好的线放入水晶头时易出现线序混乱，导致后续测试不通）

排列好的每条芯线分别对应RJ-45水晶头的1-8针脚，如下图所示

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压线头将整理好的双绞线芯线平稳捏住（末端保持整齐），插入到RJ-45水晶接头中（塑料卡扣朝下，开口朝向网线），如下图所示。

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第四步：压线，确认无误之后就可以把水晶头插入压线钳的8P槽内压线了，把水晶头插入后，用力握紧线钳，若力气不够的话，可以使用双手一起压，这样一压的过程使得水晶头凸出在外面的针脚全部压入水晶并头内。

将接好线的水晶头放到网线钳的压线口内（注意要捏住网线，往里顶紧），然后握住网线钳使劲压紧（线与线头不能有松动），如下图所示，以确保水晶头的铜触片嵌入双绞线的芯线。

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第五步：测试，使用测线仪对做好的网线进行测试，将测线器两端各接水晶头，两端接如果亮的顺序一致即可。如果出现亮的顺序不同，则可能是将线放入水晶头时线序发生了移位，如果某些灯没亮，则可能是使用网线钳按压水晶头时力度不够导致，此时只能剪掉重新制作。

二. 集线器交换机介绍

2.1. 网络层次划分

为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了"开放系统互联参考模型"，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层（Physics Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）、应用层（Application Layer）。其中第四层完成数据传送服务，上面三层面向用户。

除了标准的OSI七层模型以外，常见的网络层次划分还有TCP/IP四层协议以及TCP/IP五层协议，它们之间的对应关系如下图所示：

2.2. OSI七层网络模型

TCP/IP协议毫无疑问是互联网的基础协议，没有它就根本不可能上网，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不管是OSI七层模型还是TCP/IP的四层、五层模型，每一层中都要自己的专属协议，完成自己相应的工作以及与上下层级之间进行沟通。由于OSI七层模型为网络的标准层次划分，所以我们以OSI七层模型为例从下向上进行一一介绍。

1）物理层（Physical Layer）

激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称，中继器（Repeater，也叫放大器）和集线器。

2）数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

有关数据链路层的重要知识点：

1>?数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；
　　2>?基本数据单位为帧；
　　3> 主要的协议：以太网协议；
　　4> 两个重要设备名称：网桥和交换机。
3）网络层（Network Layer）

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是"路径选择、路由及逻辑寻址"。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结，有关网络层的重点为：

　　1> 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；
　　2> 基本数据单位为IP数据报；
　　3> 包含的主要协议：
　　IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;
　　ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;
　　ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;
　　RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。
　　4> 重要的设备：路由器。

4）传输层（Transport Layer）

第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。有关网络层的重点：

1>?传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；
2> 包含的主要协议：TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）；
3> 重要设备：网关。

5）会话层

会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

6）表示层

表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。

7）应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

会话层、表示层和应用层重点：

1> 数据传输基本单位为报文；
2> 包含的主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）。

2.3?集线器

　　集线器（Hub）实质上是一个多端口的中继器，不能存储转发。它的每个接口仅仅简单地转发比特——收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测。若两个接口同时有信号输入（即发生碰撞），那么所有的接口都将收不到正确的帧。下图是具有三个接口的集线器的示意图。

集线器:?

2.4?交换机

　　以太网交换机的实质是一个多端口的网桥，在数据链路层使用MAC地址转发数据。通过引入路由功能，一些交换机也可以在网络层转发数据，这种交换机一般被称为三层交换机或者多层交换机。

　　以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。

　　交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

　　交换机对数据包的转发是创建在MAC地址——物理地址基础之上的，对于IP网络协议来说，它是透明的，即交换机在转发数据包时，不知道也无须知道信源机和信宿机的IP地址，只需知其物理地址。

　　交换机在操作过程当中会不断的收集资料去创建它本身的一个地址表，这个表相当简单，它说明了某个MAC地址是在哪个端口上被发现的，所以当交换机收到一个TCP/IP 数据包时，它便会查看该数据包的目的MAC地址，核对自己的地址表以确认应该从哪个端口把数据包发出去。由于这个过程比较简单，加上这功能由一崭新硬件进行——ASIC，因此速度相当快。一般只需几十微秒，交换机便可决定一个IP数据包该往哪里送。

　　如果目的地MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会把IP 数据包“扩散”出去，即把它从每一个端口中提交去，就如交换机在处理一个收到的广播数据包时一样。二层交换机的弱点正是它处理广播数据包的手法不太有效，比方说，当一个交换机收到一个从TCP/IP工作站上发出来的广播数据包时，他便会把该数据包传到所有其他端口去，哪怕有些端口上连的是IPX或DECnet工作站。这样一来，非TCP/IP节点的带宽便会受到负面的影响，就算同样的TCP/IP节点，如果他们的子网跟发送那个广播数据包的工作站的子网相同，那么他们也会无缘无故地收到一些与他们毫不相干的网络广播，整个网络的效率因此会大打折扣。