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第七章 计算机网络应用基础任务一 走马观花看网络知识技能点：了解计算机网络的组成和发展历程了解计算机网络的分类方式了解常用的计算机网络连接设备和传输介质理解网络协议的概念理解网络体系结构任务引入如今，我们都非常坦然地面对这样的现实： 买火车票不用到车站去了，只要就近找一家预售票处，或打个电话，就能预售到票； 出门携带大量现金会遇到种种不便，现在办理一张通存通兑卡，可以异地存取现金，极大方便了外出旅行者； 网上大学，使得大学学习可以不受时间和空间的限制，为愿意受教育者开辟了更广阔的自由空间。 这一切便利，都是网络给我们带来的。那么，什么是计算机网络？它的组成、功能、分类方式有哪些？它传输信息的基本原理和过程是什么？今天，就让我们到网络世界中转一转，看一看，顺便寻找一下答案吧。任务分析目前，人类所处的是一个以计算机为核心的信息时代，其特征是数字化、网络化和信息化。计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。因此，了解计算机网络的定义、功能、分类方式以及硬件组成，掌握计算机网络传输信息的基本原理和过程非常必要。它为下一步构建局域网以及通过网络获取知识奠定了理论基础。任务实施7.1.1 计算机网络的定义与发展历程1. 计算机网络的定义一般地说，将分散的多台计算机、终端和外部设备用通信线路互连起来，实现彼此间通信，且可以实现资源共享的整个体系叫做计算机网络，如图7-1所示。7-1 计算机网络示意图从物理连接上讲，计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成。计算机系统进行各种数据处理，通信链路和网络节点提供通信功能。 计算机网络中的计算机系统主要担负数据处理工作，它可以是具有强大功能的大型计算机，也可以是一台微机，其任务是进行信息的采集、存储和加工处理。 网络节点主要负责网络中信息的发送、接收和转发。网络节点是计算机与网络的接口，计算机通过网络节点向其他计算机发送信息，鉴别和接收其他计算机发送来的信息。在大型网络中，网络节点一般由一台通信处理机或通信控制器来担当，此时的网络节点还具有存储转发和路径选择的功能，在局域网中使用的网络适配器也属于网络节点。 通信链路是连接两个节点之间的通信信道，通信信道包括通信线路和相关的通信设备。通信线路可以是双绞线、同轴电缆和光纤等有线介质，也可以是微波、红外等无线介质。相关的通信设备包括中继器、调制解调器等，中继器的作用是将数字信号放大，调制解调器则能进行数字信号和模拟信号的转换，以便将数字信号通过只能传输模拟信号的线路来传输。 提示：一个完整的计算机网络必须具备以下三个要素： 至少有两台具有独立操作系统的计算机系统； 计算机之间要有通信手段将其互连（如用双绞线、电话线、同轴电缆或光纤等有线通信，也可以使用微波、卫星等无线媒体）； 网络协议，一系列通讯规则和约定，用以控制网络中设备之间进行信息交换。知识拓展：从逻辑功能上看，可以把计算机网络分成通信子网和资源子网两个子网。 通信子网提供计算机网络的通信功能，由网络节点和通信链路组成。通信子网是由节点处理机和通信链路组成的一个独立的数据通信系统，如图72所示。 7-2 通信子网示意图 资源子网提供访问网络和处理数据的能力，由主机、终端控制器和终端组成，如图7-3所示。主机负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库系统，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务；终端控制器用于把一组终端连入通信子网，并负责控制终端信息的接收和发送。终端控制器可以不经主机直接和网络节点相连，当然还有一些设备也可以不经主机直接和节点相连，如打印机和大型存储设备等。7-3 资源子网示意图2.计算机网络的发展历程（1) 以数据通讯为主的第一代计算机网络1954年，美国军方的半自动地面防空系统将远距离的雷达和测控仪器所探测到的信息，通过通信线路汇集到某个基地的一台IBM计算机上进行集中的信息处理，再将处理好的数据通过通信线路送回到各自的终端设备。这种以单个计算机为中心、面向终端设备的网络结构，严格地讲，是一种联机系统，只是计算机网络的雏形，我们一般称之为第一代计算机网络。 （2)以资源共享为主的第二代计算机网络美国国防部高级研究计划局（ARPA，Advanced Research Projects Agency）于1968年主持研制，次年将分散在不同地区的4台计算机连接起来，建成了ARPA网。ARPA网的建成标志着计算机网络的发展进入了第二代，它也是Internet的前身。 第二代计算机网络是以分组交换网为中心的计算机网络，它与第一代计算机网络的区别在于：一是网络中通信双方都是具有自主处理能力的计算机，而不是终端机；二是计算机网络功能以资源共享为主，而不是以数据通信为主。 （3）体系结构标准化的第三代计算机网络由于ARPA网的成功，到了20世纪70年代，不少公司推出了自己的网络体系结构。最著名的有IBM公司的SNA（System Network Architecture）和DEC公司的DNA（Digital Network Architecture）。随着社会的发展，需要各种不同体系结构的网络进行互连，但是由于不同体系的网络很难互连，因此，国际标准化组织（ISO）在1977年设立了一个分委员会，专门研究网络通信的体系结构，1983年，该委员会提出的开放系统互连参考模型（OSI-RM）各层的协议被批准为国际标准，给网络的发展提供了一个可共同遵守的规则，从此计算机网络的发展走上了标准化的道路，因此我们把体系结构标准化的计算机网络称为第三代计算机网络 （4）以Internet为核心的第四代计算机网络进入20世纪90年代，Internet的建立将分散在世界各地的计算机和各种网络连接起来，形成了覆盖世界的大网络。随着信息高速公路计划的提出和实施，Internet迅猛发展起来，它将当今世界带入了以网络为核心的信息时代。目前这阶段计算机网络发展特点呈现为：高速互连、智能与更广泛的应用。 7.1.2 计算机网络的功能1.数据通信(Communication Medium) 是计算机网络最基本的功能，用于实现计算机之间的信息传送。在计算机网络中，人们可以在网上收发电子邮件，发布新闻消息，进行电子商务、远程教育、远程医疗，传递文字、图像、声音、视频等信息。 2.资源共享(Resource Sharing) 计算机资源主要是指计算机的硬件、软件和数据资源。资源共享功能是组建计算机网络的驱动力之一，使得网络用户可以克服地理位置的差异性，共享网络中的计算机资源。共享硬件资源可以避免贵重硬件设备的重复购置，提高硬件设备的利用率；共享软件资源可以避免软件开发的重复劳动与大型软件的重复购置，进而实现分布式计算的目标；共享数据资源可以促进人们相互交流，达到充分利用信息资源的目的。 3.分布式处理(Distribution Processing)指在网络系统中若干台在结构上独立的计算机可以互相协作完成同一个任务的处理。在处理过程中，每台计算机独立承担各自的任务，7.1.3 计算机网络的分类1.按网络的覆盖范围划分局域网（LAN，Local Area Network），一般用微机通过高速通信线路连接，覆盖范围从几百米到几公里，通常用于覆盖一个房间、一层楼或一座建筑物。局域网传输速率高，可靠性好，适用各种传输介质，建设成本低。城域网（MAN，Metropolitan Area Network），是在一座城市范围内建立的计算机通信网，通常使用与局域网相似的技术，但对媒介访问控制在实现方法上有所不同，它一般可将同一城市内不同地点的主机、数据库以及LAN等互相连接起来。 广域网（WAN，Wide Area Network），用于连接不同城市之间的LAN或MAN，广域网的通信子网主要采用分组交换技术，常常借用传统的公共传输网（如电话网），这就使广域网的数据传输相对较慢，传输误码率也较高。随着光纤通信网络的建设，广域网的速度将大大提高。广域网可以覆盖一个地区或国家。国际互联网，又叫因特网（Internet），是覆盖全球的最大的计算机网络，但实际上不是一种具体的网络技术，因特网将世界各地的广域网、局域网等互联起来，形成一个整体，实现全球范围内的数据通信和资源共享。2.按网络的拓扑结构划分把网络中的计算机等设备抽象为点，把网络中的通信媒体抽象为线，这样就形成了由点和线组成的几何图形，即采用拓扑学方法抽象出的网络结构，我们称之为网络的拓扑结构。计算机网络按拓扑结构可分为总线型网络、星形网络、环形网络、树形网络和混合型网络等。知识拓展：网络中计算机之间的连接形状 星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接，如图7-4所示。 其主要特点是集中式控制，容易安装、便于管理，某个主机或线路发生故障，不会影响整个系统的正常工作。 但是，架设线路的总长度较长，费用较大，且对中心主机的可靠性要求很高，一旦发生故障，整个网络系统将会瘫痪。7-4 星形拓扑结构 树形由一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成，如图7-5所示。其主要特点是连接线路简单，容易扩充和进行故障隔离。但结构较复杂，对主机（根）的依赖性太大，不利于提高网络的资源共享能力。7-5 树形拓扑结构 总线结构是所有节点挂接到一条总线上，如图7-6所示。其主要特点是网络简单、便宜、容易安装、扩充，适合于构造宽带局域网。但是对总线依赖性大，总线出现故障将导致整个网络瘫痪。7-6 总线型拓扑结构 环形是所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接，如图7-7所示。 其主要特点是环中各台主机发出的信息沿环顺一个方向流动。这种访问方式没有竞争现象，所以在负载较重时仍然能传送信息。 但是网上响应时间会随着环上结点的增加而变慢，且当环上某一结点有故障时，整个网络都会受到影响。7-7 环形拓扑结构 混合型结构是两种或两种以上拓扑结构的综合运用，如图7-8所示。7-8 混合型拓扑结构3.按传输介质划分 有线网，采用双绞线、同轴电缆、光纤或电话线作传输介质。采用双绞线和同轴电缆连成的网络经济且安装简便，但传输距离相对较短。以光纤为介质的网络传输距离远，传输率高，抗干扰能力强，安全好用，但成本稍高。无线网，主要以无线电波或红外线为传输介质。联网方式灵活方便，但联网费用稍高，可靠性和安全性还有待改进。另外，还有卫星数据通信网，它是通过卫星进行数据通信的。 4.按网络的使用性质划分 公用网（Public Network），是一种付费网络，属于经营性网络，由商家建造并维护，消费者付费使用。专用网（Private Network），是某个部门根据本系统的特殊业务需要而建造的网络，这种网络一般不对外提供服务。例如军队、银行、电力等系统的网络就属于专用网。 7.1.4 计算机网络的协议与体系结构协议是一种约定，用以确保交流各方清晰地表达思想。1.网络协议的概念数据交换、资源共享是计算机网络的最终目的。要保证有条不紊地进行数据交换，合理地共享资源，各个独立的计算机系统之间必须达成某种默契，严格遵守事先约定好的一整套通信规程，包括严格规定要交换的数据格式、控制信息的格式和控制功能以及通信过程中事件执行的顺序等。这些通信规程我们称之为网络协议（Protocol）。提示:网络协议主要由以下三个要素组成： 语法，即用户数据与控制信息的结构或格式。 语义，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。 时序，是对事件实现顺序的详细说明。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构，计算机网络的协议就是分层的，层与层之间相对独立，各层完成特定的功能，每一层都为上一层提供某种服务，最高层为用户提供诸如文件传输、电子邮件、打印等网络服务。 2.网络体系结构 计算机网络的协议是按照层次结构模型来组织的，我们将网络层次结构模型与计算机网络各层协议的集合称为网络的体系结构或参考模型。世界上第一个网络体系结构是IBM公司于1974年提出的“系统网络体系结构”（SNA）。此后，DEC公司又提出了“数字网络体系结构”（DNA），Honeywell公司提出了“分布式系统体系结构”（DSA）。这些网络体系结构的共同之处在于它们都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配与采用的技术术语均不相同，结果导致了不同网络之间难以互连。1977年，国际标准化组织提出了开放系统互连参考模型（OSI，Open System Interconnection）的概念，1984年10月正式发布了整套OSI国际标准。1） OSI参考模型 OSI参考模型将网络的功能划分为7个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如图7-9所示。7-9 OSI参考模型 物理层:位于OSI参考模型的最底层，提供一个物理连接，所传数据的单位是比特。其功能是对上层屏蔽传输媒体的区别，提供比特流传输服务。也就是说，有了物理层后，数据链路层及以上各层都不需要考虑使用的是什么传输媒体，无论是用双绞线、光纤，还是用微波，都被看成是一个比特流管道。 数据链路层:负责在各个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧（Frame）为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。其功能是对物理层传输的比特流进行校验，并采用检错重发等技术，使本来可能出错的数据链路变成不出错的数据链路，从而对上层提供无差错的数据传输。换句话说，就是网络层及以上各层不再需要考虑传输中出错的问题，就可以认定下面是一条不出错的数据传输信道，把数据交给数据链路层，它就能完整无误地把数据传给相邻节点的数据链路层。 网络层:计算机网络中进行通信的两台计算机之间可能要经过多个节点和链路，也可能要经过多个通信子网。网络层数据的传送单位是分组或包（Packet），它的任务就是要选择合适的路由，使发送端的传输层传下来的分组能够按照目的地址发送到接收端，使传输层及以上各层设计时不再需要考虑传输路由。 传输层:在发送端和接收端之间建立一条不会出错的路由，对上层提供可靠的报文传输服务。与数据链路层提供的相邻节点间比特流的无差错传输不同，传输层保证的是发送端和接收端之间的无差错传输，主要控制的是包的丢失、错序、重复等问题。 会话层:会话层虽然不参与具体的数据传输，但它却对数据传输进行管理。会话层建立在两个互相通信的应用进程之间，组织并协调其交互。例如，在半双工通信中，确定在某段时间谁有权发送，谁有权接收；或当发生意外时（如已建立的连接突然断了），确定在重新恢复会话时应从何处开始，而不必重传全部数据。 表示层:表示层主要为上层用户解决用户信息的语法表示问题，其主要功能是完成数据转换、数据压缩和数据加密。表示层将欲交换的资料从适合于某一用户的抽象语法变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。有了这样的表示层，用户就可以把精力集中在他们所要交谈的问题本身，而不必更多地考虑对方的某些特性。 应用层:应用层是OSI参考模型中的最高层。应用层确定进程之间的通信性质以满足用户的需要，负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。这就是说，应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换等操作，而且还要作为互相作用的进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必需的功能提示：OSI模型各层主要功能的归纳总结 应用层：与用户应用进程的接口，即相当于“做什么?” 表示层：数据格式的转换，即相当于“对方看起来像什么?” 会话层：会话的管理与数据传输的同步，即相当于“轮到谁讲话和从何处讲?” 传输层：从端到端经网络透明地传送报文，即相当于“对方在何处?” 网络层：分组交换和路由选择，即相当于“走哪条路可到达该处?” 数据链路层：在链路上无差错的传送帧，即相当于“每一步该怎么走?” 物理层：将比特流送到物理媒体上传送，即相当于“对上一层的每一步应该怎样利用物理媒体?” 由上可见，OSI参考模型的网络功能可分为三组，下两层解决网络信道问题，第三、四层解决传输服务问题，上三层处理应用进程的访问，解决应用进程通信问题。 2） TCP/IP参考模型 TCP/IP协议是1974年由Vinton Cerf和Robert Kahn开发的，随着Internet的飞速发展，TCP/IP协议现已成为事实上的国际标准。TCP/IP协议实际上是一组协议，是一个完整的体系结构。如图7-10所示。7-10 TCP/IP参考模型3）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较TCP/IP参考模型中没有数据链路层和物理层，只有网络与数据链路层的接口，可以使用各种现有的链路层、物理层协议。目前用户连接Internet最常用的数据链路层协议是SLIP（Serial Line Interface Protocol）和PPP（Point to Point Protocol）。TCP/IP模型的网际层对应于OSI模型的网络层，包括IP（网际协议）、ICMP（网际控制报文协议）、IGMP（网际组报文协议）以及ARP（地址解析协议），这些协议处理信息的路由以及主机地址解析。传输层对应于OSI模型的传输层，包括TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议），这些协议负责提供流控制、错误校验和排序服务，完成源到目标间的传输任务。应用层对应于OSI模型的应用层、表示层和会话层，它包括了所有的高层协议，并且不断有新的协议加入。如图7-11所示。常用的应用层协议有： 超文本传输协议HTTP，用来传递制作的网页文件。 文件传输协议FTP，用于实现互联网中交互式文件传输功能。 电子邮件协议SMTP，用于实现互联网中电子邮件传送功能。 网络终端协议TELNET，用于实现互联网中远程登录功能。 域名服务DNS，用于实现网络设备名字到IP地址的映射服务。 路由信息协议RIP，用于网络设备之间交换路由信息。 简单网络管理协议SNMP，用来收集和交换网络管理信息。 网络文件系统NFS，用于网络中不同主机间的文件共享。7-11 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较提示：为了更好地理解网络体系结构的概念，我们举一个日常生活中的例子。中国公司的经理为了要和在美国的韩国公司的经理谈生意，要双方请翻译进行交流，从而使简单的交流要经过三层次处理。一：中方经理口述报文内容 二：秘书翻译为英文 三：电信局用国际通用电文码发报至美国 四：美国电信局将报文码译成英文内容 五：秘书将英文内容译为韩文 六：美方韩国经理得知电报内容7-12 日常生活举例技能拓展：网络体系结构的几个基本概念 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。表示不同系统中同一层次的对等体。 对等层：两个不同系统的同名层次。 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体协议是对等实体之间互相交流所使用的语言。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。7.1.5 计算机网络的硬件组成计算机网络系统由硬件、软件和规程三部分内容组成。硬件包括主体设备、连接设备和传输介质三大部分。软件包括网络操作系统和应用软件。网络中的各种协议也以软件形式表现出来。1.网络的主体设备计算机网络中的主体设备称为主机（Host），一般可分为中心站（又称为服务器）和工作站（客户机）两类。 服务器是为网络提供共享资源的基本设备，在其上运行网络操作系统，是网络控制的核心。其工作速度、磁盘及内存容量的指标要求都较高，携带的外部设备多且大都为高级设备。 工作站是网络用户入网操作的节点，有自己的操作系统。用户既可以通过运行工作站上的网络软件共享网络上的公共资源，也可以不进入网络，单独工作。用作工作站的客户机一般配置要求不是很高，大多采用个人微机并携带相应的外部设备，如打印机、扫描仪、鼠标等。 2.网络的连接设备1）网卡网卡又叫网络适配器（NIC），是计算机网络中最重要的连接设备之一，如图7-13所示，一般插在机器内部的总线槽上，网线则接在网卡上。7-13 网卡 网卡的作用 提供固定的网络地址。每个网卡上都有一个固定的全球惟一地址，又称网卡的物理地址。这样，网络才能区分出数据是从哪台计算机来，到哪台计算机去。显然，任何厂商生产的网卡的物理地址绝不会相同。 接收网线上传来的数据，并把数据转换为本机可识别和处理的格式，通过计算机总线传输给本机。 把本机要向网上传输的数据按照一定的格式转换为网络设备可处理的数据形式，通过网线传送到网上。网卡的分类 按网卡的总线类型分。目前的总线接口主要是PCI型的。在笔记本电脑上需要使用PCMCIA标准的网卡，作为一种新型的总线技术，USB也被应用到网卡中。 按网卡的速度分。有10 M、100 M及1000M的，目前10/100 Mbps自适应的网卡使用广泛，性价比最高。 按网卡的接口类型分。网卡的接口类型有连接同轴电缆的BNC接口和连接双绞线的RJ-45接口。目前RJ-45接口的网卡使用广泛。网卡通常插入主机的主板扩展槽中，应当断电操作。在安装网卡后，往往还要进行协议的配置。比如运行Windows系统的计算机，可给网卡配置IPX/SPX协议和NetBEUI协议。如果要连接Internet，必须配置TCP/IP协议。2）集线器 集线器（Hub）是计算机网络中连接多台计算机或其他设备的连接设备，其外观如图7-14所示。7-14 集线器集线器主要提供信号放大和中转的功能。一个Hub上往往有4个、8个或更多的端口，可使多个用户机通过双绞线电缆与网络设备相连，形成带集线器的总线结构（通过Hub再连接成总线型拓扑或星形拓扑）。Hub上的端口彼此相互独立，不会因某一端口的故障影响其他用户。集线器只包含物理层协议。 集线器有多种：按带宽的不同可分为10 Mbps、100 Mbps和10/100 Mbps；按照工作方式的不同，可分为智能型和非智能型；按配置形式的不同，可分为固定式、模块式和堆叠式；按端口数的不同，可分为4口、8口、12口、16口、24口和32口等。 3）中继器 任何一种介质的有效传输距离都是有限的，电信号在介质中传输一段距离后会自然衰减并且附加一些噪声。中继器的作用就是为了放大电信号，提供电流以驱动长距离电缆，增加信号的有效传输距离。中继器从本质上看可以认为是一个放大器，承担信号的放大和传送任务。中继器属于物理层设备，用中继器可以连接两个局域网或延伸一个局域网，它连起来的仍是一个网络，它与集线器处于同一协议层次。4）网桥 网桥是网络中的一种重要设备，它通过连接相互独立的网段从而扩大网络的最大传输距离。网桥是一种工作在数据链路层的存储-转发设备。作为网段与网段之间的连接设备，它实现数据包从一个网段到另一个网段的选择性发送，即只让需要通过的数据包通过而将不必通过的数据包过滤掉，来平衡各网段之间的负载，从而实现网络间数据传输的稳定和高效。 5）路由器 路由器属于网间连接设备，它能够在复杂的网络环境中完成数据包的传送工作。如图7-15所示。它能够把数据包按照一条最优的路径发送至目的网络。路由器工作在网络层，并使用网络层地址（如IP地址等）。路由器可以通过调制解调器（Modem）与模拟线路相连，也可以通过通道服务单元/数据服务单元（CSU/DSU）与数字线路相连。7-15路由器路由器比网桥功能更强，因为网桥工作于数据链路层而路由器工作于网络层，网桥仅考虑了在不同网段数据包的传输，而路由器则在路由选择、拥塞控制、容错性及网络管理方面做了更多的工作。6）交换机 交换机发展迅猛，基本取代了集线器和网桥，并增强了路由选择功能。如图7-16所示。交换和路由的主要区别在于交换发生在OSI参考模型的数据链路层，而路由发生在网络层。交换机的主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及流控制等。目前有些交换机还具有对虚拟局域网（VLAN）的支持、对链路汇聚的支持，有的甚至具有防火墙功能。交换机的外观与Hub相似。从应用领域来分，交换机可分为局域网交换机和广域网交换机；从应用规模来分，交换机可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组级交换机。7-16交换机7）网关 网关又称协议转换器，是软件和硬件的结合产品，主要用于连接不同结构体系的网络或用于局域网与主机之间的连接。网关工作在OSI模型的传输层或更高层，在所有网络互连设备中最为复杂，可用软件实现。网关没有通用产品，必须是具体的某两种网络互连的网关。 目前广域网大多数采用X.25公用数据网，为了能从局域网上访问X.25的资源，就需要有一种设备把X.25和局域网的差别隐藏起来。中继器、网桥或路由器都不足以弥补这两者间巨大的差异，于是引入了网关。 网关的另一种应用是在一些大型企业中，这些企业中昂贵的大型主机或小型机一般不支持诸如NetWare IPX/SPX这样的网络协议，直接将这些主机联入局域网是不可能的，一种可行的做法是用局域网上的一台工作站作为网关来协调工作站和主机间的通信。这样，局域网里的用户通过网关就能与这些大型主机或小型机通信。 3.网络的传输介质传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。通常，评价一种传输介质的性能指标主要包括以下内容： 传输距离：数据的最大传输距离。 抗干扰性：传输介质防止噪声干扰的能力。 带宽：指信道所能传送的信号的频率宽度，也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差。信道的带宽由传输介质、接口部件、传输协议以及传输信息的特性等因素所决定。它在一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的一个重要指标。通常，信道的带宽大，信道的容量也大，其传输速率相应也高。 衰减性：信号在传输过程中会逐渐减弱。衰减越小，不加放大的传输距离就越长。 性价比：性价比越高说明我们的投入越值，对于降低网络建设的整体成本很重要。根据传输介质形态的不同，我们可以把传输介质分为有线传输介质和无线传输介质。 1）有线传输介质有线传输介质指用来传输电或光信号的导线或光纤。有线介质技术成熟，性能稳定，成本较低，是目前局域网中使用最多的介质。有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤等。 双绞线双绞线是把两条相互绝缘的铜导线绞合在一起。采用绞合的结构是为了减少对相邻导线的电磁干扰。根据单位长度上的绞合次数不同，把双绞线划分为不同规格。绞合次数越高，抵消干扰的能力就越强，制作成本也就越高。根据双绞线外是否有屏蔽层又可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线，用的较多的是非屏蔽双绞线。电气工业协会（EIA）将非屏蔽双绞线又进行了分类，划分方法如下： 1类线：支持语音和低速数据通信，电话线属于此类。 2类线：支持综合业务数据网（ISDN）、T1（数据广域网载波设备）以及1Mbps以下速率的局域网。 3类线：支持最高速率为10Mbps的局域网。 4类线：支持最高速率为16Mbps的局域网（如令牌环）。 5类线：支持100Mbps速率的局域网。 超5类线：采用了高质量的铜线，能提供一个高的缠绕率，并使用先进的方法减少串扰，能支持高达200 Mbps的信号速率。 6类线：目前逐渐成为网络综合布线采用的主流产品，可提供高于超5类线2.5倍的信号速率，能够全方位满足不断增长的未来数据和视频应用的要求。目前用的比较广泛的是超5类线或6类线。屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线增加了一层金属丝网，这层丝网的主要作用是增强其抗干扰性能，同时可以在一定程度上改善带宽特性。屏蔽双绞线性能更好一些，但价格稍高。如图7-17所示。双绞线用于10/100 Mbps局域网时，使用距离最大为100米。由于价格较低，因此被广泛使用。在局域网中常用四对双绞线，即四对绞合线封装在一根塑料保护软管里。如图7-18所示。7-17 双绞线结构示意图7-18 双绞线 同轴电缆同轴电缆由内导体铜芯、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及塑料保护层组成。由于屏蔽层的作用，同轴电缆有较好的抗干扰能力。如图7-19所示。通常按直径和特性阻抗不同将同轴电缆分为粗缆和细缆。粗缆直径为10 mm，特性阻抗为75，使用中经常被频分复用，因此又被称为宽带同轴电缆，是有线电视（CATV）中的标准传输电缆。细缆直径为5 mm，特性阻抗为50，经常用来传送没有载波的基带信号，因此又被称为基带同轴电缆。7-19 同轴电缆光纤光纤是由非常透明的石英玻璃拉成细丝做成的，信号传播利用了光的全反射原理，当光从一种高折射率介质射向低折射率介质时，只要入射角足够大，就会产生全反射，这样一来，光就会不断在光纤中折射传播下去。由于光纤非常细，难以提供足够的抗拉强度，因此通常做成结实的光缆。如图7-20所示。7-20 光纤光纤与其它传输介质相比，有以下优点： 带宽高，目前可以达到100 Mbps2 Gbps。 传输损耗小，中继距离长。无中继器的情况下，多模光纤可传输几公里。单模光纤传输距离更远，可达几十公里。 无串音干扰，且保密性好。 抗干扰能力强。由于光纤中传输的是光信号，所以不但不受其他电磁信号的干扰，也不会干扰其他通信系统。 体积小，重量轻。连接光纤需要专用设备，成本较高，并且安装、连接难度大，这是它的缺点。2）无线传输无线传输的主要形式有无线电频率通信、红外通信、微波通信和卫星通信等。 无线电频率通信无线介质使用电磁波,无需物理连接，固定终端点（基站）和终端之间是无线链路。如图7-21所示。无线电频率是指从1kHz至1GHz的电磁波谱。在此频段范围中包括短波波段、超高频波段、甚高频波段。无线电频率通信中的扩展频谱通信技术是当前无线局域网的主流技术。7-21 无线电频率通信 红外通信红外通信是以红外线作为传输载体的一种通信方式。它以红外二极管或红外激光管作为发射源，以光电二极管作为接收设备。红外通信成本较低，传输距离短，具有直线传输、不能透射不透明物的特点。与需调频或调相的微波相比，实现起来较简单，设备也较便宜。红外线与扩展频谱技术已被国际电工无线电委员会选为无线局域网的标准，即IEEE802.11标准。 微波通信微波是沿直线传播的，收发双方必须直视，而地球表面是一个曲面，因此传播距离受到限制，一般只有50公里左右。若采用100米高的天线塔，则传播距离可增大到100公里。为实现远距离传输，必须设立若干中继站。中继站把收到的信号放大后再发送到下一站。如图7-22所示。微波受到的干扰比短波通信小得多，因而传输质量较高。另外微波有较高的带宽，通信容量较大。与远距离通信电缆相比，微波通信投资小，可靠性高，但隐蔽性和保密性差。7-22 地面微波接力 卫星通信卫星通信以空间轨道中运行的人造卫星作为中继站，地球站作为终端站，实现两个或者多个地球站之间的长距离大容量的区域性通信及至全球通信，如图7-23所示。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。以覆盖面积来讲，一颗通信卫星可覆盖地球面积的三分之一多；若在地球赤道上等距离放上三颗卫星，就可以覆盖整个地球，如图7-24所示。7-23卫星通信7-24 三颗地球同步卫星技能拓展：典型的交换机组网结构 通过上面这一走马观花过程，你是否对计算机网络的架构和信息在网络中的传输过程有所了解呢？下面这一典型的交换机组网结构图或许能让你对计算机网络有一个更加清晰的认识。7-25 典型的交换机组网结构习题一、选择题1.当网络中任何一个工作站发生故障时，都有可能导致整个网络停止工作，这种网络的拓扑结构为 结构。 A.星形 B.环形 C.总线型 D.树形2.OSI（开放系统互连）参考模型的最低层是 。 A.传输层 B.网络层 C.物理层 D.应用层3.在计算机网络中，表示传输有效性的指标是 。A.误码率 B.频带利用率 C.信道容量 D.传输速率4.以下网络设备中，能够对传输的数据包进行路径选择的是 。 A.网卡 B.网关 C.中继器 D.路由器5.和通信网络相比，计算机网络最本质的功能是 。 A.数据通信 B.资源共享和分布式处理 C.提高计算机的可靠性 D.提高计算机的可用性二、简答题1.什么是计算机网络？计算机网络的功能是什么？2.OSI参考模型与TCP/IP参考模型的区别是什么？3.网卡的作用是什么？4.用体系结构的观点，描述一下世界上任何两台计算机之间通信的过程。知识技能点：掌握直通、交叉网线的制作方法掌握TCP/IP协议的设置掌握Ping命令使用掌握Win2000 server路由设置方法掌握如何设置计算机网络标识掌握如何访问整个网络掌握如何设置共享文件夹、共享驱动器掌握如何设置映射网络驱动器掌握如何安装网络打印机任务二 组建小型模式局域网任务引入通过前面的学习，我们知道交换机属于共享介质型的网络设备，它通常只用于小型局域网（50台左右的工作站）和网段。在此我们以一个机房局域网组建为例进行介绍。任务分析上面介绍了小型企业纯单交换机结构局域网的硬件配置，非常简单！要使网络正常通信，除了硬件配置外，更重要的还是软件系统配置，特别是在这样一个配置非常简单的小型局域网中。局域网的系统配置非常灵活，特别是工作站用户，以Windows系统为例向大家介绍局域网的系统配置方法。目前最新的Windows操作系统是Windows 2003系列，它既包括网络操作系统，又包括家庭用的个人操作系统。但是由于这一操作系统非常庞大，对硬件资源配置要求较高，且属最新系统，目前在中、小型中应用还是不多。在中、小型企业的局域网中服务器通常都是选用Windows 2000 Server，但工作站的选择安装Windows 2000 Pro，追求最新应用的用户可能选择Windows XP。以Windows XP系统为例向大家进行介绍。所需网络设备：1台文件服务器2块100Mbps（或10100Mbps自适应）带宽的RJ45接口以太网卡相应用户数台电脑（50台以内）相应用户数块10100Mbps自适应RJ45接口以太网卡三台24口10100Mbps交换机相应用户条数按100Mbps接法法制作的直通超五类双绞网线，用于服务器和工作站与 交换机的连接网络拓扑结构小型单台交换机星形以太网结构没有其它结构模式，如图7-26星形网络,典型的交换机组网结构从图中可以看出，服务器是通过网卡与交换机的普通端口相连，其它工作也是通过网卡 图7-26 交换机组网结构与交换机的普通端口相连，服务器和工作站与交换机的连接网线都是采用“100Mbps法”制作的直通线。任务实施首先：检查联网用的设备器件是否准备好，包括服务器、工作站、交换机、网卡及驱动程序、服务器及工作站所用操作系统等软件、双绞线、RJ-45接头。其次：检查工具及辅助用品是否准备好，如网线钳、不干胶贴、布线槽及固定网线的U形钉等。 步骤一：布线布线工作要有很好的计划，要充分考虑建筑的结构、所用电缆弯曲半径、信号衰减、特性阻抗、近端串音等。对于大型的网络系统的综合布线要考虑水平布线、垂直布线、电缆技术条件等诸多方面。综合布线系统是有章可循的，在国际上有ISO/IEC11801规范；北美有ANSI/EIA/TIA568A规范；欧洲地区有EN50173规范；施工安装有EIA/TIA 569规范；测试有非屏蔽双绞线敷设系统现场测试传送性能规范ANSI/TIA/EIA PN3287即TSB67等。具体的双绞线网线制作其实非常简单，就是把双绞线的4对8芯网线按一定规则插入到水晶头中，用专用压线钳压紧即可。网线制作的难点在于不同用途的网线跳线规则不一样，涉及到直通网线和交叉网线两种。EIA/TIA 568A和 568B的标准的网线的线序 标准的568A: 绿白1 绿2 橙白3蓝4 蓝白5 橙6棕白7 棕8标准的568B: 橙白1 橙2 绿白3蓝4 蓝白5 绿6 棕白7 棕8步骤二：双绞线网线的制作 1、直通网线的制作过程：（1）剥线：先用网线钳把双绞线的一端剪齐，然后用网线钳划开并剥去双绞线的保护胶皮，即可见到双绞线的棕/棕白、橙/橙白、绿/绿白、蓝/蓝白4对8条芯线。（2）理线：把4对芯线按标准的标准的568B: 橙白1 橙2 绿白3蓝4蓝白5 绿6 棕白7 棕8 线序一字并排排列，把每条芯线拉直，再用网线钳垂直于芯线排列方向剪齐，捏进步松手。（3）插线：然后把剪齐、并列排列的8条芯线对准水晶头开口并排插入到水晶头的底部，每条导线都应插到顶端。（3）压线：检查无误后，将插入网线的水晶头放入网线钳压线缺口中，用劲压下网线钳手柄，使水晶头的插针都能插入到网线芯线之中，与之接触良好。至此，网线的一端就做好了。按照同样的方法、同样的芯线排列顺序制作双绞线的另一端，即完成整条网线的制作。（4）测试：用网线测试仪对做好的网线进行测试。然后打上网标。按照机器的编号，用直通线把每台客户机和交换机相连接。2、交叉网线的制作虽然双绞线有4对8条芯线，但实际上在网络中只用到了其中的4条，对应水晶头的第1、2和第3、6脚，它们分别起着收、发信号的作用。交叉网线是指网线的芯线排列为网线一端的第1脚连另一端的第3脚，网线一端的第2脚连另一端的第6脚，其他脚一一对应。交叉网线的制作过程：制作交叉线的方法是，用适合长度的双绞线和2个水晶头，一端采用T568A标准（线序为：白绿1 绿2 白橙3 蓝4 白蓝5 橙6 白棕7 棕8），另一端采用T568B标准（线序为：白橙1 橙2 白绿3 蓝4 白蓝5 绿6 白棕7 棕8），也就是把双绞线的一头的1和3、2和6分别调换位置。用交叉网线把三台交换机相互连接。步骤三：安装网卡及驱动程序打开计算机安装并固定网卡。启动计算机，安装网卡的驱动程序。 组网前的准备工作已经做完，下面来讲一讲2000 Server服务器配置和Windows XP客户端配置7.2.2 Windows 2000 Server服务器配置因为在这类小型局域网中，通常只有一台服务器，所以在服务器上安装好Windows 2000 Server系统后，就要求把服务器配置成“域控制器”,下面就来介绍配置工作。一、配置服务器外网IP地址首先检查服务器与外网连接的那块网卡的IP地址设置是否正确，如果不符合要求，则需重新设置。方法如下：步骤一：在“设置”菜单中打开“网络与拨号连接”对话框，双击打开相应的网卡连接项，即弹出如图7-27网络和拨号连接属性对话框和如图7-28本地连接属性对话框。7-27 本地连接属性对话框。 7-28 本地连接属性步骤二：选择图1对话框中组件列表框中的“Internet协议（TCIP）”选项，然后单击“属性”按钮，弹出7-29 Internet协议（TCIP）属性对话框，IP地址段“6”，子网掩码“”。首选NDS服务器地址“8”，备用 NDS服务器地址“8” 图7-29 Internet协议（TCIP）属性二、配置服务器内网IP地址在局域网通常采用局域网专用的IP地址段来指定IP地址，这个专用IP地址段为“55”。当然也可以采用其它C类IP地址。子网掩耳盗铃码要注意与相应的IP地址类型对应，如C类IP地址的子网掩码，在没有子网时为“”。步骤一：在“设置”菜单中打开“网络与拨号连接”对话框，双击打开相应的网卡连接项，即弹出图7-30本地连接2属性对话框7-30 本地连接2属性对话框步骤二：选择图1对话框中组件列表框中的“Internet协议（TCIP）”选项，然后单击“属性”按钮，弹出如图7-31 Internet协议（TCIP）属性对话框对话框，输入IP地址段“8”，局域网的标准子网掩码“”。首选NDS服务器地址“8”，备用 NDS服务器地址“8” 7-31 Internet协议（TCIP）属性步骤三：在这样一个小型、配置简单的局域网中，其它选项可以按系统的默认设置即可。配置好后单击“确定”按钮即可，虽然系统不会弹出“重新启动”的提示，但如果可以的话，建议重新启动令IP设置生效，因为这是以后许多设置的关键。三、win2000server路由设置方法路由是把信息从源穿过网络传递到目的的行为，在路上，至少遇到一个中间节点。路由通常与桥接来对比，在粗心的人看来，它们似乎完成的是同样的事。它们的主要区别在于桥接发生在OSI参考协议的