局域网中的通信协议

所属栏目:通信论文 发布日期:2011-01-20 08:51 热度:

  摘要:局域网中存在多种协议,本文基于局域网环境,介绍和分析了常用通信协议的分类、特点、性能及选择协议原则等。组建网络通信协议的选择很重要,尽可能只选用一种通信协议,因为每一种协议都要占用系统的内存资源,会影响系统的工作效率的,在绝大多数情况下一种协议是完全可以满足连网需求。
  关键词:局域网,通信协议,TCP/IP
  一、引言
  要实现网络间的正常通信就必需选择合适的通信协议,有很多人误认为通信协议就是TCP/IP协议,只要网络能正常连通,其它协议没有用,事实上,不同的网络协议都有其存在的必要。
  二、通信协议的分类
  组建网络时,必须选择一种网络通信协议,使得用户之间能够相互进行“交流”。协议(Protocol)是网络设备用来通信的一套规则,这套规则可以理解为一种彼此都能听得懂的公用语言。关于网络中的协议可以概括为两类:“内部协议”和“外部协议”。
  1、内部协议
  1978年,国际标准化组织(ISO)为网络通信制定了一个标准模式,称为OSI/RM(OpenSystemInterconnect/ReferenceModel,开放系统互联参考模型)体系结构。该结构共分七层,从低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中,任何一个网络设备的上下层之间都有其特定的协议形式,同时两个设备(如工作站与服务器)的同层之间也有其使用的协议约定。在这里,将这种上下层之间和同层之间的协议全部定义为“内部协议”。内部协议在组网中一般很少涉及到,它主要提供给网络开发人员使用,如果只是为了组建一个网络,可不去理会内部协议。
  2、外部协议
  外部协议即组网时所必须选择的协议。由于它直接负责计算机之间的相互通信,所以通常称为网络通信协议。自从网络问世以来,有许多公司投入到了通信协议的开发中,如IBM、Banyan、Novell、Microsoft等。每家公司开发的协议,最初都是为了满足自己的网络通信,但随着网络应用的普及,不同网络之间进行互联的要求越来越迫切,因此通信协议就成为解决网络之间互联的关键技术。就像使用不同母语的人与人之间需要一种通用语言才能交谈一样,网络之间的通信也需要一种通用语言,这种通用语言就是通信协议。目前,局域网中常用的外部协议主要有NetBEUI、IPX/SPX及其兼容协议和TCP/IP三类。
  三、选择网络通信协议的原则
  第一、网络结构和功能与所选协议要相一致。如果网络中存在多个网段或要通过路由器相连时,就不能使用不具备路由和跨网段操作功能的NetBEUI协议,而必须选择IPX/SPX或TCP/IP等协议。另外,如果网络规模较小,同时只是为了简单的文件和设备的共享,这时关心的主要是网络速度,所以在选择协议时应选择占用内存小和带宽利用率高的协议,如NetBEUI。当网络规模较大,且网络结构复杂时,应选择可管理性和可扩充性较好的协议,如TCP/IP。
  第二、选择一种通信协议用于一个网络。现实中很多人会选择系统所提供的所有协议,其实这样做是很不可取的。因为每个协议都要占用计算机的内存,选择的协议越多,占用计算机的内存资源就越多。一方面影响了计算机的运行速度,另一方面不利于网络的管理。事实上一个网络中一般一种通信协议就可以满足需要。
  第三、协议的版本要注意。每个协议都有它的发展和完善过程,因而出现了不同的版本,每个版本的协议都有它最为合适的网络环境。从整体来看,高版本协议的功能和性能要比低版本好。所以在选择时,在满足网络功能要求的前提下,应尽量选择高版本的通信协议。
  第四、协议的一致性。如果要让两台实现互联的计算机间进行对话,它们两者使用的通信协议必须相同。否则中间还需要一个“翻译”进行不同协议的转换,这样不仅影响通信速度,同时也不利于网络的安全和稳定运行。
  四、局域网中常用的三种通信协议
  1、NetBEUI协议
  NetBEUI(NetBIOSExtendedUserInterface,用户扩展接口)由IBM于1985年开发完成,它是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。NetBEUI也是微软最钟爱的一种通信协议,所以它被称为微软所有产品中通信协议的“母语”。微软在其早期产品,如DOS、LANManager、Windows3.x和WindowsforWorkgroup中主要选择NetBEUI作为自己的通信协议。在微软如今的主流产品,如WindowsXP和WindowsNT中,NetBEUI已成为其固有的缺省协议。有人将WinNT定位为低端网络服务器操作系统,这与微软的产品过于依赖NetBEUI有直接的关系。NetBEUI是专门为几台到百余台PC所组成的单网段部门级小型局域网而设计的,它不具有跨网段工作的功能,即NetBEUI不具备路由功能。如果你在一个服务器上安装了多块网卡,或要采用路由器等设备进行两个局域网的互联时,将不能使用NetBEUI通信协议。否则,与不同网卡(每一块网卡连接一个网段)相连的设备之间,以及不同的局域网之间将无法进行通信。
  2、IPX/SPX协议
  IPX/SPX(InternetworkPacketeXchange/SequencesPacketeXchange,网际包交换/顺序包交换)是Novell公司的通信协议集。与NetBEUI的明显区别是,IPX/SPX显得比较庞大,在复杂环境下具有很强的适应性。因为,IPX/SPX在设计一开始就考虑了多网段的问题,具有强大的路由功能,适合于大型网络使用。当用户端接入NetWare服务器时,IPX/SPX及其兼容协议是最好的选择。但在非Novell网络环境中,一般不使用IPX/SPX。尤其在WindowsNT网络和由Windows95/98组成的对等网中,无法直接使用IPX/SPX通信协议。
  IPX/SPX及其兼容协议不需要任何配置,它可通过“网络地址”来识别自己身份。Novell网络中的网络地址由两部分组成:标明物理网段的“网络ID”和标明特殊设备的“节点ID”。其中网络ID集中在NetWare服务器或路由器中,节点ID即为每个网卡的ID号(网卡卡号)。网络ID和节点ID都是一个独一无二的“内部IPX地址”。正是由于网络地址唯一性,才使IPX/SPX具有较强的路由功能。
  在IPX/SPX协议中,IPX是NetWare最底层的协议,它只负责数据在网络中的移动,并不保证数据是否传输成功,也不提供纠错服务。IPX在负责数据传送时,如果接收节点在同一网段内,就直接按该节点的ID将数据传给它;如果接收节点是远程的(不在同一网段内,或位于不同的局域网中),数据将交给NetWare服务器或路由器中的网络ID,继续数据的下一步传输。SPX在整个协议中负责对所传输的数据进行无差错处理,所以我们将IPX/SPX也叫做“Novell的协议集”。
  WindowsNT中提供了两个IPX/SPX的兼容协议:“NWLinkSPX/SPX兼容协议”和“NWLinkNetBIOS”,两者统称为“NWLink通信协议”。NWLink协议是Novell公司IPX/SPX协议在微软网络中的实现,它在继承IPX/SPX协议优点的同时,更适应了微软的操作系统和网络环境。WindowsNT网络和Windows95/98的用户,可以利用NWLink协议获得NetWare服务器的服务。如果你的网络从Novell环境转向微软平台,或两种平台共存时,NWLink通信协议是最好的选择。不过在使用NWLink协议时,其中“NWLinkIPX/SPX兼容协议”类似于Windows95/98中的“IPX/SPX兼容协议”,它只能作为客户端的协议实现对NetWare服务器的访问,离开了NetWare服务器,此兼容协议将失去作用;而“NWLinkNetBIOS”协议不但可在NetWare服务器与WindowsNT之间传递信息,而且能够用于WindowsNT、Windows95/98相互之间任意通信。
  3、TCP/IP协议
  TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,传输控制协议/网际协议)是目前最常用到的一种通信协议,它是计算机世界里的一个通用协议。在局域网中,TCP/IP最早出现在Unix系统中,现在几乎所有的厂商和操作系统都开始支持它。同时,TCP/IP也是Internet的基础协议。
  TCP/IP具有很高的灵活性,支持任意规模的网络,几乎可连接所有的服务器和工作站。但其灵活性也为它的使用带来了许多不便,在使用NetBEUI和IPX/SPX及其兼容协议时都不需要进行配置,而TCP/IP协议在使用时首先要进行复杂的设置。每个节点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”和一个“主机名”。如此复杂的设置,对于一些初识网络的用户来说的确带来了不便。不过,在WindowsNT中提供了一个称为动态主机配置协议(DHCP)的工具,它可自动为客户机分配连入网络时所需的信息,减轻了联网工作上的负担,并避免了出错。当然,DHCP所拥有的功能必须要有DHCP服务器才能实现。
  同IPX/SPX及其兼容协议一样,TCP/IP也是一种可路由的协议。但是,两者存在着一些差别。TCP/IP的地址是分级的,这使得它很容易确定并找到网上的用户,同时也提高了网络带宽的利用率。当需要时,运行TCP/IP协议的服务器(如WindowsNT服务器)还可以被配置成TCP/IP路由器。与TCP/IP不同的是,IPX/SPX协议中的IPX使用的是一种广播协议,它经常出现广播包堵塞,所以无法获得最佳的网络带宽。
  在提到TCP/IP时,有许多用户便被其复杂的描述和配置所困扰,而不敢放心地去使用。就局域网用户来说,只要你掌握了一些有关TCP/IP方面的知识,使用起来也非常方便。IP地址主要分为A、B、C三类(除此之外,还存在D和E两类地址),A类用于大型网络,B类用于中型网络,C类用于局域网等小型网络中。其中,A类地址中的最前面一段Segment1用来表示“网络ID”,且Segment1的8位二进制数中的第一位必须是“0”。其余3段表示“节点ID”;B类地址中,前两段用来表示“网络ID”,且Segment1的8位二进制数中的前二位必须是“10”。后两段用来表示“节点ID”;在C类地址中,前三段表示“网络ID”,且Segment1的8位二进制数中的前三位必须是“110”。最后一段Segment4用来表示“节点ID”。
  IP地址中的所有“网络ID”都要向一个名为InterNIC(InternetNetworkInformationCenter,互联网络信息中心)申请,而“节点ID”可以自由分配。目前可供使用的IP地址只有C类。在选用IP地址时,网络中每个设备的IP地址必须唯一,在不同的设备上不允许出现相同的IP地址。
  四、通信协议的安装、设置和测试
  局域网中的一些协议,在安装操作系统时会自动安装。如在安装WindowsNT或Windows95/98时,系统会自动安装NetBEUI通信协议。在安装NetWare时,系统会自动安装IPX/SPX通信协议。其中三种协议中,NetBEUI和IPX/SPX在安装后不需要进行设置就可以直接使用,但TCP/IP要经过必要的设置。所以下文主要以WindowsNT环境下的TCP/IP协议为主,介绍其安装、设置和测试方法,其他操作系统中协议的有关操作与WindowsNT基本相同,甚至更为简单。
  1、TCP/IP通信协议的安装。在WindowsNT中,如果未安装有TCP/IP通信协议,可选择“开始/设置/控制面板/网络”,将出现“网络”对话框,选择对话框中的“协议/添加”,选取其中的TCP/IP协议,然后单击“确定”按钮。系统会询问你是否要进行“DHCP服务器”的设置?如果你的IP地址是固定的(一般是这样),可选择“否”。随后,系统开始从安装盘中复制所需的文件。
  2、TCP/IP通信协议的设置。在“网络”对话框中选择已安装的TCP/IP协议,打开其“属性”,在指定的位置输入已分配好的“IP地址”和“子网掩码”。如果该用户还要访问其它WidnowsNT网络的资源,还可以在“默认网关”处输入网关的地址。
  3、TCP/IP通信协议的测试。当TCP/IP协议安装并设置结束后,为了保证其能够正常工作,在使用前一定要进行测试。建议大家使用系统自带的工具程序:PING.EXE,该工具可以检查任何一个用户是否与同一网段的其他用户连通,是否与其他网段的用户连接正常,同时还能检查出自己的IP地址是否与其他用户的IP地址发生冲突。假如服务器的IP地址为192.168.0.1,如要测试你的机器是否与服务器接通时,只需切换到DOS提示符下,并键入命令“PING192.168.0.1”即可。如果出现类似于“Replyfrom192.168.0.1……”的回应,说明TCP/IP协议工作正常;如果显示类似于“Requesttimedout”的信息,说明双方的TCP/IP协议的设置可能有错,或网络的其它连接(如网卡、HUB或连线等)有问题,还需进一步检查。
  五、小结
  在组建局域网时,具体选择哪一种网络通信协议主要取决于网络规模、网络间的兼容性和网络管理几个方面。如果正在组建一个小型的单网段的网络,并且对外没有连接的需要,最好选择NetBEUI通信协议;如果从NetWare迁移到WindowsNT,或两种平台共存时,IPX/SPX及其兼容协议可提供一个很好的传输环境;如果正在规划一个高效率、可互联性和可扩展性的网络,TCP/IP则将是理想的选择。
  
  
  参考文献:
  [1]《计算机网络及应用》马海英化学工业出版社2007
  [2]《计算机组成原理》罗克露俸志刚电子工业出版社2010
  [3]《网络组建、管理与排障大全》杨简电子音像出版社2008
  [4]《网络组建与维护》陈晴电子工业出版社2009          学术论文发表网

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