智能交通網絡構建與管理/01項目一智能場站局域網部署項目一智能場站局域網部署隨著網絡和信息技術的高速發展和普及，信息化已經成為現代企業生存和發展的必備條件。智能場站的管理基礎是網絡構建與管理，絕大多數單位局域網的構建與管理都是由本單位系統管理員與系統集成公司共同完成。而局域網部署是網絡構建和管理的基礎。所以，局域網部署既是計算機網絡管理的基礎，又是作為網絡管理員和網絡工程師必須掌握的技術基礎。項目一智能場站局域網部署1．了解網絡分層結構和網絡拓撲結構；2．了解網絡設備、網絡介質的分類和選型；3．能運用PacketTracer軟件進行網絡互聯設備部署和配置；4．掌握局域網搭建的基本方法；5．掌握交換機、路由器的基本配置方法。項目一任務一智能場站網絡設備部署任務二網絡設備部署連線任務三網絡地址配置任務四網絡連通性測試任務五靜態路由配置任務六動態路由配置任務一智能場站網絡設備部署1．掌握局域網核心層、匯聚層和接入層的網絡互聯設備；2．熟練PacketTracer軟件的基本使用；3．操作PacketTracer軟件進行網絡互聯設備布置。任務一智能場站網絡設備部署課前學習任務單1.1任務一智能場站網絡設備部署學號姓名日期學習目標1．掌握局域網核心層、匯聚層和接入層的網絡互聯設備；2．熟練PacketTracer軟件的基本使用；3．操作PacketTracer軟件進行網絡互聯設備布置。序號內容引導問題1列出3個常見網絡設備，并簡述其主要功能及工作層次。

引導問題2簡述三層網絡結構中核心層、匯聚層、接入層的主要功能。

引導問題3簡述常見無線網構成及相關網絡設備。任務評價01040302基礎知識拓展知識Q&A實訓項目任務一智能場站網絡設備部署任務一1.1.1局域網局域網(LocalAreaNetwork，LAN)是計算機通信網絡的重要組成部分，它是在一個較小的范圍（一個辦公室、一幢樓、一個學校等），利用通信線路將眾多的計算機及外設連接起來，以達到資源共享、信息傳遞和遠程數據通信的系統。任務一1.1.1局域網局域網的組成大體由計算機設備、網絡互聯設備、網絡傳輸介質3大部分構成；其中，計算機設備包括服務器與工作站，網絡互聯設備主要包含交換機、路由器，網絡傳輸介質包括有線和無線，其中有線介質主要包括同軸電纜、雙絞線及光纜3類。局域網在設計和部署時，通常采用三層網絡結構，包括核心層、匯聚層、接入層。核心層是網絡的高速交換主干，主要選用高檔路由器和高帶寬的千兆以上交換機，其特性包括：可靠性、高效性、冗余性、容錯性、可管理性、適應性、低延時性等。匯聚層是在工作站接入核心層前先做匯聚，以減少核心層端口數量，一般選用支持三層交換技術和VLAN的交換機，具有實施策略、安全、工作組接入、虛擬局域網（VLAN）之間的路由、源地址或目的地址過濾等多種功能。接入層向本地網絡提供工作站接入，一般選用普通交換機，用于減少同一網段的工作站數量，向工作組提供高速帶寬。任務一1.1.2網絡層次劃分為了使不同計算機廠家生產的計算機能夠相互通信，以便在更大的范圍內建立計算機網絡，國際標準化組織ISO（InternationalOrganizationforStandardization）在1978年提出了“開放系統互聯參考模型”，即著名的OSI/RM模型（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）。它將計算機網絡體系結構的通信協議劃分為七層，自下而上依次為：（1）應用層（ApplicationLayer）提供應用程序間通信，單位：報文（Message）；（2）表示層（PresentationLayer）處理數據格式、數據加密等，單位：報文；（3）會話層（SessionLayer）建立、維護和管理會話，單位：報文；（4）傳輸層（TransportLayer）建立主機端到端連接，單位：段（Segment）；（5）網絡層（NetworkLayer）尋址和路由選擇，單位：包（Packet）；（6）數據鏈路層（DataLinkLayer）提供介質訪問、鏈路管理等，單位：幀（Frame）；（7）物理層（PhysicsLayer）比特流傳輸，單位：比特流（bitStream）；為了簡化模型，通常將標準OSI七層模型中的應用層、表示層、會話層合并為應用層，從而構成簡化的五層模型。此外，常見的網絡層次劃分還有TCP/IP四層模型，即將五層模型的數據鏈路層和物理層合并為網絡接口層，將網絡層定義為網際層。任務一1.1.2網絡層次劃分常見網絡互聯設備按層次劃分，包括工作在物理層的中繼器、集線器；工作在數據鏈路層的網橋、交換機；工作在網絡層的路由器和三層交換機，以及工作在傳輸層和應用層的網關。當前中繼器、集線器和網橋已經很少使用，在網絡互聯中使用較多的是路由器和交換機（含三層交換機）。任務一1.1.3交換機（Switch）交換機是一種高性能、多端口的基于MAC地址識別的網絡設備，具有自動尋址、數據交換等功能，標準的二層交換機工作在數據鏈路層，三層交換機工作在網絡層。任務一1.1.3交換機（Switch）當交換機收到數據時，會自動檢查它的目的MAC地址，然后把數據從目的主機所在的接口轉發出去。交換機之所以能實現這一功能，是因為交換機內部有一個MAC地址表，MAC地址表記錄了接入在該交換機上所有終端設備的MAC地址與該交換機各端口的對應信息。某一數據幀需要轉發時，交換機根據該數據幀的目的MAC地址來查找MAC地址表，從而得到該地址對應的端口，即知道具有該MAC地址的設備是連接在交換機的哪個端口上，然后交換機把數據幀從該端口轉發出去。交換機的工作原理任務一1.1.3交換機（Switch）（1）交換機根據收到數據幀中的源MAC地址建立該地址同交換機端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。（2）交換機將數據幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉發。（3）如數據幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉發。這一過程稱為泛洪（flood）。（4）廣播幀和組播幀向所有的端口轉發。交換機的工作原理任務一1.1.3交換機（Switch）任務一1.1.3交換機（Switch）假設主機PC1向主機PC7發送一個數據幀，該數據幀被送到交換機后，交換機首先查MAC地址表顯示如表1.1.1所示，發現主機PC7連接在E0/24接口上，就將數據幀從E0/24接口轉發出去。任務一1.1.3交換機（Switch）為快速轉發報文，以太網交換機需要建立和維護MAC地址表。交換機采用源MAC地址學習的方法建立MAC地址表。（1）交換機初始狀態——交換機的初始狀態MAC地址表為空MAC地址表的構建過程任務一1.1.3交換機（Switch）（2）地址表源MAC地址學習當計算機PC1要發送數據幀給計算機PC6時，因此時地址表是空的，交換機將向除PC1連接端口E0/1以外的其他所有端口轉發數據幀。在轉發之前，首先檢查該數據幀的源MAC地址（00-10-B5-4B-30-85），并在交換機的MAC地址表中添加一條記錄（00-10-B5-4B-30-85，E0/1）使之和端口E0/1相對應。（3）計算機PC6接收數據幀計算機PC6收到發送的數據幀后，用該數據幀的目的MAC地址和本機的MAC地址比較，發現PC1找的正是它，則接收該數據幀，其他計算機丟棄數據幀。MAC地址表的構建過程任務一1.1.3交換機（Switch）計算機PC6回復PC1時，交換機直接從端口E0/1轉發，并學習到（00-10-B5-4B-30-65）為PC6連接的端口，將其添加到地址表中MAC地址表的構建過程任務一1.1.3交換機（Switch）交換機的其他端口利用源MAC地址學習的方法在MAC地址表中不斷添加新的MAC地址與端口號的對應信息。直到MAC地址表添加完整為止。為了保證MAC地址表中的信息能夠實時地反映網絡情況，每個學習到的記錄都有一個老化時間，如果在老化時間內收到地址信息則刷新記錄。對沒有收到相應的地址信息的則刪除該記錄。例如，計算機PC6停止了和交換機通信，達到老化時間后，交換機會將其對應的記錄從MAC地址表中刪除。也可以手工添加交換機的MAC地址表的靜態記錄，手工配置的靜態記錄沒有老化時間的限制。由于MAC地址表中對于同一個MAC地址只能有一條記錄，所以如果手工配置了MAC地址和端口號對應關系后，交換機就不再動態學習這臺計算機的MAC地址了。MAC地址表的構建過程任務一1.1.3交換機（Switch）交換機可以為每個端口提供專用的帶寬，并允許多對節點同時按端口的帶寬傳遞信息，每個端口都可視為獨立網絡，相互通信的雙方獨享全部帶寬。由一個16口100Mbps交換機組成的交換式以太網，可以為每個端口提供100Mbps的專用帶寬，則該交換機的最大數據流通量為16×100M=1600bps；若該交換機為全雙工工作方式，則該交換機的最大數據流通量為16×2×100M=3200bps。交換機的帶寬任務一1.1.3交換機（Switch）（1）端口分為單MAC地址和多MAC地址端口。單MAC地址端口只連接一臺計算機或服務器。而多MAC地址交換機則可以用來連接集線器或交換機等共享設備，這類端口就被稱為共享端口。端口密度是指交換機提供的端口的數目，交換機的端口密度一般為8的倍數，例如，8口、24口等交換機的性能參數任務一1.1.3交換機（Switch）（2）業務接口分為普通接口和上行匯聚端口。（3）主板（背板）主板（背板）交換容量的大小決定交換機的最大交換容量，它是交換機性能的一個重要指標。（4）主處理器主處理器（CPU）是交換機運算的核心部件，CPU的主頻決定了交換機的運算速度。交換機的性能參數任務一1.1.3交換機（Switch）（5）FLASHFLASH能提供永久存儲功能，用于保存交換機的配置文件和系統文件。（6）MAC地址的數量交換機能夠記住連接到各端口的計算機網卡的物理（MAC）地址，不同的交換機記住的MAC地址數量也不同。單MAC地址端口只能記住一個地址，多MAC地址端口的交換機一個端口記住的地址較多。中高檔交換機可以有2k、4k或8k的地址空間。交換機的性能參數任務一1.1.3交換機（Switch）（1）廣義上交換機的分類廣義上交換機分為廣域網交換機和局域網交換機兩類。廣域網交換機主要應用于電信領域。（2）局域網交換機的分類局域網交換機又可以分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等多種，它們分別適用于以太網、快速以太網、FDDI、ATM和令牌環網等環境。（3）根據架構特點分類分為機架式、帶擴展槽固定配置式、不帶擴展槽固定配置式三種產品。交換機的分類任務一1.1.3交換機（Switch）（4）從應用規模上交換機的分類分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等，各廠商劃分的標準并不完全一致。一般支持500個信息點的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。交換機的分類任務一1.1.3交換機（Switch）（5）根據應用不同交換機的分類核心層：核心層是所有流量的最終承受者和匯聚者，所以對核心層的設計以及網絡設備的要求十分嚴格，核心層設備將占投資的主要部分。匯聚層（分布層）：匯聚層的功能主要是連接接入層節點和核心層中心。匯聚層設計為連接本地的邏輯中心，仍需要較高的性能和比較豐富的功能。接入層：通常將網絡中直接面向用戶連接或訪問網絡的部分稱為接入層。（6）交換機按其可管理性的分類分為可管理型交換機和不可管理型交換機，區別是在于SNMP、RMON等網管協議的支持。交換機的分類任務一1.1.3交換機（Switch）（7）按照OSI七層網絡模型交換機的分類分為二層、三層、四層一直到七層交換機?；贛AC地址工作的第二層交換機最為普遍，二層交換機識別的是數據鏈路層的PDU，也就是幀（Frame），用于網絡接入層和匯聚層?；贗P地址和協議進行交換的第三層交換機普遍應用于網絡的核心層，也少量應用于匯聚層，識別的是網絡層的PDU，也就是數據包（Packet）。第四層以上的交換機稱之為內容型交換機，主要用于互聯網數據中心。交換機的分類任務一1.1.4路由器路由表中存放所連接子網的狀態信息。例如，網絡上路由器的數目、鄰居路由器的名字、路由器的網絡地址和相鄰路由器之間的距離等信息。而路由協議的作用是根據路由算法生成路由表。（1）靜態（Static）路由表靜態路由表是由網絡管理員根據網絡配置的情況，事先設置固定不變的路由表。（2）動態（Dynamic）路由表動態路由表是能根據網絡拓撲、負載的改變等情況自動調整的路由表。通常都是使用動態路由表，靜態路由表較少使用。路由表任務一1.1.4路由器（1）路由信息協議RIP，是最簡單的路由協議，它采用距離向量算法來選擇路由。RIP收集所有可到達目的地的不同路徑，并且保存有關到達每個目的地的最少站點數的路徑信息，除到達目的地的最佳路徑外，其余信息均予以丟棄。同時路由器也把所收集的路由信息用RIP協議通知相鄰的其它路由器。RIP協議的優點是簡單、可靠，便于配置。但它只適用于小型的同構網絡，并且該協議容易造成網絡廣播風暴。（2）最短路徑優先協議OSPF，是一種基于鏈路狀態的路由協議，它需要每個路由器向其同一管理域的所有其它路由器發送鏈路狀態廣播信息，包括所有接口信息、量度和其它一些變量等。然后再根據一定的路由選擇算法計算出到達每個站點的最短路徑。常用路由協議任務一1.1.4路由器路由器工作在網絡層，它將數據鏈路層的數據幀“封裝”到含有路由和控制信息的數據包中，并在公共數據網中傳輸。當路由器收到一個數據包后，讀出其中的源和目標網絡地址（如IP地址），然后根據路由表中的信息，利用復雜的路由算法，為數據包選擇合適的路由，并轉發該數據包。數據包到達目標節點前的路由器后，再將其分解為數據鏈路層所認識的數據幀，并把它傳輸到目標節點。路由就是根據路由表中的信息自動選擇其中的一條最佳路徑，而路由表是根據路由算法生成的路由器的工作原理任務一1.1.5網關網關(Gateway)又稱網間連接器、協議轉換器。網關在網絡層以上實現網絡互連，是復雜的網絡互連設備，它用于兩個異構網絡的互聯，所聯的網絡可以使用不同的格式、通信協議或結構，網關不能完全歸為一種網絡硬件，它是能夠連接不同網絡的軟硬件結合的產品，安裝了防火墻軟件的計算機就是一種網關。任務一1.1.5網關（1）電子郵件網關（2）局域網協議轉換網關（3）Internet網關（4）支付網關（5）IBM主機網關（6）公用網關接口CGI（7）VOIP(VoiceoverIP)語音網關（8）安全網關（9）綜合網關網關分類任務一1.1.5網關TCP/IP協議里的網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址。比如有網絡A和網絡B，網絡A的IP地址范圍為～54，子網掩碼為；網絡B的IP地址范圍為～54，子網掩碼為。在沒有路由器的情況下，兩個網絡之間是不能進行TCP/IP通信的，即使是兩個網絡連接在同一臺交換機上，TCP/IP協議也會根據子網掩碼（）與主機的IP地址作“與”運算的結果不同判定兩個網絡中的主機處在不同的網絡里。

TCP/IP協議的網關任務一1.1.5網關

TCP/IP協議的網關要實現這AB網絡之間的通信，則必須通過網關。如果網絡A中的主機發現數據包的目的主機不在本地網絡中，就把數據包轉發給它自己的網關，再由網關轉發給網絡B的網關，網絡B的網關再轉發給網絡B的某個主機。任務一1.1.6無線局域網無線局域網(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)指應用無線通信技術將計算機設備互聯起來，構成可以互相通信和實現資源共享的網絡體系。無線局域網本質的特點是不再使用通信電纜將計算機與網絡連接起來，而是通過無線的方式連接，從而使網絡的構建和終端的移動更加靈活。任務一1.1.6無線局域網無線網絡分類（1）無線個人網WPAN，標準是IEEE802.15，代表是藍牙。（2）無線局域網WLAN，標準是IEEE802.11系列。（3）無線城域網WMAN，基于IEEE802.16。（4）無線廣域網WWAN，基于IEEE802.20，代表是移動、聯通的無線網絡，發展速度更快。任務一1.1.6無線局域網

WLAN的互聯（1）網橋連接型：無線網橋提供物理層、數據鏈路層連接和路由選擇等，利用它實現點對點連接。（2）基站接入型：移動站通過AP自行組網，還可以通過廣域網與遠地站點組建網絡。（3）無中心結構：網絡中任意兩個站點可直接通信，使用公用廣播信道。任務一1.1.6無線局域網

WLAN硬件設備（1）無線網卡無線網卡和以太網網卡的作用基本相同，它作為計算機連接WLAN的接口，在無線信號覆蓋區域中，以無線電信號方式接入到WLAN。（2）無線AP和無線路由器AP有點對點、點對多點、中繼連接三種工作方式。任務一1.1.6無線局域網

WLAN硬件設備理論上一個AP可以支持一個C類地址（可連接254個無線站點），但建議一個AP連接15～25臺無線工作站為宜。單純型AP無路由功能，相當于無線集線器。而擴展型AP就是無線路由器，它功能比較全面，大多數擴展型AP具有路由、DHCP和防火墻等功能。任務一1.1.6無線局域網

WLAN硬件設備——無線AP功能方面無線AP一般連接到有線交換機或路由器上，為與它連接的無線網卡分配IP。無線AP的覆蓋范圍是一個向外擴散的圓形區域，無線客戶端與無線AP的直線距離最好不要超過30m。無線路由器是單純型AP與寬帶路由器的一種結合體，它利用路由器功能，使無線網絡中的計算機能進行Internet連接共享。所以，無線路由器就是AP、路由功能和交換機的集合體，支持有線、無線組成同一子網。任務一1.1.6無線局域網應用方面AP在那些需要進行大面積覆蓋的公司使用較多，所有AP通過以太網（有線）連接起來并連到獨立的無線局域網防火墻。無線路由器在SOHO的環境中使用得比較多，這種環境下一個AP就足夠了。無線路由器一般包括網絡地址轉換（NAT）功能，以支持無線局域網用戶的共享連接。大多數無線路由器有四個端口的以太網連接口。

WLAN硬件設備——無線AP任務一1.1.6無線局域網組網方面AP不能直接與網絡轉換設備（例如ADSLModem、光纖收發器等）相連，使用時必須通過一臺交換機（或者集線器）來連接。無線路由器由于具有寬帶撥號的能力，因此可以直接與網絡轉換設備連接并進行寬帶共享。如果都是連接到Intranet（如校園網、企業網），則連接到AP的無線用戶的IP地址為Intranet內部的網絡地址，而連接到無線路由器的無線用戶的IP地址，一般為內部保留地址（如192.168.1.x）等。

WLAN硬件設備——無線AP01040302基礎知識拓展知識Q&A實訓項目任務一智能場站網絡設備部署任務一1.1.7

OSI七層網絡模型國際標準化組織（ISO）是一個全球性的非政府組織，是國際標準化領域中一個十分重要的組織。ISO的主要任務是促進全球范圍內的標準化及其有關活動的開展，以利于國際間產品和服務的交流以及在知識、科學、技術和經濟活動中發展國際間的相互合作。ISO制定了網絡通信的標準，即開放系統互連（OSI）模型。任務一1.1.7

OSI七層網絡模型（1）物理層（PhysicalLayer）激活、維持、關閉通信端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。該層為上層協議提供了一個傳輸數據的可靠的物理媒體。簡單的說，物理層確保原始的數據可在各種物理媒體上傳輸。物理層記住兩個重要的設備名稱，中繼器（Repeater，也叫放大器）和集線器。（2）數據鏈路層（DataLinkLayer）數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網絡層提供服務，其最基本的服務是將源自網絡層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網絡層。任務一1.1.7

OSI七層網絡模型（3）網絡層（NetworkLayer）網絡層的目的是實現兩個端系統之間的數據透明傳送，具體功能包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。它提供的服務使傳輸層不需要了解網絡中的數據傳輸和交換技術。網絡層中涉及眾多的協議，其中包括最重要的協議，也是TCP/IP的核心協議——IP協議，提供不可靠、無連接的傳送服務。IP協議的主要功能有：無連接數據報傳輸、數據報路由選擇和差錯控制。與IP協議配套使用實現其功能的還有地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、因特網報文協議ICMP、因特網組管理協議IGMP。任務一1.1.7

OSI七層網絡模型（4）傳輸層（TransportLayer）第一個端到端，即主機到主機的層次。傳輸層負責將上層數據分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外，傳輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。傳輸層的任務是根據通信子網的特性，最佳的利用網絡資源，為兩個端系統的會話層之間，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責端到端的可靠數據傳輸。在這一層，信息傳送的協議數據單元稱為段或報文。網絡層只是根據網絡地址將源結點發出的數據包傳送到目的結點，而傳輸層則負責將數據可靠地傳送到相應的端口。（5）會話層會話層管理主機之間的會話進程，即負責建立、管理、終止進程之間的會話。會話層還利用在數據中插入校驗點來實現數據的同步。（6）表示層表示層對上層數據或信息進行變換以保證一個主機應用層信息可以被另一個主機的應用程序理解。表示層的數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等。（7）應用層為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。任務一1.1.7

OSI七層網絡模型任務一1.1.8

TCP/IP工業標準TCP/IP概述TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）傳輸控制協議/網際協議是指能夠在多個不同網絡間實現信息傳輸的協議簇，而TCP和IP是其中的兩個主要協議。1980年，ARPAnet的所有機器都使用TCP/IP協議，并建立了Internet。為推廣TCP/IP協議，ARPA以低價出售TCP/IP的使用權，還資助一些機構來開發應用于UNIX操作系統中的TCP/IP協議。TCP/IP使用范圍廣，既可用于廣域網，又可用于局域網、內部網和外部網等各種網絡中，TCP/IP協議已成為事實上的國際標準和工業標準。任務一1.1.8

TCP/IP工業標準TCP/IP體系結構TCP/IP協議在一定程度上參考了OSI的體系結構。OSI模型共有七層顯然是有些復雜的，所以在TCP/IP協議中，它們被簡化為了四層次，但實際上只定義了網際層、傳輸層和應用層三層，網絡接口層實際上并不是TCP/IP中的一部分，顯示如圖1.1.9所示?！艟W絡接口層：Ethernet、ATM、FDDI、X.25、PPP、Token-Ring◆網際層：IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP◆傳輸層：TCP、UDP◆應用層：HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、Telnet、RPC、DNS、Ping任務一1.1.8

TCP/IP工業標準任務一1.1.9

IEEE802局域網標準1980年，DEC、Intel和Xerox三家公司組成的企業聯盟DIX，共同起草制訂了以太網（Ethernet）規范，后來作為802.3標準被IEEE所采納，成為國際公認標準。任務一1.1.9

IEEE802局域網標準（1）IEEE802局域網標準OSI/RM和TCP/IP針對廣域網制定的，而IEEE802針對的是局域網。IEEE802的發展不同于廣域網，局域網廠商一開始就按照標準化、互相兼容的方向發展。局域網的拓撲結構非常簡單，數據傳輸不經過中間節點的轉發。IEEE802只定義了物理層和數據鏈路層兩層，而沒有定義網絡層。對于流量控制、差錯控制等功能，就在數據鏈路層中的LLC中實現了，高層協議主要由操作系統去處理。任務一1.1.9

IEEE802局域網標準（2）IEEE802局域網體系結構◆物理層主要完成編碼、解碼、時鐘同步、發送和接收數據、載波檢測及