实验项目6 以太网组建与平滑升级改造
【预备知识】
1）共享式以太网
共享式以太网是使用集线器或共用一条总线的以太网，采用CSMA/CD的机制进行传输控制，共享式以太网的典型代表是10Base2、10Base5总线型网络和以集线器为核心的10Base-T的星型网络。集线器所有端口都要共享同一带宽，每个用户的实际可用带宽，随着网络用户数的增加而递减。这是因为当信息传输频繁时，资源使用冲突将会很频繁，多个用户可能同时“争用”一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用。所以，大量的用户经常处于“监听、等待”状态，严重影响了网络的性能。
集线器是一个共享网络设备，每个时刻只能有一个端口发送数据。集线器不处理和检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质，其结果形成一个单一的冲突域和广播域。如果一个节点发送数据，集线器就会将这个数据广播给所有同它连接的节点。当以太网中有两个或多个站点同时进行数据传输时，将会产生冲突。当网络节点过多时，冲突将会频繁出现。所以，利用集线器连接的共享式以太网限制了以太网的可扩展性。共享式以太网工作的主要特点有以下3点：
（1）共享式以太网是基于广播方式发送数据，共享带宽，当节点数量过多时，冲突增加，可用带宽降低。
（2）共享式以太网是一种基于介质“争用”的网络技术，存在介质访问竞争问题。同一时刻只能有一个节点发送数据，节点之间产生竞争。
（3）在共享式以太网中，网络设备之间应保持相同的速率，支持多种速率需要集线器支持不同的速率，如10/100Mbit/s自适应集线器。
2）交换式以太网
交换式以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单位，以以太网交换机为核心构成的网络。
交换式以太网基本上解决了共享式以太网所带来的问题，它运行多对节点同时通信，每个节点可以独占传输通道和带宽。交换机直连的交换式以太网，每个节点独占端口，网络吞吐量和性能大幅提升。交换机提升网络性能的主要原因是每个端口独占带宽、没有冲突和全双工操作。
（1）独占带宽。每个节点都能够独自使用一条链路，不会产生冲突，它从根本上解决了网络冲突降低带宽的问题。
（2）无冲突。交换机隔离了冲突域，每个端口自成一个冲突域，每个端口都彼此独立，不同端口的节点之间不会产生冲突，消除了节点之间的介质竞争机制。节点之间不会发生冲突，提高了网络的吞吐量。
（3）全双工通信。交换机使网络运行于全双工的以太网环境中，设备之间无冲突，发送速度提高。
3）对等网
以太网有很多种组网方式，对等网是最常见的，也是最基本的一种组网方式。对等网是指规模比较小，一般由几十台以内的计算机构成的局域网。对等网中各终端组成一个工作组，也称为工作组网。因此，在对等网组建时，需要对工作组进行配置，对等网各主机之间分享网络资源。对等网结构简单，网络成本低，网络建设和维护容易，易于实现，组网方式灵活，可以选用的传输介质较多，常见的传输介质是双绞线。对等网结构中的节点功能一样，地位平等，没有客户端和服务器之分，既可以为其他节点提供服务，也能访问其他节点，各节点间能进行简单的共享访问。
4）基于服务器网络
基于服务器网络也称为客户端/服务器网络，即C/S网络，是客户端向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式。C/S结构的网络性能很大程度上取决于服务器的性能和客户端的数量。
【实验目的】
1）掌握共享式以太网的组建和交换式以太网的组建。
2）掌握对等网和基于服务器网络的组建。
3）掌握共享式以太网平滑升级到交换式以太网的方法。
4）能够分析和排除简单的网络故障。
【背景描述】
假设某公司最初只有5人，从原来的办公室搬迁到新办公室，需要重新组建一个小型的局域网。为了节约开支，公司要求必须利用原来旧的集线器，刚入职的小希就着手开始组建局域网。
公司发展速度很快，公司职员和业务急剧增长。一期建设的共享式局域网已经不能满足公司的实际需求，随后进行公司二期网络建设和三期网络建设。
【实验设备】
1）双绞线1箱，工具1套。
2）一期网络建设：PC机5台，旧的集线器1台。
3）二期网络建设：PC机若干，百兆交换机1台。
4）三期网络建设：PC机若干，千兆交换机2台，服务器1台。
5）为了便于实验，建议采用Packet Tracer模拟软件。
【实验内容及步骤】
6.1 一期网络建设（共享式以太网）
1）网络拓扑设计
经过小希的调研和需求分析，在利用旧系统的基础上，决定建设共享式以太网，网络拓扑结构设计，如图6-1所示。由于集线器的数据传输速率只有10Mbit/s，因此，按照10Base-T的标准建设一期共享式以太网，可以满足公司的资源共享和信息传递。
2）制作双绞线安装网络设备，并互联
制作双绞线，测试成功后，按照图6-1所示的共享式以太网拓扑结构设计，连接、安装计算机和集线器。
3）规划设计IP地址等网络参数
将安装有Windows操作系统的每台计算机按表6-1所示，设置IP地址、子网掩码、主机名称和工作组名称。在实际操作系统中，IP地址、主机名称和工作组名称的配置和管理如下：
图6-1 共享式以太网拓扑图
表6-1 主机网络参数规划
（1）配置IP地址。打开计算机的【控制面板】→【网络和共享中心】，单击“更改网络适配器设置”，选中“本地连接”，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开本地连接属性对话框。双击“Internet 协议版本4（TCP/IPv4）”，打开“Internet协议版本4（TCP/IPv4）属性”对话框，设置IP地址等信息，如图6-2所示。
图6-2 “Internet协议版本4（TCP/IPv4）属性”对话框
（2）配置计算机名称和工作组名称。选中“计算机”图标，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开相应的对话框，单击“更改设置”，打开“系统属性”选项卡，单击“网络ID”按钮，打开“加入域或工作组”对话框，选中“这台计算机是商业网络的一部分，用它连接到其他工作中的计算机”单选项，单击“下一步”按钮，选中“公司使用没有域的网络”单选项，单击“下一步”按钮，键入计算机工作组名为“WS”，如图6-3所示。单击“下一步”按钮，在打开的对话框中单击“完成”按钮，重启计算机即可生效。
计算机名称更改在打开的计算机“系统属性”选项卡中，单击“更改”按钮，打开“计算机名/域更改”对话框，如图6-4所示，输入计算机名称“PC1”，选中“工作组”单选项，在相应的文本框中输入“WS”，单击“确定”按钮，重启计算机即可完成。
图6-3 加入域或工作组对话框
图6-4 “计算机名/域更改”对话框
4）网络测试
网络参数配置完成后，进行网络系统调试，并调试和记录网络相关信息。
用ping命令互相测试，查看ping通结果，查看网络传输基本性能，是否存在网络延迟过大的问题。将测试结果填写在表6-2中。在实际应用中，打开任何一台计算机上的网上邻居，查看该工作组的计算机是否齐全，可以快速判断网络连通情况。
表6-2 ping测试结果
假如小希一时疏忽，将PC3的IP地址设置为192.168.10.3，子网掩码设置为255.255.255.0。请按上述步骤记录测试结果_________________________________________________。
5）经过测试和调试，可以进行文件共享（请参见实验项目：文件共享与用户管理）和数据通信，共享式以太网的组建就完成了。其实，这个共享式以太网也是一个对等网。
6.2 二期网络建设（交换式以太网）
1）二期网络规划设计
随着公司职员人数和业务的增长，网络传输速率变慢。这是因为共享式以太网是一种介质“争用”技术，基于广播的方式发送数据，共享带宽，当节点数量过多时，冲突增加，带宽降低。网络管理员小希充分考虑了一期网络建设的情况，在此基础上，进行平滑的升级改造。在不改变网络拓扑和综合布线的基础上，将原来旧的集线器用新买的百兆交换机替换，更换不支持百兆速率的计算机网卡。这样就实现了从十兆共享式以太网向百兆交换式以太网平滑升级，即从10Base-T升级到100Base-T，数据传输速率和性能大大提高了。交换式以太网拓扑结构如图6-5所示。
图6-5 交换式以太网拓扑图
2）更换部分不支持百兆速率的网卡，用新买的交换机替换集线器。
3）更新网络参数配置。
对更换网卡的计算机重新设置IP地址等信息。更新原有的设置不合理的IP地址信息，具体信息如表6-3所示。
表6-3 主机网络参数规划
4）网络测试
按照上述方法和步骤进行网络系统调试，并调试和记录网络相关信息：______________________________________________________________________________________________________________。
5）经过测试和调试，可以进行文件共享和数据通信，至此，交换式以太网的组建已完成，网络性能大大提高，而且升级改造成本不算太高。事实上，该交换式以太网也是一个对等网。
6.3 三期网络建设（基于服务器的交换式以太网）
1）三期网络规划设计。随着公司职员人数和业务量的继续增长，网络中的数据集中存储和管理的需要也越来越明显。网络管理员充分考虑了二期网络建设的情况，并在此基础上，进行平滑的升级改造。在不改变网络拓扑和综合布线的基础上，继续保持原有的百兆快速以太网（100Base-T），新增的设备采用千兆以太网（1000Base-T）标准建设，新布线采用超5类双绞线或6类双绞线，这样升级的以太网可以工作于100Mbit/s和1000Mbit/s两种速率下，也就是按照“千兆骨干、百兆桌面”的原则升级网络。新购置100/1000Mbit/s自适应交换机和服务器各1台，交换机用于网络节点扩展，服务器用于网络数据的集中存储和管理。这样就实现了从对等网向基于服务器的交换式以太网的升级。其网络拓扑结构如图6-6所示。
图6-6 基于服务器的交换式以太网的网络拓扑图
2）级联交换机，更换部分计算机的百兆网卡，并连接服务器。
3）按照二期网络建设的思路，规划和更新网络参数配置，如IP地址等，并进行测试。
4）经过测试和调试，就完成了基于服务器的交换式以太网的组建，这样，网络数据集中存储和管理问题得到有效的改善。
【注意事项】
1）注意共享式以太网、交换式以太网、对等网和基于服务器的网络组建的核心要素。
2）灵活地运用ping命令测试和调试网络。
【项目拓展】
1）如果该网络想进一步接入Internet，宣传和发布公司相关信息，可以参照后续实验项目，完成Internet的接入和服务器的管理配置。
2）如果网络规模进一步扩大，请考虑使用虚拟局域网（VLAN）优化网络配置。
【实践评价】
