案例精解企业级网络构建

案例精解企业级网络构建第1章网络基础知识博文精选1.1.1秘书的苦恼第1章网络基础知识博文精选网络技术的范围非常广泛，本章将精选出几篇通向网络世界大门的博客网志，每篇网志都非常有代表性地包含了很多网络入门的知识点。本章从一家公司办公室发生的一系列的故事开始，介绍了计算机网络的定义，并对网络连接的基本条件进行分析。接下来的事情更加让人发笑，由于网管员跳槽，公司安排财务人员填写一份网络设备调查表，这可难坏了他们，基建科的胖科长都来帮忙，谁也没有想到胖科长却是一位“资深专家”。接下来的故事有点让人心酸，估计你也曾有过差2分就能及格的经历吧，我们将解决网管考试中可能遇到数学问题，把这2分补上。最后一个故事是办公室里面的“带宽大战”，你可以参与他们的争论，激励得很。故事讲完之后，我们认真地分析了一位网友的发言，解释了各种网络的特性及区分它们的方法。在本章最后，重点讲解OSI参考模型和TCP/IP的重点知识，并且将介绍一个网络故障从发现到解决的完整过程。本章学习要点掌握计算机网络的定义，理解通信子网与资源子网的概念。了解通信系统及网络连接的基本条件，初步掌握交换机、路由器等网络基础设备的定义。掌握不同数制之间的换算，理解网络带宽的表达方法。了解LAN、WAN、MAN、VPN和SAN网络的特点。了解OSI参考模型的概念，掌握OSI各层的功能，以及层间通信的原理。了解TCP/IP分层与OSI分层之间的对应关系。理解ARP、IP、ICMP、IGMP数据包结构和特性。掌握TCP工作原理和通信机制，了解UPD协议的基本内容。知识点索引关键词描述NIC网络接口卡（NIC）：提供计算机和网络之间通信连接的一种设备Hub集线器：一种特殊的中继器，可作为多个网段的转接设备Switch交换机：在通信系统中完成信息交换功能的设备Router路由器：网络互连设备，为网络上的数据分组选择最佳传递路径Firewall防火墙：在不同网络之间设置安全访问的控制设备Gateway网关：又称网间连接器、协议转换器Bandwidth带宽：在指定时间内通过某个网络连接的信息量OSI开放系统互连参考模型MACMediaAccessControl：每一台网络设备接口的唯一标识PDUProtocolDataUnit：协议数据单元，负责层间通信Encapsulation数据沿着堆栈向下传输并加入头和尾的方法称为“封装”TCP/IP传输控制协议/网际协议：因特网的成功正是因为TCP/IP的应用和普及ARP地址解析协议：负责将IP地址解析成LAN硬件使用的媒体访问控制地址IP网际协议：它主要负责在主机之间为数据包进行寻址和路由ICMPInternet控制消息协议：为数据通信中的源主机报告错误TCP传输控制协议：它可以提供可靠的、面向连接的网络数据传递服务UDP用户数据报协议：提供无连接的网络服务1.1办公室连网的故事计算机网络是计算机技术和网络技术相结合的产物，在当今社会，无论是处理日常事务，还是进行信息传输，以及科研领域，人们都离不开计算机网络。本节内容是发生在某公司办公室的小插曲，网络从无到有，杨经理的心里面也是有苦有甜。1.1.1秘书的苦恼某建筑公司杨经理像往常一样拿着U盘走到小王（秘书）身边说：“帮我把里面的文件送到楼上的孟总那里，他要看里面的销售合同。”小王转身跑着上了楼，过了十分钟她又跑了回来说：“经理，孟总说里面的合同是上个月的。”杨经理重新复制了最新的销售合同，就这样，小王每天都在楼上楼下运动着，这样有一个好处，就是保持了很好的身材。每天，楼下的餐厅都和打仗差不多，排队的时候都能在这里听见很多人发牢骚，突然听到小王气愤地说：“我就纳闷了，公司干吗还不连网呀？”网络是不是可以解决小王的苦恼呢？答案当然是肯定的，那么什么是计算机网络呢？计算机通信网络是计算机技术和通信技术相结合而形成的一种通信方式，主要是满足数据通信的需要。它将不同地理位置、具有独立功能的多台计算机、终端及附属设备用通信链路连接起来，并配备相应的网络软件，以实现通信过程中资源共享而形成的通信系统。因此，计算机网络需要两个或两个以上的单机系统共享某些事物（数据），单机系统必须通过传输线路（传输介质）相连才能形成网络，如图1-1所示。在通信的时候，为了使发送方和接收方都能理解彼此的数据，双方（包括网络上所有的单机系统）必须遵循一套公共的通信规则（协议），否则会陷入迷惑状态，就好像你在给英国人读一本法语书。图1-1两台相互连接的计算机1.1.2经理的电脑坏了在小王、小李、小张等一群“小”字辈的要求下，公司终于建成了网络。杨经理只要每次将文件放在“共享文件夹”里，其他人都可以从“网上邻居”访问到这些文件了。随着公司的网络发展，公司临时招聘了一位网管员，在他的努力下，公司的网络应用也逐渐开始完善，并且增加了服务器和很多连网设备。突然有一天，杨经理的电脑坏了，是不是所有人都无法访问到这些文件了呢？这次你猜错了，杨经理早已经成为公司里的“网络高手”了，他将所有文件都放在公司的文件服务器上了（事情的真相：网管员要求每个人必须使用服务器存储重要文件）。服务器是专门为用户提供网络服务的网络设备，为什么将它也称为网络设备呢？这就需要进一步了解网络的组成部分。计算机网络可以划分成通信子网和资源子网两部分。各计算机之间通过通信媒体、通信设备进行数据通信，在此基础上各计算机又可以通过网络软件共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源。从计算机网络各组成部件的功能来看，各部件主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。我们常把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。由图1-2可以看出，计算机网络系统以通信子网为中心。通信子网处于网络的内层，是由网络中的各种通信设备及其用做信息交换的物理介质构成，通信子网的重要任务是负责全网的信息传递。从通信子网向外发散的是服务器和终端设备，它们都处于网络的外围，构成了资源子网。（点击查看大图）图1-2通信子网和资源子网具体而言，通信子网由网卡、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机及一些专用远程通信设备和相关软件组成。资源子网由连网的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软件所组成。本书中的内容将围绕通信子网的规划设计和管理展开。1.1.3网管员的维修记录就在办公室所有人都在庆祝上网成为现实的同时，公司网络管理员的维修记录却是记录得满满的，图1-3是公司2007年9月的维修登记表。图1-3网管员的维修记录由于办公室的网络建设比较仓促，网络布线环境比较混乱，管理机制也不完善，网络经常会出现各种各样的问题，可真让杨总头疼，尤其是网络建设的负责人已经不在公司了，这群人消失在中关村茫茫的人海中了。杨经理公司的网络故障归纳起来和网络连接的3个条件有关：物理连接（PhysicalConnection）、逻辑连接（LogicalConnection）、应用程序（Application），只有这3个方面的条件都满足的时候，网络的功能才能发挥出来。下面我们分析一下这些故障出现的原因：1）物理连接故障计算机是Internet的根基，没有计算机也就没有了信息的制造者和收发者。而计算机要连接网络必须先具有一个专门的扩展卡（调制解调器或者网络接口卡“NetworkInterfaceCard,NIC”），其次是连接线路，如电话线路、网络连接线、光纤和无线等。图1-3中的前两个故障都是属于物理故障：网卡损坏和线路脱落。2）逻辑连接故障由于公司没有严格的计算机使用规定，使用人员的操作水平也比较低，随意性较大，因此，删除操作系统文件的事情常有发生。如果删除了一些网络硬件的驱动程序或者网络协议文件计算机肯定是无法正常通信了。那么，什么是网络协议呢？协议：是用来描述进程之间信息交换数据时的规则术语。在计算机网络中，两个相互通信的实体处在不同的地理位置，其上的两个进程相互通信，需要通过交换信息来协调它们的动作达到同步，而信息的交换必须按照预先共同约定好的过程进行。计算机网络的协议主要由语义、语法和交换规则3部分组成，即协议三要素。语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信息，执行的动作和返回的应答。语法：规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议元素的格式，如数据和控制信息的格式。交换规则：规定了信息交流的次序。3）应用程序故障公司既没有进行上网限制，也没有安装统一的防毒系统，所以饱受网络病毒困扰；尤其针对IE（InternetExplorer）浏览器的病毒，一旦IE被病毒侵蚀，那么上网浏览信息必定不会正常。这说明了一个问题，要访问网络，还必须在计算机中安装必要的应用程序，并保证应用程序正常运行。程序：简单来讲就是系统中一套有序动作的系列指令，它完成网络之间数据的解释和转换功能，这些功能是使计算机正常接收或发送通信数据。如Web浏览器和网络下载工具等都是应用程序。1.2.1财务人员的困惑1.2填写网络设备调查表引发的趣事直接连接到网络的器件也称为设备（Device），这些设备分为两类：终端设备和网络设备。终端用户设备包括计算机、打印机、扫描仪和其他直接为用户提供服务的设备，也称主机（Host）或工作站；而网络设备是指把终端用户连接起来使他们能够通信的所有设备，如网卡、中继器、网桥、交换机、路由器和防火墙等。这些网络中的专用术语，对于一个有经验的网管员来说没有什么，但对于一些刚学习网络的人来说却是一头雾水，这次倒霉的人轮到了公司的财务部。1.2.1财务人员的困惑杨经理的公司是事业单位，有在事业单位或政府机关工作经历的人都知道，一般年初和年底有个习惯，每次都要填无数的表格。这些表格主要调查各单位的网络建设情况，网络使用情况等，比如：局域网建设、因特网接入、网站建设、办公自动化，以及网络设备的数量等情况，表格的最后一般是问题与建议。图1-4显示了这种网络调查表中网络设备部分的摘要信息。（点击查看大图）图1-4网络调查表杨经理公司的网络建立没有多久，就接到了这样的通知：要求填报单位的真实情况。通知中一段话引起了所有领导们的重视：“本调查表将作为全区科技基础条件平台建设和网络科技环境工程建设的重要依据，请各单位按调查表所列内容认真选择、填报，此表将作为今后设备下拨的主要依据。”重视是重视了，可填这个表格的难度确实不小，最主要的一个问题是：由于网管员在混乱的网络故障压力下不堪重负，跳槽走人了。公司开了个会，大家觉得除了网管员之外，熟悉这些名称就是当初和网管一起采购的财务部门，因此决定由财务部负责完成此项工作。1.2.2解读表格填写内容这次网络调查表填写的事情，落到财务部门不是意外，而是财务部门的人逞强所造成的，在没见到表格内容就在会议上说“网卡”什么的，这肯定成为领导关注的对象了。当真的看到表格之后，可难坏了他们，什么“交换机、路由器、防火墙”等一堆专业术语后面应该填什么呀？如果财务部门的同事和你一起看完下面的内容，估计也能正确填入这些信息了。1．不用填表的设备1）网络接口卡财务部对网卡很熟悉，因为他们的计算机网卡就曾经坏过，而且也见过网管员拆过网卡。当然，另外一个熟悉的词是“网线”。但对于一般的调查表来说，“网卡”可能是各种调查表中唯一不用填写的网络设备了。网卡的全称是：网络接口卡（NIC），如图1-5所示，它是提供计算机和网络之间通信连接的一种设备。图1-5网络接口卡NIC在物理层（第一层）和数据链路层（第二层）规范的支持下执行其功能。NIC中基本定义了电缆物理连接方法和利用比特流传输网络数据帧的方法。此外还定义了提供网络数据传输定时的控制信号。最常见的数据链路层协议有以太网CSMA/CD和令牌环（TokenRing）等。2）中继器中继器（Repeater）在现在的调查表中几乎是看不到了，不过翻阅很早以前的调查表，还真的能够发现它的身影。中继器工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是：放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理