2016计算机网络基础教程：第三章 组建简单网络.docVIP

第三章 组建简单网络 要组建一个基本的网络，只需要一台集线器（Hub）或一台交换机、几块网卡和几十米UTP电缆就能完成。这样搭建起来的小网络虽然简易，却是全球数量最多的网络。在那些只有二、三十人的小型公司、办公室、分支机构中，都能看到这样的小网络。 事实上，这样的简单网络是更复杂网络的基本单位。把这些小的、简单的网络互连到一起，就形成了更复杂的局域网LAN。再把局域网互连到一起，就组建出广域网WAN。 3.1最简单的网络 图 3.1 简单的网络连接 如图所示，简单用一个集线器（Hub）就可以将数台计算机连接到一起，使计算机之间可以互相通讯。在购买一台集线器后，只需要简单地用双绞线电缆把各台计算机与集线器连接到一起，并不需要再做其它事情，一个简单的网络就搭建成功了。 集线器的功能是帮助计算机转发数据包，它是最简单的网络设备，价格也非常便宜。通常，一个24口的集线器只需要几百元钱。 集线器的工作原理非常简单。当集线器从一个端口收到数据包时，它便将简单地把数据包向所有端口转发。 于是，当一台计算机准备向另外一台计算机发送数据包时，实际上集线器把这个数据包转发给了所有计算机。 发送主机发送出的数据包有一个报头，报头中装着目标主机的地址（称为MAC地址），只有那台MAC地址与报头中封装的目标MAC地址相同的计算机才抄收数据包。所以，尽管源主机的数据包被集线器转发给了所有计算机，但是，只有目标主机才会接收这个数据包。 3.2网络连接的基本技术 3.1.1数据封装-计算机网络通讯的基础 从上面的描述我们可以看出，一个数据包在发送前，主机需要为每个数据段封装报头。在报头中，最重要的东西就是地址了。 帧报头-ip报头-tcp报头 图 3.2 数据报的分段与封装 如图3.2所示，数据报在传送之前，需要被分成一个个的数据段，然后为每个数据段封装上三个报头（帧报头、IP报头、TCP报头）和一个报尾。 被封装好了报头和报尾的一个数据段，被称为一个数据帧。 将数据分段的目的有两个：便于数据出错重发和通讯线路的争用平衡。 如果在通讯过程中数据出错，则需要重发数据。如果一个2M bytes的数据报没有被分段，一旦出现数据错误，就需要将整个2M byte的数据重发。如果将之划分为1500 bytes的数据段，将只需要重发出错的数据段。 当多个主机的通讯需要争用同一条通讯线路时，如果数据报被分段，争用到通讯线路的主机将只能发送一个1500 bytes 的数据段，然后就需要重新争用。这样就避免了一台主机独占通讯线路，进而实现多台主机对通讯线路的平衡使用。 由图2.2可见，一个数据段需要封装三个不同的报头，帧报头、IP报头和TCP报头。帧报头中封装了目标MAC地址和源MAC地址；IP报头中封装了目标IP地址和源IP地址；TCP报头中封装了目标port地址和源port地址。因此，一个局域网的数据帧中封装了6个地址：一对MAC地址、一对IP地址和一对port地址。 我们在前面已经看到了MAC主机地址的使用。我们知道，用集线器联网的时候，不管是不是给本主机的数据报，它都会发到本主机的网卡上来，由网卡判断这一帧数据是否是发给自己的，需要还是不需要抄收。 除了MAC地址外，每台主机还需要有一个IP地址。为什么一个主机需要两个地址呢？因为MAC地址只是给主机地址编码，当搭建更复杂一点的网络时，我们不仅要知道目标主机的地址，还需要知道目标主机在哪个网络上。因此，我们还需要目标主机所在网络的网络地址。IP地址中就包含有网络地址和主机地址两个信息。当数据报要发给其它网络的主机时，互联网络的路由器设备需要查询IP地址中的网络地址部分的信息，以便选择准确的路由，把数据发往目标主机所在的网络。为此，我们可以理解为：MAC地址是用于网段内寻址的地址，而IP地址则用于网间寻址。 当数据通过MAC地址和IP地址联合寻址到达目标主机后，目标主机怎么处理这个数据呢？目标主机需要把这个数据交给某个应用程序去处理。例如邮件服务程序、浏览器程序（如大家熟悉的IE）。报头中的目标端口地址（port地址）正是用来为目标主机指明它该用什么程序来处理接收到的数据的。 由此可见，要完成数据的传输，需要三级寻址： MAC地址：网段内寻址 IP地址： 网间寻址 端口地址：应用程序寻址 一个数据帧的尾部，有一个帧报尾。报尾用于检查一个数据帧从发送主机传送到目标主机的过程中是否完好。报尾中存放的是发送主机放置的称为CRC校验的校验结果。接收主机用同样的校验算法计算的结果与发送主机的计算结果比较，如果两者不同，说明本数据帧已经损坏，需要丢弃。 目前流行的帧校验算法有CRC校验、Two-dimensional parity校验和Internet checksum校验。 MAC主机地址 MAC地址（Media Access C