作者：于鹏,丁喜纲
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
计算机网络技术试读：
前言
。于鹏，丁喜纲 主编范曙光，边金良 副主编张帆 责任编辑张帆 其他贡献者fanz＠phei.com.cn前言
由于计算机网络技术的发展，使得计算机用户可以超越地理位置的限制进行信息传输，人们可以方便地访问网络内所有计算机的公共资源。计算机网络的出现与迅速发展改变了人们的传统生活方式，给人们带来了新的工作、学习及娱乐方式。目前计算机网络已经受到了人们的广泛重视，成为信息产业的重要技术支柱。目前，我国正在大力建设公共数据通信网，发展远程计算机网络，同时，各企事业单位也在建设局域网，以适应和满足办公自动化、企业管理自动化和分布式控制的需要。作为职业院校电子与信息类相关专业的学生，必须掌握计算机网络的基础知识和应用技能，能够完成小型局域网的组建、管理和维护工作。
职业教育直接面向社会、面向市场，以就业为导向。因此本书在编写时从满足经济和技术发展对高素质劳动者和技能型人才的需要出发，紧紧围绕中等职业教育的培养目标，遵循职业教育的教学规律，结合工程实际，反映岗位需求，力求突出以下特色：（1）以工作过程为导向，采用项目/任务驱动模式
本书以构建小型局域网为主要工作情境，采用项目/任务驱运模式，力求使学生“做中学”、教师“做中教”，真正能够利用所学知识解决实际问题，形成职业能力。（2）参照职业标准
职业标准源自生产一线，源自工作过程。本书在编写时参照了《计算机网络管理员国家职业标准》及其他相关职业标准和企业认证中的要求，突出了职业特色和岗位特色。（3）紧密结合教学实际
考虑到读者的实际实验条件，本书选择了具有代表性并且广泛使用的主流技术与产品，本书每个项目后都附有习题，有利于读者思考并检查学习效果。（4）紧跟行业技术发展
计算机网络技术发展很快，因此我们吸收了具有丰富实践经验的企业技术人员参与了本书的编写工作，与企业密切联系，使所有内容紧跟技术发展。
本书共包括9个项目，分别为认识计算机网络、组建双机互联网络、组建小型办公网络、组建家庭无线网络、接入Internet、配置常用网络服务、Internet应用、网络安全防护，以及网络运行维护。每个项目由需要读者亲自动手完成的工作任务组成，读者只要具备计算机的基本知识就可以在阅读本书时同步进行实训，从而掌握计算机网络建设、管理与维护等方面的基础知识和技能。
本书主要面向计算机网络技术的初学者，可以作为中、高职院校电子与信息技术、通信技术、计算机网络技术、电子商务等专业的教材，也可供计算机网络技术爱好者和相关技术人员参考。
本书由于鹏、丁喜纲主编，范曙光、边金良担任副主编，邱海燕、赵金芝、于志国、方燕、戴万燕、栾泽成、张峰、万纲尊、宋本兴、李霞、宫军浩、刘瑜、刘毅、李光耀、于秀菁也参与了部分内容的编写工作。本书在编写过程中得到了各级领导的大力支持，值此致以衷心的感谢。
为了方便教师教学，本书配有电子教学参考资料包，请有此需要的教师登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后进行下载，如有问题可在网站留言板留言或与电子工业出版社联系（E-mail：hxedu＠phei.com.cn）。
编者意在奉献给读者一本实用并具有特色的教材，但由于教材中涉及的内容属于发展中的高新技术，加之我们水平有限，难免有错误和不妥之处，敬请广大读者给予批评指正。
编 者
2011年5月项目1 认识计算机网络
计算机网络技术是计算机技术与通信技术的相互融合的产物，是计算机应用中一个空前活跃的领域，人们可以借助计算机网络实现信息的交换和共享。如今，计算机网络技术已经深入到人们日常工作、生活的每个角落。本项目的主要目标是认识计算机网络，认识计算机网络中的基本组成和结构，能够利用相关软件绘制计算机网络拓扑结构图。任务1.1 初识计算机网络【任务目的】（1）了解计算机网络的发展和应用；（2）理解计算机网络的定义；（3）理解计算机网络的常用分类方法。【工作环境与条件】（1）已经联网并能正常运行的机房和校园网；（2）已经联网并能正常运行的其他网络。【相关知识】1.1.1 计算机网络的产生和发展
计算机网络的发展历史虽然不长，但是发展速度很快，它经历了从简单到复杂、从单机到多机的演变过程，其产生与发展主要包括面向终端的计算机网络、计算机通信网络、计算机互联网络和高速互联网络四个阶段。
1.第一代计算机网络
第一代计算机网络是以中心计算机系统为核心的远程联机系统，是面向终端的计算机网络。这类系统除了一台中央计算机外，其余的终端都没有自主处理能力，还不能算做真正的计算机网络，因此也被称为联机系统。但它提供了计算机通信的许多基本技术，是现代计算机网络的雏形。第一代计算机网络的结构如图1-1所示。图1-1 第一代计算机网络结构
目前，我国金融系统等领域广泛使用的多用户终端系统就属于面向终端的计算机网络，只不过其软硬件设备和通信设施都已更新换代，极大提高了网络的运行效率。
2.第二代计算机网络
面向终端的计算机网络只能在终端和主机之间进行通信，计算机之间无法通信。20世纪60年代中期，出现了由多台主计算机通过通信线路互连构成的“计算机—计算机”通信系统，其结构如图1-2所示。图1-2 第二代计算机网络结构
在该网络中每一台计算机都有自主处理能力，彼此之间不存在主从关系，用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可共享通信子网上其他主机的软硬件资源。我们将这种由多台主计算机互联构成的、以共享资源为目的网络系统称为第二代计算机网络。第二代计算机网络在概念、结构和网络设计方面都为后继的计算机的计算机网络打下了良好的基础，它也是今天Internet的雏形。
3.第三代计算机网络
20世纪70年代，各种商业网络纷纷建立，并提出各自的网络体系结构。比较著名的有IBM公司于1974年公布的系统网络体系结构SNA（System Network Architecture），DEC公司于1975年公布的分布式网络体系结构DNA（Distributing Network Architecture）。这些按照不同概念设计的网络，有力地推动了计算机网络的发展和广泛使用。
然而由于这些网络是由研究单位、大学或计算机公司各自研制开发利用的，如果要在更大的范围内，把这些网络互连起来，实现信息交换和资源共享，有着很大困难。为此，国际标准化组织（International Standards Organization，ISO）成立了一个专门机构研究和开发新一代的计算机网络。经过多年卓有成效的努力，于1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），该模型为不同厂商之间开发可互操作的网络部件提供了基本依据，从此，计算机网络进入了标准化时代。我们将体系结构标准化的计算机网络称为第三代计算机网络，也称为计算机互联网络。
4.第四代计算机网络
第四代计算机网络又称高速互联网络（或高速Internet）。随着互联网的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加。这样，基于传统电信网络为信息载体的计算机互联网络便不能满足人们对网络速度的要求，从而促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带迅速发展，即由传统的计算机互联网络向高速互联网络发展。目前对于互联网的主干网来说，各种宽带组网技术日益成熟和完善，以IP技术为核心的计算机网络已经成为网络（计算机网络和电信网络）的主体。网络技术可以将整个Internet整合成一个巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、通信资源、软件资源和知识资源的全面共享。1.1.2 计算机网络的定义
关于计算机网络这一概念的描述，从不同的角度出发，可以给出不同的定义。简单地说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多独立工作的计算机构成的集合体。这里强调构成网络的计算机是独立工作的，这是为了和多终端分时系统相区别。
从应用的角度来讲，只要将具有独立功能的多台计算机连接起来，能够实现各计算机之间信息的互相交换，并可以共享计算机资源的系统就是计算机网络。
从资源共享的角度来讲，计算机网络就是一组具有独立功能的计算机和其他设备，以允许用户相互通信和共享资源的方式互连在一起的系统。
从技术角度来讲，计算机网络就是由特定类型的传输介质（如双绞线、同轴电缆和光纤等）和网络适配器互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。
我们可以将计算机网络这一概念系统地定义为：计算机网络就是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和通信线路连接起来，并且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式，以及网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。1.1.3 计算机网络的功能
计算机技术和通信技术结合而产生的计算机网络，不仅使计算机的作用范围超越了地理位置的限制，而且也增大了计算机本身的威力，拓宽了服务，使得它在各领域发挥了重要作用，成为目前计算机应用的主要形式。计算机网络主要具有以下功能：
1.数据通信
数据通信即实现计算机与终端、计算机与计算机间的数据传输，是计算机网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础，如电子邮件、传真、远程数据交换等。
2.资源共享
资源共享是计算机网络的主要功能，在计算机网络中有很多昂贵的资源，例如大型数据库、巨型计算机等，并非为每一个用户所拥有，所以必须实现资源共享。网络中可共享的资源有硬件资源、软件资源和数据资源，其中共享数据资源最为重要。资源共享的结果是避免重复投资和劳动，从而提高资源的利用率，使系统的整体性能价格比得到改善。
3.提高系统的可靠性
在一个系统内，单个部件或计算机的暂时失效必须通过替换资源的办法来维持系统的继续运行。而在计算机网络中，每种资源（特别是程序和数据）可以存放在多个地点，用户可以通过多种途径来访问网内的某个资源，从而避免了单点失效对用户产生的影响。
4.进行分布处理
网络技术的发展，使得分布式计算成为可能。当需要处理一个大型作业时，可以将这个作业通过计算机网络分散到多个不同的计算机系统分别处理，提高处理速度，充分发挥设备的利用率。利用这个功能，可以将分散在各地的计算机资源集中起来进行重大科研项目的联合研究和开发。
5.集中处理
通过计算机网络，可以将某个组织的信息进行分散、分级、集中处理与管理，这是计算机网络最基本的功能。一些大型的计算机网络信息系统正是利用了此项功能，如银行系统、订票系统等。1.1.4 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法很多，从不同的角度出发，会有不同的分类方法，表1-1列举了目前计算机网络的主要分类方法。表1-1 计算机网络的分类续表
1.按覆盖范围分类
计算机网络由于覆盖的范围不同，所采用的传输技术也不同，因此按照覆盖范围进行分类，可以较好地反映不同类型网络的技术特征。按覆盖的地理范围，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网。（1）局域网
局域网（Local Area Network，LAN）的通信范围一般被限制在中等规模的地理区域内（如一个实验室、一幢大楼、一个校园），主要特点有：
地理范围有限，参加组网的计算机通常处在1～2km的范围内；
● 信道的带宽大，数据传输率高，一般为4Mb/s～10Gb/s；
● 数据传输可靠，误码率低；
● 局域网大多采用星型、总线型或环型拓扑结构，结构简单，实现容易；
● 通常网络归一个单一组织所拥有和使用，也不受任何公共网络当局的规定约束，容易进行设备的更新和新技术的引用，不断增强网络功能。（2）城域网
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是介于局域网与广域网之间的一种高速网络。最初，城域网主要用来互连城市范围内的各个局域网，目前城域网的应用范围已大大拓宽，能用来传输不同类型的业务，包括实时数据、语音和视频等。其主要特点有：
● 地理覆盖范围可达100km；
● 数据传输速率为50Kb/s～2.5Gb/s以上；
● 工作站数大于500个；-9
● 误码率小于10；
● 传输介质主要是光纤；
● 既可用于专用网，又可用于公用网。（3）广域网
广域网（Wide Area Network，WAN）所涉及的范围可以为市、省、国家，乃至世界范围，其中最著名的就是Internet。其主要特点有：
● 分布范围广，一般从几十到几千千米；
● 数据传输率差别较大，从9.6Kb/s～22.5Gb/s以上；-3-5
● 误码率较高，一般为10～10；
● 采用不规则的网状拓扑结构；
● 属于公用网络。
2.网络组建属性分类
根据计算机网络的组建、经营和用户，特别是数据传输和交换系统的拥有性，可以将其分为公用网和专用网。（1）公用网
公用网是由国家电信部门组建并经营管理，面向公众提供服务。任何单位和个人的计算机和终端都可以接入公用网，利用其提供的数据通信服务设施来实现自己的业务。（2）专用网
专用网往往由一个政府部门或一个公司组建经营，未经许可其他部门和单位不得使用。其组网方式可以由该单位自行架设通信线路，也可利用公用网提供的“虚拟网”功能。
3.按通信传播方式分类
计算机网络必须通过通信信道完成数据传输，通信信道有广播信道和点到点信道两种类型，因此计算机网络也可以分为广播式网络和点到点式网络。（1）广播式网络
在广播式网络中，多个站点共享一条通信信道。发送端在发送消息时，首先在数据的头部加上地址字段，以指明此数据应被哪个站点接收，数据发送到信道上后，所有的站点都将接收到。一旦收到数据，各站点将检查其地址字段，如果是自己的地址，则处理该数据，否则将它丢弃，如图1-3所示。广播式网络通常也允许在它的地址字段中使用一段特殊的代码，以便将数据发送到所有站点。这种操作被称为广播（broadcasting）。有些广播式网络还支持向部分站点发送的功能，这种功能被称为组播（multicasting）。图1-3 广播式网络（2）点到点式网络
点到点式网络的主要特点是一条线路连接一对节点。两台计算机之间常常经过几个节点相连接，如图1-4所示。点到点式网络的通信，一般采用存储转发方式，并需要通过多个中间节点进行中转。在中转过程中还可能存在多条路径，传输成本也可能不同，因此在点到点式网络中路由算法显得特别重要。一般来说，在局域网中多采用广播方式，而在广域网中多采用点到点方式。图1-4 点到点式网络【任务实施】实施1 参观计算机网络实验室或机房
参观所在学校的计算机网络实验室或机房，根据所学的知识，对该网络的基本功能和类型进行简单分析；了解不同岗位工作人员的岗位职责。实施2 参观校园网
参观所在学校的网络中心和校园网，根据所学的知识，对该网络的基本功能和类型进行简单分析；了解不同岗位工作人员的岗位职责。实施3 参观其他计算机网络
根据具体条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，对该网络的基本功能和类型进行简单分析；了解不同岗位工作人员的岗位职责。任务1.2 认识常用的网络设备【任务目的】（1）理解OSI参考模型；（2）了解计算机网络的软硬件组成；（3）认识计算机网络中常用的网络设备。【工作环境与条件】（1）已经联网并能正常运行的机房和校园网；（2）已经联网并能正常运行的其他网络。【相关知识】1.2.1 网络体系结构
计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多并且性质各不相同，所以人们在设计网络时，提出了“分层次”的思想。“分层次”是人们处理复杂问题的基本方法，对于一些难以处理的复杂问题，通常可以分解为若干个较容易处理的、小一些的问题。在计算机网络设计中，可以将网络总体要实现的功能分配到不同的模块中，并对每个模块要完成的服务及服务实现过程进行明确的规定，每个模块就叫做一个层次。这种划分可以使不同的网络系统分成相同的层次，不同系统的同等层具有相同的功能，高层使用低层提供的服务时无须知道低层服务的具体实现方法，从而大大降低了网络的设计难度。因此，层次是计算机网络体系结构中的基本概念。
计算机网络采用层次结构，具有如下优点：
● 各层之间相互独立。高层并不需要知道低层是如何实现的，而仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。
● 灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，则其他各层均不受影响。另外，当某层提供的服务不再需要时，甚至可将其取消。
● 各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层。
● 易于实现和维护。因为整个的系统已被分解为若干个易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂系统的实现和维护变得容易控制。
● 有利于促进标准化。因为每一层的功能和所提供的服务都有了精确的说明。图1-5 N层协议的层次结构
在计算机网络层次结构中，各层有各层的协议。网络协议对计算机网络是不可缺少的，一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集。计算机网络是由多个互连的节点组成，要做到各节点之间有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型，图1-5说明了一个N层协议的层次结构。由图可知，协议也是分层的，一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层进行通话时，通话的规则就是第N层协议。我们将网络层次结构与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。
需要注意的是，在网络层次结构中数据并不是从一台机器的第N层直接传送到另一台机器的第N层，而是每一层都把数据和控制信息交给其下一层，由底层进行实际的通信。1.2.2 OSI参考模型
由于历史原因，计算机和通信工业界的组织机构和厂商，在网络产品方面，制定了不同的协议和标准。为了协调这些协议和标准，提高网络行业的标准化水平，以适应不同网络系统的相互通信，CCITT（国际电报电话咨询委员会）和ISO（国际标准化组织）认识到有必要使网络体系结构标准化，并组织制定了OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）参考模型。它兼容于现有网络标准，为不同网络体系提供参照，将不同机制的计算机系统联合起来，使它们之间可以相互通信。
当今的网络大多是建立在OSI参考模型基础上的。在OSI参考模型中，网络的各个功能层分别执行特定的网络操作。理解OSI参考模型有助于更好地理解网络，选择合适的组网方案，改进网络的性能。
1.OSI参考模型的层次结构
OSI参考模型共分七层结构，从低到高的顺序为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。图1-6所示为OSI参考模型层次示意图。图1-6 OSI参考模型
OSI参考模型各层的基本功能如图1-7所示。（1）物理层
物理层主要提供相邻设备间的二进制（bits）传输，即利用物理传输介质为上一层（数据链路层）提供一个物理连接，通过物理连接透明地传输比特流。所谓透明传输是指经实际物理链路后传送的比特流没有变化，任意组合的比特流都可以在该物理链路上传输，物理层并不知道比特流的含义。物理层要考虑的是如何发送“0”和“1”，以及接收端如何识别。图1-7 OSI参考模型各层的基本功能（2）数据链路层
数据链路层主要负责在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧（Frame）为单位的数据，每一帧包括一定的数据和必要的控制信息，接收节点接收到的数据出错时要通知发送方重发，直到这一帧无误地到达接收节点。数据链路层就是把一条有可能出错的实际链路变成让网络层看来好像不出错的链路。（3）网络层
网络层的主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。该层将数据转换成一种称为分组（Packet）的数据单元，每一个数据包中都含有目的地址和源地址，以满足路由的需要。网络层可对数据进行分段和重组。分段即是指当数据从一个能处理较大数据单元的网络段传送到仅能处理较小数据单元的网络段时，网络层减小数据单元的大小的过程。重组过程即为重构被分段的数据单元。（4）传输层
传输层的任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式为两个端系统的会话层之间建立一条传输连接，以透明地传输报文（Message）。传输层把从会话层接收的数据划分成网络层所要求的数据包进行传输，并在接收端，再把经网络层传来的数据包运行重新装配，提供给会话层。传输层位于高层和低层的中间，起承上启下的作用，它下面三层实现面向数据的通信，上面三层实现面向信息的处理，传输层是数据传送的最高一层，也是最重要和最复杂的一层。（5）会话层
会话层虽然不参与具体的数据传输，但它负责对数据进行管理，负责为各网络节点应用程序或者进程之间提供一套会话设施，组织和同步它们的会话活动，并管理其数据交换过程。这里“会话”是指两个应用进程之间为交换面向进程的信息而按一定规则建立起来的一个暂时联系。（6）表示层
表示层主要提供端到端的信息传输。在OSI参考模型中，端用户（应用进程）之间传送的信息数据包含语义和语法两个方面。语义是信息数据的内容及其含义，它由应用层负责处理。语法是与信息数据表示形式有关的方面，如信息的格式、编码、数据压缩等。表示层主要用于处理应用实体面向交换的信息的表示方法，包含用户数据的结构和在传输时的比特流或字节流的表示。这样即使每个应用系统有各自的信息表示法，但被交换的信息类型和数值仍能用一种共同的方法来表示。（7）应用层
应用层是计算机网络与最终用户的界面，提供完成特定网络服务功能所需的各种应用程序协议。应用层主要负责用户信息的语义表示，确定进程之间通信的性质以满足用户的需要，并在两个通信者之间进行语义匹配。
需要注意的是，OSI参考模型定义的标准框架，只是一种抽象的分层结构，具体的实现则有赖于各种网络体系的具体标准，它们通常是一组可操作的协议集合，对应于网络分层，不同层次有不同的通信协议。
2.OSI参考模型中信息的流动过程
在OSI参考模型中，通信是在系统进程之间进行的。在实际传输过程中，除物理层外，在各对等层之间只有逻辑上的通信，并无直接的通信，较高层间的通信要使用较低层提供的服务。图1-8描述了信息在OSI参考模型中的流动过程。
下面以网络一端的用户A向另一端的用户B发送电子邮件为例来说明信息的流动过程。其中包括用户A向用户B的电子邮件服务器发送邮件和用户B通过服务器从自己的电子邮箱读取邮件两次通信过程。图1-8 信息在OSI参考模型中的流动过程
用户A首先要把电子邮件的内容（用户数据）通过电子邮件应用程序发出，在应用层（电子邮件应用程序的一个进程）把一个报头（PCI，协议控制信息）附加于用户数据上，这个控制信息是第7层协议所要求的，组成第7层的协议数据单元（用户数据和控制信息作为一个单元整体），然后将其传送给表示层的一个实体。表示层又把这个单元附加上自己的报头组成第6层的协议数据单元再向下层传送。重复这一过程直到数据链路层，数据链路层将网络层送来的协议数据单元封装成帧，然后通过物理层传送到传输介质。当这一帧数据被用户B所登录的电子邮件系统服务器接收后，逐层进行理解，并执行相应层次协议控制信息的内容，开始相反的过程。数据从较低层向较高层传输，每层都拆掉其最外层的报头，而把剩余的部分向上传输，一直到服务器电子邮件系统运行的某个进程（对等的应用层），把用户A的邮件存放到服务器上用户B的电子邮箱中。
当用户B在自己的机器上运行电子邮件应用程序，从电子邮箱中读取邮件时，执行的是从电子邮箱所在的服务器向用户B的计算机传送数据的通信过程。这个过程可能不只传送用户A的邮件，同时传送的还有其他用户发送给用户B的邮件。这个过程是两台计算机上运行的电子邮件应用系统进程实体相互理解并执行的过程，即应用层功能。但双方的高层都用到了其他各层的服务。1.2.3 计算机网络的组成
整个计算机网络是一个完整的体系，就像一台独立的计算机，既包括硬件系统又包括软件系统。
1.网络硬件
网络硬件包括网络服务器、网络工作站、传输介质和网络设备等。
● 网络服务器是网络的核心，是网络的资源所在，它为使用者提供了主要的网络资源。
● 网络工作站实际上就是一台入网的计算机，它是用户使用网络的窗口。
● 传输介质是网络通信时，信号的载体，包括双绞线、光缆、无线电波等。
● 网络设备是在网络通信过程中完成特定功能的通信部件，常见的网络设备有集线器、交换机、路由器等。
2.网络软件
网络软件是一种在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件。根据软件的功能，计算机网络软件可分为网络系统软件和网络应用软件两大类型。网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信、分配和管理共享资源的网络软件，它包括网络操作系统、网络协议软件、通信控制软件和管理软件等。网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件。
网络协议是通信双方关于通信如何进行所达成的协议，常见的网络协议有TCP/IP协议、NetBEUI协议、IPX/SPX协议等。
网络操作系统是网络软件的核心，用于管理、调度、控制计算机网络的多种资源，目前常用的计算机网络操作系统主要有UNIX系列、Windows系列和Linux系列。
● UNIX本是针对小型机主机环境开发的操作系统，是一种集中式分时多用户体系结构。这种网络操作系统历史悠久，其良好的网络管理功能已为广大网络用户所接受，稳定和安全性能非常好，但由于它多数是以命令方式来进行操作的，不容易掌握，主要用于大型的网站或大型局域网中。
● Microsoft的Windows系统不仅在个人操作系统中占有绝对优势，它在网络操作系统中也是具有非常强劲的力量。这类操作系统配置在整个局域网配置中是最常见的，但由于它稳定性能不是很高，所以一般只是用在中低档服务器中。在局域网中，Microsoft的网络操作系统主要有：Windows NT 4.0 Serve、Windows 2000 Serve、Windows Server 2003以及Windows Server 2008等。
● Linux是一个开放源代码的网络操作系统，可以免费得到许多应用程序。目前已经有很多中文版本的Linux，如REDHAT（红帽子）、红旗Linux等，在国内得到了用户充分的肯定。Linux与UNIX有许多类似之处，具有较高的安全性和稳定性。1.2.4 常用的网络设备
网络设备是在网络通信过程中完成特定功能的通信部件，不同的网络设备在网络中扮演着不同的角色。网络设备和传输介质共同实现了网络的连接。
1.集线器
集线器（Hub）的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时可以把所有节点集中在以它为中心的节点上，构建物理星型拓扑结构的网络。集线器工作于OSI参考模型的物理层，不具备信号的定向传送能力，是标准的共享式设备。随着目前交换机价格的不断下降，集线器的市场已经越来越小，处于淘汰的边缘。
2.交换机
交换机（Switch）是一种用于信号转发的网络设备，工作于OSI参考模型的数据链路层。网络中的各个节点可以直接连接到交换机的端口上，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的信号通路。除了与计算机相连的端口之外，交换机还可以连接到其他的交换机以便形成更大的网络。随着计算机网络技术的发展，目前局域网组网主要采用以太网技术，而以太网的核心部件就是以太网交换机，图1-9所示为Cisco 2960以太网交换机。【注意】目前网络中使用的交换机除工作于数据链路层的二层交换机外，还有三层交换机（工作于网络层）、四层交换机（工作于传输层）和七层交换机（工作于应用层）。
3.路由器
路由器（Router）是Internet的主要节点设备，具有判断网络地址和选择路径的功能，工作于OSI参考模型的网络层。路由器能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器系统构成了基于TCP/IP的Internet的主体脉络，因此，在局域网、城域网乃至整个Internet研究领域中，路由器技术始终处于核心地位。对于局域网来说，路由器主要用来实现与城域网或Internet的连接。图1-10所示为Cisco 2811路由器。图1-9 Cisco 2960以太网交换机图1-10 Cisco 2811路由器【任务实施】实施1 认识计算机网络实验室或机房网络中的网络设备
参观所在学校的计算机网络实验室或机房，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的网络设备，列出该网络所使用网络设备的品牌、型号和主要性能指标。实施2 认识校园网中的网络设备
参观所在学校的网络中心和校园网，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的网络设备，列出该网络所使用网络设备的品牌、型号和主要性能指标。实施3 认识其他计算机网络中的网络设备
根据具体的条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的网络设备，列出该网络所使用网络设备的品牌、型号和主要性能指标。任务1.3 认识常用的传输介质【任务目的】（1）了解计算机网络中常用的传输介质；（2）熟悉双绞线的结构、分类与性能特点；（3）熟悉光缆的结构、分类与性能特点。【工作环境与条件】（1）已经联网并能正常运行的机房和校园网；（2）已经联网并能正常运行的其他网络。【相关知识】
传输介质是网络中各节点之间的物理通路或信道，它是信息传递的载体。计算机网络中所采用的传输介质分为两类：一类是有线的；一类是无线的。有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆；无线传输介质包括无线电波和红外线等。1.3.1 双绞线
双绞线一般由两根遵循AWG（American Wire Gauge，美国线规）标准的绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度绞在一起，可以降低信号的干扰程度。实际使用时，通常会把多对双绞线包在一个绝缘套管里，用于网络传输的典型双绞线是4对的，也可将更多对双绞线放在一个电缆套管里的，称为双绞线电缆。
双绞线电缆分为非屏蔽双绞线电缆（UTP）和屏蔽双绞线电缆（STP）两大类，按照传输带宽又可以分为3类、4类、5类、超5类、6类、超6类，以及7类线。目前，局域网中常用的双绞线是非屏蔽的超5类和6类线，市场上出售的超5类和6类双绞线外层绝缘套管上会分别标注“Cat 5e”和“Cat 6”字样。
1.屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线
屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的结构如图1-11所示，由图可知屏蔽双绞线电缆最大的特点在于封装在其中的双绞线与外层绝缘套管之间有一层金属材料。该结构能减小辐射，防止信息被窃听，同时还具有较高的数据传输率。但也使屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只有一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线。所以，在无特殊要求的计算机网络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。图1-11 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线
2.双绞线的电缆等级
类（category）是用来区分双绞线电缆等级的术语，不同的等级对双绞线电缆中的导线数目、导线扭绞数量，以及能够达到的数据传输速率等具有不同的要求。（1）3类双绞线
3类双绞线带宽为16MHz，传输速率可达10Mb/s。它被认为是10Base-T以太网安装可以接受的最低配置电缆，但现在已不再推荐使用。目前3类双绞线电缆仍在电话布线系统中有一定程度的使用。（2）4类双绞线
4类双绞线电缆用来支持16Mb/s的令牌环网，测试通过带宽为20MHz，传输速率达16Mb/s。（3）5类双绞线
5类双绞线电缆是用于快速以太网的双绞线电缆，最初指定带宽为100MHz，传输速率达100Mb/s。在一定条件下，5类双绞线电缆可以用于1000Base-T网络，但要达到此目的，必须在电缆中同时使用多对线对以分摊数据流。目前，5类双绞线电缆仍广泛使用于电话、保安、自动控制等网络中，但在计算机网络布线中已失去市场。（4）超5类双绞线
超5类双绞线电缆的传输带宽为100MHz，传输速率可达到100Mb/s。与5类电缆相比，具有更多的扭绞数目，可以更好地抵抗来自外部和电缆内部其他导线的干扰，从而提升了性能，在近端串扰、相邻线对综合近端串扰、衰减和衰减串扰比4个主要指标上都有了较大的改进。因此超5类双绞线电缆具有更好的传输性能，更适合支持1000Base-T网络，是目前计算机网络布线常用的传输介质。（5）6类双绞线电缆
6类双绞线电缆主要应用于快速以太网和千兆位以太网中，传输带宽为200～250MHz，是5类线和超5类电缆带宽的2倍，最大速度可达到1000Mb/s。6类双绞线电缆改善了串扰以及回波损耗方面的性能，更适合于全双工的高速千兆网络的传输需求。（6）超6类双绞线电缆
超6类双绞线电缆主要应用于千兆位以太网中，传输带宽是500MHz，最大传输速度为1000Mb/s，与6类电缆相比，其在串扰、衰减等方面有了较大改善。（7）7类双绞线电缆
7类双绞线电缆全部采用屏蔽结构，能有效抵御线对之间的串扰，使得在同一根电缆上实现多个应用成为可能，其传输带宽为600MHz，是6类线的2倍以上，传输速率可达10Gb/s，主要用来支持万兆位以太网的应用。1.3.2 同轴电缆
同轴电缆是根据其构造命名的，铜导体位于核心，外面被一层绝缘体环绕，然后是一层屏蔽层，最外面是外护套，所有这些层都是围绕中心轴（铜导体）构造，因此这种电缆被称为同轴电缆，如图1-12所示。图1-12 同轴电缆
同轴电缆主要有以下类型：
50Ω同轴电缆：也称做基带同轴电缆，特性阻抗为50Ω，主要用于无线电和计算机局域网络。曾经广泛应用于传统以太网的粗缆和细缆就属于基带同轴电缆。
75Ω同轴电缆：也称做宽带同轴电缆，特性阻抗为75Ω，主要用于视频传输，其屏蔽层通常是用铝冲压而成的。
在一些应用中，同轴电缆仍然优于双绞线电缆。首先双绞线电缆的导线尺寸较小，没有包含在同轴电缆中的铜缆结实，因此同轴电缆可以应用于许多无线电传输领域。另外同轴电缆能传输很宽的频带，从低频到甚高频，因此特别适合传输宽带信号（如有线电视系统、模拟录像等）。同轴电缆也有固有的缺点，如安装时屏蔽层必须正确接地，否则会造成更大的干扰。另外一些同轴电缆的直径较大，会占用很大的空间。更重要的是同轴电缆支持的数据传输速率只有10Mb/s，无法满足目前局域网的传输速度要求，所以在计算机局域网布线中，已不再使用同轴电缆。1.3.3 光纤
光纤即光导纤维是一种传输光束的细而柔韧的媒质。光导纤维线缆由一捆光导纤维组成，简称为光缆。与铜缆相比，光缆本身不需要电，虽然其在铺设初期阶段所需的连接器、工具和人工成本很高，但其不受电磁干扰和射频干扰的影响，具有更高的数据传输率和更远的传输距离，并且不用考虑接地问题，对各种环境因素具有更强的抵抗力。这些特点使得光缆在某些应用中更具吸引力，成为目前计算机网络中常用的传输介质之一。
1.光纤的结构
计算机网络中的光纤主要是采用石英玻璃制成的、横截面积较小的双层同心圆柱体。裸光纤由光纤芯、包层和涂覆层组成，如图1-13所示。折射率高的中心部分叫做光纤芯，折射率低的外围部分叫包层。光以不同的角度进入光纤芯，在包层和光纤芯的界面发生反射，进行远距离传输。图1-13 裸光纤的结构
2.光纤通信系统
光纤通信系统是以光波为载体、以光纤为传输介质的通信方式。光纤通信系统的组成如图1-14所示。在光纤发送端，主要采用两种光源：发光二极管LED与注入型激光二极管ILD。在接收端将光信号转换成电信号时，要使用光电二极管PIN检波器。图1-14 光纤通信系统
3.单模光纤和多模光纤
光纤有两种形式：单模光纤和多模光纤。单模光纤使用光的单一模式传送信号，而多模光纤使用光的多种模式传送信号。光传输中的模式是指一根以特定角度进入光纤芯的光线，因此可以认为模式是指以特定角度进入光纤的具有相同波长的光束。
单模光纤和多模光纤在结构及布线方式上有很多不同，两者的比较如图1-15所示。单模光纤只允许一束光传播，没有模分散的特性，光信号损耗很低，离散也很小，传播距离远，单模导入波长为1310nm和1550nm。多模光纤是在给定的工作波长上，以多个模式同时传输的光纤，从而形成模分散，限制了带宽和距离，因此，多模光纤的芯径大，传输速度低，距离短，成本低，多模导入波长为850nm和1300nm。图1-15 单模光纤和多模光纤的比较
多模光纤可以使用LED作为光源，而单模光纤必须使用激光光源，从而可以把数据传输到更远的距离。由于这些特性，单模光纤主要用于建筑物之间的互连或广域网连接，多模光纤主要用于建筑物内的局域网干线连接。
单模光纤和多模光纤的纤芯和包层具有多种不同的尺寸，尺寸的大小将决定光信号在光纤中的传输质量。目前常见的单模光纤主要有8.3μm/125μm（纤芯直径/包层直径）、9μm/125μm和10μm/125μm等规格；常见的多模光纤主要有50μm/125μm、62.5μm/125μm、100μm/140μm等规格。局域网布线中主要使用具有62.5μm/125μm的多模光纤；在传输性能要求更高的情况下也可以使用50μm/125μm的多模光纤。
4.光纤通信系统的特点
与铜缆相比，光纤通信系统的主要优点有：
● 传输频带宽，通信容量大；
● 线路损耗低，传输距离远；
● 抗干扰能力强，应用范围广；
● 线径细，质量轻；
● 抗化学腐蚀能力强；
● 光纤制造资源丰富。
与铜缆相比，光纤通信系统的主要缺点有：
● 初始投入成本比铜缆高；
● 更难接受错误的使用；
● 光纤连接器比铜连接器脆弱；
● 端接光纤需要更高级别的训练和技能；
● 相关的安装和测试工具价格高。
5.光缆的种类
光缆有多种结构，它可以包含单一或多根光纤束、不同类型的绝缘材料、包层甚至铜导体，以适应各种不同环境、不同要求的应用。光缆有多种分类方法，目前在计算机网络中主要按照光缆的使用环境和敷设方式对光缆进行分类。（1）室内光缆
室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但也更轻便、更经济。室内光缆主要适用于建筑物内的计算机网络布线。（2）室外光缆
室外光缆的抗拉强度比较大，保护层厚重，在计算机网络中主要用于建筑物外网络布线，根据敷设方式的不同，室外光缆可以分为架空光缆、管道管缆、直埋光缆、隧道光缆和水底光缆等。（3）室内/室外通用光缆
由于敷设方式的不同，室外光缆必须具有与室内光缆不同的结构特点。室外光缆要承受水蒸气扩散和潮气的侵入，必须具有足够的机械强度及对啮咬等的保护措施。室外光缆由于有PE护套及易燃填充物，不适合室内敷设，因此人们在建筑物的光缆入口处为室内光缆设置了一个移入点，这样室内光缆才能可靠地在建筑物内进行敷设。室内/室外通用光缆既可在室内也可在室外使用，不需要在室外向室内的过渡点进行熔接。【任务实施】实施1 认识计算机网络实验室或机房网络中的传输介质
参观所在学校的计算机网络实验室或机房，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的传输介质，列出该网络所使用传输介质的品牌、型号和主要性能指标。实施2 认识校园网中的传输介质
参观所在学校的网络中心和校园网，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的传输介质，列出该网络所使用传输介质的品牌、型号和主要性能指标。实施3 认识其他计算机网络中的传输介质
根据具体的条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的传输介质，列出该网络所使用传输介质的品牌、型号和主要性能指标。任务1.4 绘制网络拓扑结构图【任务目的】（1）熟悉常见的网络拓扑结构；（2）能够正确阅读网络拓扑结构图；（3）能够利用常用绘图软件绘制网络拓扑结构图。【工作环境与条件】（1）已经联网并能正常运行的机房和校园网；（2）安装Windows XP或Windows Server 2003操作系统的PC；（3）Microsoft Office Visio Professional 2003应用软件。【相关知识】
计算机网络的拓扑（Topology）结构是指网络中的通信线路和各节点之间的几何排列，它是解释一个网络物理布局的形式图，主要用来反映各个模块之间的结构关系。它影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等方面，是研究计算机网络的主要环节之一。
计算机网络的拓扑结构主要有总线型、环型、星型、树型、不规则网状等类型。拓扑结构的选择往往与传输介质的选择和介质访问控制方法的确定紧密相关，并决定对网络设备的选择。1.4.1 总线型结构
总线型结构是用一条电缆作为公共总线，入网的节点通过相应接口连接到总线上，如图1-16所示。在这种结构中，网络中的所有节点处于平等的通信地位，都可以把自己要发送的信息送入总线，使信息在总线上传播，属于分布式传输控制关系。
● 优点：节点的插入或拆卸比较方便，易于网络的扩充。
● 缺点：可靠性不高，如果总线出了问题，整个网络都不能工作，并且查找故障点比较困难。图1-16 总线型结构1.4.2 环型结构
在环型结构中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图1-17所示。环中数据将沿一个方向逐站传送。
● 优点：拓扑结构简单，控制简便，结构对称性好。
● 缺点：环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会转为网络可靠性的瓶颈，环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪，环中节点的加入和撤出过程都比较复杂。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]