1、计算机网络基础.doc

第一章 计算机网络基础1.1 什么是计算机网络什么是计算机网络？简单说来，多台独立的计算机，通过通信设备和通信线路相互连接起来，并配以功能完善的网络软件，实现计算机资源（如文件、打印机）共享或互相交换数据、协同工作的系统，称为计算机网络系统。1.2 网络的分类计算机网络常分为局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）和国际互联网（Internet）。为了便于理解，可根据网络范围及组网设备的不同，将计算机网络简单地分为局域网和广域网。一、局域网局域网记为LAN（即Local Area Network），是一种在小区域范围内使用的、由多台计算机组成的网络，例如范围只在一个房间、一个建筑物内或者一个校园内。总之，距离比较近的计算机组网都可以使用局域网。局域网的主要特点有： 数据传送速率高，通常每秒10M到100M位（Mbps）； 传送距离比较近，一般组网直径小于2.5公里； 计算机之间可以透明通信。常用的局域网为以太网，10M速率的以太局域网类型有10Base2、10Base5、10BaseT三种，下面分别进行简单的介绍：1、10Base2：用细缆（同轴电缆）连接的计算机局域网，细缆长度一般不能超过285米，物理结构为总线型，组网结构见图1-1。图1-1 10Base2和10Base5组网结构采用细缆组网时用到了终端器，它实际上是50欧的电阻，连接在同轴电缆的两端。10Base2局域网的物理结构为总线型，当总线任一处断线或需要增加一台计算机时，整个网络通信均中断，这是总线型网络的最大弱点。10Base2的线缆接口形状为BNC（一种圆形接口），见图1-2。图1-2 BNC接头与接口当使用同轴电缆组网的计算机局域网出现故障时，可以卸下某一台计算机，用万用表测量BNC接头芯线与屏蔽层的电阻值，如果是25欧则电缆正常；如果是50欧则说明有一端的电缆断线；如果电阻无穷大，则电缆两端均有断线。测量电缆电阻的方法是检查以同轴电缆组网的网线故障的最简单和最常用的方法。2、10Base5：用粗缆（也是同轴电缆）连接的计算机局域网，物理结构与细缆组网类似，粗缆长度一般不能超过500米，组网结构见图1-1，也是总线型网络结构。计算机网卡接口形状为AUI（有15个针脚的DB15接口），见图1-3，而粗缆的接头为BNC，无法与AUI接口直接连接，因此需要用到BNC转AUI收发器，收发器的BNC接口连接粗缆，AUI接口与计算机的网卡相接。图1-3 AUI接口与接头3、10BaseT：用双绞线连接的计算机局域网，各计算机与集线器相连，物理结构为星形。双绞线的长度一般不能超过100米，接口形状为RJ45（类似于电话接口，但有8个针脚），RJ45接头又称为RJ45水晶头，如图1-4所示。双绞线局域网的组网方法是我们讲解的重点内容。图1-4 RJ45接头与接口二、广域网广域网记为WAN（即英文Wide Area Network）。多个局域网通过网络互连设备（一般是路由器）连接而成的计算机网络就称为广域网，如图1-5所示，图中R表示路由器。图1-5 最简单的广域网广域网的基本特点是： 传送距离长，可达几十公里以上，Internet国际互联网是最大的广域网； 传送速率低，很多不超过100kbps，不过现在传输速度越来越高； 计算机之间不能透明通信，需要由路由器转发，因此计算机需要知道路由器的存在，即需要设置网关（路由器的地址）。大型企业在全国或全世界各地都有办事处或其它分支机构，将各分支机构的计算机网络互相连接而成的与国际网并不直接相连的广域网称为企业网（Intranet）。1.3 双绞线局域网的组成目前最常用的局域网是10/100BaseT，即双绞线局域网，物理结构为星形，如图1-6所示。当某台计算机的网线故障时不影响其它计算机的通信，在网络中增加一台计算机也很方便。要组建一个双绞线局域网，需要的硬件设备有： 计算机及网卡 集线器（Hub） 双绞网线及RJ45水晶接头图1-6 一个简单的双绞线局域网小型局域网并不一定需要服务器进行统一的网络帐号管理，这样的局域网称为对等网，小型的计算机局域网常采用对等网。一、网卡网卡也称网络适配器，常见的网卡形状见图1-7。上面的接口为RJ45接口，用于连接双绞网线；下面的接口为BNC接口，当采用细缆组网时使用该接口，也有的网卡没有BNC接口。图1-7 常见的ISA网卡网卡需要插入计算机的扩展插槽中，计算机的扩展槽主要有ISA（16位总线）、PCI（32位总线）两种，相应地网卡也有PCI网卡和ISA网卡，PCI网卡插入计算机内白色的PCI扩展插槽中，ISA网卡插入计算机内的黑色ISA扩展插槽中。图1-7所示的网卡为ISA网卡。网卡的正常工作离不开驱动程序，在购买网卡时一般都会提供驱动程序。安装操作系统时，由于Windows安装程序中可能已包含了多种网卡的驱动程序且自动安装，不需要单独安装驱动程序，给网络设备安装带来了方便。网卡正常工作时，需要占用计算机的部分资源，主要有：n IRQ：也称中断请求。计算机共有IRQ015共16个中断号，其中IRQ2和IRQ9用于中断级联，可认为是同一个中断号，实际只有15个可用的中断，但系统已经占用了大部分。表1-1是某台计算机系统占用的中断号基本情况。表1-1中断号占用者中断号占用者0系统时钟8系统CMOS/实时钟1键盘9可用2中断级联10可用，如网卡3通信端口（COM2）11一般被显示卡占用4通信端口（COM1）12一般被PS/2鼠标占用5可用，一般用于声卡13数值数据处理器6标准软盘控制器14硬盘控制器/IDE控制器7打印机端口（LPT1）15硬盘控制器/IDE控制器中断是有高低级别的，计算机优先响应级别高的中断，中断号从高到低的顺序为：0、1、815、37。网卡一般可用3、5、7、9、10、12等，但不能与该计算机内其它任何一种需要占用中断资源的硬件设备相冲突，否则网卡不能正常工作。例如，如果计算机要使用串口Com2和本地打印机时，此时网卡的中断号就不能设置为3或7。但并不能认为两个设备采用了相同的中断号就一定会有冲突，随着技术的发展，某些网卡可以和其它设备共用相同的中断号，但它们的端口地址不相同。n Port Address，端口地址，即输入输出范围。网卡占用的输入输出地址范围为32个字节，一般可设置为0x300H0x31FH。和中断资源类似，如果所使用的输入输出地址范围与其它安装在本机内的设备冲突，网卡也不能正常工作。在Windows 98中查看网卡所占用资源的方法是：用鼠标单击开始设置控制面板，双击系统，选设备管理，展开网络适配器，选中相应的网卡，单击属性，单击资源，这样就可以看到网卡的中断号和端口地址。如果不展开网络适配器，而是选择计算机，单击属性，就可以看到计算机中所有已被占用的中断号。在NT中查看网卡所占用资源的方法是：用鼠标单击开始设置控制面板，双击网络，选网络适配器，选中相应的网卡，单击属性，就可以查询。注意有的网卡自动设置所占用的资源，不一定能通过该方法查询。二、集线器集线器提供多个RJ45网络接口，用于连接各计算机，常见的有8、12、16、24、32口集线器，图1-8是一台12口10/100Mbps自适应集线器，它可以自动适应10M或100M的网络。图1-8 一台12口的集线器集线器的每一个RJ45接口都可以接入标准网线用来连接计算机，当集线器已上电，且连接的计算机已开机时，相应的接口指示灯应亮。当一个局域网内的计算机的台数多于集线器的接口个数时，需要使用多个集线器级联。级联时一般需要使用交叉网线，通过两台集线器的任一个接口均可连接。大多数集线器的最后一个接口有一点特殊，称为级联口，当交叉/直连选择按钮按下时，该接口也可用标准网线连接另一个集线器。集线器级联方法见图1-9。图1-9 集线器的级联示意图注意集线器的级联不一定必须占用RJ45网口，有些集线器上有BNC网络接口或其它高速级联接口，可通过这些接口进行集线器级联，如用细缆连接两台带有BNC接口的集线器。在组建局域网时也有不使用集线器，而使用局域网交换机的例子，如华为公司Quidway S2403局域网交换机（LAN Switch）就带有24个10M和3个100MRJ45网络接口。局域网交换机支持更多的功能，如虚拟局域网（VLAN）等。交换机与计算机能进行全双工（Full Diplex）通信，而集线器与计算机之间的通信一般为半双工（Half Diplex）方式。三、双绞网线与RJ45水晶接头双绞网线一般采用5类无屏蔽双绞线（UTP），参见图1-10。每一根双绞线内包含橙、绿、蓝、棕4对绝缘铜线，每对线互相绞在一起，以提高用一对线传输信号时的抗干扰能力。为了区分一对线中的两根同色线，一根用纯色，另一根是白色或在白色上点缀这对线的颜色。图1-10 双绞网线与RJ45接头示意图RJ45接口有8个针脚，针脚序号见图1-10。RJ45水晶接头相应地接入双绞线中所有8根线。网卡上的RJ45接口中的1、2两脚为信号发送（Txd），3、6两脚为信号接收（Rxd），当用于连接10M以太网时，只要接通这四个信号即可。为了提高网线的抗干扰能力，要求1、2采用一对线，3、6也采用一对线。由于集线器的RJ45接口定义与网卡的接口定义相反，因而网线有如图1-11所示的两种接法，前者为标准网线，后者为交叉网线。图1-11 两种双绞网线的接线线序 标准网线：又称直连网线，用于计算机与集线器连接。网线两头的线序标准线序为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。 交叉网线：用于两台计算机对连或集线器级联。网线两头的线序不相同，一头为标准线序，另一头为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。由于集线器有交叉/直连选择按钮，因此也可以用标准网线级联两台集线器，此时至少有一台集线器使用级联口，参见图1-9。当只有两台计算机（或一台计算机与一台路由器）组成网络时，可以不需要集线器，用一根交叉网线即可连接。采用标准色序的好处是：不论网线是谁压接的，维护的时候如果需要重做接头时，按标准线序压接即可。如果不采用标准色序，比如压接标准网线，只要两头的1、2用一对线做通、3、6用一对线做通也可以，但不推荐这样做。在压接网线时1和2、3和6必须用一对线，否则抗干扰能力不强，有效传输距离远不能到达100米，网络可能有时候可以通信，有时候不能通信。1.4 网络协议计算机通过集线器及网线连接在一起，仅仅只有物理上的连接，还不能进行通信。为了计算机之间能进行通信，还要求每台计算机的操作系统中至少有一个相同的协议。协议是计算机之间的通信语言。一、常用的网络协议1、IPX/SPX协议IPX/SPX协议英文全称为Internet Packet eXchange/Sequenced Packet eXchange，称为网间包交换/顺序包交换协议，其中IPX用于寻址，SPX用于保证数据包完整和正确地被传送和接收。该协议常用于NetWare局域网，也可用于广域网。2、NetBEUI协议NetBEUI协议英文全称为NetBIOS Extended User Interface，称为网络基本输入输出扩展用户界面，该协议是一个较简单的协议，只能用于局域网。BIOS意为基本输入输出系统（Basic Input/Output System）。3、TCP/IP协议TCP/IP协议英文全称为Transmission Control Protocol/Internet Protocol，称为传输控制协议/网间协议，其中IP用于寻址，TCP保证数据包传输的正确性。该协议的使用最为广泛，可用于局域网，也可用于广域网，计算机通过Internet进行通信时通常就使用了这一协议。艾默生网络能源有限公司的PSMS动力设备及环境集中监控系统产品也使用了该协议。二、IP地址和子网掩码在一个计算机网络中，为了与某台计算机进行通信，需要有该计算机的地址。基于TCP/IP通信协议的网络中，用IP地址来标识一台计算机在网络中的地址。IP地址用32位表示，如：10000001000010010100011011011010这样一个地址，很难记忆。为了方便，将每8位（即一个字节）变成十进制数（见表1-2），并用小数点分开来表示，记为129.9.70.218，这种IP地址的表示方法称为点分十进制。表1-21000000100001001010001101101101129970218一个广域网由多个局域网互连而成，每一个局域网内的计算机的IP地址有一个共同点，即它们的前若干位一定是相同的，称为网络号（即网络ID），后面若干位则称为主机号（即主机ID）。网络ID到底有多少位，由子网掩码来决定。子网掩码的长度也是32位，由连续的1和连续的0组成，子网掩码有多少个1，则IP地址的网络ID就有多少位。如子网掩码为：11111111111111111100000000000000用点分十进制的方法记为255.255.192.0，由于有18个连续的1，IP地址的网络ID就有18位，将IP地址的前18位写出，后面全补0，这就是该网络的网络地址，参见表1-3。表1-3IP地址129970218100000010000100101000110110110子网掩码2552551920111111111111111111000000000000网络地址1299640100000010000100101000000000000主机地址006218000110110110同一个局域网内的所有计算机的主机ID不能相同，此外主机的地址不能为全0或全1（全0时表示该网络，全1为广播地址），因而该局域网内最多可使用的IP地址为214-2个，即最多可拥有16382台计算机。一个局域网中最多可拥有的主机数量为2n-2，n表示主机ID的位数。如果另一台计算机的IP地址为129.9.194.3，子网掩码也是255.255.192.0，则该台计算机的网络地址为129.9.192.0，主机地址为2.3。因此，如果子网掩码为255.255.192.0，则IP地址分别为129.9.70.218和129.9.194.3的两台计算机在逻辑上不属于同一个局域网，它们之间不能直接通信。如上例中，若它们的掩码都设置为255.255.0.0，则网络地址均为129.9.0.0，在逻辑上它们同属于一个局域网，应可以直接通信。三、IP地址的分类网络地址分为A、B、C、D和E五类，常用的有A、B、C三类，描述如图1-12所示。图1-12 IP地址的分类通过IP地址的第一个字节就可以判断该地址属于哪一类地址，注意IP地址的第一个字节不能为0或127。大多数计算机的IP地址按这三类标准地址来设置子网掩码，但并非必需按标准掩码来设置。这三类地址的标准掩码分别为： A类地址：255.0.0.0（8位掩码） B类地址：255.255.0.0（16位掩码） C类地址：255.255.255.0（24位掩码）四、IP地址的分配原则IP地址的设置必须符合一定的原则，否则将造成混乱。主要原则如下： 一个局域网内的所有计算机的IP地址中的网络ID必须相同； 在同一个局域网内的所有计算机的IP地址中的主机ID不能相同； 互连的网络中，各网段的网络地址不能相同。以上的原则可以引申为：在互连的网络中，所有的计算机的IP地址不能相同。如果有两台计算机的IP地址相同，则会引起冲突，网络工作将不正常。为了避免这种冲突，企业网在分配IP地址时，常不允许每个人自己设置计算机的IP地址，而由单位的服务器来自动分配。自动分配IP地址要求有DHCP（动态分配IP地址协议）服务器，在自动分配IP地址的同时，一般还会自动配置网关等。1.5 网络互连如果计算机之间的距离很近，可以用组建局域网的方法将它们互相连接起来（例如采用集线器级连的方法连接一幢大楼内各楼层的计算机局域网）。当两个局域网相距很远时，为了互相通信，则需要使用路由器和传输线路将它们连接起来，组成广域网，如图1-13所示，图中的Quidway2501和2509均是路由器的具体型号。图1-13 网络互连示意图路由器是一种特殊的计算机，一般都具有一个局域网接口和多个广域网接口，每一个接口上均可绑定一个IP地址，这些地址的网络ID都各不相同。但是路由器的局域网地址的网络ID必须与本地局域网网络ID一致，互连的两个路由器的对应广域网口的IP地址网络ID相同，参见图1-13。假定子网掩码采用标准掩码，按图1-13的连接方式，当一台计算机访问连接在同一局域网上的计算机时，如IP地址为129.6.89.66的计算机A要访问IP地址为129.6.9.42的计算机B，由于计算机根据子网掩码判断两台计算机的网络地址相同，计算机可以直接访问。如果129.6.89.66要访问的计算机IP地址为200.1.1.2，由于源计算机发现该地址与自己的网络地址不相同，因此它将发出的数据包交给网关（即路由器），由路由器转发。网关需要设置，实际上就是连在本局域网上的路由器的LAN地址。如果没有连接其它网络，129.6.89.66访问某台与本机未连网的计算机时（如访问200.1.2.3），路由器129.6.100.1将会向源计算机反馈一个目标地址不能到达的信息。图1-13所表示的广域网可简化为图1-5所示的网络图，相应地R1为Quidway2509，R2为Quidway2501，LAN1的网络地址为129.6.0.0，LAN2的网络地址为220.1.1.0，LAN3的网络地址为200.1.1.0。网络互连的特点： 需要有相应的硬件设备，一般采用路由器。 需要有一定的协议，如TCP/IP协议，且不同的网段采用不同的网络地址。 通过路由器访问其它网段上的计算机时需要设置网关，访问不是透明的。在监控系统中，监控站（二级监控中心）局域网就可以通过用网络互连的方式与一级监控中心局域网相连。1.6 计算机远程访问网络互连（WAN）解决的是局域网与局域网之间的连接问题。如果在远地只有一台计算机需要与局域网连接，当然也可以采用路由器，但这种实现方法太昂贵。一般的解决方法是远端单机拨号上网，图1-14是单机拨号上网的示意图：图1-14 计算机远程接入示意图图1-14是一个在家中拨号上网的例子，ISP即为Internet服务提供商（Internet Service Provider），如163、165等。当远端孤立的计算机拨入远程访问服务器（RAS，Remote Access Server）时，该计算机就被接入网络，远程访问服务器给这台计算机临时分配一个IP地址（这个IP地址的网络ID与ISP的网络ID可能相同，也可能不相同），计算机之间可以直接通信。远程访问时都是采用拨号上网的方法，RAS可用专用的接入设备，如华为公司Quidway2509、2511、A8010等，也可以在NT服务器中安装RAS服务程序代替远程访问服务器。大多数远程访问服务器本身同时也是路由器，具有路由器的功能。远端计算机可用Modem连接RAS，也可以采用透明串口连接（此时不需要Modem和电话线，但需要在远端计算机的操作系统中安装Null Modem，拨空号上网）。在监控系统中，远端局的前置机可以采用拨号方式接入监控中心局域网。1.7 常用的网络操作系统 Windows 95/98：统称为Win95，常用于办公或家用计算机。当需要使用网络上的共享资源时，一般需要登录网络，取消登录也能进入操作系统，但不能访问网络资源。 Windows NT：简称NT（New Technology），操作界面与Win95类似，网络功能更强。NT的安全性能很好，必须是合法的NT用户登录方可使用，并且不同的用户可以授予不同的权限。Administrator是系统安装后缺省的NT系统管理员。NT有NT Workstation（NT工作站）和NT Server（NT服务器）之分，前者一般用作台式机操作系统，后者一般用作服务器操作系统。目前NT较常用的是4.0版，在使用时最好安装SP6补丁程序。 Windows 2000：基于NT技术的Windows操作系统，相当于NT 5.0版。 Windows XP：Windows 2000的升级版本。除了Widnows系列的操作系统外，服务器广泛地采用UNIX作为操作系统。此外，Linux操作系统也开始盛行。要发挥网络的功能，需要对网络进行设置，常用的网络设置有计算机名、工作组名或域名、网卡中断号、网卡端口地址、协议、IP地址、子网掩码、是否允许他人访问（共享）等。局域网中计算机名不能相同，否则会有冲突提示。通过网上邻居一般只能打开局域网内的计算机，打开网上邻居时直接显示的是同一个工作组中的所有计算机，要访问其它工作组内的计算机，可通过打开整个网络进行查找，更方便的方法是使用用Windows的菜单开始查找查找计算机，输入计算机名或IP地址查找，使用IP地址查找计算机是更有效的方法。说明：不同的操作系统，与网络相关的命令或操作有所不同。例如在Windows 95/98中，可运行winipcfg来获知本机的IP地址，如果设置为通过DHCP服务器获得IP地址，还可以用鼠标点击相应的按钮更新IP地址；而NT中的相应命令为ipconfig，需要在命令提示符状态下运行，如果更新IP地址，命令格式为ipconfig/renew；使用XP操作系统的计算机一旦连接网线，则自动获得或更新IP地址（条件是本机设置为通过DHCP服务器获得IP地址且网络中有DHCP服务器存在）。有关操作系统的细节，请参考介绍操作系统的相关资料。1.8 网络维护集线器和计算机的电源打开后，计算机的网卡上的指示灯亮（如有两个，则两个都要亮或闪烁），集线器上与之相应的指示灯也应亮，否则网络肯定不通。在检查TCP/IP网络时，常用的命令是ping。一、Ping的使用方法及回应信息利用Windows 95或NT中的Ping.exe工具可以测试网络状态。假定运行Ping 200.1.1.2，出现的结果有以下四种可能：1、Reply from 200.1.1.2:bytes=32 time=6ms TTL=126，表示计算机200.1.1.2反馈了收发的字节数、所用的时间等信息，说明本机与200.1.1.2通信正常。2、Request timed out，表示对所发请求应答超时，说明不能通信，网络不通。3、Destination Host Unreachable，表示目标主机不能达到，说明本机未设置网关或未设置IP地址，也可能是网卡的驱动程序安装不正确。4、Reply from 129.6.100.1:Destination Host Unreachable，则表示路由器（IP地址为129.6.100.1）认为要访问的计算机与本网络未连接，更可能的是在Ping对方计算机时写错了对方的IP地址。如果由于窗口关闭太快而来不及看清楚Ping的回应内容，可在Ping命令后加“-t”的开关，如“Ping 200.1.1.2 -t”。二、网络故障处理如果网络不通，需要从硬件和软件两方面来检查。硬件方面检查网线接头是否压接牢靠，水晶接头压接不好是网络不通的最常见原因；此外也不要忽视另一种常见的问题，即集线器上某一个接口损坏。可用一根好的备用网线来检查是否是网线问题。当然，如果网卡损坏，网络也不正常。在软件方面，重点检查以下几点：1、用网卡设置软件（网卡驱动程序中所带的测试或设置软件，名称一般如Setup.exe或Diag*.exe，*表示网卡型号或相关信息）检查网卡的