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课程内容与讲授安排•第1章计算机网络基础知识•第2章局域网的基础架构•第3章局域网的安装•第4章局域网系统的优化与升级•第5章局域网接入Internet的方式•第6章局域网共享上网与代理服务器•第7章网络的安全与防范•第8章网络管理与维护及其软件•第9章局域网的故障诊断与排除•第10章Internet应用中的故障与分析第1章计算机网络基础知识网络概述网络的拓扑结构网络中的传输介质网络的功能构成与传输协议网络的多种分类局域网的访问控制方式和常用技术Internet基础知识计算机网络的发展一、网络概述计算机网络的定义与功能计算机网络的定义、组成、功能和应用计算机网络的定义计算机网络是现代计算机技术与现代通信技术紧密结合的产物。所谓计算机网络就是利用通信线路和通信设备将不同地理位置的、具有独立功能的多个计算机系统或共享设备连接起来，并配以功能完善的网络软件（即网络操作系统、网络通信协议及信息交换方式等），使之实现资源共享、互相通信和分布式处理的整个系统。计算机网络的定义理解计算机网络是由若干台计算机组成的集合。网络中每台计算机具有独立的内存和CPU处理系统，具有独立的工作能力。网络中计算机所在的地理位置不受限制。网络数据通信离不开网络协议和网络OS等软件的支持。通信技术和通信设备为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段。可以共享的资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。计算机网络的物理组成计算机网络按物理结构分为网络硬件和网络软件两部分。网络的硬件系统主要包括计算机系统（主机和网络终端）、通信设备以及传输介质等。主机（Host）：又称为服务器（Server）。由大型机、中小型机和高档微机组成，负责对计算机网络进行管理控制以及提供各种服务，网络管理软件和网络应用服务程序主要安装在服务器中，如数据库服务器、Web服务器、邮件服务器等。网络终端（Terminal）：又称为工作站（Workstation），一般采用PC机，是网络中数量最大、分布最广的设备，是用户进行网络操作，使用网络资源的工具。通信设备以及传输介质是连接网络基本模块的桥梁，负责将各个独立的计算机系统连接在一起，并为它们提供数据通道。计算机网络的软件系统网络软件系统主要包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及各种网络管理和应用服务软件等。网络操作系统负责管理和调度计算机网络上的所有硬件资源和软件资源，使各个部分能够协调一致的工作。网络协议是通信双方能够成功地发送和接收信息所必须遵守的共同约定和通信规则。通信软件和应用服务软件提供网络通信和用户所需的各种网络服务。计算机网络的功能资源共享信息交换分布式处理数据通信计算机网络的功能主要表现在以下三个方面：硬件资源共享、软件资源共享和数据资源共享、用户之间的信息交换。计算机网络的产生与发展计算机网络的形成与发展大致经历了以下四个阶段面向终端的联机系统计算机通信网络真正的计算机互连网络高速智能多媒体互连网络1.面向终端的联机系统从20世纪50年代中期开始，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，称为第一代计算机网络。网络雏形如1963年美国空军建立的半自动地面防空系统等单机远程联机系统多机远程联机系统：美国民航的航空订票系统面向终端的联机系统并不是真正意义上的计算机网络2.实现了计算机与计算机之间的互联通信从20世纪60年代中期开始进行主机互联，多个独立的主计算机通过线路互联构成计算机网络，无网络操作系统，只是通信网。60年代后期，ARPANET网建成，成为现代计算机网络诞生的标志，并为后来Internet的形成与发展奠定了基础。称为第二代计算机网络。网络初级阶段APPANET提出了两个关键技术：数据分组-存储转发技术和TCP/IP协议。3.计算机互连网络20世纪70年代至80年代中期，以太网产生；ISO制定了网络互连标准OSI，世界上具有了统一的网络体系结构；遵循国际标准化协议的计算机网络迅猛发展；作为网络终端应用的微型计算机产生并逐渐普及发展；以ARPANET为前身的Internet也在全球范围内不断发展壮大。这阶段的计算机网络称为第三代计算机网络。4.高速智能多媒体化的互连网络从20世纪90年代中期开始，计算机网络向综合化高速化发展；多媒体技术得到了发展与全面应用；信息高速公路的建设在全球得以推广；下一代互联网的研究在深入；网络与信息安全得到充分重视；网络的建设与应用全面普及与提高；多种局域网技术及相关通信技术发展成熟。网络发展到现在，已经是第四代了。第四代计算机网络就是以千兆位传输速率为主的多媒体智能化网络。网络拓扑结构的选择二、计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构网络中各台计算机节点连接的形式和方法称为网络的拓扑结构。计算机网络的拓扑结构主要有以下几种：星型拓扑环型拓扑总线型拓扑树型拓扑（总线型拓扑的变种）混合型拓扑网型拓扑蜂窝状拓扑星型拓扑星型拓扑的各节点间相互独立，每个节点均以一条单独的线路与中央结点相连，其连接图象闪光的星。星型拓扑结构的中心结点是由集线器或者是交换机来承担的。星型拓扑结构有以下优点：某工作站出现故障或单独与中心结点的线路损坏时，不会对整个网络造成大的影响，而仅会影响该工作站。网络的扩展容易。结构简单，控制和诊断方便。访问协议简单。星型拓扑结构的缺点：过分依赖中心结点。线路太多，成本高。集线器环型拓扑环型拓扑结构是由网络中若干中继器使用电缆通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环。每个站对环的使用权平等，都以同样的速度串行地沿着一个方向在各节点间传输数据。环型拓扑结构有以下优点：抗故障性能好。单方向单通路的信息流使路由选择控制简单。电缆长度短，和总线拓扑结构相似。环型拓扑是单方向传输，适用于光纤，传输速度高。环型网络的缺点：环路上的一个站点出现故障，则该站点的中继器不能进行转发，相当于环在故障结点处断掉，造成整个网络瘫痪。诊断故障困难。造成整个网络瘫痪的是哪个结点故障，诊断非常困难，需要对每个结点进行检测。令牌环总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点（包括工作站、共享设备和文件服务器）均通过相应的硬件接口直接连接到这根传输介质或称总线上，各工作站地位平等，无中心结点控制。总线型拓扑结构的总线大都采用同轴电缆。总线型拓扑结构的优点：结构简单，连接方便，易实现、易维护。易于扩充，增加新的站点容易，仅需在总线的相应接入点将工作站接入即可。使用电缆较少，价格便宜，且安装容易。总线型拓扑结构的缺点：故障诊断困难。由于不是集中控制，故障检测需在网络上各个站点进行。故障隔离困难。哪个站点出故障，只需简单地把连接拆除即可。但如果传输介质有故障，则整个这段总线要切断和变换。总线型拓扑树型拓扑树型拓扑是总线型拓扑的扩展，是在总线型网络上加上分支形成的。形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型拓扑是一种分层结构，适用于分级管理控制系统。树型拓扑结构的优点：组网灵活，易于扩展。可以延伸出很多分支和子分支。线路总长度比星型拓扑结构短，故它的成本较低。故障隔离容易。某一分支的节点或线路发生故障，很容易将这分支和整个系统隔离开来树型拓扑的缺点：对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，与星型结构相似，结构较星型复杂。ABCDFGHEI集线器集线器交换机混合型拓扑将以上两种单一拓扑结构类型混合起来，综合两种拓扑结构的优点可以构成一种混合型拓扑结构。常见的有星型/总线拓扑和星型环拓扑。星型/总线拓扑用一条或多条总线把多组设备连接起来，而相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型/总线拓扑，用户很容易配置网络设备。（下图）星型环拓扑从电路上看完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接，星型环拓扑的故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。（右图）BDAC12345876集线器集线器令牌环网型拓扑网型拓扑近年来在广域网中得到了广泛应用，如右图所示。BEFACGDH蜂窝状拓扑蜂窝状拓扑结构是作为一种无线网络的拓扑结构，结合无线点到点和点到多点的策略，将一个地理区域划分成多个单元，每个单元代表整个网络的一部分，在这个区域内有特定的连接设备，单元内的设备与中央节点设备或集线器进行通信。集线器在互联时，数据能跨越整个网络，提供一个完整的网络结构。目前，随着无线网络的迅速发展，蜂窝状拓扑结构得到了普遍应用。蜂窝状拓扑结构的优点：这种拓扑结构并不依赖于互连电缆，而是依赖于无线传输介质，这就避免了传统的布线限制，对移动设备的使用提供了便利条件，同时使得一些不便布线的特殊场所的数据传输成为可能。另外蜂窝状拓扑结构的网络安装相对容易，有节点移动时不用重新布线，故障的排除和隔离相对简单，易于维护。蜂窝状拓扑结构的缺点：容易受外界环境的干扰。掌握和选择网络拓扑结构是组建网络的第一要素网络拓扑结构的选择可靠性响应时间与吞吐量费用可扩展性网络拓扑结构的选择对网络拓扑结构的掌握和选择是组建网络中的第一要素。组建局域网或广域网时，其拓扑结构的选择需要考虑多种因素：网络要易于安装，还要方便扩展，又要保护现有的系统，还要便于以后维护。网络的可靠性更是考虑的重要因素，要易于故障诊断，易于隔离故障，以使网络的主要部分仍能正常运行。网络拓扑结构的选择还会影响传输媒体的选择和媒体访问控制方法的确定，这些因素又会影响到各个站点在网上的运行速度和网络软硬件接口的复杂性。三、网络中的传输介质传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线两大类，或者导向的和非导向的两大类。导向介质在一个设备到另一个设备之间提供了一个导线，如双绞线、同轴电缆（有粗的和细的两种）和光纤。信号沿着这些介质中的任何一种传播，并一直处在该介质的物理范围之内。双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线传输介质。双绞线和同轴电缆使用金属（铜）导线，以电流的形式接受和运输信号。光纤是玻璃或塑料的线缆，以光的形式接受和运输信号。非导向介质不使用物理导体来运输电磁波而使用无线电通信。卫星通信、无线通信、红外线通信、激光通信和微波通信的信息载体都属于非导向传输介质。双绞线双绞线既能用于传输模拟信号，又能传输数字信号，其带宽取决于铜线的粗细和传输的距离。其性能较好，价格低廉，使用广泛。组建局域网所用的双绞线由4对线（即8根线）组成，其中每根线的材质有铜线和由铜包起来的钢线两类。一般来说，双绞线电缆中的8根线是成对使用的，而且每一对都相互绞合在一起。如图1-6所示。双绞线有两种类型：无屏蔽的（UTP）和屏蔽的（STP）。无屏蔽双绞线是当前使用得最普遍的电信介质类型。UTP很便宜，灵活性好，同时易于安装。UTP分为6类，三类以上的可以用在局域网中，目前一般使用五类、超五类和六类，其数据传输率达到100Mbps以上。4对8根铜线用橙色、蓝色、绿色和棕色来区别。双绞线布线顺序568B标准：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕568A标准：白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕通过集线器联网时，只需把两头的网线一一对应的夹好就可以了，夹线顺序是两边一致。同轴电缆同轴电缆的中央是铜质的芯线（单股的实心线或多股绞合线），在铜质线芯外面有一层绝缘层，绝缘层外是一层网状编织的金属丝作外导体屏蔽层，屏蔽层把电线很好地包起来，再往外就是外包皮的保护塑料外层了。这种结构决定了它具有较高的带宽和极好的噪声抑制特性。一般说来，基带电缆的典型传输距离为几公里，宽带电缆可达几十公里。用于局域网的有两种同轴电缆：一种是专门用在以太网环境中阻抗为50Ω的电缆，只用于数字信号发送，只用于基带网，最高传输率达10Mbps，称为基带同轴电缆；另一种是在CATV同轴电缆电视系统中使用的阻抗为75Ω的电缆，用于模拟信号发送，采用频分多路复用技术，可用于基带网或宽带网，换句话说，可作模拟传输或数字传输，称为宽带同轴电缆。内导体铜芯