第6章办公中局域网与Internet的应用.docx
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第6章办公中局域网与Internet的应用
第6章 办公中局域网与Internet的应用
内容提要
随着科技的不断发展与进步，管理和办公活动的重要性日渐突出，引起了各级领导者、管理学者以及技术人员的普遍重视。
进入20世纪90年代，由计算机构成的通信网络，已成为各个国家在经济竞争中的战略武器。
办公室也开始了以自动化为重要内容的“办公室革命”，也称为“管理革命”，其目标是借助先进的信息处理技术和计算机网络技术提高办公效率和质量，将管理和办公活动纳入到自动化、现代化的轨道中。
6．1 计算机网络
6．1.1 计算机网络的定义
计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
图6 1 一个典型的计算机网络示例
计算机网络的基本功能是数据处理与数据传输（包括交换），因此在结构上形成了与之相对应的两部分：
计算机和终端负责数据处理，通信控制处理机（CommunicationControlProcessor，CCP）和通信线路负责数据传输和交换。
6．1.2 计算机网络的组成
计算机网络的基本功能是负责数据传输和数据处理，分别由通信子网和资源子网负责实现。
一个典型的计算机网络结构如图6 1所示。
1．通信子网
主要由CCP、通信线路和其他相关设备组成。
2．资源子网
主要由计算机、终端、终端控制器、联网外设、软件及数据资源等组成。
6．1.3 计算机网络的演变和发展
计算机网络发展的历史并不长，但发展速度非常快，其发展过程可归结为以下3个阶段：
面向终端的计算机网络、计算机—计算机网络和开放式标准化网络。
1．面向终端的计算机网络
以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络。
面向终端的计算机网络用一台中央主机连接大量的地理上处于分散位置的终端，如20世纪50年代初美国的SAGE系统。
为减轻中心计算机的负载，在通信线路和计算机之间设置了一个前端处理机（FrontEndProcessor，FEP）或通信控制器（CommunicationControlUnit，CCU）专门负责与终端之间的通信控制，使数据处理和通信控制分工。
在终端机较集中的地区，采用了集中管理器（集中器或多路复用器）用低速线路把附近群集的终端连起来，通过Modem及高速线路与远程中心计算机的前端机相连，如图6 2所示。
这样的远程联机系统既提高了线路的利用率，又节约了远程线路的投资。
图6 2 单计算机为中心的远程联机系统
2．计算机－计算机网络
20世纪60年代中期，出现了多台计算机互联的系统，开创了“计算机－计算机”通信时代。
美国的ARPA网，IBM的SNA网，DEC的DNA网都是成功的典例。
这个时期的网络产品是相对独立的，未有统一标准。
3．开放式标准化网络
由于相对独立的网络产品难以实现互联，国际标准化组织（InternationOrganizationforStandardization，ISO）于1984年颁布了一个称为“开放系统互联基本参考模型”的国际标准，即著名的OSI七层模型。
从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。
6．1.4 计算机网络的拓扑结构
1．星型拓扑结构
星型网络由中心节点和其他从节点组成，中心节点可直接与从节点通信，而从节点间必须通过中心节点才能通信。
如图6 3所示，在星型网络中，中心节点通常由一种称为集线器或交换机的设备充当，因此网络上的计算机之间是通过集线器或交换机来相互通信的。
这是目前局域网最常见的方式。
图6 3 星型网络
2．总线型拓扑结构
总线型网络是一种比较简单的计算机网络结构，它采用一条称为公共总线的传输介质，将各计算机直接与总线连接，信息沿总线逐个节点广播传送。
如图6 4所示。
图6 4 总线型网络
图6 5 环型网络
3．环型拓扑结构
环型网络将计算机连成一个环。
在环型网络中，每台计算机按位置不同有一个顺序编号，在环型网络中信号按计算机编号顺序以“接力”方式传输。
如图6 5所示，若计算机A欲将数据传输给计算机D时，必须先传送给计算机B，计算机B收到信号后发现不是给自己的，于是再传给计算机C，再由计算机C传送给计算机D。
在实际应用中，上述3种类型的网络经常被综合应用。
4．树型拓扑结构
树型网络是星型网络的一种变体。
同星型网络一样，树型网络节点都连接到控制网络的中央节点上。
但并不是所有的设备都直接接入中央节点，绝大多数节点是先连接到次级中央节点上再连到中央节点上。
其结构如图6 6所示。
图6 6 树型网络
5．网状型拓扑结构
网状型网络的每一个节点与其他节点间都有一条专用线路相连。
网状型拓扑结构广泛用于广域网中。
由于网状型网络结构很复杂，所以我们在此只给出如图6 7所示的抽象结构图。
图6 7 网状型网络
对于网络拓扑结构的选择主要考虑以下因素：
实现费用低、可靠性高、灵活性和扩展性好、易于管理和维护。
6．1.5 计算机网络分类
根据网络覆盖的范围，网络可以分为广域网、局域网、城域网等。
广域网（WideAreaNetwork，WAN）。
局域网（LocalAreaNetwork，LAN）。
城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）。
随着网络技术的发展，新型网络设备和传输媒体的广泛应用，距离的概念逐渐被淡化，局域网以及局域网互联之间的区别也逐渐模糊。
同时，越来越多的企业和部门开始利用局域网以及局域网互联技术组建自己的专用网络，这种网络覆盖整个企业，范围可大可小。
6．1.6 常用网络设备介绍
计算机网络中，除了计算机设备之外，还包括网卡、网线、集线器等网络传输介质和中继器、网桥、路由器、网关等网络互连设备。
它们具有各自的功能，将节点计算机连接起来，使数据能够正确传输。
下面简单介绍这些网络设备的功能和特点。
1．网卡
网卡也叫网络适配器，是连接计算机与网络的硬件设备。
网卡有的集成在主板上，有的外插于计算机或服务器扩展槽中。
当前组建局域网的过程中，常用的是10M/100M自适应网卡。
网卡的主要作用是从计算机向网线发送数据，或接收网线传输来的数据。
注意：
每一块网卡都有自己唯一的卡号，用于在网络上向其他设备表明自己的位置或地址，以便与网络上其他网卡区分开来。
2．网线
网线包括光缆、同轴电缆和双绞线。
光缆传输距离长，传输率高，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的最佳选择。
但由于其价格较高，同时又需要高水平的安装技术，所以常用在大型骨干网中。
同轴电缆又分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
它以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料，这层绝缘材料又用密织的网状导体环绕，网外再覆盖一层保护型材料。
同轴电缆具有屏蔽性好，传输距离远的特点，但安装维护不太方便，目前在一般局域网中已很少使用。
双绞线由两条拧在一起的互相绝缘的铜线组成，它是目前最常用的联网线缆。
双胶线价格便宜，安装方便，但易于受干扰。
目前的局域网中常用的双绞线一般都是非屏蔽的5类4对（即8根导线）的电缆线。
线缆两端安装有水晶头（RJ 45），连接工作站的网卡和集线器。
双绞线传输速率能达到100Mb/s，最大网线长度为100m。
可以通过安装中继器加大连接距离，这时最大网线长度可达到500m。
3．中继器
由于存在损耗，当局域网物理距离超过了允许的范围时，在网络线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定的程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。
中继器就是为解决这一问题而设计的，它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。
所以，中继器一般用于延伸同型局域网。
不能通过使用中继器来使网络无限延长，因为网络标准中都对信号的延迟范围做了具体的规定。
很多网络上都限制了工作站之间加入中继器的数目，如在以太网中最多使用4个中继器。
4．网桥
网桥用来连接两个局域网络段，网间通信从网桥传送、网内通信被网桥隔离。
网络负载重而导致性能下降时，用网桥将其分为两个网络段，可最大限度地缓解网络通信繁忙的程度，提高通信效率。
例如，把分布在两层楼上的网络分成每层一个网络段，用网桥连接。
网桥同时起隔离作用，一个网络段上的故障不会影响另一个网络段，从而提高了网络的可靠性。
5．集线器和交换机
集线器是局域网中计算机和服务器的连接设备，是局域网的星型连接点，每个工作站使用双绞线连接到集线器上，由集线器对工作站进行集中管理。
最简单的独立型集线器有多个用户端口（8口、16口或24口），用双绞线连接每一个端口和网络终端（工作站或服务器），其端口一般为连接双绞线的RJ 45口。
独立型集线器通常是最便宜的集线器，一般用于办公室、楼层一级的设备连接。
集线器工作时所有端口共享10M或100M带宽。
局域网中使用的交换器和集线器的外形类似，但交换机功能更强，每个端口都独占10M或100M的带宽，并且其多路交换功能可以大大提高网络效率，当然其价格也比集线器昂贵。
6．网关
网关用于连接不同协议的子网，组成异构的互联的网络。
网关能实现异构设备之间的通信，对不同的网络协议进行翻译和变换。
网关具有对不兼容的高层协议进行交换的功能。
7．路由器
路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行解释，以使它们能够互相通信，从而构成一个更大的网络。
在路由器中保存着各种数据传输路径的相关数据——路径表（RoutingTable）。
路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。
路由器的主要工作就是为不同网络的节点之间通信选择一条最佳路径。
路由器的互联能力强，可以执行复杂的路由选择算法，处理的信息量比网桥多，但处理速度比其慢。
路由器适合于连接复杂的大型网络。
6．2 Internet
6．2.1 Internet的形成与发展
与很多人的想象相反，Internet并非某一完美计划的结果，Internet的创始人也绝不会想到它能发展成目前的规模和影响。
在Internet面世之初，没有人能想到它会进入千家万户，也没有人能想到它的商业用途。
从某种意义上，Internet可以说是美苏冷战的产物。
在美国的历史上，20世纪60年代是一个很特殊的时代。
20世纪60年代初，古巴核导弹危机发生，美国和原苏联之间的冷战状态随之升温，核毁灭的威胁成了人们日常生活的话题。
在美国对古巴封锁的同时，越南战争爆发，许多第三世界国家发生政治危机。
由于美国联邦经费的刺激和公众恐惧心理的影响，“实验室冷战”也开始了。
人们认为，能否保持科学技术上的领先地位，将决定战争的胜负，而科学技术的进步依赖于计算机领域的发展。
到了60年代末，每一个主要的联邦基金研究中心，包括纯商业性组织、大学，都有了由美国新兴计算机工业提供的最新技术装备的计算机设备。
美国国防部认为，如果仅有一个集中的军事指挥中心，万一这个中心被原苏联的核武器摧毁，全国的军事指挥将处于瘫痪状态，其后果将不堪设想，因此有必要设计一个分散的指挥系统——它由一个个分散的指挥点组成，当部分指挥点被摧毁后其他点仍能正常工作，而这些分散的点又能通过某种形式的通讯网取得联系。
1969年，美国国防部高级研究计划管理局（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）开始建立一个命名为ARPAnet的网络，它把美国的几个军事及研究部门用计算机主机联接起来。
当初，ARPAnet只联接4台主机。
1983年，ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的TCP/IP协议，美国加利福尼亚伯克莱分校把该协议作为其BSDUNIX的一部分，使得该协议得以在社会上流行起来，从而诞生了真正的Internet。
1986年，美国国家科学基金会（NationalScienceFoundation，NSF）利用ARPAnet发展出来的TCP/IP通讯协议，在5个科研教育服务超级计算机中心的基础上建立了NSFnet广域网。
由于美国国家科学基金会的鼓励和资助，很多大学、政府资助的研究机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFnet中。
ARPAnet——网络之父，逐步被NSFnet所替代，到1990年，ARPAnet退出了历史舞台。
如今，NSFnet已成为Internet的重要骨干网之一。
1989年，由CERN开发成功WWW，为Internet实现广域超媒体信息截取和检索奠定了基础。
到了20世纪90年代初期，Internet事实上已成为一个“网中网”——各个子网分别负责自己的架设和运作费用，而这些子网又通过NSFnet互联起来。
由于NSFnet是由政府出资的，因此，当时Internet最大的老板是美国政府，只不过在一定程度上加入了一些私人小老板。
Internet在20世纪80年代的扩张不单带来量的改变，同时亦带来某些质的改变。
由于多种学术团体、企业研究机构，甚至个人用户的进入，Internet的使用者不再限于计算机专业人员。
新的使用者发现，加入Internet除了可共享NSFnet的巨型机外，还能进行相互间的通讯，而这种相互间的通讯对他们来讲更有吸引力。
于是，他们逐步把Internet当作一种交流和通信的工具，而不仅仅是共享NSFnet巨型机的运算能力。
在20世纪90年代以前，Internet的使用一直仅限于研究和学术领域。
商业性机构进入Internet一直受到这样或那样的法规或传统问题的困扰。
事实上，像美国国家科学基金会等曾经出资建造Internet的政府机构对Internet上的商业活动并不感兴趣。
1991年，美国的3家公司分别经营着自己的CERFnet、PSInet及Alternet网络，可以在一定程度上向客户提供Internet联网服务。
他们组成了“商用Internet协会”（CIEA），宣布用户可以把他们的Internet子网用于任何的商业用途。
Internet商业化服务提供商的出现，使工商企业终于可以堂堂正正地进入Internet。
商业机构一踏入Internet这一陌生的世界就发现了它在通讯、资料检索、客户服务等方面的巨大潜力，于是，其势一发不可收拾，世界各地无数的企业及个人纷纷涌入Internet,带来Internet发展史上一个新的飞跃。
6．2.2 Internet在我国的发展
作为认识世界的一种方式，我国目前对接入Internet的网络基础设施已进行了大规模投入，如建成了中国公用分组交换数据网（ChinaPAC）和中国公用数字数据网（ChinaDDN）。
覆盖全国范围的数据通信网络已初具规模，为Internet在我国的普及打下了良好的基础。
中国科学院高能物理研究所最早在1987年就开始通过国际网络线路接入Internet。
1994年随着“巴黎统筹委员会”的解散，美国政府取消了对中国政府进入Internet的限制，我国互联网建设全面展开。
到1997年底，已建成了中国公用计算机互联网（ChinaNET）、中国教育科研网（CERNET）、中国科学技术网（CSTNET）和中国金桥信息网（ChinaGBN）等，并与Internet建立了各种联接。
1．ChinaNET
ChinaNET是由原邮电部组织建设和管理的。
原邮电部与美国SprintLink公司在1994年签署Internet互联协议，开始在北京、上海两个电信局进行Internet网络互联工程。
目前，ChinaNET在北京和上海分别有两条专线，作为国际出口。
ChinaNET由骨干网和接入网组成。
骨干网是ChinaNET的主要信息通路，连接各直辖市和省会网络节点，骨干网已覆盖全国各省市自治区，包括8个地区网络中心和31个省市网络分中心。
接入网是由各省内建设的网络节点形成的网络。
2．CERNET
CERNET是1994年由国家计委、原国家教委批准立项，原国家教委主持建设和管理的全国性教育和科研计算机互联网络。
该项目的目标是建设一个全国性的教育科研基础设施，把全国大部分高校连接起来，实现资源公享。
它是全国最大的公益性互联网络，其拓扑结构如图6 8所示。
图6 8 CERNET网拓扑图
CERNET已建成由全国主干网、地区网和校园网在内的3级层次结构网络。
CERNET分4级管理，分别是全国网络中心、地区网络中心和地区主节点、省教育科研网、校园网。
CERNET全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。
地区网络中心和地区主节点分别设在清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学、东北大学，负责地区网的运行管理和规划建设。
目前，CERNET主干网的传输速率已达到10Gb/s。
CERNET已经有32条国际和地区性信道，与美国、加拿大、英国、德国、日本和香港特区联网，总带宽在310Mb/s以上。
CERNET地区网的传输速率达到155Mb/s，已经通达中国大陆的160个城市，联网的大中小学等教育和科研单位达900多个（其中高等学校800所以上），联网主机160万台，网络用户达到860万人。
CERNET还是中国开展下一代互联网研究的试验网络，它以现有的网络设施和技术力量为依托，建立了全国规模的IPv6试验床。
1998年，CERNET正式参加下一代IP协议（IPv6）试验网6BONE，同年11月成为其骨干网成员。
CERNET在全国第1个实现了与国际下一代高速网Internet2的互联，目前国内仅有CERNET的用户可以顺利地直接访问Internet2。
CERNET还支持和保障了一批国家重要的网络应用项目。
例如，全国网上招生录取系统在2000年普通高等学校招生和录取工作中发挥了相当好的作用。
CERNET的建设，加强了我国信息基础建设，缩小了与国外先进国家在信息领域的差距，也为我国计算机信息网络建设，起到了积极的示范作用。
3．CSTNET
CSTINET是国家科学技术委员会联合全国各省、市的科技信息机构，采用先进信息技术建立起来的信息服务网络，旨在促进全社会广泛的信息共享和信息交流。
CSTNET的建成对于加快中国国内信息资源的开发和利用，促进国际间的交流与合作起到了积极的作用。
CSTNET以其丰富的信息资源和多样化的服务方式为国内外科技界和高技术产业界的广大用户提供服务。
CSTNET是利用公用数据通信网为基础的信息增值服务网，在地理上覆盖全国各省市，逻辑上联接各部委和各省市科技信息机构，是国家科技信息系统骨干网，同时也是国际Internet的接入网。
CSTNET在服务功能上是Intranet和Internet的结合，其Intranet功能为国家科委系统内部提供了办公自动化的平台以及国家科委、地方省市科委和其他部委科技司局之间的信息传输渠道；其Internet功能则主要服务于专业科技信息服务机构，包括国家、地方省市和各部委科技信息服务机构。
CSTNET自1994年与Internet接通之后取得了迅速发展，目前已经在全国45个城市建立网络节点。
4．ChinaGBN
ChinaGBN是建立在金桥工程的业务网，支持金关、金税、金卡等“金”字头工程的应用。
它是覆盖全国，实行国际联网，为用户提供专用信道、网络服务和信息服务的基干网。
6．2.3 地址与协议
Internet的本质是计算机与计算机之间互相通信并交换信息，这种通信跟人与人之间信息交流一样，必须具备一些条件。
例如，你给一位国外朋友写信，首先必须使用一种对方能看懂的语言，然后还得知道对方的通信地址，才能把信发出去。
同样，计算机与计算机之间通信，首先也得使用一种双方都能接受的“语言”——通信协议，然后还得知道计算机彼此的地址。
通过协议和地址，计算机与计算机之间就能交流信息，这就形成了网络。
1．TCP/IP协议
Internet是由许多小的网络构成的国际性大网络，在各个小网络内部使用不同的协议，正如不同的国家使用不同的语言，那如何使它们之间能进行信息交流呢？
这就要靠网络上的世界语——TCP/IP协议，其工作原理如图6 9所示。
图6 9 TCP/IP协议工作原理
2．IP地址
IP（InternetProtocol，网络之间互联的协议）是为计算机网络相互联接进行通信而设计的协议。
IP协议中还有一个非常重要的内容，那就是给Internet上的每台计算机和其他设备都规定一个唯一的地址，叫作“IP地址”。
由于有这种唯一的地址，才保证了用户在联网的计算机上操作时，能够高效而且方便地从千千万万台计算机中选出自己所需的对象来。
我们知道因特网是全世界范围内的计算机联为一体而构成的通信网络的总称。
联在某个网络上的两台计算机之间在相互通信时，在它们所传送的数据包里都会含有某些附加信息，这些附加信息就是发送数据的计算机的地址和接收数据的计算机的地址。
像这样，人们为了通信的方便给每一台计算机都事先分配一个类似我们日常生活中的电话号码一样的标识地址，该标识地址就是IP地址。
根据TCP/IP协议规定，IP地址由32位二进制数组成，而且在Internet范围内是唯一的。
例如，某台联在因特网上的计算机的IP地址为：
11010010 01001001 10001100 00000010
很明显，这些数字对于人来说不太好记忆。
人们为了方便记忆，就将组成计算机IP地址的32位二进制数分成4段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每8位二进制数转换成十进制数，这样上述计算机的IP地址就变成了：
210.73.140.2。
每个IP地址包括两个ID（标识码），即网络ID和宿主机ID。
同一个物理网络上的所有主机都用同一个网络ID，网络上的一个主机（工作站、服务器和路由器等）对应有一个主机ID。
这样把IP地址的4个字节划分为两个部分，一部分用来标明具体的网络段，即网络ID；另一部分用来标明具体的节点，即宿主机ID。
这样的32位地址又分为5类，分别对应于A类、B类、C类、D类和E类IP地址。
（1）A类IP地址
一个A类IP地址由1个字节（每个字节是8位）的网络地址和3个字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，即第1段数字范围为1～127。
每个A类地址可连接16387064台主机，Internet有126个A类地址。
（2）B类IP地址
一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，即第1段数字范围为128～191。
每个B类地址可连接64516台主机，Internet有16256个B类地址。
（3）C类IP地址
一个C类地址由3个字节的网络地址和1个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”，即第1段数字范围为192～223。
每个C类地址可连接254台主机，Internet有2054512个C类地址。
（4）D类地址用于多点播送
第1个字节以“1110”开始，第1个字节的数字范围为224～239，是多点播送地址，用于多目的地信息的传输和作为备用。
全零（0.0.0.0）地址对应于当前主机，全“1”（255.255.255.255）的IP地址是当前子网的广播地址。
（5）E类地址
以“11110”开始，即第1段数字范围为240～254。
E类地址保留，仅作实验和开发用。
（6）几种用作特殊用途的IP地址
①主机ID全部设为“0”的IP地址称为网络地址，如129.45.0.0就是B类网络地址。
②主机ID部分全设为“1”（即255）的IP地址称为广播地址，如129.45.255.255就是B类的广播地址。
③网络ID不能以十进制“127”作为开头，在地址中数字127保留给诊断用，如127.1.1.1用于回路测试。
同时网络ID的第1个8位组也不能全置为“0”，全置“0”表示本地网络。
网
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