第一章 局域网基础知识
随着计算机网络的迅速发展，学习实用网络已经成为人们的一种基本技能。局域网是当前流行的技术领域，它的出现使计算机网络为大多数人所认识，并借助这个桥梁传输数据和共享资源。
通过对本章的学习，使学生熟悉有关局域网组网的基本概念和组成；掌握局域网的拓扑结构；理解网络体系结构和通信协议；熟悉局域网使用得各种网络技术。为进一步学习局域网相关知识打下基础。
1．1 局域网的概述
1.1.1局域网的概念和特点
计算机网络是指数据通讯系统把地理上分散的、具有独立功能的多台计算机通过通信媒体连接在一起，并配以相应的网络软件，以达到数据通信和资源共享的目的。
计算机网络分类可将计算机分为局域网、城域网和广域网。
局域网是本书要介绍的内容，是指将较小地理范围内的计算机或数据终端设备连接在一起的通讯网络。广以上讲局域网就是联网距离有限，通常为用户自己所专用的，利用廉价的宽带通信来完成信息交换与资源共享的。
城域网是位于一座城市的一组局域网，作用范围比局域网大的多，采用与局域网相同的联网技术。例如：一所学校有多个校区分布在城市的多个地区，每个校区都有自己的校园网，这些网络连接起来就形成了城域网。
广域网是将地域分布广泛的局域网、城域网连接起来的网络系统，它分布距离广阔，可以横跨几个国家以至全世界，形成国际性的远程网络。例如：万维网WWW，国际互联网络Internet。
可从功能性和技术型两个方面认识局域网概念。功能上：局域网是一组在物理位置上相隔不远的计算机和其他设备互联到一起的系统，允许用户相互通信和共享计算机资源。技术上：由特定类型的传输媒体和网络适配器互联在一起的多台计算机。
局域网分布范围小、投资少、配置简单，具有如下特点：
（1）传输速率高，一般为1Mb/s~20Mb/s，光纤高速网可达100Mb/s甚至1000Mb/s；
（2）支持多种传输介质；
（3）一般由网卡完成通信处理；
（4）传输质量好，误码率低；
（5）有规则的拓扑结构。
1.1.2局域网的基本结构
局域网结构主要包括主机/终端系统、对等网系统、工作站/文件服务器结构和客户/服务器四种类型。
1．主机/终端系统
将网络中的终端与大型主机相连，将复杂的计算和信息处理交给主机去完成，可以充分利用主机资源，这就是主机/终端系统。
在主机/终端系统中，用户通过与主机相连的终端在主机操作系统的管理下共享主机的内存、外存、中央处理器和各种输入/输出设备。
主要缺点：（1）这类系统主要面向大型企、事业单位，生产数量较少，因而系统价格通常很高；（2）终端功能比较弱(完全依赖于主机)，因而导致主机负荷较重。
2．对等网系统
又称点对点网络，在这种网络中每台计算机不但有单机的所有自主权，而且可共享网络上其他计算机的存储容量，并进行信息交换。尤其在硬盘容量较小、计算机的处理速度比较低的情况下，对等网具有独特的优势。
对等网结构简单，价格低，易于维护，可扩充性也好，而且实现起来也非常容易。缺点是网络中的文件存放非常分散，不利于数据的保密。对等网适用于一些小单位，如计算机数量较少且分布较集中的情况。
3．工作站/文件服务器结构
在工作站/文件服务器结构网络中，某台运行特定网络操作系统的计算机被作为文件服务器，而网络中的其他计算机在登录该计算机后，可以存取该计算机中的文件。但是，作为文件服务器的计算机并不进行任何网络应用处理，因此，服务器的功能非常单—。
4．客户/服务器结构
客户/服务器方式以太网是目前小型网络较多采用的一种方式，计算机划分为服务器和客户机。基于服务器的网络引进了层次结构，它是为了适应网络规模增大所需的各种支持功能设计的。通常将基于服务器的网络都称为客户/服务器网络。在客户/服务器网中，至少有一个专用的服务器来管理、控制网络的运行。
与对等网相比，客户/服务器网的突出优点是网络系统稳定，信息管理安全，网络用户扩展方便，易于升级。缺点是需专用服务器，建网成本高，管理上也较复杂。
1.1.3 局域网的拓扑结构
计算机网络中通信线路和各种站点之间的连接方式称为网络的拓扑结构，也就是说网络是如何连接到一起的。不同拓扑结构的局域网中所采用的信号技术、协议以及所能达到的网络性能会有很大的差别。因此，熟悉局域网的拓扑结构及其特点是设计与分析局域网的前提。局域网最基本的拓扑结构有3种：总线型拓扑结构、环型拓扑结构和星型拓扑结构。
1．总线型拓扑结构
总线型拓扑结构用一根数据传输线作为通信介质，网络上所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到主干传输电缆上，其传输方式类似于广播电台，工作时只有一个站点可通过总线传输信息，这时其他所有站点都不能发送，但都可以接受到该信号，然后判断发送地址是否与接受地址一致，若匹配则接受该信息，若不匹配则发送到该站点的数据被丢弃。
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优点：每个节点都支持双向传输，网络中节点扩充方便、灵活，寻查路径简单。
缺点：总线产生故障会影响整个网络系统的正常运行，对总线依赖较强。
2．环型拓扑结构
网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环形结构网。在环型网中，所有的通信共享一条物理通道，结构较简单，系统中各工作站地位相等。 信息传输过程：如果一个站点需要将发送信息到目的站点，它需要将信息分为若干组，每个分组包括一段数据和目的站点的控制信息。环上所有中继器将分组地址与自己节点地址比较，地址符合就接受该分组信息，信息继续流向下一环接口，直到回到发送信息环路接口为止。
优点：网络中的信息按固定方向单向传输，系统中无信道选择问题。
缺点：环路封闭不易扩充，任何一个接口损坏都将使整个网络瘫痪。
3．星型拓扑结构
以中央节点为中心与各节点连接组成的，网中的每一个节点设备都以中心节点为中心，通过连接线与中心节点相连，如果一个工作站需要传输数据，它首先必须通过中心节点。
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优点：传输速度快，网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。
缺点：网络可靠性低，网络共享能力差，一旦中心节点出现故障则导致全网瘫痪。
4．混合型拓扑结构
总线型拓扑结构、环型拓扑结构和星型拓扑结构是局域网的3种基本结构。在实际应用中，往往并不采用单纯的某一种结构，而是在3种基本结构的基础上进行扩展而形成混合型拓扑结构。组建混合型拓扑结构的网络有利于发挥网络拓扑结构的优点，克服相应的局限。
常见的混合型拓扑结构有树型结构、星型总线结构、星环型结构等，具体三种类型混合拓扑结构的具体概念与特点，同学们课下自己学习，比较容易理解。
1.1.4 局域网通信协议
局域网中服务器与客户机通常使用不同的操作系统，要使它们实现通信必须遵循一种统一的标准。这种为了进行网络数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络通信协议。
局域网中常用的网络协议有TCP/IP协议、IPX/SPX协议和NetBEUI协议三种。
1、TCP/IP协议（传输控制协议/网际协议）
1969年由美国国防部高级研究所计划署开发，最初是在分布于全美各地的主机之间建立高速通信连接，实现资源共享，后来成为Internet的通信协议。其中IP协议提供网络节点间的数据分组传递服务；TCP协议提供用户之间的可靠数据流服务。
2、IPX/SPX协议（网际包交换/顺序包交换协议）
NOVELL公司开发的通信协议，它的体积比较大，但在复杂环境下有很强的适应性，同时也具有强大的路由功能，能实现网段间的通信。当用户接入的是NetWare服务器时，IPX/SPX及其兼容协议应是最好的选择。
3、NetBEUI协议（用户扩展接口）
协议是由IBM公司于1985年开发的，是一种体积小、效率高、速度快的通信协议，也就有它的局限性，NetBEUI是专门为几台到几百台主机所组成的单段网络而设计的，它不具有跨网段工作的能力，也就是说它不具有路由功能。
在实际的组网中用户的需求是千差万别的，单一的协议可能无法满足需要，用户可以选择一种或者多种相关的协议，以达到不同的组网要求，使服务器能够提供相应的服务，或者解决不同操作系统，不同网络之间的通信问题，从而组建高效的网络，满足工作和业务的需求。
1.1.5局域网参考模型
1．局域网参考模型
IEEE802标准所描述的局域网参考模型对应于OSI参考模型的数据链路层和物理层，它将数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和介质控制子层（MAC）。
MAC子层是数据链路层的一个功能子层，主要制定管理和分配信道的协议规范。
LLC也是数据链路层的一个功能子层，它在MAC子层的支持下向网络层提供服务。
2．相关标准
IEEE802是主要的局域网标准，该标准所描述的局域网通过共享的传输介质通信。IEEE802标准包括局域网参考模型与各层协议。
IEEE802.3定义了带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方式。借助于这种方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。CSMA/CD的工作机制可概括为：先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。
1.2 IP地址基础知识
TCP/IP协议已经成为当今网络的主流标准，TCP/IP协议包中有二个最重要的软件协议：TCP和IP协议，其中TCP主要是用来管理网络通信的质量的，保证网络传输中不发生错误信息；而IP主要是为网络传输提供通信地址的，保证准确找到接受数据的计算机。
1、IP地址知识
IP地址也可以称为Internet地址，用来标识互联网上每台计算机一个唯一的逻辑地址，为了区分这些主机，人们给每台主机分配了一个专门的地址，称为IP地址，每台连网计算机都依靠IP地址来标识自己。类似于我们的电话号码，通过电话号码来找到相应的电话，全世界的电话号码都是唯一的，IP地址也是一样。
2、IP地址管理机构
IP地址由统一的组织负责分配，任何个人都不能随便使用。目前全球Internet IP地址由NIC（Internet Network Information Center）统一负责全球地址的规划、管理，同时由Inter NIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其它地区的IP地址分配。我国申请IP地址要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。
3、IP地址表示
IP地址由32位二进制组成，为了方便使用，把二进制地址转变为人们更熟悉的十进制地址，由4部分组成，每部分数字对应于一组8位二进制数字，各部分之间用小数点分开，也称为点分十进制。
4、IP地址分类
为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，点分十进制数的IPv4 地址分成几类，以适应大型、中型、小型的不同的网络。这些不同类的地址区别之处在于，用于表示网络的位数与用于表示主机的位数之间的差别。
5、网络地址掩码
IP地址是一组二进制，那如何确定哪部分是网络地址，哪部分是主机地址呢？也即IP地址的网络号和主机号是如何划分的。在一个IP地址中，计算机是通过网络掩码来决定IP地址中网络和主机信息。地址规划组织委员会规定，用“1”代表网络部分，用“0”代表主机部分。IP网络掩码也同样是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分信息，用以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。也就是说，计算机通过IP地址和网络掩码，通过计算才能知道自己是在哪个网络中。所以网络掩码很重要，必须配置正确，否则的话，就得出错误的网络地址了。
6、特殊含义的地址
广播地址
TCP/IP协议规定，主机号部分各位全为1的IP地址用于广播。所谓广播地址指同时向网上所有的主机发送报文。如136.78.255.255就是B类地址中的一个广播地址，你将信息送到此地址，就是将信息送回送地址
A类网络地址的第一段十进制数值为127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopback address）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。含网络号127的分组不能出现在任何网络上，用于网络软件测试以及本地机进程间通信。
网络地址
TCP/IP协议规定，各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络，如192.168.1.0地址。
私有地址
Internet管理委员会规定如下地址段为私有地址，私有地址可以自己组网时用，但不能在Internet网上用，Internet网没有这些地址的路由，使用这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址,也称为公网地址，才能进行和外部网络的计算机通讯。
