第二卷 網絡基礎
序
在前麵的各章裏，討論了Windows 2000的單機特性，現在開始進一步介紹Windows 2000對網絡的支持。作為Microsoft公司在新世紀推出的操作係統，Windows 2000能以更好的兼容性來融合了網絡，但在這一章中隻是對網絡的基本知識進行討論，以達到拋磚引玉的作用。如果能對網絡的基礎知識有較好的認識，可以跳過這一章，繼續下麵的學習。
計算機網絡涉及到通信與計算機兩個領域。計算機與通信日益緊密的結合，已對人類社會的進步做出了極大的奉獻。計算機與通信的相互結合主要有兩個方麵。一方麵，通信網絡為計算機之間的數據傳輸和交換提供了必要的手段；另一方麵，數字計算技術的發展滲透到通信技術中，又提高了通信網絡的各種性能。
本章的詳細內容包括有：
* 網絡的體係結構
* 網絡協議內容
* TCP/IP協議結構與內容
* Internet的基本知識
* Internet的應用工具
第一章 網絡體係結構
網絡的一個重要特性就是計算機可以互相通信，需要近距離的，也需要遠距離的，這就要求設置一套標準做法，否則每個人都隻是簡單地去做自己的操作係統、軟件應用程序、網卡等等，而不去考慮與另外組件的通信，這樣就會遇到兼容的問題。在這一點上，國際標準化組織（ISO）已經意識到迫切地需要一個具體的網絡模型，用於網絡設備生產廠商生產相互間融合的網絡設備。於是在80年代初期，國際標準化組織就開發了一套網絡設備生產廠商都要遵循的標準模型。
實在由於計算機網絡是個非常複雜的係統。相互通信的兩個計算機係統必須高度協調工作才行。而這種協調是相當複雜的。為了設計這樣複雜的計算機網絡，早在最初的網絡設計時就提出了分層的方法。分層可以將龐大而複雜的問題，轉化為若幹較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易於研究和處理。這樣一來就提出了計算機網絡體係結構的概念。
19.1.1 OSI參考模型
OSI（開放係統互連，Open Systems Interconnection）模型是一個7層的參考模型，如圖19-1所示，將兩台計算機之間通過網絡媒體傳遞信息的問題分成7個更小和更易於管理的子問題，其中每個子問題都具有自包含性，解決這些子問題基本上不需要過多的外部信息。OSI自身的協議也正在不斷的發展，現在OSI參考模型被作為工業上參考結構的模型。
應用層(Application)
表示層(Presentation)
會話層(Session)
傳輸層(Transport)
網絡層(Network)
數據鏈路層(Data Link)
物理層(Physical)
圖19-1 OSI參考模型
19.1.1.1 應用層
使用應用層時，通過該層和操作係統通信，這樣就避免應用程序來關心資源是從計算機來或是從網絡來的。它與其他層的區別在於它不需要為其他任何一層提供服務，也可以說是位於OSI參考模型範圍之外的一些應用程序，一般經常使用的應用程序包括有：電子表格程序、文字處理程序、航空訂票程序等。
19.1.1.2 表示層
表示層與通信應用中使用的數據句法結構差異有關，可以從應用層獲得信息，並且轉換成可識別的方式把信息提供給操作係統和網絡。很少有僅提供表示層功能的協議，該功能經常並入會話層或者應用層。
19.1.1.3 會話層
會話層負責提供在兩個通信應用之間建立、維護和結束會話連接的功能，也負責提供錯誤恢複功能。會話包括兩個或多個表示實體之間的對話。會話層使表示層實體之間的會話同步，並管理它們的數據變換，除了基本的會話規則之外，會話層還為數據的傳遞、服務的分類、以及會話層、表示層和應用層出現錯誤的報告等提供了規則。
19.1.1.4 傳輸層
傳輸層目的在於定義如何維護數據的完整性，它保證了係統之間有秩序、可靠地傳輸數據，也提供了多方麵的機製，用於建立、維護以及有序的終止虛擬電路，檢測和恢複傳輸錯誤，以及控製信息的流量。
19.1.1.5 網絡層
網絡層負責給信息加裝地址、保證信息傳到正確的目的地，同時也提供了路由。路由協議在一係列子網中尋找最佳的路徑，傳統的網絡層可能會沿最佳路徑傳輸數據。
19.1.1.6 數據鏈路層
數據鏈路層定義了數據分組的創建、傳輸及接收方法。這一層的分組稱為幀。幀（Frame）按照不同網絡體係結構創建（如Ethernet、ARCNET、Token Ring）。每種網絡結構有其獨特的幀類型。幀尋址用介質訪問控製（MAC）地址定義。MAC地址一般由製造商編程到網絡接口設備中，用戶不能更改。而且數據鏈路層可以看作由網絡協議和網卡驅動程序組成，提供了可靠的數據傳輸，它通常與物理地址、網絡拓撲、布線方法、錯誤提示、幀的有序發送以及流量控製緊密相關。
19.1.1.7 物理層
物理層是OSI參考模型中的最底層，它提供了物理傳輸服務，定義了硬件的物理特性。它連續地從數據鏈路層接收數據，然後再傳輸到物理媒介上。在這個層上，定義了機械的（連接器的類型），電氣的（電壓電平），功能的（脈衝信號設定）和規程的（信息交換）特性。物理層標準的例子有IEEE 802係列和EIA-232D（RS-232的擴展，如調製解調器等等）。
19.1.2 計算機間的通信
來看一個OSI參考模型通信的實例，如圖19-2所示，假定圖中的計算機A需要向計算機B發送信息，首先計算機A的應用程序與第7層（最頂層）聯絡，第七層與第6層聯絡，
圖19-2 計算機A、B之間的通信
第6層再與第5層聯絡，以此類推直到信息傳遞到計算機A的第一層為止，第1層在將信息直接傳遞到物理網絡媒體上。在信息橫向穿過物理網絡被計算機B吸收之後，信息通過計算機B的網絡的7層以相反的方向向上傳遞（首先是第1層，然後是第2層，依此類推），直到信息最終到達計算機B的應用程序為止。
雖然計算機A中的每一層都與本係統內的相鄰層聯絡，但是它的主要目的是與計算機B中的同名層聯絡。也就是說，計算機A中的第1層主要目的是與計算機B中的第1層聯絡，計算機A的第2層是與計算機B的第2層聯絡，其餘各層也都如此。
第二章 網絡協議
協議（Protocol）在詞典中會查到的解釋決不會包含任何與計算機有關的內容，但從計算機的術語來說，Protocol就是指網絡上計算機交換信息的標準方式，主要用於保證所有涉及的計算機都能識別信息。相當於人的社會來說，Protocol就是人類的語言。
在Windows 2000中，有很多的協議都可以安裝，主要的網絡協議有：
* Microsoft NetBEUI.
* Microsoft IPX/SPX.
* Microsoft TCP/IP.
為了在網絡上通信，一個網絡計算機至少應安裝一種協議，但兩個計算機中的通信必須有相同的協議支持。例如，在如圖19-3所示，如果計算機A安裝了NetBEUI和IPX/SPX，它可同隻安裝了NetBEUI的計算機B和隻安裝了IPX/SPX的計算機C通信，計算機B和C之間卻不可通信，因為它們沒有安裝共同的協議。
下麵部分將討論不同的協議和怎樣確定安裝什麼協議。
圖19-3 協議的互通
19.2.1 NetBEUI (NetBIOS Enhanced User Interface)
NetBEUI實際上是一個字首組合詞，它表示NetBIOS增強型擴展用戶接口。IBM在1985年將它引入網絡世界。最初是Microsoft為LAN Manager網絡操作係統開發的，之後Microsoft又將它納入了Windows for Workgroups、Widows95和WindowsNT中。
NetBEUI是默認的Windows協議，在中小規模（20～200台計算機）而且位置比較集中的網絡中工作得相當出色。該協議配置簡單而且性能不錯，NetBEUI具有自調節功能，提供很好的錯誤保護，占用的內存也很少。
但是NetBEUI不像TCP/IP和IPX那樣可路由，它隻提供令牌環式的路由。
NetBEUI協議有如下的優點：
■ 處理客戶請求時動態的分配內存，這意味這它僅在需要時才使用內存。
■ 支持撥號通信，這意味著用戶可以在家裏或者路上以撥號的形式連接到服務器，然後訪問網絡資源。
■ 同時提供麵向連接和無連接的數據傳輸服務。
■ 可以與實現了如下服務的程序一塊工作：NetBEUI、Network DDE（動態數據交換，Dynamic Data Exchange），NetBIOS之上的RPC（遠過程的調用，Remote Procedure Call）等等。
19.2.2 IPX/SPX
該協議是Novell公司在NetWare 局域網上實現的麵向數據報的協議IPX和麵向會話的協議SPX。現在，Novell公司和Microsoft公司都為Windows係統發行了32位的驅動程序。
·IPX (Internetwork Packet Exchange)，是NetWare的文件重定向模塊的基礎協議，僅僅支持沒有連接關係的數據報信息。IPX與OSI參考模型中的網絡層相對應，其功能與IP協議類似，它提供了地址、路由和將信息報文傳送到其目的地的服務。
·SPX (Sequenced Packet Exchange) 是一個會話層的麵向連接的協議。在SPX報發送或接收之前，欲交換信息的雙方必須建立連接。一旦建立了連接，會話內部信息報文將可以被發送往任一方向，它們發送的信息報文被保證傳送。如果多個信息報同時被發送SPX還要監查信息報是否以正確的次序到達目的地。SPX存在於OSI參考模型的網絡層，也有部分特性屬於會話層。
如圖19-4所示的表示了IPX/SPX與OSI參考模型的對應關係。
應用層
表示層
會話層
上層的網絡協議：
NetWare核心協議（NCP）
服務通告協議（SAP）等
傳輸層
SPX
網絡層
IPX
數據鏈路層
物理層
網絡體係結構
如以太網、令牌環網等
圖19-4 IPX/SPX與OSI參考模型的對應關係
19.2.3 TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP，傳輸控製協議/網際協議)，隨著Internet（國際互聯網）的火熱而出名的，但該協議不隻是用於Internet的。首先，不像NetBEUI和IPX/SPX這些單一的協議，TCP/IP是一套協議和實用程序，它是目前應用最廣泛的協議，也是一種工業標準的協議。主要的優點在於：
■ TCP/IP提供了強有力的WAN連接。TCP/IP的協議組是適應WAN的需要而發展的。因此，TCP/IP是眾多WAN有效的方法之一，可以用來連接地理上分散的機構，而且主張與Internet連接的企業具有利用Internet網絡連接分支機構到總部的選擇權。
■ TCP/IP是一個開放的係統，允許將不同的操作係統互相連接，而不必擔心兼容性的問題。
■ TCP/IP對Internet廣泛的支持。允許訪問到任何可以找到的、遍及世界的成千上萬網站的豐富資源。
理解了TCP/IP協議的優點後，開始學習TCP/IP協議組的主要內容。
第三章 TCP/IP基礎
正如前麵指出的，通信網絡是眾多的物理網絡相互連接成的。而所有的通信協議組的最重要特性就是其使用了一套已經定義的信號發送方法，處理傳輸的錯誤、管理路由和數據交付以及控製實際傳輸的能力。TCP/IP就是提供以上服務的一個協議組。
19.3.1 TCP/IP的發展曆史
在70年代初期，美國國防部開始投資研究阿帕網―ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network)，目標是建立一個實用的通信網絡，為全國許多實驗室和教育機構的大量數據中心連接起來，賦予它們交換數據的能力。在ARPANET的研究過程中，為尋求一個能夠適應規定要求的解法，TCP/IP就作為一網絡互連的分組交換研究項目。到1979年，TCP/IP的研究工作進展順利，很多人參加了這項工作，這也促使了美國國防研究計劃署成立了一個非正式的委員會來協調和指導通信協議的結構的設計開發工作。這個委員會被稱為網際控製和配置委員會。
到1983年，TCP/IP被正式作為軍用標準之後，所有連接到ARPANET的網絡都必須依照新的標準。在此期間，Internet是最早建立的包括ARPANET的網絡，後來ARPANET被分為MILNET和新的較小規模的ARPANET網絡。MILNET是用於軍事的目的，ARPANET是用於研究和開發工作。多少年後，ARPANET的成功大大超出了當初的構想。計算機設施密集的北美、歐洲、日本和世界其他地方都通過各自的子網連接到Internet，構成了世界上最大的網絡。1990年ARPANET被撤銷，Internet被宣布成為正式的全球性網絡。
19.3.2 TCP/IP的４層模型
前麵提到了OSI參考模型的７層結構，但TCP/IP協議組作為一種分層式的通信協議將不同的功能組合到預定好的網絡層裏。於是該協議分成了４個概念層，分為網絡接口層（Network Interface layer）、因特網層（Internet layer）、傳輸層（Transport layer）以及應用層（Application layer）等層次，如圖19-5所示。這些層次的每一個都對應於OSI參考模型的一個或更多個層次，例如，網絡接口層對應於OSI參考模型的物理層和數據鏈路層，互聯網層對應於OSI參考模型的網絡層，傳輸層對應於OSI參考模型的傳輸層，而應用層對應於OSI參考模型的會話層、表示層和會話層。而且在每一層中，都包含著TCP/IP組中的幾個最重要協議。
圖19-5 OSI層與TCP/IP層的對應關係
19.3.2.1 網絡接口層（Network Interface layer）
此層負責與物理網絡進行通信的協議。首先必須了解網絡所用的結構，例如令牌環或以
太網結構等，並提供了一個允許互聯網層與其通信的接口。TCP/IP並沒有提供了專門的網絡接口協議，而是旨在提供了靈活性，以適應於各種的網絡協議。