计算机网络入门：从基础到实践

# 计算机网络入门：从基础到实践 ## 1. 网络的基本概念 在电影中，计算机网络常常被描绘成邪恶的存在，如《终结者》里的天网、《黑客帝国》中的庞大网络以及《幽灵党》里的邪恶网络。但现实中的网络并非如此，它们更加稳定和可预测，不会自我思考或产生自我意识，也不会试图伤害人类。 ### 1.1 网络的定义 网络是指通过电缆或无线无线电连接的两台或更多计算机，以便它们能够交换信息。除了网络，计算机还可以通过“潜行网络”（sneakernet）交换信息，即把文件复制到闪存驱动器或其他便携式存储设备上，然后走到别人的计算机前传输数据。不过，“潜行网络”速度慢，还会磨损地毯。后来，人们发现用电缆连接计算机更经济，于是现代计算机网络应运而生。 创建简单的计算机网络，只需用电缆将办公室里的所有计算机连接起来，使用计算机的网络接口（计算机内部的电子电路，计算机背面有特殊插孔），然后在计算机的操作系统（OS）软件中调整一些简单设置即可。如果不想使用电缆，也可以创建无线网络，计算机通过无线网卡利用无线电信号进行通信。现代笔记本电脑大多内置无线网卡，台式电脑若没有，可购买单独的无线网卡插入USB端口。 ### 1.2 网络相关术语 计算机网络有其独特的词汇，了解一些基本术语有助于理解网络： |术语|含义| | ---- | ---- | |LAN（Local Area Network）|局域网，通常指由家庭路由器以及通过电缆或无线方式直接连接到它的计算机和设备组成的网络| |WAN（Wide Area Network）|广域网，是网络中连接到互联网的部分| |On the network|指连接到网络的每台计算机，技术术语为“节点”，也常用“端点”表示| |Online, offline|计算机开启并能访问网络时为“在线”，无法访问网络时为“离线”。计算机离线的原因可能有多种，如关闭、用户禁用网络连接、计算机故障、网络电缆未插好等| |Up, down|计算机开启且正常工作时为“运行”，关闭、故障或正在维修时为“停止”。关闭计算机有时称为“关闭”，重新开启称为“启动”| |Local, remote|资源（如磁盘驱动器）位于自己计算机内为“本地”，位于网络中其他计算机上为“远程”| |Internet|互联网是遍布全球的庞大计算机网络集合，将家中或办公室的计算机联网共享信息与将计算机连接到全球互联网是两个不同但相关的任务| ### 1.3 典型网络示例 下面是一个典型的包含四台计算机的网络示例： ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px A(Home Router):::process -->|Cable| B(Bart's Gaming Computer):::process A -->|Cable| C(Homer's 1989 Computer):::process A -->|Wireless| D(Lisa's Laptop):::process A -->|Wireless| E(Marge's iPad):::process C -->|Printer| F(Printer):::process A -->|Internet| G(Internet):::startend ``` 在这个网络中，四台计算机通过网络电缆连接到家庭路由器，家庭路由器包含三个不同但相关的网络设备： - 路由器：将计算机连接到互联网。 - 交换机：允许用电缆连接两台或更多计算机。 - 无线接入点：让计算机和其他设备无需使用电缆即可连接到网络。 可以看到，Bart的游戏电脑和Homer的旧电脑通过电缆连接到家庭路由器的交换机组件，Lisa的笔记本电脑和Marge的iPad通过无线方式连接到网络。Homer的计算机连接了一台打印机，由于网络的存在，Bart、Lisa和Marge也可以使用这台打印机。整个网络通过路由器连接到互联网。 ## 2. 网络的好处 虽然设置计算机网络有点麻烦，但拥有网络的好处远远超过了设置的困难。网络的好处主要体现在以下四个方面： ### 2.1 文件共享 网络使你能够与网络上的其他计算机共享信息，根据网络设置方式的不同，你可以通过多种方式与网络上的朋友共享文件： - 直接将文件附加到电子邮件中发送给朋友。 - 让朋友通过网络访问你的计算机，直接从你的硬盘中检索文件。 - 将文件复制到另一台计算机的磁盘上，并告知朋友文件的位置，让其稍后检索。无论采用哪种方式，数据都是通过网络电缆传输到朋友的计算机，而不是像“潜行网络”那样通过CD、DVD或闪存驱动器传输。 ### 2.2 资源共享 可以设置某些计算机资源（如硬盘驱动器或打印机），以便网络上的所有计算机都能访问。例如，在上述典型网络示例中，Homer计算机上连接的打印机是共享资源，网络上的任何人都可以使用。没有网络的话，Bart、Lisa和Marge就得各自购买打印机。硬盘驱动器也可以作为共享资源，要与其他用户共享文件，必须将硬盘设置为共享资源。比如Bart想与Lisa共享文件，若Homer的计算机上设置了共享硬盘，Bart只需将文件复制到该共享硬盘上，并告知Lisa文件位置，Lisa随后就可以将文件从Homer的计算机复制到自己的计算机上。此外，还可以共享其他资源，如互联网连接，这也是许多网络创建的主要原因之一。 ### 2.3 程序共享 将程序放在大家共享的驱动器上，而不是在每个人的计算机上保留单独的副本，有时是更好的选择。例如，若有十个计算机用户都使用某个程序，可以为每台计算机购买并安装十个程序副本，也可以购买该程序的十用户许可证，然后只在共享驱动器上安装一个程序副本，十个用户都可以从共享硬盘访问该程序。但在大多数情况下，通过网络运行共享程序的副本速度会慢得让人难以接受。更常见的做法是将程序的安装文件复制到共享网络位置，然后用该副本在每个用户的本地硬盘上安装单独的程序副本。从共享网络驱动器安装程序的好处是，无需为每台要安装软件的计算机分别下载软件，系统管理员还可以自定义网络安装，使软件在每个用户的计算机上以相同方式安装。不过，这些好处仅在较大的网络中才显著，如果网络中的计算机少于十台，可能分别下载和安装程序更合适。需要注意的是，购买单用户程序副本并将其放在共享网络位置供网络上的每个人访问是非法的。如果有五个人使用该程序，需要购买五个程序副本或专门允许五个或更多用户使用的网络许可证。许多软件制造商销售具有并发使用许可证的软件，即可以在任意数量的计算机上安装软件，但在任何给定时间只有一定数量的人可以使用该软件。通常，网络服务器计算机上运行的特殊许可软件会跟踪当前使用软件的人数，这种类型的许可证常用于更专业（且昂贵）的软件，如会计系统或计算机绘图系统。 ### 2.4 消息共享 网络的另一个好处是使计算机用户能够通过网络共享消息进行通信。消息形式多样，最常见的是电子邮件和即时通讯程序，还可以交换音频或视频消息。例如，可以通过网络举行在线会议，连接了廉价摄像头（网络摄像头）的网络用户可以进行视频会议，甚至可以在午餐休息时间通过网络玩友好的红心大战游戏。 ## 3. 服务器和客户端 ### 3.1 服务器和客户端的定义 网络中包含供其他网络计算机共享的硬盘驱动器、打印机和其他资源的计算机称为服务器，必须记住这个术语。任何不是服务器的计算机都是客户端，也需要记住这个术语。网络上只有服务器和客户端两种类型的计算机。 ### 3.2 服务器和客户端的区别 服务器和客户端在网络中的区别类似于社会学中的阶级差异，即计算机资源的“有者”和“无者”之分： - 通常，网络中最强大、最昂贵的计算机是服务器，因为网络上的所有用户都共享服务器的资源。 - 网络中较便宜、功能较弱的计算机是客户端，客户端是个人用户日常工作使用的计算机，由于客户端的资源无需共享，所以不需要太高级。 - 大多数网络中的客户端数量多于服务器，例如，一个有十台客户端的网络可能只需一台服务器就能正常运行。 - 在许多网络中，服务器和客户端之间有明确的界限，即一台计算机要么作为服务器，要么作为客户端，不能同时兼任。为了保证网络的高效运行，服务器不能变成客户端，客户端也不能变成服务器。 - 其他（通常较小的）网络则更加公平，允许网络中的任何计算机充当服务器，也允许任何计算机同时既是服务器又是客户端。 ### 3.3 专用服务器和对等网络 #### 3.3.1 专用服务器 在某些网络中，服务器计算机只作为服务器使用，专门为网络客户端计算机提供共享资源（如硬盘驱动器和打印机），这种类型的服务器称为专用服务器，因为它只能执行网络服务任务。 #### 3.3.2 对等网络 一些较小的网络采用另一种方式，允许网络中的任何计算机同时充当客户端和服务器。这样，任何计算机都可以与网络上的其他计算机共享其打印机和硬盘驱动器，并且在计算机作为服务器工作时，仍然可以用于其他功能，如文字处理。这种类型的网络称为对等网络，因为所有计算机都被视为对等体或平等的。 以下是专用服务器网络和对等网络的一些区别： |对比项|专用服务器网络|对等网络| | ---- | ---- | ---- | |服务器功能|服务器专门提供共享资源，不能执行其他任务|任何计算机都可以同时作为客户端和服务器，在提供共享资源的同时可用于其他功能| |软件需求|需要使用专门的服务器操作系统，如Windows Server 2019、Linux等|Windows系统内置对等网络功能，无需额外购买软件，只需启用Windows服务器功能| |效率|服务器操作系统专门设计用于高效处理网络功能，效率较高|桌面版Windows（如Windows 10）的网络服务器功能效率不高，因为这些版本的Windows并非主要为网络服务器设计| |网络类型|适用于较大规模的网络|适用于较小规模的网络| 许多网络同时具有对等网络和专用服务器网络的特点，这些网络至少有一台运行服务器操作系统（如Windows Server 2019）的服务器计算机，以及使用Windows服务器功能与网络共享资源的客户端计算机。 综上所述，了解网络的基本概念、好处以及服务器和客户端的区别，有助于我们更好地使用和管理计算机网络。无论是小型家庭网络还是大型企业网络，这些知识都能为我们提供帮助。在实际应用中，可以根据网络规模和需求选择合适的网络架构和设备，以实现高效的信息共享和资源利用。 ## 4. 不同操作系统下的网络应用 ### 4.1 适用于多种操作系统 无论是Macintosh用户、Windows 10用户还是使用Windows Server 2019的用户，都能在网络使用中找到对应的解决方案。 - **Macintosh用户**：虽然大部分网络设置相关内容以Windows系统为主，但也能找到关于Macintosh计算机联网的信息，满足Mac用户的网络需求。 - **Windows 10用户**：有大量关于如何使用最新的微软桌面操作系统进行联网的信息，帮助用户在Windows 10系统下顺利搭建和使用网络。 - **Windows Server 2019用户**：对于使用微软最新服务器操作系统的用户，也有丰富的资料来指导网络相关操作，确保服务器系统在网络中的高效运行。 ### 4.2 网络图标及作用 在网络相关的资料中，常常会看到一些图标，这些图标并非只是为了美观，还具有实际的功能： |图标类型|含义| | ---- | ---- | |技术细节图标|表示附近有技术细节内容，阅读此部分可能需要一定的专业知识储备| |实用信息图标|提醒有特别有用的信息，可能是快捷方式或不常用但效果显著的命令| |危险提示图标|突出显示可能有助于避免灾难的信息，提醒用户注意潜在风险| ## 5. 网络拓展资源 除了实体书或电子书的内容外，还可以通过网络获取更多与网络相关的免费资源。例如，可以访问特定网站获取免费的速查表，其中包含网络信息的有用网站链接、网络专用IP地址范围等内容。获取速查表的操作步骤如下： 1. 打开浏览器，访问`www.dummies.com`。 2. 在网站的搜索框中输入“Networking For Dummies Cheat Sheet”。 3. 按下回车键，在搜索结果中找到并点击对应的速查表链接，即可查看和下载相关内容。 ## 6. 网络操作流程示例 下面通过一个mermaid格式流程图展示在Windows系统下创建简单有线网络的基本流程： ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px A(开始):::startend --> B(准备设备):::process B --> C(用电缆连接计算机到交换机):::process C --> D(检查网络接口):::process D -->|正常| E(进入操作系统设置):::process D -->|异常| B E --> F(调整网络相关设置):::process F --> G(测试网络连接):::process G -->|成功| H(网络创建完成):::process G -->|失败| F H --> I(结束):::startend ``` ### 6.1 流程详细说明 - **准备设备**：确保计算机、电缆、交换机等设备正常工作且齐全。 - **连接设备**：使用电缆将计算机连接到交换机的相应接口。 - **检查网络接口**：查看计算机背面的网络接口是否有连接正常的指示灯亮起，判断网络接口是否正常工作。 - **进入操作系统设置**：打开计算机的操作系统，找到网络设置相关选项。 - **调整网络相关设置**：根据实际需求，设置IP地址、子网掩码、网关等参数。 - **测试网络连接**：尝试访问网络上的其他设备或网站，检查网络是否连接成功。 - **完成网络创建**：如果测试成功，则表示网络创建完成，可以正常使用；如果测试失败，则需要返回调整网络设置，直到网络连接成功。 ## 7. 总结与建议 ### 7.1 网络使用总结 计算机网络在现实生活中具有重要的作用，它为我们提供了文件共享、资源共享、程序共享和消息共享等诸多便利。通过了解网络的基本概念、服务器和客户端的区别以及不同操作系统下的网络应用，我们能够更好地利用网络资源，提高工作和生活效率。 ### 7.2 网络架构选择建议 在选择网络架构时，需要根据网络规模和实际需求进行综合考虑： - **小型网络**：如果网络中的计算机数量较少（少于十台），可以考虑使用对等网络。Windows系统内置的对等网络功能可以方便地实现计算机之间的资源共享，无需额外购买软件。 - **大型网络**：对于大型网络，建议使用专用服务器网络。专用服务器操作系统（如Windows Server 2019）能够更高效地处理网络功能，确保网络的稳定运行。同时，可以根据实际情况，结合使用对等网络和专用服务器网络，充分发挥两者的优势。 ### 7.3 未来展望 随着科技的不断发展，计算机网络也在不断演进。未来，网络将更加智能化、高速化和安全化。我们可以期待网络技术在更多领域的应用，为我们的生活和工作带来更多的便利和创新。同时，我们也需要不断学习和掌握新的网络知识和技能，以适应网络发展的需求。 总之，计算机网络是一个充满挑战和机遇的领域，通过不断学习和实践，我们能够更好地驾驭网络，让它为我们的生活和工作服务。