第一章 局域網(wǎng)基礎(chǔ)知識
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，學(xué)習(xí)實(shí)用網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們的一種基本技能。局域網(wǎng)是當(dāng)前流行的技術(shù)領(lǐng)域，它的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為大多數(shù)人所認(rèn)識，并借助這個橋梁傳輸數(shù)據(jù)和共享資源。
通過對本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉有關(guān)局域網(wǎng)組網(wǎng)的基本概念和組成；掌握局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議；熟悉局域網(wǎng)使用得各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)局域網(wǎng)相關(guān)知識打下基礎(chǔ)。
1．1 局域網(wǎng)的概述
1.1.1局域網(wǎng)的概念和特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)把地理上分散的、具有獨(dú)立功能的多臺計(jì)算機(jī)通過通信媒體連接在一起，并配以相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軟件，以達(dá)到數(shù)據(jù)通信和資源共享的目的。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類可將計(jì)算機(jī)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。
局域網(wǎng)是本書要介紹的內(nèi)容，是指將較小地理范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接在一起的通訊網(wǎng)絡(luò)。廣以上講局域網(wǎng)就是聯(lián)網(wǎng)距離有限，通常為用戶自己所專用的，利用廉價(jià)的寬帶通信來完成信息交換與資源共享的。
城域網(wǎng)是位于一座城市的一組局域網(wǎng)，作用范圍比局域網(wǎng)大的多，采用與局域網(wǎng)相同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。例如：一所學(xué)校有多個校區(qū)分布在城市的多個地區(qū)，每個校區(qū)都有自己的校園網(wǎng)，這些網(wǎng)絡(luò)連接起來就形成了城域網(wǎng)。
廣域網(wǎng)是將地域分布廣泛的局域網(wǎng)、城域網(wǎng)連接起來的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它分布距離廣闊，可以橫跨幾個國家以至全世界，形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。例如：萬維網(wǎng)WWW，國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet。
可從功能性和技術(shù)型兩個方面認(rèn)識局域網(wǎng)概念。功能上：局域網(wǎng)是一組在物理位置上相隔不遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備互聯(lián)到一起的系統(tǒng)，允許用戶相互通信和共享計(jì)算機(jī)資源。技術(shù)上：由特定類型的傳輸媒體和網(wǎng)絡(luò)適配器互聯(lián)在一起的多臺計(jì)算機(jī)。
局域網(wǎng)分布范圍小、投資少、配置簡單，具有如下特點(diǎn)：
（1）傳輸速率高，一般為1Mb/s~20Mb/s，光纖高速網(wǎng)可達(dá)100Mb/s甚至1000Mb/s；
（2）支持多種傳輸介質(zhì)；
（3）一般由網(wǎng)卡完成通信處理；
（4）傳輸質(zhì)量好，誤碼率低；
（5）有規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
1.1.2局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)
局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要包括主機(jī)/終端系統(tǒng)、對等網(wǎng)系統(tǒng)、工作站/文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器四種類型。
1．主機(jī)/終端系統(tǒng)
將網(wǎng)絡(luò)中的終端與大型主機(jī)相連，將復(fù)雜的計(jì)算和信息處理交給主機(jī)去完成，可以充分利用主機(jī)資源，這就是主機(jī)/終端系統(tǒng)。
在主機(jī)/終端系統(tǒng)中，用戶通過與主機(jī)相連的終端在主機(jī)操作系統(tǒng)的管理下共享主機(jī)的內(nèi)存、外存、中央處理器和各種輸入/輸出設(shè)備。
主要缺點(diǎn)：（1）這類系統(tǒng)主要面向大型企、事業(yè)單位，生產(chǎn)數(shù)量較少，因而系統(tǒng)價(jià)格通常很高；（2）終端功能比較弱(完全依賴于主機(jī))，因而導(dǎo)致主機(jī)負(fù)荷較重。
2．對等網(wǎng)系統(tǒng)
又稱點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中每臺計(jì)算機(jī)不但有單機(jī)的所有自主權(quán)，而且可共享網(wǎng)絡(luò)上其他計(jì)算機(jī)的存儲容量，并進(jìn)行信息交換。尤其在硬盤容量較小、計(jì)算機(jī)的處理速度比較低的情況下，對等網(wǎng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
對等網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，易于維護(hù)，可擴(kuò)充性也好，而且實(shí)現(xiàn)起來也非常容易。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的文件存放非常分散，不利于數(shù)據(jù)的保密。對等網(wǎng)適用于一些小單位，如計(jì)算機(jī)數(shù)量較少且分布較集中的情況。
3．工作站/文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)
在工作站/文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，某臺運(yùn)行特定網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)被作為文件服務(wù)器，而網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算機(jī)在登錄該計(jì)算機(jī)后，可以存取該計(jì)算機(jī)中的文件。但是，作為文件服務(wù)器的計(jì)算機(jī)并不進(jìn)行任何網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理，因此，服務(wù)器的功能非常單—。
4．客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
客戶/服務(wù)器方式以太網(wǎng)是目前小型網(wǎng)絡(luò)較多采用的一種方式，計(jì)算機(jī)劃分為服務(wù)器和客戶機(jī)?；诜?wù)器的網(wǎng)絡(luò)引進(jìn)了層次結(jié)構(gòu)，它是為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大所需的各種支持功能設(shè)計(jì)的。通常將基于服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)都稱為客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)。在客戶/服務(wù)器網(wǎng)中，至少有一個專用的服務(wù)器來管理、控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
與對等網(wǎng)相比，客戶/服務(wù)器網(wǎng)的突出優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定，信息管理安全，網(wǎng)絡(luò)用戶擴(kuò)展方便，易于升級。缺點(diǎn)是需專用服務(wù)器，建網(wǎng)成本高，管理上也較復(fù)雜。
1.1.3 局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通信線路和各種站點(diǎn)之間的連接方式稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是說網(wǎng)絡(luò)是如何連接到一起的。不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)中所采用的信號技術(shù)、協(xié)議以及所能達(dá)到的網(wǎng)絡(luò)性能會有很大的差別。因此，熟悉局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)與分析局域網(wǎng)的前提。局域網(wǎng)最基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有3種：總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
1．總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用一根數(shù)據(jù)傳輸線作為通信介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)上所有的站點(diǎn)都通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到主干傳輸電纜上，其傳輸方式類似于廣播電臺，工作時(shí)只有一個站點(diǎn)可通過總線傳輸信息，這時(shí)其他所有站點(diǎn)都不能發(fā)送，但都可以接受到該信號，然后判斷發(fā)送地址是否與接受地址一致，若匹配則接受該信息，若不匹配則發(fā)送到該站點(diǎn)的數(shù)據(jù)被丟棄。
|
優(yōu)點(diǎn)：每個節(jié)點(diǎn)都支持雙向傳輸，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)擴(kuò)充方便、靈活，尋查路徑簡單。
缺點(diǎn)：總線產(chǎn)生故障會影響整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對總線依賴較強(qiáng)。
2．環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)通過一條首尾相連的通信鏈路連接起來的一個閉合環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)。在環(huán)型網(wǎng)中，所有的通信共享一條物理通道，結(jié)構(gòu)較簡單，系統(tǒng)中各工作站地位相等。 信息傳輸過程：如果一個站點(diǎn)需要將發(fā)送信息到目的站點(diǎn)，它需要將信息分為若干組，每個分組包括一段數(shù)據(jù)和目的站點(diǎn)的控制信息。環(huán)上所有中繼器將分組地址與自己節(jié)點(diǎn)地址比較，地址符合就接受該分組信息，信息繼續(xù)流向下一環(huán)接口，直到回到發(fā)送信息環(huán)路接口為止。
優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中的信息按固定方向單向傳輸，系統(tǒng)中無信道選擇問題。
缺點(diǎn)：環(huán)路封閉不易擴(kuò)充，任何一個接口損壞都將使整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
3．星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
以中央節(jié)點(diǎn)為中心與各節(jié)點(diǎn)連接組成的，網(wǎng)中的每一個節(jié)點(diǎn)設(shè)備都以中心節(jié)點(diǎn)為中心，通過連接線與中心節(jié)點(diǎn)相連，如果一個工作站需要傳輸數(shù)據(jù)，它首先必須通過中心節(jié)點(diǎn)。
|
優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度快，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)形簡單、建網(wǎng)容易、便于控制和管理。
缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)可靠性低，網(wǎng)絡(luò)共享能力差，一旦中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障則導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。
4．混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)的3種基本結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往并不采用單純的某一種結(jié)構(gòu)，而是在3種基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展而形成混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。組建混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)有利于發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，克服相應(yīng)的局限。
常見的混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有樹型結(jié)構(gòu)、星型總線結(jié)構(gòu)、星環(huán)型結(jié)構(gòu)等，具體三種類型混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的具體概念與特點(diǎn)，同學(xué)們課下自己學(xué)習(xí)，比較容易理解。
1.1.4 局域網(wǎng)通信協(xié)議
局域網(wǎng)中服務(wù)器與客戶機(jī)通常使用不同的操作系統(tǒng)，要使它們實(shí)現(xiàn)通信必須遵循一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這種為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。
局域網(wǎng)中常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有TCP/IP協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議和NetBEUI協(xié)議三種。
1、TCP/IP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）
1969年由美國國防部高級研究所計(jì)劃署開發(fā)，最初是在分布于全美各地的主機(jī)之間建立高速通信連接，實(shí)現(xiàn)資源共享，后來成為Internet的通信協(xié)議。其中IP協(xié)議提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)分組傳遞服務(wù)；TCP協(xié)議提供用戶之間的可靠數(shù)據(jù)流服務(wù)。
2、IPX/SPX協(xié)議（網(wǎng)際包交換/順序包交換協(xié)議）
NOVELL公司開發(fā)的通信協(xié)議，它的體積比較大，但在復(fù)雜環(huán)境下有很強(qiáng)的適應(yīng)性，同時(shí)也具有強(qiáng)大的路由功能，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段間的通信。當(dāng)用戶接入的是NetWare服務(wù)器時(shí)，IPX/SPX及其兼容協(xié)議應(yīng)是最好的選擇。
3、NetBEUI協(xié)議（用戶擴(kuò)展接口）
協(xié)議是由IBM公司于1985年開發(fā)的，是一種體積小、效率高、速度快的通信協(xié)議，也就有它的局限性，NetBEUI是專門為幾臺到幾百臺主機(jī)所組成的單段網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的，它不具有跨網(wǎng)段工作的能力，也就是說它不具有路由功能。
在實(shí)際的組網(wǎng)中用戶的需求是千差萬別的，單一的協(xié)議可能無法滿足需要，用戶可以選擇一種或者多種相關(guān)的協(xié)議，以達(dá)到不同的組網(wǎng)要求，使服務(wù)器能夠提供相應(yīng)的服務(wù)，或者解決不同操作系統(tǒng)，不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信問題，從而組建高效的網(wǎng)絡(luò)，滿足工作和業(yè)務(wù)的需求。
1.1.5局域網(wǎng)參考模型
1．局域網(wǎng)參考模型
IEEE802標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)參考模型對應(yīng)于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，它將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)控制子層（MAC）。
? MAC子層是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層，主要制定管理和分配信道的協(xié)議規(guī)范。
? LLC也是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層，它在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)。
2．相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
IEEE802是主要的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)通過共享的傳輸介質(zhì)通信。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)包括局域網(wǎng)參考模型與各層協(xié)議。
IEEE802.3定義了帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD方式。借助于這種方式，兩個或多個站能共享一個公共的總線傳輸介質(zhì)。CSMA/CD的工作機(jī)制可概括為：先聽后講；邊講邊聽；沖突停止；延遲重發(fā)。
1.2 IP地址基礎(chǔ)知識
TCP/IP協(xié)議已經(jīng)成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的主流標(biāo)準(zhǔn)，TCP/IP協(xié)議包中有二個最重要的軟件協(xié)議：TCP和IP協(xié)議，其中TCP主要是用來管理網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量的，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸中不發(fā)生錯誤信息；而IP主要是為網(wǎng)絡(luò)傳輸提供通信地址的，保證準(zhǔn)確找到接受數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
1、IP地址知識
IP地址也可以稱為Internet地址，用來標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)上每臺計(jì)算機(jī)一個唯一的邏輯地址，為了區(qū)分這些主機(jī)，人們給每臺主機(jī)分配了一個專門的地址，稱為IP地址，每臺連網(wǎng)計(jì)算機(jī)都依靠IP地址來標(biāo)識自己。類似于我們的電話號碼，通過電話號碼來找到相應(yīng)的電話，全世界的電話號碼都是唯一的，IP地址也是一樣。
2、IP地址管理機(jī)構(gòu)
IP地址由統(tǒng)一的組織負(fù)責(zé)分配，任何個人都不能隨便使用。目前全球Internet IP地址由NIC（Internet Network Information Center）統(tǒng)一負(fù)責(zé)全球地址的規(guī)劃、管理，同時(shí)由Inter NIC、APNIC、RIPE三大網(wǎng)絡(luò)信息中心具體負(fù)責(zé)美國及其它地區(qū)的IP地址分配。我國申請IP地址要通過APNIC，APNIC的總部設(shè)在日本東京大學(xué)。
3、IP地址表示
IP地址由32位二進(jìn)制組成，為了方便使用，把二進(jìn)制地址轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兏煜さ氖M(jìn)制地址，由4部分組成，每部分?jǐn)?shù)字對應(yīng)于一組8位二進(jìn)制數(shù)字，各部分之間用小數(shù)點(diǎn)分開，也稱為點(diǎn)分十進(jìn)制。
4、IP地址分類
為了給不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)提供必要的靈活性，點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)的IPv4 地址分成幾類，以適應(yīng)大型、中型、小型的不同的網(wǎng)絡(luò)。這些不同類的地址區(qū)別之處在于，用于表示網(wǎng)絡(luò)的位數(shù)與用于表示主機(jī)的位數(shù)之間的差別。
5、網(wǎng)絡(luò)地址掩碼
IP地址是一組二進(jìn)制，那如何確定哪部分是網(wǎng)絡(luò)地址，哪部分是主機(jī)地址呢？也即IP地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號是如何劃分的。在一個IP地址中，計(jì)算機(jī)是通過網(wǎng)絡(luò)掩碼來決定IP地址中網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)信息。地址規(guī)劃組織委員會規(guī)定，用“1”代表網(wǎng)絡(luò)部分，用“0”代表主機(jī)部分。IP網(wǎng)絡(luò)掩碼也同樣是一個32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分信息，用以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和主機(jī)標(biāo)識，并說明該IP地址是在局域網(wǎng)上，還是在遠(yuǎn)程網(wǎng)上。也就是說，計(jì)算機(jī)通過IP地址和網(wǎng)絡(luò)掩碼，通過計(jì)算才能知道自己是在哪個網(wǎng)絡(luò)中。所以網(wǎng)絡(luò)掩碼很重要，必須配置正確，否則的話，就得出錯誤的網(wǎng)絡(luò)地址了。
6、特殊含義的地址
廣播地址
TCP/IP協(xié)議規(guī)定，主機(jī)號部分各位全為1的IP地址用于廣播。所謂廣播地址指同時(shí)向網(wǎng)上所有的主機(jī)發(fā)送報(bào)文。如136.78.255.255就是B類地址中的一個廣播地址，你將信息送到此地址，就是將信息送回送地址
A類網(wǎng)絡(luò)地址的第一段十進(jìn)制數(shù)值為127是一個保留地址，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機(jī)進(jìn)程間通信，叫做回送地址（loopback address）。無論什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件立即返回之，不進(jìn)行任何網(wǎng)絡(luò)傳輸。含網(wǎng)絡(luò)號127的分組不能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機(jī)進(jìn)程間通信。
網(wǎng)絡(luò)地址
TCP/IP協(xié)議規(guī)定，各位全為“0”的網(wǎng)絡(luò)號被解釋成“本”網(wǎng)絡(luò)，如192.168.1.0地址。
私有地址
Internet管理委員會規(guī)定如下地址段為私有地址，私有地址可以自己組網(wǎng)時(shí)用，但不能在Internet網(wǎng)上用，Internet網(wǎng)沒有這些地址的路由，使用這些地址的計(jì)算機(jī)要上網(wǎng)必須轉(zhuǎn)換成為合法的IP地址,也稱為公網(wǎng)地址，才能進(jìn)行和外部網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)通訊。
