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如何制作网线
第七章
7.1网络基础知识
(1)
7.1 网络基础知识
计算机技术与通信技术的结合形成了计算机网络,计算机网络在当今社会中越来越体现出它的作用与价值。
不论是大到全球网络,还是小到几个人组成的工作组,都可以根据需求实现资源共享及信息传输,而要建立计算机网络,应首先了解一些网络的基本概念、网络的功能与结构、网络的类型及组网所必需的软硬件设备等方面的知识,如图7-1所示为一个包括由各地计算机和小型局域网、广域网组成的Internet信息网。
图7-1 局域网和广域网构成了遍及世界的Internet信息网
7.1.1 网络的功能与体系结构
通过通信设施(通信线路及设备)将地理上分布的具有独立自治能力的多个计算机系统互连(interconnection)起来,进行信息交换(informationexchange)、资源共享(resourceshare)、可互操作(interoperability)和协同处理(interworking)的系统,称为计算机网络。
1.计算机网络的功能
●数据信息通信交换。
●资源共享。
●网络计算、分布处理、均衡负载。
●系统安全性及可靠性。
●集中分布控制。
●提供网络用用户最佳性能价格比。
●提供大量的服务项目和协同工作能力。
2.网络拓扑结构
网络中结点的互连模式叫网络的拓扑结构。
小型局域网中常用总线型拓扑结构和星型拓扑结构。
总线结构采用单根传输线(总线)连接网络中所有结点(工作站和服务器),任一站点发送的信号都可以沿着总线传播,能被其他所有结点接收,如图7-2所示。
总线结构小型局域网工作站和服务器常采用BNC接口网卡,利用T型BNC接口连接器和50欧姆同轴电缆串行连接各站点,总线两个端头需安装终端电阻器。
图7-2 总线型网络
星型结构网络中有一个惟一的转发结点(中央结点),每一计算机都通过单独的通信线路连接到中央结点,如图7-3所示。
信息传送方式、访问协议十分简单。
星型结构小型局域网工作站和服务器常采用RJ-45接口网卡,以集线器为中央结点,用双绞线连接集线器与工作站和服务器。
目前性价比较高的方案是采用10M/100M自适应集线器,工作站使用低档10M网卡,服务器采用高档100M网卡购成的小型星型网络。
服务器与集线器间以100M速率通信;各工作站与集线器间以10M速率通信。
图7-3 星型网络
3.层次网络模型
从协议结构来看,目前的网络采用的是层次网络模型,即将网络功能分离为七层结构,每一层集中完成一定的功能。
国际标准化组织,简称ISO(InternationalStandardsOrganization)制定了开放系统互连(OSI)模型。
OSI模型描述了在像Windows之类的模块化操作系统中所有网络软件及硬件部件都应该承认的七个标准层,如图7-4所示。
图7-4 OSI标准通信协议
在开放系统互连模型中,每一层使用下一层的所提供的服务来实现本层的功能,并直接对上一层提供服务,例如,TCP是传输层服务,使用非可靠的IP服务,即网络层服务,保证了对其上一层的可靠连接。
TCP努力尽可能必要地实现对其另外计算机上的对于TCP层的数据请求,直到TCP获得所需要的为其以上层提供连贯系列的数据为止。
表7-1中描述了OSI参考模型七层的关系和各层的具体功能。
表7-1 OSI参考模型各层的关系与功能
OSI参考模型各层名称
功 能
应用层
Windows网络部件主要操作在应用层上,即OSI模型中的最高层。
应用层提供直接支持用户应用程序的服务,诸如数据库访问、电子邮件及文件传输等。
应用层也允许应用程序运行于不同的计算机上,像在同一台计算机上一样进行通信。
当程序员写一个使用网络服务的应用程序时,应用程序将访问这一层
表示层
表示层在网络需要的格式和计算机期望的格式之间翻译数据。
表示层执行协议转换、数据翻译、压缩与加密及字符集转换,表示层也可以解释图形命令。
重定向程序操作在表示层与应用层上。
表示层使文件服务器上的文件对客户计算机可见。
重定向程序也对远程打印机起作用,就像远程打印机直接连接到本地计算机上一样
会话层
会话层、表示层和应用层是操作系统中打印与文件存储之类的网络服务。
会话层允许独立计算机上的应用程序共享称之为Session(会话)的连接。
这一层提供诸如命名查看及使两个程序互相找到并建立通信链路的安全性服务。
这一层也控制两个进程之间的对话,确定在通信过程中在何处谁能传输及谁能接收
传输层
传输层定义了TCP/IP协议栈中的TCP功能及IPX/SPX协议中的好几种IPX功能和SPX功能。
这一层确保数据包无差错、按顺序及无丢失或多余的传输。
传输层把来自于会话层的信息拆分成可以发送给目的计算机的数据包,在目的计算机上,重新把数据包装配成信息送给目标计算机的会话层
网络层
网络层与上一层(传输层)包括了Windows传输协议,网络层定义了TCP/IP栈中IP的功能及许多IPX/SPX协议中的IPX功能。
网络层负责在网络之间查找路由
数据链路层
数据链路层实现了从一种设备到另一种设备的单一链路上的数据流动。
数据链路主要负责接收来自于网络层的包,并且把信息打包成称之为frames(帧)的数据单元并下传给物理层进行传输。
数据链路层还将在数据包中增加控制信息,例如帧类型、寻址及错误控制信息等。
数据链路层的主要功能便是确保从一台计算机到另一台计算机帧的无错传输
物理层
物理层与数据链路层(直接在物理层之上)负责媒介访问控制。
物理层仅仅负责从一台计算机到另一台计算机发送比特位(比特位是数字通信的二进制0和1),物理层并不关心比特位的含义;物理层处理与网络的物理连接和信号的发送与传输
7.2网络基础知识
(2)
7.2.1 网络连接的硬件设备
组成计算机网络除了需要采用合适的体系结构,还需要各种硬件设备的支持。
计算机网络系统性能的高低在很大程度便体现在网络所使用的硬件设备上。
(1)通信设备:
传输及交换设备、线路设备及互连设备。
●网络适配器:
网络适配器或者说网络适配器(通常缩写为NIC)把计算机连接到电缆上,传输从计算机到电缆媒介或从电缆媒介到计算机的数据。
例如,一块Ethernet的网络适配器接受来自于计算机的称之为包的大量数据并把那些数据包转换成可应用到铜线上的电子脉冲序列(如果介质是光纤电缆,那么就转换成光脉冲序列)。
接收方的网络适配器诊断到这些电子电压(或光脉冲)并转换成数据包,传送给接收方计算机。
●集线器(Hub):
一些网络正常情况是双绞线Ethernet及TokenRing网络,把网络电缆安排成所有联网的计算机都由一个中央节点运行,处于中央节点的一个Hub或者说集线器连接网络电缆。
一些集线器仅仅把在任何一条电缆上接收到的信号向所有其他的电缆重新广播;另一些较为高级的集线器可以确定包的目的地址,并重新把信号仅仅发送到相应的电缆上,这些集线器就称之为Switchinghubs(交换式集线器)或者称之为交换机,另一些高级集线器的特性包括错误诊断与隔离、流量监控及远程管理。
●中继器:
中继器可从一个局域网上获取信号,对信号进行放大和提升功率后发向另一个局域网。
它能够精确地重发信号,使信号从一个网段的末尾再延长至下一个网段而只有很小的信号衰减。
●网桥:
网桥主要用于连接两个或多个LAN网络,并在它们之间传递数据封包。
应用网桥可以连接两个或多个相同类型的网络,但允许每个网络使用不同的协议,网桥根据各个局域网上使用的协议是否相同,自动决定并完成传输的数据包的协议格式的转换。
●路由器:
路由器的作用与网桥类似,但功能要强很多,它不仅具有网桥的全部功能,而且还具有传输路径的选择功能,使负载均衡。
路由器可以决定一个网络上的节点访问另一个网络、实现网络间的信息传递所选择的路径。
●网关:
网关可以实现不同网络下不同协议的转换,使具有不同协议的网络通过网关连成一个网络。
例如,可以使用网关在Novell和WindowsNT以及UNIX网络操作系统之间进行通信。
●传输介质:
传输介质的选择也是重要的一环。
它决定的网络的传输率、局域网的最大长度、传输的可靠性以及网络适配器的复杂性。
目前使用较多的有以下几种传输介质:
双绞线、同轴电缆以及光缆等。
(2)用户端设备:
客户机、服务器、对等机、用户程序。
●服务器:
虽然Hub是大多数网络的物理中央节点,但是服务器却是网络通信的中心结点。
网络上的计算机依靠服务器存储数据,并验证登录请求;服务器与任何其他计算机一样连接到网络上;使服务器有别于其他计算机的是服务器软件,服务器比网络上的其他计算机更强大。
●客户机:
客户机是依靠服务器登录验证及文件存储的计算机。
虽然客户机通常具有一些自己的存储空间(硬盘空间)来容纳程序文件,但是用户的文件通常存储于文件服务器上,而不是存储在客户机上。
与大多数服务器不同,客户计算机执行用户程序并直接与用户进行交互。
●对等机:
对等式计算机是指不仅仅执行用户程序并直接与用户进行交互(像客户机一样),而且也能与网络中的其他计算机共享自己的硬盘空间与打印机(与服务器一样)。
然而对等式计算机并不验证其他计算机的文件。
相反,对等式计算机通常像客户机一样使用;并且存储在对等机中的文件偶尔对网络中的其他计算机可用。
7.2.2 Windows中的网络组件
Windows在网络应用方面提供了许多核心组件,包括由安装程序自动安装的许多管理工具以及许多附加的组件供用户选择安装,以扩展Windows的网络功能。
这些组件可分为3大类:
客户、服务和协议,它们可以在安装时添加,也可以在安装以后添加。
1.客户
客户组件可以提供对计算机和连接到网络上的文件的访问。
Windows中提供了两种客户类型:
Microsoft网络客户端:
此客户组件允许用户的计算机访问Microsoft网络上的资源。
NetWare客户端服务:
允许这台计算机登录到NetWare服务器并且访问它们的资源。
2.服务
服务组件为用户提供了其他的一些功能,例如文件和打印机共享,连接其他类型的网络等。
安装服务组件之后,可向网络中的其他用户提供相应的服务。
Windows中提供的服务组件功能如下:
Microsoft网络的文件和打印机服务:
允许其他计算机用Microsoft网络访问用户计算机上的资源。
QoS数据包计划程序:
即质量服务数据包计划程序。
该组件提供网络交通控制,包括流量率和优先级服务。
SAP代理程序:
即服务公布协议(SAP)公布网络上的服务器和地址。
3.协议
通信协议是用户使用的计算机与其他计算机通信的语言,它规定了计算机之间传送数据的规则,并定义了计算机之间互相沟通的方法。
在Windows中提供支持的各协议基本功能如下:
NWLinkIPX/SPX/NetBIOS兼容传输协议(NWLink):
NWLinkIPX/SPX/NetBIOS兼容传输协议(NWLink)是Novell的IPX/SPX和NetBIOS协议的实现。
Windows客户可以使用NWLink访问在NovellNetWare服务器上运行的客户和服务器应用程序。
NetWare客户可以使用NWLink访问在Windows服务器上运行的客户和服务器应用程序。
在有了NWLink后,运行Windows的计算机可以与其他使用IPX/SPX的网络设备(例如打印机)进行通信。
也可以在只使用Windows和其他Microsoft客户软件的小型网络中使用NWLink。
Internet协议(TCP/IP):
TCP/IP表示传输控制协议/互连协议,它是为广域网设计的一套工业标准协议。
它能为用户提供跨越多种互联网络的通信。
WindowsTCP/IP允许用户与任何运行TCP/IP的机器一起连接到Internet,并且提供TCP/IP服务。
虽然TCP/IP很灵活且可以用于几乎任何需要传输协议的环境,但是TCP/IP的正确管理相对而言仍较困难,而且比IPX和NetBEUI速度慢。
7.2.3 TCP/IP协议的工作原理
在WindowsXP与其他计算机联网的过程中,TCP/IP协议起作用的部分主要有4个:
IP、TCP、UDP和子网掩码。
TCP/IP协议遵循的是开放系统互连模型的7层结构。
下面我们对其中3个重要组成部分的功能和工作原理进行介绍。
1.IP协议
IP协议是网络上的协议,它提供了在许多数据链路协议上的无链接数据报服务。
IP不保证数据表的发送,但它最大限度的发送数据。
上层协议如TCP,用来在IP上层建立保证发送信息服务。
IP地址提供了独立于网络底层的逻辑网络地址概念,充分利用了地址识别协议(ARP)来提供逻辑地址(IP地址)和节点物理地址之间的绑定。
IP数据报能够被分解成一些小部分以满足网络底层的最大传送单元,而且保存了足够的信息使得被分解的部分在需要的时候可以重组。
IP地址由一个32位的数字组成。
每个节点上支持IP的网络接口必须有一个专门的IP地址分配信息。
IP地址由两部分组成:
网络地址和主机地址,如图7-5所示。
A类地址:
由于其网络地址所占位数少,而主机地址占位多,所以它适用于拥有大量主机的大型网。
7位网络地址表示A类网络中最多可拥有127个网络;24位主机地址表示A类网络中最多可容纳2×23台主机。
B类地址:
由于其网络地址和主机地址分别占14位和16位,所以它适用于中型网。
14位网络地址表示B类网络中最多可拥有2×23个网络,而16位主机地址表示每个B类网络中最多可容纳2×15台主机。
C类地址:
由于其网络地址和主机地址分别占21位和8位,所以它适用于小型网。
21位网络地址表示C类网络中最多可拥有2×20个网络,而8位主机地址则表示每个C类网络中最多可容纳2×7个2台主机。
图7-5 IP地址类型
D类地址:
用于多路传送,是一种比广播地址稍弱的形式,支持多路传送技术。
E类地址:
用于将来的扩展之用。
除了以上5类IP地址外,还有3种具有特殊意义的地址:
(1)广播地址:
TCP/IP协议规定,主机地址各位均为“1”的IP地址用于广播之用。
所以又称为广播地址。
广播地址的给定代表同时向网络中的所有主机发送消息。
广播地址本身,根据广播的范围不同,又可细分为直接广播地址和有限广播地址。
●直接广播地址:
32位IP地址中给定的网络地址,直接对给定的网络进行广播发送。
这种地址直观,但必须知道信宿网络地址。
●有限广播地址:
32位IP地址均为“1”,表示向源主机所在的网络进行广播发送,即本网广播,它不需要知道网络地址。
(2)“0”地址:
TCP/IP协议规定,32位IP地址中网络地址均为“0”的地址,表示本网络。
(3)回送地址:
用于网络软件测试以及本地机进程间通信的地址,是网络地址为11111110的地址。
无论什么程序,只要采用回送地址发送数据,TCP/IP协议软件立即返回它,不进行任何网络的传送。
IP地址的32位补码方法可以表示为4个类型的十进制值的4个十进制数,这4个类型为一个32位IP地址。
4个十进制数被点号(.)分开,IP地址简短地称为点分十进制表示。
下面给出一个IP地址的二进制格式和点分十进制表示:
IP地址=11000000101010000000000000000001
IP地址=192.168.0.1
对应上面的IP地址类型,如果用“点分十进制”表示,则可如图7-6所示。
图7-6 TCP/IP协议中IP地址的点分十进制表示
2.TCP协议
TCP既管理来自各上层的数据报流,也管理来自IP层的数据报流。
同时它还必须兼顾优先级和安全性。
TCP必须能够处理它上面的应用程序的终端,该终端正等待着进入的数据报以及各底层中的故障。
TCP还必须维护TCP层内外所有数据流的状态表。
独立层内的这些服务的隔离能够启动要设计的应用程序,而不必考虑控制或报文的可靠性。
如果没有TCP层,每个应用程序都必须处理这些服务本身,极大的浪费了资源。
TCP协议是用来提供可靠的虚拟电路连接的主要传输协议。
连接建立在发送方端口号和接收方节点之间。
TCP面向8位字节流。
一个8位流是一个字节的组。
因此,TCP可以被用来在两台主机之间提供多路虚拟电路连接。
因为TCP是面向连接的协议,它负责保证数据报从源计算机到目标计算机的传输,因此,TCP必须从宿主计算机接收通信信息,以确认数据报的接收。
虚拟电路建立之后,TCP将数据段发送到IP软件,IP软件将其作为数据报通过网络发送该报文。
经过网络上复杂过程之后,接收计算机的IP将接收到数据段传输到该机的TCP层,在此处理该数据段,并使用上层协议将其传输到它上面的应用程序。
接收计算机TCP的实施可以执行简单的流控制,以防止缓冲器过载。
它通过向发送计算机发送一个窗口值来实现这种控制。
然后发送计算机发送合适的字节填充该窗口。
最后,发送另一个计算机要接收的窗口值。
这样可以在两台计算机之间提供一个交换协议。
3.子网掩码
TCP/IP协议标准规定:
每一个使用子网的网点都选择一个除IP地址外的32位的位模式。
位模式中的某位置为1,则对应IP地址中的某位为网络地址中的一位;位模式中的某位置为0则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。
这种位模式称作子网掩码。
子网掩码的最大用途是让TCP/IP协议能够快速判断两个IP地址是否属于同一个子网。
子网掩码可以用来判断寻址算法条件。
例如下面的两个IP地址:
202.66.78.6和202.66.78.69,则使用下面的子网掩码255.255.255.0。
对于该IP地址及子网掩码,判断寻址算法条件的过程为:
●如果信宿IP地址和子网掩码相对应(例如上例),就把数据报发送到本地网络上。
●如果信宿IP地址和子网掩码不对应,就把数据报发送到和信宿IP地址相应的网关上。
子网掩码中的“1”和“0”并不是以字节为单位的,例如某一子网掩码编码为255.255.240.0,则表示该子网中有12位主机地址。
子网掩码一方面可以用来判断两个IP地址是否属同一子网,另一方面也可以用来找出子网的地址。
例如,假设有两个IP地址128.21.128.1和128.21.128.2,则对应的二进制表示分别为:
十进制:
128.21.128.1
二进制:
10000000.00010101.10000000.00000001
十进制:
128.21.128.2
二进制:
10000000.00010101.10000000.00000010
子网掩码
十进制:
255.255.255.0
二进制:
11111111.111111111.111111111.00000000
若判断这两个IP地址是否为同一子网,其操作是将每个IP地址与子网掩码进行按位与运算,如果所得的结果相同,则表示两个IP地址属于同一子网,否则表示两个IP地址属于不同子网。
例如128.21.128.1地址按位与运算后为:
10000000.00010101.10000000.00000000
而128.21.128.2地址按位与运算后为:
10000000.00010101.10000000.00000000
所以,这两个IP地址属于同一子网。
7.3 了解Internet
人们将越来越多的事情放在Internet这个网络和信息资源的世界中来完成,上网聊天、看新闻、收发邮件、查资料、玩游戏、网上教学等各种各样的事情日渐成为人们日常工作、学习、娱乐的一部分。
掌握网上冲浪的方法和技巧成为新时代人的一项基本技能。
7.3.1 Internet的含义
在了解什么是Internet之前,应该先掌握网络这个概念。
所谓网络就是通过电缆、电话线或无线通信相互连接的计算机的集合。
通过网络,可以和其他连接到网络上的用户一起共享网络资源,如磁盘上的文件、打印机及调制解调器等,同时也可以和其他用户互相交换数据信息。
INTERNET
按计算机连网地域的大小,可以把网络分成局域网和广域网。
小型的网络,如在一个房间、一座办公楼或一个单位内部的网络就称为局域网;而大型的跨省市、跨国际的网络则称为广域网。
所谓的Internet就是一个最大最典型的广域网,如图7-7所示。
s
图7-7 Internet将整个世界连接起来
Internet在中国被称为“因特网”或“互联网”,是一个范围遍及全球的大型计算机网络,它将许许多多的小型网络和无可计数的一同工作、共享信息的计算机组织在一起。
它可以将全球各种类型的计算机通过一定的软件、硬件或其他规则连接在一起,用来提供相关服务和资源,如图7-8所示为Internet将世界上各地的计算机连接在一起的示意图。
图7-8 Internet上连接了世界各地的服务器和个人计算机
如同许多复杂的系统一样,对Internet最简单的解释是将其比喻为“信息高速公路”,即可以将它想像为一个公共运输系统的社会模型,以主干线即系统中最大的网络为支柱,并向四外扩展,呈网状交织在一起。
但这个解释还不足以描述Internet的奇妙世界。
在其完整概念中还应该包括光纤电缆、以光速传输的数据,以及构成Internet系统的其他各个环节。
Internet是当今世界上最大的信息网,是全人类最大的知识宝库之一。
它代表着全球范围内一组无限增长的信息资源,其内容之丰富是任何语言也难以表述的。
Internet是世界上第一个实用信息网络,入网的计算机用户既可以是信息的使用者,也可能是信息的提供者。
随着Internet用户的不断壮大,信息量的不断增加,其价值也越来越高,因此,Internet起初以科研教育为主的运营性质逐渐发生了质的改变,日益向商业化倾斜,世界各地越来越多的企业开始利用Internet传递商业信息,进行商务活动,Internet已逐步转变成为一个庞大的商业网络。
7.3.2 Internet的广泛应用
自Internet问世以来,其发展速度相当迅猛,在发达国家,短短几年内就达到了几乎普及的程度,这是与Internet的作用和性质密不可分的。
Internet是一个以平等、合作、互利、安全为宗旨的非官方机构,不由任何形式、任何机构所控制,世界上任何一台计算机都可以以平等的身份连接到Internet,只需遵守一定的协议与约定。
使用Internet可以进行许多工作。
它将传统意义上的物理空间转变成虚拟的电子空间,把人们带进了一个光怪陆离、花样繁多的网络社会之中。
网上空间具有虚拟性、开放性、交互性,覆盖面广阔,可以毫不夸张地说,Internet是一个巨大的信息库,大到商务贸易、政治动向,小到衣食住行、谈天说地,可谓五花八门,无所不包。
这种新的生活方式不但对个人心理、观念和行为方式有着强烈的冲击,也对社会的经济、政治和文化运行方式带来冲击。
越是网络技术最普及最发达的国家,越能深切地体会和感受到这种冲击,Internet不仅正在改变着经济和社会管理的模式,还深刻地影响到了人们的精神面貌和日常生活。
在Internet这个网络世界里,连接着成千上万联网的图书馆和资料库,足不出户就可以查阅图书或杂志、阅读新闻及报导、订阅各种电子出版物、了解各种政策及消息。
这些网上的图书馆、书店、电子刊物和电子出版物等服务,包括各大图书馆的介绍、图书目录检索、库存情况实时检索、读者指南、信息服务、图书编目服务、分类文献数据库检索、最新书讯、图书排行榜、图书内容简介、价格、书评、网上购书业务等,使用非常方便,相当于用户自己拥有了一个活动的个人图书博览馆,如图7-9所示为人们越来越多的将工作、学习和娱乐放在了Internet上完成。
图7-9 人们足不出户即可进行工作、学习和娱乐
在商业方面,Internet可以改进公司与客户之间的关系
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