第1章 网络基础知识回顾
古语云：“练武不练功，到老一场空”，学习网络的基础理论就像练功一样重要。本章主要介绍网络的基础、网络的体系结构、ISO/OSI（International Standard Organization/Open System Interconnection，国际标准化组织提出的开放系统互联）参考模型、TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议），其间穿插大量的实验和技巧，有助于加强读者对理论知识的理解，提高实际应用的能力。通过本章的学习，读者可以掌握无线网卡直接互连的配置，ISO/OSI参考模型的7层结构以及每一层的功能，TCP/IP参考模型的4层结构以及每一层的功能，Sniffer软件的使用，IP地址的分类、计算、划分、汇总等。
1.1 计算机网络基础
在成为一名好的网络建设者之前，首先要成为一名好的网络使用者，正所谓“用然后知不足”。本节重点讲述计算机网络的功能，并陆续在以后的章节中实现该功能，最后演示无线网卡之间的互连。
1．计算机网络的产生和发展
1969年12月，DARPA的计算机分组交换网ARPANET投入运行。ARPANET的成功，标志着计算机网络的发展进入了一个新纪元。ARPANET的成功运行使计算机网络的概念发生了根本性的变化。早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星型网，各终端通过传输介质共享主机的硬件和软件资源。但分组交换网则以通信子网为中心，主机和终端都处在网络的边缘。主机和终端构成了用户资源子网。用户不仅共享通信子网的资源，还可以共享用户资源子网中丰富的硬件和软件资源。这种以资源子网为中心的计算机网络通常被称为第二代计算机网络。
在第二代计算机网络中，多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体，既分散又统一，从而使整个系统性能大大提高；原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上，使得网络系统的响应速度加快；而且在这种系统中，单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。在网络中，相互通信的计算机必须协调工作，而这种“协调”是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，早在当初设计ARPANET时就有专家提出了层次模型。分层设计方法可以将庞大而复杂的问题转化为若干较小且易于处理的子问题。
有了网络体系结构，一个公司所生产的各种机器和网络设备就可以非常容易地被连接起来。但由于各个公司的网络体系结构是各不相同的，所以不同公司之间的网络不能互连互通。针对上述情况，国际标准化组织于1977年设立了专门的机构研究来解决上述问题，并于不久后提出了一个使各种计算机能够互连的标准框架——开放系统互联参考模型（Open System Interconnection/ Reference Model，OSI/RM），简称OSI。OSI模型是一个开放体系结构，它将网络分为7层，并规定每层的功能。OSI参考模型的出现，意味着计算机网络发展到第三代。在OSI参考模型推出后，网络的发展道路一直走标准化道路，而网络标准化的最大体现就是Internet的飞速发展。现在Internet已成为世界上最大的国际性计算机互联网。Internet遵循TCP/IP参考模型，由于TCP/IP仍然使用分层模型，因此Internet仍属于第三代计算机网络。如今，计算机网络从体系结构到实用技术已逐步走向系统化、科学化和工程化。
2．计算机网络的功能
计算机网络自20世纪60年代末诞生以来，以异常迅猛的速度发展，并被越来越广泛地应用于政治、经济、军事、生产及科学技术的各个领域。计算机网络的主要功能包括如下几个方面。
（1）信息通信。现代社会信息量激增，信息交换也日益增多，每年有几万吨纸质信件要传递。利用计算机网络传递信件则是一种全新的电子传递方式。电子邮件比现有的通信工具有更多的优点，它不像电话需要通话者同时在场，也不像广播系统只是单方向传递信息，而且在速度上比传统邮件快得多。另外，电子邮件还可以携带声音、图像和视频，实现多媒体通信。本书将在第2部分介绍如何在Windows环境下搭建邮件服务器。
（2）资源共享。在计算机网络中，有许多昂贵的资源，如大型数据库和巨型计算机等，并非为每一用户所拥有，所以必须实行资源共享。资源共享包括硬件资源的共享，如打印机和大容量磁盘等，也包括软件资源的共享，如程序和数据等，本书将在第2部分介绍如何在Windows环境下实现资源共享。资源共享的结果是避免重复投资和劳动，从而提高了资源的利用率，使系统的整体性能价格比得到改善。
（3）增加可靠性。在一个系统内，当单个部件或计算机暂时失效时，必须通过替换的办法来维持系统的继续运行，这将不可避免地造成服务的中断，而很多关键应用要求提供全天候（365×24）不间断的服务保障。在计算机网络中，每种资源（尤其程序和数据）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。本书将在第2部分介绍在Windows环境下通过编写一个简单批处理文件（只需要3行代码），来实现任何时间任何地点任何文件的异机自动备份。
（4）提高系统处理能力。单机的处理能力是有限的，且由于种种原因（如CPU），计算机之间的忙闲程度是不均匀的。从理论上讲，在同一网络内的多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡。本书将在第4部分介绍如何实现服务器负载平衡。
（5）VoIP服务。在Internet或Intranet上提供语音服务，因为其成本低廉而备受关注。本书将在第3部分介绍VoIP的相关配置，实现在个人计算机上轻松呼叫异地的语音电话。
（6）数据的集中管理。计算机网络的另一个主要功能是访问远程数据库，集中处理数据信息，保证数据库的一致性。现在遍布各地的车票代售点，大街小巷随处可见的银联POS机，在提供便利的同时，也维护着数据库的一致性。
（7）其他功能。网络实时交谈（风靡全球的MSN、QQ提供的实时的文字、语音、视频服务已成为人们重要的通信手段）、视频点播、网络游戏（网络上的游戏应用尽有，如军棋、象棋、五子棋等）、网上教学（网上大学、视频下载、作业提交等）、网上书店、网上购物（贴近生活的“淘宝网”）、网上电视直播（PPLive、PPStream、PPMate等，本书也将在第2部分介绍有线电视直播服务器的架设）、网上医院、网上证券交易（大大方便了股民，“炒股”不用再到证券大厅）、网络的远程管理（服务器的远程管理：Windows 2003提供的远程桌面；设备的远程调试：针对设备的Telnet、SSH、Web管理）、虚拟现实以及电子商务正逐渐走进普通百姓的生活、学习和工作中。计算机网络作为信息收集、存储、传输、处理和利用的整体系统，将在信息社会中得到更加广泛的应用。随着网络技术的不断发展，各种网络应用将层出不穷，并将逐渐深入到社会的各个领域及人们的日常生活当中，改变着人们的工作、学习和生活乃至思维的方式。
3．计算机网络分类
计算机连接所使用的介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤等有线介质，也可以是激光、大地微波或卫星微波等无线介质。计算机之间的信息交换具有物理和逻辑上的双重含义。在计算机网络的最底层（物理层），信息交换体现为直接相连的两台机器之间无结构的比特流传输；而在物理层之上的各层所交换的信息便有了一定的逻辑结构，越往上层逻辑结构越复杂，也越接近用户真正需要的形式。信息交换在低层由硬件实现，而到了高层则由软件实现。如果一台计算机带有多台终端和打印机，这种系统通常被称为多用户系统，而不是计算机网络；而由一台主控机带多台从控机构成的系统，是主从式系统，也不是计算机网络。
计算机网络的分类标准很多，比如按拓扑结构、介质访问方式、交换方式以及数据传输速率等，但这些分类标准只给出了网络某一方面的特征，并不能反映网络技术的本质。事实上，确实存在一种能反映网络技术本质的网络划分标准，那就是计算机网络的覆盖范围。按网络覆盖范围的大小，可将计算机网络分为局域网（Local Area Network，LAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）和互联网（Internet），如表1-1-1所示。
4．无线网络的特点及连接方式
下面介绍一种新兴的网络──“无线网络”。无线网络是当前国内外的研究热点，无线网络的研究是由巨大的市场需求驱动的。无线网络有很多优点，如易于安装和使用，可以使用户在任何时间、任何地点接入计算机网络，这一特性使其具有强大的应用前景。但无线网络也有许多不足之处：它的数据传输速率一般比较低，远低于有线网络；无线网络的误码率也比较高，而且站点之间相互干扰比较严重；再就是无线网络的安全问题也需要关注。
用户无线网络的实现有不同的方式。一些咖啡馆、茶馆、宾馆、大学等都安装了无线网络，如南京工业大学就在校园内安装许多无线AP（Access Point，接入点），学生坐在树底下也能查看图书馆的资料，这种情况是计算机直接通过无线AP接入互联网的。有的计算机通过配置CDMA上网卡，可以随时随地访问互联网，目前国内很多区域都提供了CDMA上网卡的包年服务。两台笔记本电脑之间还可以通过红外或无线网卡直接进行通信，而不需要有型的传输介质。
值得一提的是，两台计算机之间有线网卡的直接连接会被经常用到，而两台笔记本计算机之间无线网卡的直接连接却常常被忽视。一个错误的理解是，无线网卡只能与无线AP连接，而忽略了无线网卡与无线网卡之间也可以直接建立连接。下面举个例子来说明无线网卡的互连。
实验1-1 通过无线网卡共享ADSL上网
家中有两台计算机（笔记本或台式机均可），各配置了一块无线网卡，其中有台计算机还配置了一块有线网卡。一般的笔记本计算机默认都配置了一块有线网卡和一块无线网卡，该实验更常用于笔记本计算机之间。如果只申请了一条ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路），如何实现两台计算机共享上网呢？
最简单经济的实现方法就是，不需购置任何设备，即可实现两台计算机同时上网的目的，下面是具体的操作步骤。
step1.jpg 配置ADSL上网。把ADSL线路接入一台笔记本计算机的有线网卡，鼠标右键单击“网上邻居”，在快捷菜单中选择“属性”，打开“网上邻居”窗口，如图1-1-1所示。
单击如图1-1-1所示的“新建连接向导”图标，打开“新建连接向导”对话框；单击“下一步”按钮，接下来提示选择“网络连接类型”，这里选择第一个“连接到Internet”，如图1-1-2所示。
单击“下一步”按钮，接下来的对话框中会询问怎样连接到Internet，选择第二个“用要求用户名和密码的宽带连接来连接”，如图1-1-3所示。
单击“下一步”按钮，要求填入ISP的名称，这里随意填入一个，如“ADSL”，如图1-1-4所示。
单击“下一步”按钮，保持默认的“任何人使用”选项，如图1-1-5所示。
单击“下一步”按钮，填入有效的ADSL用户名和密码，如图1-1-6所示。
单击如图1-1-6所示的“下一步”按钮，打开如图1-1-7所示的对话框。如果选中“在我的桌面上添加一个到此连接的快捷方式”复选框，那么桌面上会新建一个到此连接的快捷方式，以后通过ADSL上网时，双击此快捷方式，即可打开ADSL连接；如果没有选中，以后需要打开如图1-1-1所示的窗口，并找到新建的ADSL图标，双击进行连接。
单击“完成”按钮，打开如图1-1-8所示的对话框，提示进行连接。这里暂不进行连接，单击“取消”按钮，完成ADSL连接的配置。
step2 启用连接共享。右键单击“网上邻居”，在快捷菜单中选择“属性”，打开“网上邻居”窗口，如图1-1-9所示。右键单击刚才建立的“ADSL”连接，在快捷菜单中选择“属性”，在“ADSL属性”对话框中，选择“高级”选项卡，打开如图1-1-10所示的对话框。选中“允许其他网络用户通过此计算机的Internet连接来连接”复选框，在“家庭网络连接”下拉列表中，选择“无线网络连接”，单击“确定”完成配置。
step3 配置无线网卡连接。如图1-1-9所示，右键单击“无线网络连接”，在快捷菜单中选择“属性”，打开“无线网络连接属性”对话框，选择“无线网络配置”选项卡，如图1-1-11所示。
再单击如图1-1-11所示的“添加”按钮，打开如图1-1-12所示的对话框。
如图1-1-12所示进行操作，添加SSID名字，如填入“network-lab”；“网络身份验证”保持默认的“开放式”；“数据加密”选择“已禁用”，选中“这是一个计算机到计算机（特定的）网络；没有使用无线访问点”复选框，单击“确定”按钮，此时会提示不加密可能会不安全，如图1-1-13所示。由于是作为家庭共享上网使用，这里继续单击“仍然继续”按钮，完成无线网卡配置。
step4 连接无线网络。在两台笔记本计算机上右键单击“无线网络连接”，在快捷菜单中选择“查看可用的无线连接”，如图1-1-14所示。
将可以搜索到无线网络“network-lab”，如图1-1-15所示。单击“连接”按钮进行连接，两台笔记本计算机都连接成功后，将提示网络已连接。
step5 配置IP地址。连接成功后再配置两台计算机无线网卡对应的IP地址，选择有ADSL线路的那台笔记本计算机，右键单击“无线网络连接”，在快捷菜单中选择“属性”，打开“无线网络连接 属性”对话框，选中“常规”选项卡中的“Internet协议（TCP/IP）”复选框，如图1-1-16所示。
单击图1-1-16中的“属性”按钮，打开IP配置对话框，在“IP地址”中填入“192.168.0.1”，“子网掩码”中填入“255.255.255.0”，“默认网关”和下面的DNS栏中都保留为空，如图1-1-17所示。单击“确定”按钮，完成IP地址配置。继续配置第二台笔记本计算机的无线网卡，在“IP地址”中填入“192.168.0.2”，“子网掩码”中填入“255.255.255.0”，“默认网关”中填入“192.168.0.1”，“首选DNS服务器”中填入一个有效DNS服务器的IP地址，比如“218.2.135.1”。
经过上述配置，当第一台笔记本计算机ADSL连接成功后，则两台笔记本计算机都可以访问Internet。如果还有第三台有无线网卡的计算机，可以按照第二台笔记本计算机的设置方式进行设置，只需要把IP地址设成“192.168.0.3”，其他设置不变。依此类推，仅通过一根ADSL线路，可实现很多台有无线网卡的计算机共享上网。