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1、计算机网络管理知识汇总计算机网络管理知识汇总任旭亚主编第一章 计算机网络基础1.1计算机网络简单介绍1.1.1网络的基本概念1. 什么是网络在定义上非常简单网络就是一群通过一定形式连接起来的计算机。2. 什么是局域网顾名思义，局域网就是局部区域的网络，通常是指覆盖范围在10公里以内的网络。将数公里范围内的几台到数百台计算机通过通信线缆连接起来而形成的计算机系统称为局域网LAN（Local Area Network）。通常在学校、企业、大型建筑物中使用。局域网的特点是传输速度快、可靠性高。如校园网。3. 广域网通过网络连接设备（如网关、网桥等）将局域网再延伸出去更大的范围比如整个城市甚至整个国家

2、这样的网络我们称为广域网(WAN，Wide Area Network)。4. InternetInternet是由这些无数的LAN和WAN共同组成的。从广义上讲，Internet是遍布全球的联络各个计算机平台的总网络，是成千上万信息资源的总称；从本质上讲，Internet是一个使世界上不同类型的计算机能交换各类数据的通信媒介。1.1.2网络的基本功能和用途1. 网络的基本功能 网络的功能很多，其中最重要的三个功能是：数据通信、资源共享、分布处理。1) 数据通信数据通信是计算机网络最基本的功能。支持用户之间的数据传输，如电子邮件、文件传输、IP电话、视频会议等。2) 资源共享 硬件共享：用户可以

3、使用网络中任意一台计算机所附接的硬件设备，包括利用其它计算机的中央处理器来分担用户的处理任务。例如：同一网络中的用户共享打印机、共享硬盘空间等。 软件共享: 用户可以使用远程主机的软件（系统软件和用户软件），既可以将相应软件调入本地计算机执行，也可以将数据送至对方主机，运行软件，并返回结果。 数据共享: 网络用户可以使用其它主机和用户的数据。 3） 分布处理 对于大型的课题，可以分为许许多多的小题目，由不同的计算机分别完成然后再集中起来，解决问题。2. 网络的基本用途 信息共享与办公自动化； 电子邮件； IP电话； 在宽带计算机网络中，可以实现在线实时新闻和现场直播； 在线游戏； 网上交友和实

4、时聊天； 电子商务及商业应用； 文件传输； 网上教学与远程教育； 网上冲浪WWW 网格计算机系统。1.1.3网络的分类按计算机连网的区域大小，我们可以把网络分为局域网（LAN，Local Area Network）、城域网(MAN, Metropolitan Area Network)、广域网（WAN，Wide Area Network）和国际互联网（Internet）。局域网（LAN）是指在一个较小地理范围内的各种计算机网络设备互连在一起的通信网络，可以包含一个或多个子网，通常局限在几千米的范围之内。如在一个房间、一座大楼，或是在一个校园内的网络就称为局域网，广域网（WAN）连接地理范围较大

5、，常常是一个国家或是一个洲。其目的是为了让分布较远的各局域网互连。我们平常讲的Internet就是最大最典型的广域网。1.1.4局域网络的拓扑结构和工作模式(一) 网络拓扑结构网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局。将参与局域网工作的各种设备用媒体互连在一起有多种方法,实际上只有几种方式能适合局域网的工作。如果一个网络只连接几台设备,最简单的方法是将它们都直接相连在一起，这种连接称为点对点连接。用这种方式形成的网络称为全互连网络,如下图所示。图中有6个设备，在全互连情况下,需要15条传输线路。如果要连的设备有n个,所需线路将达到n(n-1)/2条!显而易见,这种方式只有在涉及地理范围

6、不大，设备数很少的条件下才有使用的可能。即使属于这种环境,在LAN技术中也不使用。我们所说的拓扑结构，是因为当需要通过互连设备(如路由器)互连多个LAN时,将有可能遇到这种广域网(WAN)的互连技术。目前大多数网络使用的拓扑结构有3种：1. 星型拓扑结构星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，如下图所示。其中,图1-4为电话网的星型结构,图1-5为目前使用最普遍的以太网(Ethernet)星型结构,处于中心位置的网络设备称为集线器,英文名为Hub。 这种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点,也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故

7、障而停机时也不会影响其它端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。这种网络拓扑结构的一种扩充便是星形树,如下图1-6所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型,Hub的级连而形成树。然而,应当指出,Hub级连的个数是有限制的,并随厂商的不同而变化。值得注意的是，,以Hub构成的网络结构,虽然呈星型布局,但它使用的访问媒体的机制却仍是共享媒体的总线方式。2. 环型网络拓扑结构环型结构在局域网中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型,如

8、图1-7所示。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。 环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如图1-7中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。环上传输的任何报文都必须穿过所有端点,因此,如果环的某一点断开,环上所有端间的通信便会终止。为克服这种网络拓扑结构的脆弱,每个端点除与一个环相连外，还连接到备用环上,当主环故障时,自动转到备用环上。3. 总线拓扑结构总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的

9、一种方式,也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，如下图1-8所示。使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时,这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中,对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下,由于所有数据站都是平等的,不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法:带有碰撞检测的载波侦听多路访问,英文缩写成CSMA/CD。这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一

10、个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点,但由于布线要求简单,扩充容易,端用户失效、增删不影响全网工作,所以是网络技术中使用最普遍的一种。 (二) 局域网的工作模式 局域网的工作模式是根据局域网中各计算机的位置来决定的，目前局域网主要存在着两种工作模式，它们涉及到用户存取和共享信息的方式，它们分别是：客户/服务器模式和点对点通信模式。1. 客户/服务器模式（Client/Server）这是一种基于服务器的网络，在这种模式中，其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器；而将其它的应用处理工作分散到网络中其它计算机上取左

11、，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力已由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S网络模式的服务器也称为数据库服务器。2. 对等网络模式（Peer-to-Peer）在拓扑结构上与专用Server的C/S不同，在对等式网络结构中，没有专用服务器。在这种网络模式中，每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用。有许多往来网络操作系统可应用于点对点网络，如Windows，Novell Lite等。点对点对等式网络有许多优点，如它比上面所介绍的C/S网络模式造价低，它们允许数据库和处理机能分布在一个很大的范围里，还允许动态的安排计算机需求。当然它的缺点也是非常明显地，那就是提供较少

12、的服务功能，并且难以确定文件的位置，使得整个网络难以管理。1.2计算机网络硬件1.2.1网络适配器1. 什么是网络适配器网络适配器又称网卡或网络接口卡NIC（Network Interface Card）。它是使计算机联网的设备。平常所说的网卡就是将PC机和LAN连接的网络适配器。网卡（NIC） 插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。它的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。2. 网络适配器的基本功能1) 读入由其他网络设备（路由器、交换机或其他NIC）传输过来的数据包，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板

13、上的总线将数据传输到所需PC设备中（CPU、内存或硬盘）。2) 将PC设备发送的数据，打包后输送至其他网络设备中。1.2.2网络通信介质信息的传输是从一台计算机传输给另一台计算机，或从一个结点传输到另一个结点，它们都是通过通信介质实现的，常用的通信介质有如下几种：1. 同轴电缆同轴电缆可分为两类：粗缆和细缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层。同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成，2. 双绞线双绞线(TP：Twisted Pairwire)是布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线是

14、由相互按一定扭距绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有色标来标记，如下图所示,左图为示意图，右图为实物图。成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP：Unshilded Twisted Pair)和屏蔽双绞线(STP：Shielded Twisted Pair)。我们平时一般接触比较多的就是UTP线。目前 EIA/TIA（电气工业协会电信工业协会）为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。这五种型号如下： 第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），该类用于电话线，不用于数据传输。 第二类：该类包括用于低速网络

15、的电缆，这些电缆能够支持最高4Mbps的实施方案，这两类双绞线在LAN中很少使用。 第三类:这种在以前的以太网中（10M）比较流行，最高支持16Mmbps的容量，但大多数通常用于10Mbps的以太网，主要用于10base-T。 第四类:该类双绞线在性能上比第三类有一定改进,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输。4类电缆用于比3类距离更长且速度更高的网络环境。它可以支持最高20Mbps的容量。主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。这类双绞线可以是UTP，也可以是STP。 第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语

16、音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，这种电缆用于高性能的数据通信。它可以支持高达100Mbps的容量。主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。 最近又出现了超5类线缆，它是一个非屏蔽双绞线(UTP)布线系统,通过对它的链接和信道性能的测试表明,它超过5类线标准TIA/EIA568的要求。与普通的5类UTP比较,性能得到了很大提高。如今市场上5类布线和超5类布线应用非常广泛，国际标准规定的5类双绞线的频率带宽是100MHz，在这样的带宽上可以实现100M的快速以太网和155M的ATM传输。计算机网络综合布线使用第三、四、五类。使用双绞线组网，双绞线和

17、其他网络设备（例如网卡）连接必须是RJ45接头（也叫水晶头）。上图1-12是RJ45接头，左图为示意图，右图为实物图。双绞线（10BASE-T）以太网技术规范可归结为5-4-3-2-1规则： 允许5个网段，每网段最大长度100米； 在同一信道上允许连接4个中继器或集线器； 在其中的三个网段上可以增加节点； 在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点； 上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网络直径达2500米。3. 光缆光缆不仅是目前可用的媒体，而且是今后若干年后将会继续使用的媒体，其主要原因是这种媒体具有很大的带宽。光缆是由许多细如发丝的塑胶或玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束

18、在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，适于高速网络和骨干网。光纤与电导体构成的传输媒体最基本的差别是，它的传输信息是光束，而非电气信号。因此，光纤传输的信号不受电磁的干扰。下表是三种传输媒介的比较：同轴电缆、双绞线、光缆的性能比较传输媒介 价格 电磁干扰 频带宽度 单段最大长度 UTP 最便宜 高 低 100 米 STP 一般 低 中 等 100 米 同轴电缆 一般 低 高 185米/500米 光 缆 最高 没 有 极 高 几十公里 无线介质上述三种通信介质的有一个共同的缺点，那便是都需要一根线缆连接电脑，这在很多场合下是不方便的。无线介质不使用电子或光学导体。大多数情况下地球的大气便

19、是数据的物理性通路。从理论上讲，无线介质最好应用于难以布线的场合或远程通信。无线介质有三种主要类型：无线电、微波及红外线。1.2.3网络连接设备1. 中继器（物理层连接设备） 中继器(Repeater)是局域网环境下用来延长网络距离的最简单、最廉价的互连设备，工作在物理层，作用是对传输介质上传输的信号接收后经过放大和整形再发送到其传输介质上，经过中继器连接的两段电缆上的工作站就象是在一条加长的电缆上工作一样。中继器只能连接相同数据传输速率的LAN。中继器在执行信号放大功能时不需要任何算法，只将来自一侧的信号转发到另一侧（双口中继器）或将来自一侧的信号转发到其他多个端口。中继器只有当网络负载很轻

20、和网络延时要求不高的条件下才能使用。2. 集线器（物理层连接设备） 集线器（Hub）可以说是一种特殊的中继器，区别在于集线器能够提供多端口服务，每个端口连接一条传输介质，也称为多端口中继器。集线器将多个节点汇接到一起，起到中枢或多路交汇点的作用，使胃优化网络布线结构、简化网络管理为目标而设计的。3. 网桥（数据链路层连接设备）网桥（Bridge）也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储/转发设备，工作在数据链路层，它能将一个较大的LAN分割为多个子网，或将两个以上的LAN互连为一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可以访问服务器。4. 网关（数据链路层连接设备） 网关（Gateway）实现了不同

21、的体系结构和环境之间的通信，数据被网关重新转换后，可以从一个网络环境进入另一个不同的网络环境，使各种网络环境能够相互理解、交流对方的数据。网关的功能就是把信息重新进行包装以适应目标网络环境的要求。即网关能够改变信息数据的格式，使之符合接收端的数据要求。5. 路由器（网络层连接设备）路由器（Router）是在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储/转发设备。用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层协议完全不同的网络中。路由器提供的服务比网桥更为完善。路由器可根据传输费用、转接时延、网络拥塞或信源和终点间的距离来选择最佳路径。在实际应用中，路由器通常作为局域网与广域网连接的设备。6.

22、交换机（数据链路层连接设备） 交换机（Switch）是在集线器的基础上发展起来的，它的功能和特点： 具有与HUB同样的功能； 具有存储转发、分组交换能力； 具有子网和虚网管理能力； 各用户终端独占带宽； 交换机可以堆叠。1.4计算机网络协议1.4.1网络协议就象我们说话用某种语言一样，在网络上的各台计算机之间也有一种语言，这就是网络协议，不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。当然，网络协议也有很多种，具体选择哪一种协议则要看情况而定。Internet上的计算机使用的是TCP/IP协议。为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议，准确地说，它是

23、对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。网络协议的三个要素：1) 语义（Semantics)：涉及用于协调与差错处理的控制信息。2) 语法（Syntax)：涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。3) 定时（Timing）：涉及速度匹配和排序等。1.4.2网络体系结构计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示，如图1-17。网络的体系结构的特点是：1) 以功能作为划分层次的基

24、础。2) 第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。3) 第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。4) 仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。1.4.3ISO/OSI参考模型OSI(Open System Interconnection，开放系统互连)基本参考模型是由国际标准化组织(ISO)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，称为ISO/OSI参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI参考模型采

25、用分层结构，如上图1-18所示。 优 点： 简化相关的网络操作； 提供即插即用的兼容性和不同厂商之间集成的标准接口； 使工程师门能专注于设计和优化不同的网络互连设备的互操作性； 防止一个区域的网络变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速地升级； 把复杂的网络连接问题分解成小的简单的问题，易于学习和操作。各层功能简要介绍：在OSI参考模型中，从下至上，每一层完成不同的、目标明确的功能。1. 物理层（Physical Layer）物理层规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体。在这一层，数据的单位称为

26、比特（bit）。属于物理层定义的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、RJ-45等。2. 数据链路层（Data Link Layer）数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的单位称为帧（frame）。数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。3. 网络层（Network Layer）网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。网络层协议的代表

27、包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。4. 传输层（Transport Layer）传输层是第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。在这一层，数据的单位称为数据段（segment）。传输层协议的代表包括：TCP、UDP、SPX等。5. 会话层（Session Layer）会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。会话层协议的代表包括：NetBIOS、ZIP（AppleTalk区域信息协议）等。6. 表示层（Pre

28、sentation Layer）表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。表示层协议的代表包括：ASCII、ASN.1、JPEG、MPEG等。7. 应用层（Application Layer）应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。1.4.4IEEE802标准 为研究局域网技术和制定相应的标准，美国电气电子工程师协会（IEEE）于1980年2月成立了一个专门的IEEE 802委员会，下属若干分委会，分别研究LAN的不同发展

29、领域，所以以太网的标准全是以802.X的形式出现的，最初的五个标准为：1 802.1：LAN的总体结构、系统构成、管理和互连。2 802.2：由于物理介质的不断变化，IEEE802委员会把OSI的数据链路层分为两个子层。 介质存取控制（MAC）：与物理介质有关，负责对共享介质的存取。通常的协议有802.3和802.5等。 逻辑链路控制（LLC）：负责处理差错检测、流量控制、分帧及MAC子层的编址等，常用的协议有802.2，提供了对上层（网络层）协议的鉴别。3 802.3：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）,其工作原理和LAN完全相同，只是在帧结构上略有差别。4 802.4：Tokin

30、g Passing令牌总线网。5 802.5：Token 令牌环。随着网络技术的发展和完善，IEEE 802标准也在不断增加，如IEEE802.7标准定义了宽带局域网访问控制方法与物理层规范，IEEE802.11标准定义了无线局域网技术与物理层规范。1.4 Internet及其应用1.5.1Internet概述 Internet又称为因特网或国际互联网，它是将世界范围内众多计算机网络连接而成的、开放的、全球最大的计算机网络。从网络通信技术的观点来看，Internet是一个以TCP/IP（传输控制协议/网际协议，协议是通信双方在通信时共同遵守的约定）通信协议为基础，连接各个国家、各个部门、各个机

31、构计算机网络的数据通讯网。从信息资源的观点来看，Internet是一个集各个领域、各个学科的各种信息资源为一体的、供网上用户共享的数据资源网。1.5.2Internet协议 Internet采用的主要协议就是TCP/IP协议。 TCP/IP协议又称为TCP/IP模型，是Internet的协议簇，也是一种分层结构。它的层次结构如图1-19。在TCP/IP参考模型中，去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层（这两层的功能被合并到应用层实现）。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为网络接口层。下面，分别介绍各层的主要功能。 1. 网络接口层 网络接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。网络接口层是TCP/IP与各种LAN或WAN的接口。网络接口层在发送端将上层的IP数据报封装成帧后发送到网络上；数据帧通过网络到达接收端时，该结点的网络接口层对数据帧拆封，并检查帧中包含的MAC地址。如果该地址就是本机的MAC地址或者是广播地址，则上传到网络层，否则丢弃