1.1 局域网组网基础

局域网，顾名思义就是在局部区域内使用的计算机网络，在局域网中，计算机及其他网络设备一般分配在有限的地理范围内。网吧和学校机房是较为典型的局域网，从这两种局域网中可以明显看到局域网的一般特征：通信距离一般在几千米以内，速度在10-1000Mbps。

如果想要组建一个局域网，那么应该从硬件和软件两方面来准备和考虑，需要什么样的硬件，这些硬件之间如何连通，各自的作用如何都是首先要考虑的问题。其次从软件来说，则是在硬件连通的基础上，如何实现计算机之间的通信。由此可见，创建一个实用的局域网必须使用四项基本网络技术，它们分别是拓扑结构、传输介质、网络操作系统和网络逻辑结构。

现在被广泛使用的局域网是以太网（Ethernet），可以说局域网的拓扑结构决定了它的工作原理和数据传输方法，因此，一旦选定某种局域网的拓扑结构，就要同时选择一种适合于该拓扑结构的工作方法和信息的传输方式。

在讲解拓扑结构之前，应该对必要的网络设备做一个简单的介绍，一般来说，局域网由网线、网卡、集线器HUB、交换机、路由器等组成，下面一一进行介绍。

1.1.1 网线、网卡

网络中所使用的网线可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。屏蔽双绞线（STP）外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率。而非屏蔽双绞线（UTP）无金属屏蔽材料，只有一层绝缘胶皮包裹，价格比较便宜，组网灵活。一般来说，除某些特殊场合（如受电磁辐射严重、对传输质量要求较高等）在布线中使用屏蔽双绞线外，一般情况下都采用非屏蔽双绞线。

现在使用的UTP可分为3类、4类、五类和超五类四种。其中3类UTP适应了以太网（10Mbps）对传输介质的要求，是早期网络中重要的传输介质。4 类 UTP 因标准的推出比 3类晚，而传输性能与3类UTP相比并没有提高多少，所以一般较少使用。五类UTP因价廉质优而成为快速以太网（100Mbps）的首选介质。而超五类 UTP 则适用于千兆位以太网（1000Mbps）。

五类UTP网线的内部结构如图1-1所示。

网卡也叫网络适配器，英文全称为Network Interface Card，简称NIC，网卡是局域网中最基本的部件之一，它是连接计算机与网络的硬件设备。无论是双绞线连接、同轴电缆连接还是光纤连接，都必须借助于网卡才能实现数据的通信，网卡是计算机连接网络的出口设备。网卡负责将用户要传递的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式，并通过网络介质进行传输。

网卡的主要工作原理是通过将计算机要发送的数据进行编码，并将该数据分解成适当大小的数据包后，发往网线。对于网卡而言，每个网卡都有一个IP地址，每个网卡都有一个唯一的网络节点地址，这个地址称之为MAC地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中的，全球唯一且绝对不会重复，典型的独立网卡如图1-2所示。

网卡一般有独立和集成两种，独立网卡NIC插在计算机主板PCI插槽中，集成网卡则在主板中集成了该功能，二者都需要具备网卡驱动程序和I/O（输入输出）技术，驱动程序必须与网络操作系统兼容才能实现PC与网络的通信。I/O（输入输出）技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。

我们日常使用的网卡都是以太网网卡。目前网卡按其传输速度来分可分为 10M 网卡、10/100M 自适应网卡以及千兆（1000M）网卡。如果只是作为一般用途，如日常办公等，比较适合使用10M网卡和10/100M自适应网卡两种。如果应用于服务器等产品领域，就要选择千兆级的网卡。

1.1.2 集线器（Hub）

集线器，英文名又称 Hub，是早期普遍使用的对网络进行集中管理的硬件设备，中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以延长网络的传输距离。而Hub的实质就是一个中继器，属于共享型设备，如图1-3所示。

所谓共享型设备，就是指在由一个端口向另一个端口发送数据时，其他端口就处于“等待”状态。当准备发送数据时，在Hub内部就建立了这么一条公共通道，因为其他端口都处于“等待”状态，所以此时只有这条公共通道可以使用。

其实集线器内部就是一个小型的“总线”型结构，我们拿4口Hub举例来说，当端口A向端口B发送数据包时，其实端口A是在向B、C、D发送数据广播，当B端口接收到该数据后，通过核对目的地址后，B 端口接收该数据。而 C、D 其实也接收到了该数据，只不过因为目的地址不对而拒绝接收。因此，在此过程中 C、D 端口是被占用的，是无法进行其他数据通信的。

由此可以看出在集线器工作时，由于网内所有设备的通信都必须通过它而进行，所以，如果有10 台机器使用Hub 组建了局域网，那么如果总速度是100Mbps，每台机器其实只能使用10Mbps的速度，这也就是我们经常听到的Hub“分带宽”。这也导致了在繁重的网络中， Hub的效率十分低下。很明显，在要求速度和效率的网络中是不会使用集线器的。

1.1.3 交换机（Switching）

交换机是在Hub的基础上发展起来的，最早起源于电话系统。为了便于读者理解，先来看一下电话的交换流程。在程控交换机出现之前，内部电话系统如果要向本系统的外部打一个电话，首先要先接通接线生，告知接线生我要打外线，那么接线生就会将线头插在相应的外部出口上，这样内部才能拨通外部电话，其实这个过程就是通过人工方式建立起来的交换。

后来出现的程控交换机就是自动地建立内部与外部连接的一种交换设备。网络交换机其实也就是自动建立网络通道的一种交换设备。

在计算机网络系统中，交换的概念是针对Hub的共享工作模式改进的。因为Hub本身不能识别目的地址，当同一局域网内的主机之间传输数据时，数据包是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，同一时刻网络上只能传输一组数据帧。

而交换机则不同，它本身具有一定的智能化功能，它的每一个端口都会与连接到该端口的计算机的网卡 MAC 硬件地址建立一一对应的关系。这种关系我们称之为地址对照表。网络交换机如图1-4所示。

当交换机的一个端口收到数据包以后，交换机就会查找内存中的地址对照表以确定目的网卡的 MAC 硬件地址挂接在哪个端口上，通过内部交换迅速将数据包传送到目的端口。这样就能在交换机内部同时建立多条通信通道。因此相比Hub，交换机速度更快，不会产生“分带宽”的情况。而且在传输过程中，如果目的 MAC 地址不存在，那么交换机才会将该消息广播到所有的端口，而且如果有接收端口回应，交换机就会在地址对照表中增加该新的地址，从而起到“学习”的目的。

通过交换机的这种学习和比对，可以看到交换机只允许必要的网络流量通过，通过交换机的过滤和转发，本身可以过滤很多垃圾信息，避免大量的网络广播所形成的广播风暴，减少误包和错包，从而从根本上提高了工作效率，充分地利用了有限的带宽资源。

1.1.4 路由器（Router）

笔者记得第一次学习网络知识接触路由这个概念时，实在是有些摸不着头脑，究其原因一是看到路由这个名字颇有些奇怪，其次那时还没有出现家庭使用的路由器，大家都没有见过，相对神秘。

因为现在家庭中组网基本都使用路由器，而且无线路由器也非常普遍。如今讲解路由器，相信会比笔者那时学习相对简单一些。但是笔者认为，现在的家庭路由器严格意义上讲并不是我们要说的大型路由器，仅仅是具有一定路由功能的交换机而已。笔者认为讲解这两种路由器应该分开讲解，不然很容易发生混淆。

家庭路由器如图1-5所示。

首先来讲解非家庭使用的路由器，要解释路由器的概念，首先得知道什么是路由。所谓“路由”，就是“通路的经由”，也就是说一个数据从一个地方传送到另一个地方时所要经过的各个节点和经过节点时所发生的行为和动作。而路由器正是执行这种行为动作的机器，是一种连接多个网络或网段的网络设备，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。

而对于家庭路由器来说，笔者查遍了所有的资料仍然也没有一个明确的概念，在此笔者试图对家庭路由器做一个定义，笔者认为家庭路由器是具备Web集中管理，适应多种网络接入方式，具有包过滤、动态IP分配，能够同时管理多台主机的网络复合设备。