实验一计算机网络的硬件组成
一．实验目的
认识PC硬件设备，网卡，网线，集线器，交换机，路由器等网络设备,掌握网线的制作和基本的网络设置和命令
三．实验设备与环境
PC机，网卡，网线，集线器，交换机，路由器等
二．实验要求
（1）熟悉网线的制作
（2）掌握相关器件的基本功能及使用方法
四．实验内容1：网络传输媒体的制作
1.实验原理
物理层概述
物理层是七层结构中的第一层，物理层的功能就是实现在传输介质上传输各种数据的比特流。物理层并不是物理设备和物理媒体，它定义了建立、维护和拆除物理链路的规范和协议，同时定义了物理层接口通信的标准，包括机械的、电气的、功能的和规程的特性。机械特性定义了线缆接口的形状、引线数目及如何排列等。电气的特性说明哪根线上出现的电压应为什么范围。功能的特性说明某根线上的某一电平的电压代表何种意义。规程的特性则说明对于不同的功能各种可能时间的出现顺序。物理介质提供数据传输的物理通道，连接各种网络设备。我们将传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。有线介质包括同轴电缆、双绞线、光纤；无线介质则有卫星、微波、红外线等。
双绞线概述
双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。两根线按照一定的密度相互绞在一起，就可以改变导线的电气特性，从而降低信号的干扰程度。
双绞线电缆比较柔软，便于在墙角等不规则地方施工，但信号的衰减比较大。在大多数应用下，双绞线的最大布线长度为100米。双绞线分为两种类
型：非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。
双绞线连接
双绞线采用的是RJ-45 连接器，俗称水晶头。RJ45 水晶头由金属片和塑料构成,特别需要注意的是引脚序号,当金属片面对我们的时候从左至右引脚序号是1-8, 这序号做网络联线时非常重要,不能搞错。这8根铜导线的顺序如果按照T568B的标准分别橙白—1，橙—2，绿白—3，蓝—4，蓝白—5，绿—6，棕白—7，棕—8，如图1.1所示。10BASE-T和100BASE-TX规定，以太网上的各站点分别将1、2线作为自己的发送线，3、6线作为自己的接收线。
图1.1 双绞线的顺序
按照双绞线两端线序的不同，我们一般划分两类双绞线：一类两端线序排列一致，称为直连线；另一类是改变线的排列顺序，称为交叉线，如表1-1所示
表1-1 直通线和交叉线
在进行设备连接时，我们需要正确的选择线缆，如表1-2所示。
当同种类型的接口通过双绞线互连时，使用交叉线；
当不同类型的接口通过双绞线互连时使用直连线。
我们将路由器和主机作为同种设备，将交换机和集线器作为同种设备
例如，路由器和主机相连，采用交叉线；交换机和主机相连则采用直连线。
表1-2 设备双绞线连接表
2.实验环境
实验网络拓扑如图1.2。
3.网线的制作
UTP (Unshielded Twisted pair)网线由一定长度的双绞线和RJ45水晶头组成。双绞线由8根不同颜色的线分成4对绞合在一起，成对扭绞的作用是尽可能减少电磁辐射与外部电磁干扰的影响。
(1) 使用剥线钳的下侧铡刀切下原有的线头；
(2) 使用剥线钳的上侧铡刀将剥开网线1.5厘米，观察双绞线中不同线对的绞合度，如图1.3所示；
图1.3网线示意图
（3）将线对分开、拉直，并排列为568B线序，如图1.4所示；
绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕
图1.4 568A和568B的线序规则
(3）用剥线钳的下侧铡刀将排列好的网线切齐；
(4) 将RJ-45连接器与双绞线连接，如图1.5，1.6所示，；
图1.5 568B线序网线制作
图1.6 连接RJ-45连接器与双绞线
(5) 将RJ-45连接器插入剥线钳的压制接口后，用力闭合剥线钳,如图1.7所示；
图1.7压制RJ45连接器
重复上面的操作，将双绞线的另一端使用568B规则连接RJ-45,完成1号线；
(7) 重复上面的操作，将另一条双绞线的两端分别使用568B和568A规则连接RJ-45，并作出标记，完成2号线。
4.网线的测试
利用测线仪来测试上面的两根网线，可以测试接线的是否连通和线序是否正确。注意如果线两端的线序不同，显示的效果也不一样。如果线序一样，则指示灯按序闪烁。记录测试结果。
5.连接
使用1号线完成网卡与HUB的连接。如图1.8所示；
使用2号线完成网卡与网卡的连接；
使用1号线完成HUB的Uplink；
使用2号线完成HUB的Uplink；
分别使用ping命令测试连接的效果；记录测试结果；
测试并记录同时使用HUB的普通口和Uplink口时的现象。
图1.8 网卡和HUB的连接
五．实验内容2：网络设备和硬件
1.网卡
网卡又称网络适配器或网络接口卡（NIC，Network Interface Card）如图1.9所示，是连接计算机和网络硬件的设备, 它一般插在计算机的主板扩展槽中。它的标准是由IEEE来定义的。网卡工作于OSI的最低层，也就是物理层。网卡的类型不同，与之对应的网线或者其他网络设备也不同，不能盲目混合使用。
图1.9 网卡
网卡的工作原理为：整理计算机上要发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。每块网卡都有一个唯一的网络节点地址（MAC），它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中的，且保证唯一。
2.集线器
集线器(HUB)应用很广泛，它不仅使用于局域网、企业网、校园网，还可以使用于广域网。大多数小型局域网使用带有RJ-45接头的双绞线组成的星型局域网，这种网络经常要使用到集线器。集线器的功能就是分配带宽，将局域网内各
自独立的计算机连接在一起并能互相通信，如图1.10所示。集线器分类，如图1.11所示。
图1.10 集线器
图1.11 集线器的分类
3.交换机
交换机（Switch）也叫交换式集线器，是局域网中的一种重要设备，如图1.12所示。它可将用户收到的数据包根据目的地址转发到相应的端口。它与一般集线器的不同之处是：集线器是将数据转发到所有的集线器端口，即同一网段的计算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机越多，传输碰撞也越多，传输速率会变慢；而交换机每个端口为固定带宽，有独特的传输方式，传
输速率不受计算机台数增加影响，所以它更优秀。交换机的分类如图1.13所示。
图1.12 交换机
图1.13 交换机的分类
4.路由器
路由器(Router)是一种多端口的网络设备（如图1.14），它能够连接多个不同网络或网段，并能将不同网络或网段之间的数据信息进行传输，从而构成一个更大的网络，如图1.15所示。从计算机网络模型角度来看，路由器的行为是发生
在OSI的第3层(网络层)。路由器主要用于异种网络互联或多个子网互联。
图1.14 路由器
图1.15 由路由器构成的网络
5.防火墙
防火墙是指设置在不同网络（如可信任的企业内部网和不可信任的公共网）或网络安全域之间的一系列部件的组合，是不同网络或网络安全域之间信息的唯一出入口，能根据企业的安全政策控制（允许、拒绝、监测）出入网络的信息流，且本身具有较强的抗攻击能力。防火墙是提供信息安全服务，实现网络和信息安全的基础设施。
在逻辑上，防火墙是一个分离器，一个限制器，也是一个分析器，有效地监控了内部网和Internet之间的任何活动，保证了内部网络的安全，如图1.16。
图1.16 防火墙逻辑位置示意图使用防火墙的作用如下：
(1)防火墙是网络安全的屏障
(2)防火墙可以强化网络安全策略
(3)对网络存取和访问进行监控审计
(4)防止内部信息的外泄
六．实验内容3:网络主机的配置及测试
1.实验目的
学习网络主机的基本配置技术及常用的网络指令等。
2.实验环境
实验网络拓扑如图1.17。
图1.17 网络拓扑
3.实验的内容和要求
(1) IP地址配置
(2) ping命令的使用
(3) arp命令的使用
4.IP地址配置
右键单击“网上邻居”→属性→本地连接→属性，双击“TCP/IP协议”，进入TCP/IP属性对话框，如图1.18所示。
图1.18网络属性信息
记录当前主机的IP地址相关信息，以备恢复。
5.Ping命令
（1）命令的格式：
ping [-t] [-a] [-n count] [-l size] [-f] [-i TTL] [-v TOS] [-r count] [-s count]
[[-j host-list] | [-k host-list]] [-w timeout] target_name
其中：
－t：Ping目标主机直到结束为止。如果要查看结果并且Ping继续执行，按Ctrl＋Break键。如果要结束，则按Ctrl＋C。
－a：将IP地址转化为主机名
－n count：指定发送返回请求包的数目
－l size：指定发送缓冲区的大小
－f：指定在发送包中的数据不分片
－I TTL：指定包的存活时间
－v TOS：指定服务类型
－s count：设置数据包的大小
－j host－list：根据主机列表进行松散的路由
－k host－list：根据主机列表进行严格的路由
－w count：指定等待每一个返回包的过期时间，以毫秒计。
（2）实验内容：
●恢复原来的网线连接；
●分别在本地主机插线和不插线的情况下Ping 127.0.0.1；
●分别在本地主机插线和不插线的情况下Ping 本机的IP地址
●分别在远程主机插线和不插线的情况下Ping 远程主机的IP地址
●使用“-l”和“-f”参数测试当前网络的MTU
●修改IP地址和子网掩码，使两台计算机处在不同网段内，使用Ping命
令测试
观察并记录实验结果，并得出以下结论：
127.0.0.1与主机实际的IP地址有什么差别？
当前网络的MTU应该是多少？是如何分析的？
在不同网段内的两台计算机能否直接通过HUB连接？
恢复IP地址和子网掩码的配置
6.arp命令的使用
（1）命令格式：
ARP －s inet_addr eth_addr [if_addr]
ARP –d inet_addr [if_addr]
ARP –a [inet_addr] [-n if_addr]
其中：
-a : 显示现在的ARP缓存的数据
-d: 删除ARP缓存中的指定的IP地址的对应项
-s: 将MAC地址和IP地址在ARP缓存中绑定
（2）实验内容：
1.显示当前ARP cache中的内容，记录下来；
2.测试删除ARP cache中的内容；
3.使用ping和arp命令获取远程主机的MAC地址；
4.在远程主机下使用ipconfig –all命令获取实际的MAC地址；
5.对比3与4步获得的结果并进行记录，分析原理；
6.获取本网络默认网关的MAC地址
7.ping 172.16.19.1，记录本机ARP cache中的内容；
8.ping 202.206.16.4，记录本机ARP cache中的内容；
9.对比7与8步获得的结果并进行记录，分析原理；
10.使用arp –s参数进行静态ARP映射，防范ARP欺骗；
11.使用arp –s参数将默认网关的IP地址与错误的MAC地址进行静态
ARP映射，记录并分析此时的现象。
七．实验报告要求
1.填写本人上机过程所调试程序的步骤和程序的执行结果，以及自己的实验体会和收获。
2.实验报告要自己独立填写完成，并注意保存好，按照教师规定日期准时提交，作为平时成绩的重要依据和期末考试的参考。
八．思考题
(1) 如果现在只有直连线若干，同时还有一个交换机和一个路由器，我们需要建立主机和路由器之间的连接可以采取什么样的办法？
(2) 查阅相关书籍说出屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线之间的区别？
(3) 查阅资料说出其他几种网络传输介质？