校园网基本原理

校园网基本原理

一、概述

计算机网络是指自主的计算机互联而成能完成信息共享的系统。

计算机网络是计算机和通信技术相结合的必然产物，它对计算机系统的组织和工作方式产生了深远的影响。脱离了网络的计算机已经不是一台完整的计算机了，难怪Sun 公司提出“网络就是计算机”。 根据网络覆盖范围的大小，把网络分成局域网（LAN ，Local Area Network ）、城域网（MAN ，Metropolitan Area Network ）和广域网（WAN ，Wide Area Network ）。

校园网（Campus Network ）介于局域网和城域网之间，一般覆盖几公里的范围。

校园网系统=布线系统+网络设备+计算机硬件设备+系统软件+应用软件

网络系统的目的是信息共享。根据功能的不同可以将网络系统分成两个部分：信息传输部分，负责信息在不同系统间的传输；信息处理部分，负责信息的存储和处理。其中传输部分包含布线系统和网络设备两个子系统。处理部分包含计算机硬件设备、系统软件和应用软件三个子系统。

布线系统主要是校园网中设备之间的各种连接介质，负责各个设备之间的信息传输。网络设备负责计算机系统之间的信息交换，计算机硬件设备，在相关的系统软件和应用软件控制下，负责信息的存储和处理。

二、网络运行原理

2.1 网络拓扑结构

拓扑结构是指网络上设备和连接介质是如何连接的。所有的网络设计都来源于3种基本的拓扑结构：总线型、星型和环型。

星型（树型）网络具有分层的结构化特点。如果星型网络上与集线器连接的一台计算机或电缆发生故障，那么只是此台计算机不能够发送或接收网络数据，网络的其余部分仍然能够正常工作。另外，每个节点跟集线器都有单独的传输线路，因此采用星型结构时，这些节点具有同时跟集线器通信的条件，传输速度可以很高。可以这就是为什么它现在被大量采用的主要原因。

实际工作的网络，经常采用多级星型结构，以便可以提供足够的端口连接所有的设备。

总线拓扑结构网络

星型拓扑结构网络 集线器（HUB ）/ 交换机（Switch ）

环型拓扑结构网络

2.2国际标准化组织的开放系统互连参考模型

网络系统必须按照严格的过程执行每一个任务，这些过程叫做协议。为了允许不同厂商生产的软硬件能进行通信，需要一个标准的协议。只有都遵循了同样标准协议的系统才能正常的通信。

国际标准化组织（ISO，International Standards Organization）发布的开放系统互连（OSI，Open System Interconnection）参考模型经常被用于描述网络互连环境。

OSI模型将网络通信分为7层，每一层都有着定义明确的网络功能，提供不同的服务。每一层都与相邻的上层和下层通信，并协调工作。

由于OSI

在校园网上以及Internet上广泛使用的TCP/IP协议，被分为4层。为了方便，我们一般讲第几层，都是针

OSI各层间的关系

对OSI 7层模型，比如3层交换机，就是指在OSI的第3层，即网络层对数据的处理。

在将数据从一层发送到另一层之前，数据将被切分成数据包。数据包是网络上从一个设备传送到另一个设备的一个单元的信息。网络按照分层顺序将数据包从一层传送到另一层，在每一层，软件都给数据包添加额外的格式或地址信息，软件将用这些信息正确地在网络上传送数据包。

在接收端，数据包以相反的顺序通过各层。各层的软件读取数据包中的信息，将多余的信息去掉，接着将数据包传往上一层。当数据包最终到达应用层时，地址信息已经被去掉，数据包已变成接收者可读的原有形式。

除了网络模型中的最底层，没有哪一层能同另一台计算机的对等层直接通信。发送计算机上的信息必须通过下面各层，然后通过电缆到达接收计算机，再沿各层上升，直到到达与发送计算机上发送信息的那层相同的层。例如，如果是计算机A的网络层发送信息，则信息将通过本地计算机的数据链路层和物理层向下，通过电缆，然后在接收方通过物理层和数据链路层到达它的目的地——计算机B的网络层。

2.3TCP/IP 协议介绍

TCP/IP 协议是Internet 上使用的协议，也是校园网上最重要的协议。

在TCP/IP 协议中，每个接口都至少有一个IP 地址，IP 地址是32比特，写成如202.38.64.1。计算机之间的通信必须要知道对方的IP 地址。每个IP 地址都有该IP 所在子网的掩码，掩码是32比特，连续的最高若干位是1，其余的为0。如果一个IP 地址同掩码的二进制与操作结果跟另一个IP 地址同掩码的二进制与操作结果相同，我们称它们在同一个子网内，它们之间的通信可以直接进行。否则称不在同一个子网内，它们之间的通信必须要经过3层设备，即路由器的转发。如202.38.64.1和202.38.64.50，掩码是255.255.255.0，他们是在一个子网上。而202.38.64.1和202.38.65.1，掩码是255.255.255.0，他们不是在一个子网上。这种控制实际上是由路由表来完成的。

在同一个子网上，机器互相之间的广播数据包都能收到，因此如果一个子网上的机器太多，网络上的广播包的增多，会影响到计算机的正常通信。在同一个子网内的机器称为在一个广播域中。一般一个子网内机器数不应超过250，而且这时使用掩码255.255.255.0，一个子网内最多为256个IP 地址，正好合适。另外，在一个子网内的机器可以设置任何该子网内的IP 地址，恶意的用户完全可以设置服务器的IP 地址来干扰正常的通信。因此，对于计算机较多的网络，往往划分成多个子网，这些子网之间的通信靠路由器转发。划分子网最重要的好处是管理性加强了。在实际应用中，一个子网对应一个VLAN （虚拟网），可以认为划分VLAN 就是划分子网。

由于IP 地址不方便人们记忆，所以可以给每台机器起一个名字，称为域名。如.cn ，其中www 是主机名，.cn 是机器所在的域名。计算机在访问由域名标示的机器时，由网络中的域名解析系统（主要是若干域名服务器）将名字转化为IP 地址。

为了区分同一个IP 地址（即同一台机器）上的不同服务，使用端口来标示特定的服务。端口范围从1到65535，常用的如SMTP （邮件发送）端口为25，HTTP （WWW 浏览）端口为80等。

三、网络布线系统

3.1 常见的传输介质

3.1.1 双绞线

最简单的双绞线是由两束互相交织在一起的绝缘铜线组成的。有两类双绞线：无屏蔽双绞线（UTP ）和屏蔽双绞线（STP ）。

几对双绞线经常合在一起，外面由一层保护性鞘包围，组成一根电缆。电缆中的实际双绞线对数各不相同。绞合在一起的两根线对外界电磁信号产生的感应信号能互相抵消，避免了来自别的地方的噪音干扰。 双绞线在施工时，单条链路不应超过100米，而且应该按照标准进行端接。常用的标准是TIA/EIA568A 或TIA/EIA 568B ，如下：

两边使用同样标准的线是直通线，是最常用的。两边使用不同标准的线是级联线，一般用于交换机跟交换机，或PC 机跟PC 机直接连接使用。

RJ-45连接器的TIA/EIA 568A 标准 8

7

6

5

4

3

2

1

RJ-45连接器

8线UTP RJ-45连接器的TIA/EIA 568B 标准

8 7 6 5 4 3 2

1 RJ-45连接器 8线UTP