项目1　双机互连对等网络的组建 (1)掌握计算机网络的基本概念。 (2)了解计算机网络的发展历史、功能和分类。 (3)掌握计算机网络的组成。 (4)掌握计算机网络的体系结构。 (5)掌握直通线和交叉线的制作方法。 (6)掌握双机互连对等网络的组建方法。 1.1　项目提出 王羽家中原有一台计算机,由于工作需要新添了一台计算机,但是家中只有一台打印 机,两台计算机之间经常需要借助U 盘复制文件,操作十分麻烦。为此,王羽找到好友李 亮,请他帮助组建简单的家庭网络,以便通过家庭网络实现文件传送、打印机共享等。 1.2　项目分析 王羽的这种需求(把两台计算机互连组建家庭网络)是很常见和典型的。随着社会经济 的发展和人们生活水平的日益提高,目前许多家庭已拥有两台计算机,出于资源共享的需 求,人们往往希望把它们连接起来,组建一个简单的家庭网络。 把两台计算机连接起来,组建双机互连对等网络,先要在每台计算机中安装网络连接设 备———网卡,并安装其相应的驱动程序;然后把交叉双绞线的两端分别插入这两台计算机网 卡的RJ-45接口中,再设置每台计算机的IP地址和子网掩码,设置完成后可通过ping命令 测试网络的连通性。 1.3　相关知识点 1.3.1 计算机网络的形成与发展 计算机网络是现代高科技的重要组成部分,是计算机技术与通信技术相结合的产物。 计算机网络技术项目化教程(第3版)(微课版) 计算机网络出现的历史并不长,但发展很快,经历了一个从简单到复杂、从低级到高级的过 程。计算机网络的发展可以归纳为以下4个阶段。 1. 面向终端的计算机网络———以数据通信为主 20 世纪50 年代末期,由一台中央主机通过通信线路连接大量地理上分散的终端,构成 面向终端的计算机网络,如图1-1所示。终端分时访问中心计算机的资源,中心计算机将处 理结果返回终端。 2. 面向通信的计算机网络———以资源共享为主 1969 年由美国国防部高级研究计划署(advancedresearchprojectsagency,ARPA)研 究组建的ARPAnet是世界上第一个真正意义上的计算机网络。ARPAnet当时只连接了 4台主机,每台主机都具有自主处理能力,彼此之间不存在主从关系,相互共享资源。 ARPAnet是计算机网络技术发展的一个里程碑,它对计算机网络技术的发展做出的突出贡 献主要表现在以下3个方面。 (1)采用通信子网与资源子网组成两级网络结构,如图1-2所示。通信子网负责全部 网络的通信工作,资源子网由各类主机、终端、软件、数据库等组成。 (2)采用报文分组交换方式。 (3)采用层次结构的网络协议。 图1-1 面向终端的计算机网络图1-2 由通信子网与资源子网组成的两级网络结构 3. 面向应用的计算机网络———体系标准化 20 世纪70 年代中期,局域网得到了迅速发展。美国Xerox、DEC 和Intel公司推出了 以CSMA/CD 介质访问技术为基础的以太网(Ethernet)产品,其他大公司也纷纷推出自己 的产品,如IBM 公司的系统网络体系结构(systemnetworkarchitecture,SNA), 但各家网 络产品在技术、结构等方面存在着很大差异,没有统一的标准,彼此之间不能互联,从而造成 了不同网络之间信息传递的障碍。为了统一标准,1984 年由国际标准化组织(ISO)制订了 一种统一的分层方案———开放系统互联(opensysteminterconnection,OSI)参考模型,将网 络体系结构分为7层。 4. 面向未来的计算机网络———以Itt为核心的高速计算机网络OSI参考模型为计算机网络提供了统(n) 一(e) 的(n) 分层方案,(e) 但事实是世界上没有任何一个网 络是完全按照OSI 参考模型组建的,这固然与OSI 参考模型的7层分层设计过于复杂有 关,更重要的原因是在OSI 参考模型提出时,已经有很多网络使用TCP/IP 的分层模式加 项目1　双机互连对等网络的组建 入了ARPAnet,并使得它的规模不断扩大,以致最终形成了世界范围的互联网——— t。所以,t就是在ARPAnt的基础上发展起来的,并且一直沿用着TCP/IP InterneInternee 的4层分层模式。Internet的大发展始于20世纪90年代,1993年美国宣布了国家信息基 础设施建设计划(NI,信息高速公路计划),促成了Internet爆炸式的飞跃发展,也使得计算 机网络进入了高速化的互联阶段。 Internet是覆盖全球的信息基础设施之一,用户可以利用Internet实现全球范围的信 息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。ARPAnet与分组交换技术的发 展,奠定了互联网的基础。 1991年6月,我国第一条与国际互联网连接的专线建成,从中国科学院高能物理研究 所一直到斯坦福大学直线加速器中心。到1994年,我国才实现采用TCP/IP的国际互联网 的功能连接,可以通过四大主干网(中国科技网CSTNET 、中国教育科研网CERNET 、中国 公用信息网CHINANET 、中国金桥信息网CHINAGBN)接入因特网。 1.2 计算机网络的功能与分类 3. 计算机网络是将地理上分散且具有独立功能的计算机通过通信设备及传输媒体连接起 来,在通信软件的支持下,实现计算机间资源共享、信息交换或协同工作的系统。 1.计算机网络的主要功能 (1)数据通信。利用计算机网络可实现各地各计算机之间快速、可靠地互相传送数据, 进行信息处理。数据通信是计算机网络最基本的功能。 (2)资源共享。资源”是指网络中所有的硬件、软件和数据资源,“共享”是指网络中的 用户都能够部分或全部地享用这些资源。 (3)分布式处理。计算机网络的组建,使得原来单个计算机无法处理的大型任务,可以 通过多台计算机共同完成。对于一些大型任务,可把它分解成多个小型任务,由网络上的多 台计算机协同工作、分布式处理。 (4)综合信息服务。计算机网络的发展使应用日益多元化,即在一套系统上提供集成 的信息服务,包括来自社会、政治、经济等各方面资源,甚至同时还提供多媒体信息,如图像、 语音、动画等。在多元化发展的趋势下,许多网络应用形式不断涌现,如电子邮件、网上交 易、视频点播、联机会议、微信、微博、直播等。 2.计算机网络的分类 计算机网络的分类方式很多,如按网络的覆盖范围、拓扑结构、应用协议、传输介质、数 据交换方式等。按网络的覆盖范围可以将计算机网络分为局域网、城域网、广域网等;按拓 扑结构可分为星形网、总线形网、环形网、树型网、网状网等;按传播方式可分为点对点传输 网络和广播式传输网络等。下面介绍按覆盖范围划分的类别。 (1)局域网(oarantok,:作用范围较小, 通常局限在一 lclaeewrLAN)一般在几千米以内, 个园区、一座大楼甚至一个办公室内。局域网的传输速率较高,为100~10000Mbps,甚至 更高。 (2)城域网(metropolitanareanetwork,MAN):作用范围、规模和传输速率介于广域 网与局域网之间,传输距离通常为几千米到几十千米,覆盖范围通常是一座城市。 (3)广域网(wideareanetwork,WAN):覆盖范围从几十千米到几千千米,甚至更远, 计算机网络技术项目化教程(第 3 版)(微课版) 因此,网络所涉及的范围可以为一个城市、一个省、一个国家或地区,乃至全球。广域网一般 用于连接广阔区域中的LAN 网络,最广为人知的WAN 就是Internet。传输速率通常为 56kbps155Mbp现在已有622Mbp2.s, ~s, s、4Gbp甚至更高速率的广域网。 1.3 计算机网络的组成 3. 计算机网络的硬件系统通常由服务器、工作站、传输介质、网卡、路由器、集线器、中继 器、调制解调器等组成。下面只介绍前面4种硬件。 1. 服务器 服务器(server)是网络运行、管理和提供服务的中枢,它影响网络的整体性能。一般在 大型网络中采用大型机、中型机或小型机作为网络服务器;对于网点不多、网络通信量不大、 数据安全要求不高的网络,可以选用高档微型计算机作为网络服务器。 服务器按提供的服务被冠以不同的名称,如数据库服务器、邮件服务器、打印服务器、 WWW 服务器、文件服务器等。 2. 工作站 工作站(workstation)也称客户机(client), 由服务器进行管理和提供服务的、连入网络 的任何计算机都属于工作站,其性能一般低于服务器。个人计算机接入Internet后,在获取 Internet服务的同时,其本身也成为Internet网上的一台工作站。 服务器或工作站中一般都安装了网络操作系统,网络操作系统除具有通用操作系统的 功能外,还应具有网络支持功能,能管理整个网络的资源。常见的网络操作系统主要有 Windows、UNIX 、Linux等。 3. 传输介质 传输介质是网络中信息传输的物理通道,通常分为有线网和无线网。 .在有线网中,计算机通过光纤、双绞线、同轴电缆等传输介质连接。 .在无线网中,计算机通过无线电、微波、红外线、激光和卫星信道等无线介质进行连接。 1)光纤 光纤(见图1-3)又称光缆,具有很大的带宽,是目前常用的传输介质。光纤是由许多细 如发丝的玻璃纤维外加绝缘护套组成,光束在玻璃纤维内传输,具有防电磁干扰、传输稳定 可靠、传输带宽高等特点,适用于高速网络和骨干网。利用光纤连接网络,每端必须连接光/ 电转换器,另外还需要其他辅助设备。 图1-3 光纤 项目1　双机互连对等网络的组建 光纤分为单模光纤和多模光纤两种(所谓“模”,就是指以一定的角度进入光纤的一 束光线)。 .在单模光纤中,芯的直径一般为9μm或10μm,使用激光作为光源,并且只允许一束 光线穿过光纤,定向性强,传递数据质量高,传输距离远,可达100km,通常用于长途 干线传输及城域网建设等。 在多模光纤中,芯的直径一般为50μm或62.使用发光二极管作为光源,允许 多束光线同时穿过光纤,定向性差,最大传输距离为2km,一般用于距离相对较近的 区域内的网络连接。 2)双绞线 双绞线是布线工程中最常用的一种传输介质,由不同颜色的4对8芯线(每根芯线加绝 缘层)组成,每两根芯线按一定规则交织在一起(为了降低信号之间的相互干扰), 成为一个 芯线对。双绞线可分为非屏蔽双绞线(unshieldedtwistedpair,UTP)和屏蔽双绞线 (shieldedtwistedpair,STP), 如图1-4所示。平时人们接触的大多是非屏蔽双绞线,其最大 传输距离为100m 。 所示。 使用双绞线组网时,双绞线和其他设备连接必须使用RJ-45 接头(俗称水晶头), 如图1-5 . 5μm, 图1-4 非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线图1-5 RJ-45 接头 RJ-45 水晶头中的线序有两种标准,分别为EIA/TIA568A 和EIA/TIA568B,如图1-6 所示。 .568A 标准:绿白-1、绿-2、橙白-3、蓝-4、蓝白-5、橙-6、棕白-7、棕-8。 .568B 标准:橙白-1、橙-2、绿白-3、蓝-4、蓝白-5、绿-6、棕白-7、棕-8。 图1-6 两种双绞线线序标准 计算机网络技术项目化教程(第3版)(微课版) 在双绞线中,直接参与通信的导线是线序为1、2、3、6的四根线,其中1和2负责发送数 据;3和6负责接收数据。 针对应用场合的不同,可将网线分为两种:直通线和交叉线。 .直通线:也称直连线,如图1-7所示,是指双绞线两端线序都为568A 或568B,用于 连接不同种的设备。 .交叉线:如图1-8所示,双绞线一端线序为568A,另一端线序为568B,用于连接同 种设备。 图1-7 直通线导线分布图1-8 交叉线导线分布 直通线和交叉线的应用如表1-1所示。新型的交换机已不再需要区分Uplink口和普 通口,交换机级联时直接使用直通线。 表1- 1 双绞线的应用 应用 方式 直通线交叉线 网卡对网卡√ 网卡对集线器√ 网卡对交换机√ 集线器对集线器(普通口) √ 交换机对交换机(普通口) √ 交换机对集线器(Uplink口) √ 3)同轴电缆 同轴电缆有粗缆和细缆之分,在实际中有广泛应用,比如,有线电视网中使用的就是粗 缆。不论是粗缆还是细缆,其中心都是一根铜线,外面包有绝缘层。同轴电缆(见图1-9)由 中心铜线、环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的塑料封套组成,这种结构的金 属屏蔽网可防止中心铜线向外辐射电磁场,也可用来防止外界电磁场干扰中心铜线中的 信号。 4. 网卡 网卡也称网络适配器,如图1-10 所示,是计算机网络中最重要的连接设备,计算机主要 通过网卡连接网络。网卡负责在计算机和网络之间实现双向数据传输。每块网卡均有唯一 的48 位二进制网卡地址(MAC 地址), 如00-23-5A-69-7A-3D(十六进制)。 项目1　双机互连对等网络的组建 图1-9 同轴电缆图1-10 网卡 1.4 计算机网络体系结构 3. 1. 计算机网络协议 在计算机网络中为实现计算机之间的正确数据交换,必须制定一系列有关数据传输顺 序、信息格式和信息内容等的约定,这些规则、标准或约定称为计算机网络协议(protocol)。 计算机网络协议一般至少包括3个要素。 (1)语法:规定用户数据与控制信息的结构和格式。 (2)语义:规定需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应。 (3)时序:规定对事件实现顺序控制的时间。 2. 计算机网络体系结构 在计算机网络诞生之初,每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构,它们之间互不 相容。为此,国际标准化组织(在1979 年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开 ISO) 放系统互联的体系结构,即OSI 。“开放”这个词表示:只要遵循OSI 标准,一个系统可以和 位于世界上任何地方的、也遵循OSI 标准的其他任何系统进行连接。这个分委员会提出了 开放系统互联参考模型,即OSI 参考模型(OSI/RM), 它定义了异质系统互联的标准框架。 OSI/RM 模型分为7层,从下往上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表 示层和应用层,如图1-11 所示。 图1-11 OSI/RM 模型 计算机网络体系结构是计算机网络层次模型和各层次协议的集合。计算机网络体系结 构是抽象的,而实现是具体的,它是指能够运行的一些硬件和软件,多采用层次结构。采用 层次结构的好处有以下几点。 .各层之间相互独立。 .灵活性好。 计算机网络技术项目化教程(第3版)(微课版) .各层都可采用最合适的技术来实现。 .易于实现维护。 .有利于促进标准化。 划分层次的原则如下。 .网中各节点都有相同的层次。 .不同节点的同等层具有相同的功能。 .同一节点内相邻层之间通过接口通信。 .每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务。 .不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。 OSI参考模型各层次的主要功能如表1-2所示。 表1- 2 OSI参考模型各层次的功能 层次数据格式主要功能典型设备 应用层数据报文为应用程序提供网络服务 表示层数据报文数据表示、数据安全、数据压缩 会话层数据报文建立、管理和终止会话 传输层数据报文提供端到端连接 网络层数据包(分组) 确定地址、路径选择(路由) 路由器 数据链路层数据帧介质访问(接入) 网桥、交换机、网卡 物理层比特流二进制数据流传输光纤、同轴电缆、双绞线、中继器和集线器 (1)物理层。这是整个OSI参考模型的最底层,它的任务就是提供网络的物理连接,所 以,物理层是建立在物理介质上的(而不是逻辑上的协议和会话),它提供的是机械和电气接 口,其作用是使原始的数据比特(bit)流能在物理介质上传输。 (2)数据链路层。数据链路层分为介质访问控制(mediaacescontrol,MAC)子层和 logicallinkcontroLLC) 逻辑链路控制(l,子层,在物理层提供比特流传输服务的基础上,传 送以帧为单位的数据。数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段,将不可 靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数 据传输速率,即进行流量控制,以防止接收方因来不及处理发送方传送来的高速数据而导致 缓冲区溢出及线路阻塞等问题。 (3)网络层。网络层负责由一个站到另一个站的路径选择,它解决的是网络与网络之 间,即网际的通信问题,而不是同一网段内部的通信问题。网络层的主要功能是提供路由, 即选择到达目的主机的最佳路径,并沿该路径传送数据包(分组)。此外,网络层还具有流量 控制和拥挤控制的能力。 (4)传输层。传输层负责完成两站之间数据的传送。当两个站已确定建立了联系后, 传输层即负责监督,以确保数据能正确无误地传送,提供可靠的端到端数据传输功能。 (5)会话层。会话层主要负责控制每一站究竟什么时间可以传送与接收数据。例如, 如果有许多使用者同时进行传送与接收消息,此时会话层的任务就是确定在接收消息还是 发送消息时不会有“碰撞”的情况发生。 10