局域网组建与实例教程第3章.ppt

1 第3章局域网与Internet连接 学习目的与要求 通过对本章的学习 要求了解局域网接入Internet的方式 掌握通过代理服务器和NAT共享Internet连接的方法 2 在计算机网络中 有很多诸如机房 网吧 实验室 多媒体教室 小型分支机构等之类的网络 SOHO局域网 具有两个共同的特点 1 计算机数量 Internet出口 很多情况下只有一个出口 要求多台计算机共享上网 2 ISP分配的合法IP十分有限 意味着局域网内几乎所有设备不得不使用保留IP 如何让局域网内的计算机同时上网 共享上网 问题的提出 3 接入技术要解决的问题是如何将用户连接到各种网络上 目前主要的接入技术有以下几种 1 光纤接入2 同轴接入3 铜线接入4 无线接入 Internet接入 4 1 光纤接入 传输速率最高主干网中已大量采用宽带业务 5 目前的CATV网就是一种混合光纤同轴网络 主干部分采用光纤 用同轴电缆经分支器接入各家各户 混合光纤 同轴 HFC 接入技术的一大优点是可以利用现有的CATV网 从而降低网络接入成本 2 同轴接入 6 3 铜线接入 铜线接入是指以现有的铜线作为传输介质 利用各种先进的调制技术 编码技术和数字信号处理技术来提高铜线的传输速率和传输距离 但铜线的传输带宽毕竟有限传输速率和传输距离一直是一对矛盾 7 4 无线接入 无线用户环路是指利用无线技术为固定用户或移动用户提供电信业务 因此无线接入可分为固定无线接入 WLAN 和移动无线接入 GPRS CDMA1X 3G 优点 初期投入小 能迅速提供业务 不需要铺设线路 比较灵活 可以随时按照需要进行变更 扩容 抗灾难性比较强缺点 如性能不如有线方式 质量不稳定 受环境影响大 目前还难以提供高宽带的接入 8 3 1局域网连接Internet的方式 目前接入Internet的方式有很多 如拨号上网 ISDN CableModem ADSL 千兆位以太网等 这几种上网方式的网速各不相同 并且安装费 使用费也各不相同 用户可根据实际情况和使用要求来选择接入方式 9 3 1 1调制解调器拨号接入 调制解调器 Modem 拨号连接是最传统的Internet的接入方式 主要利用电话网络 PTSN 公共交换电话网 采用拨号方式进行连接 这是最容易实施的方法 费用低廉 上网经济 但传输速度低 线路可靠性差 适于对可靠性要求不高 业务量小的小型企事业单位和个人使用 10 3 1 1调制解调器拨号接入 要建立拨号连接 首先要选择Internet服务商 即ISP 提供接入服务 申请一个上网账号 其次选择一款调制解调器 做好硬件安装 并完成必要的配置 第三 进行通信软件的安装和配置 最后 完成拨号网络连接的建立和设置 11 3 1 1调制解调器拨号接入 调制解调器可以分为两种类型 内置式和外置式 也就是人们通常所说的内 猫 和外 猫 两种调制解调器的外观如图所示 内置式 外置式 12 3 1 1调制解调器拨号接入 调制解调器拨号上网有几个缺点 一是接入速度慢 连接不稳定 二是占用电话线路 在拨号上网的同时使用电话 而且在费用方面除了收取网络使用费外还要收取电话费 13 3 1 2ISDN ISDN IntegratedServiceDigitalNetwork 综合业务数字网 也就是人们通常所说的 一线通 是以综合数字电话网 IDN 为基础发展而来的 能提供端到端的数字连接 用来支持包括语音和非语音在内多种电信业务 14 3 1 2ISDN ISDN的传输过程是纯数字的 这与传统的Modem拨号接入中用户终端到交换机之间的传输是模拟信号相比 通信质量大大提高 ISDN数据传输比特率比传统电话线改善10倍以上 ISDN的呼叫连接速度非常快 一般只需要几秒即可拨通 而传统的Modem拨号可能需要几十秒 与普通拨号上网要使用Modem一样 ISDN也需要专用的终端设备 主要由网络终端NT1 和ISDN适配器组成 15 3 1 3ADSL ADSL AsymmetricalDigitalSubscriberLine 技术是一种用不对称数字用户线实现宽带接入互联网的技术 充分利用现有的电话线资源 采用先进的复用技术和调制技术 将数字数据和模拟电话业务在同一根电话线上的不同频段同时进行传输 在高速传输数据的同时不影响现有的电话业务及质量 它在一对双绞线上提供上行512Kb s 1Mb s 下行1Mb s 8Mb s的带宽 从而克服了传统用户在 最后一公里 的 瓶颈 实现了真正意义上的宽带接入 如下图所示 16 3 1 3ADSL 17 3 1 3ADSL DSL 数字用户线路 DigitalSubscriberLine 是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合 包括HDSL SDSL VDSL ADSL和RADSL等 一般称之为xDSL 18 3 1 4CableModem CableModem中文译作 电缆调制解调器 或者 线缆调制解调器 是通过有线电视网络进行高速数据接入的装置 也被人们称为 有线通 如图所示 19 3 1 4CableModem CableModem一般有两个接口 一个连接有线电视端口 另一个连接计算机网卡 CableModem本身不单纯是调制解调器 它集Modem 调谐器 加 解密设备 桥接器 网络接口卡 SNMP代理和以太网集线器的功能于一身 20 3 1 5FTTX LAN FTTX LAN光纤局域网 是一种高速接入业务 能实现千兆光纤到小区 大楼 中心交换机 中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类网络线相连 楼道内采用综合布线 用户上网速率可达10Mb s 可以向用户提供高速上网 以及如视频通信 交互游戏 远程教育 远程医疗 局域网高速互联之类的宽带增值业务 21 3 1 5FTTX LAN FTTX LAN接入设备成本低 网络稳定性强 具有较强的可扩展性 投资规模小 另有光纤到办公室 光纤到户 光纤到桌面等多种接入方式可满足不同用户的需求 22 3 1 5FTTX LAN FTTX LAN接入的特点如下 1 高速传输 用户上网速率可达传统上网速率的几十倍 充分满足了远程办公 VOD点播 VPN等工作 2 网络可靠 稳定 通信公司局端交换机 小区中心交换机和楼道交换机之间以光纤相连 保证了线路的可靠性和信号的低损耗 23 3 1 5FTTX LAN FTTX LAN接入的特点如下 续 3 用户投资少 价格便宜 用户只需要一台带有网络接口卡的普通计算机即可上网 4 安装方便 小区 大厦内采用综合布线 用户采用五类网络线连接即可 24 LAN接入示意图 25 3 1 6无线接入 无线接入技术 WirelessAccessTechnology 也称无线本地环路 WirelessLocalLoop 主要功能是以无线技术 大部分是移动通信技术 为传输媒介向用户提供固定的或移动的终端用户 26 3 1 6无线接入 无线接入方式有 1 微波接入2 卫星接入3 蓝牙接入4 无线USB WUSB 27 3 2局域网共享Internet连接 一台计算机要连入Internet 必须为其分配一个正式的IP地址 但由于当初在设计TCP IP协议时 没有考虑到计算机网络尤其是Internet的发展会如此迅速 从而导致目前IP地址资源十分紧张 不可能为每一台连入Internet的计算机都分配一个正式的IP地址 虽然在IPv6中对IP地址进行了扩展 但目前IPv6的使用还未普及 所以出现了各种局域网中各计算机共享Internet连接上网的方法 28 3 2 1Internet连接共享 所谓Internet连接共享 InternetConnectionSharing ICS 是指借助于一个Internet连接将多台计算机连接到Internet的方法 非常适合家庭网络 29 3 2 1Internet连接共享 用ICS实现共享上网有两种网络拓扑结构 一种是双机共享上网 另一种是多机共享上网 双机共享上网拓扑结构是一台ICS主机 一台客户机 如图所示 30 3 2 1Internet连接共享 如果超过两台计算机共享上网 上面的拓扑结构就不太合适 因为每增加一台计算机就要增加一块网卡 此时 可用如图所示的多机共享上网拓扑结构 31 3 2 2代理服务器 代理服务器 ProxyServer 顾名思义就是提供网络代理服务的服务器 是个人网络和Internet服务商之间的中间代理机构 它负责转发合法的网络信息 对转发进行控制和登记 32 代理 代理 Proxy 即代理网络用户去取得网络信息 它是网络信息的中转站 代理服务器是介于浏览器和Web服务器之间 浏览器不是直接到Web服务器去取回网页而是向代理服务器发出请求 Request信号会先送到代理服务器 由代理服务器来取回浏览器所需要的信息并传送给你的浏览器 ProxyServer 代理服务器 工作在应用层 33 3 2 2代理服务器 代理服务器功能代理服务器通过通信线路 线路路由和ISP相连 而局域网内的其他主机则通过代理服务器间接地连接Internet 代理服务器最基本的功能是连接 此外还可以进行一些网站的过滤和控制的功能 甚至可以作为初级的网络防火墙使用 34 网关 网关的功能是根据目的IP地址以及路由表来决定数据包的转发 局域网PC由于使用保留IP地址 因此需要该路由软件或设备具有网络地址转换 NAT 功能 35 硬件网关方式 36 代理和软件网关方式 37 思考 上述两个拓扑结构图有区别吗 38 代理技术分析 代理的工作原理是 当客户机向位于Internet上的目的地址发出请求后 代理服务器立即响应并且将这个请求发送到客户机请求的地址 当目的地址的计算机响应后 代理服务器又将该响应返回给客户机 主机认为所有的Internet请求都来自代理服务器 代理服务器后面的局域网PC对目的主机是完全透明的 39 3 3 3NAT技术 所谓地址转换 就是指在一个局域网内部 各计算机间通过内部私有IP地址进行通信 当内部的计算机要与外部的Internet进行通信时 具有NAT功能的设备负责将其私有IP地址转换为公用IP地址 即该组织申请的合法IP地址进行通信 40 3 3 3NAT技术 NAT技术的应用 1 想连接Internet 但不想让网络内的所有计算机都拥有真正的InternetIP地址 2 不想让外部网络用户知道网络的内部结构 可以通过NAT将内部网络与外部Internet隔离开 这样外部用户根本不知道网络内部私有IP地址 3 用户申请的合法InternetIP地址很少 而内部网络用户很多 可以通过NAT功能实现多个用户同时公用一个合法IP地址与外部Internet进行通信 41 3 3 3NAT技术 NAT技术的3种类型静态NAT StaticNAT 动态地址NAT PooledNAT 地址复用PAT PortAddressTranslation 42 NAT技术分析 NAT NetworkAddressTranslation 即网络地址转换就是在内部专用网络中使用内部地址 不可路由 而当内部节点要与外界网络发生联系时 就在边缘路由器或者防火墙处 将内部地址替换成全局地址 合法地址 可路由 从而在外部公共网上正常使用 因此 NAT实际上是配合内部地址的使用 最终节省对全球合法地址使用的另一种技术 43 NAT的主要作用 NAT的主要作用是节约地址空间 NAT还具有简化配置 增加网络规划的灵活性以及负载均衡等特点 使用NAT 可以在规划地址时有更大的灵活性 从而简化内部网的设计 另外 当两个有地址重叠的私有内部网要连接在一起时 可以使用NAT来防止地址冲突 而避免逐个改变节点的地址这个繁杂的工作 当内部节点共享一个IP地址时 在外部看来就是一台虚拟的主机 如果外部节点要与内部节点建立连接 那么边缘路由器会使用TCP负载均衡的功能 44 NAT地址转换有两种主要类型 静态转换 StaticTranslation 动态转换 DynamicTranslation 静态转换是最简单的一种转换方式 它在NAT表中为每一个需要转换的内部地址创建了固定的转换条目 映像了惟一的全局地址 动态转换 增加了网络管理的复杂性 但也提供了很大的灵活性 它将可用的全局地址地址集定义成NAT池 NATpool 45 NAT地址转换示意图 46 端口地址转换 也称PAT PortAddressTranslation 是动态转换的一种变形 它可以使多个内部节点共享一个全局IP地址 而使用源和目的的TCP UDP的端口号来区分NAT表中的转换条目及内部地址 这样 就更节省了地址空间 47 PAT示意图 48 代理与网关的比较 无论代理还是网关 对外界来说 无论有多少台PC机上网 它们看到的都只有一个IP 这个IP就是代理或网关设备的外接口IP 因此 如果一些站点限制来自同一IP的进程数量 将出现部分PC无法访问的问题 值得注意 代理和网关可以同时使用 假设采用网关方式时局域网中只有一台计算机可以访问国外站点 这时就可以将该计算机设置成其他计算机的代理服务器 代理可以在部署在网络中的任何位置 对网络拓扑没有任何要求和影响 而网关通常部署在出口位置 对其软件功能和接口均有要求 49 1 原理上的区别代理是通过软件实现的 是建立在应用层上的一种服务 它负责帮助客户完成相应的Internet请求 而网关是一台有硬件路由功能的网络设备或有软件路由功能的计算机 它是工作在网络层的 负责路由和转发数据包 代理与网关的比较 续 50 2 配置上的区别代理和网关在配置上都包含服务器和客户机两部分 网关的配置非常简单 作为服务器 只需要设置好内外接口的IP地址 外接口IP动态获取时不需要设置 以及缺省路由 然后启用NAT转换就可以了 客户端只需要将 默认网关 设成网关设备的内接口IP地址就可以了 对于代理 客户端必须明确告诉每一个Internet客户端软件 如IE Outlook等如何找到代理服务器 比如要上网浏览页面 就需要在浏览器中选择设置代理服务器的IP地址以及端口号 如图4 8所示 如果要使用象Outlook这样的客户端软件 必须安装代理软件的客户端版本 代理与网关的比较 续 51 指导 如果局域网共享上网采用代理方式 默认网关可有可无 也就是说 与默认网关无关 图3 8代理设置 代理与网关的比较 续 52 3 软硬件的区别代理和网关方式的软件实现在硬件以及网络结构上非常类似 有时使用的软件也相同 惟一的区别在软件的配置上 通常而言 都需要一台服务器 都要求与内网计算机可以互访 当然还必须能够访问到Internet 都要求安装代理或网关软件 代理与网关的比较 续 53 4 连接上的区别作为网关的路由模块 原则上须有两个接口分别与内外网相连 Sygate可以单网卡工作 作为代理的服务器 首先保证有一个接口能够访问到Internet 如果内部PC通过该接口就可以访问到代理服务器 则代理服务器只需要一个接口就可以了 否则 也至少需要两个接口 代理与网关的比较 续 54 5 测试上的区别如果没有安全控制 采用网关方式的内部PC可以和拥有合法IP的计算机一样ping通Internet上的主机 因此 测试起来非常简单 ping通了就配置成功了 而代理方式 内部PC只能ping通代理服务器 代理服务器之外的计算机是无法ping通的 因此 在代理方式的测试流程一般为先保证代理服务器能够访问Internet 其次要求内部PC能够ping通代理服务器 最后通过安装配置代理软件使得内部PC可以代理上网 思考 内网能ping通外网 外网能否ping通内网 代理与网关的比较 续 55 6 速度上的区别代理服务器在硬盘上设有Cache 用于缓存用户浏览的页面 在一定时间段内当有用户浏览相同页面时 将直接从Cache中读取 网关没有Cache功能 任何时候都是直接访问站点 当用户较多且经常访问同样的站点时 与代理比起来不仅速度慢 而且浪费大量的上网费用 但是 代理服务器只能提高静态页面浏览速度 对动态页面和文件不缓存 当有大量用户使用FTP上下载文件时 代理服务器显得力不从心 而网关相对要好一些 这是工作原理决定的 代理与网关的比较 续 56 8 安全上的区别代理和网关方式均在一定程度上提高了SOHO局域网的安全等级 但两者存在一定的差异 对Internet来讲 代理后面的PC是完全透明的 而网关方式没有做到完全透明 只要知道了地址以及端口的映像关系 外网就可以访问到内网 因此 代理的安全等级比网关要高 代理与网关的比较 续 57 9 管理上的区别网关方式不需要用户安装任何客户端软件 浏览器或Internet客户端软件也不需要做特殊设置 只需设好默认网关 而代理相对复杂得多 不仅浏览器需要设置 对于像Outlook这样的Internet客户端软件 还要安装和配置代理客户端 显然 如果局域网PC较多 则维护和培训的工作量会很大 代理与网关的比较 续 58 3 3CCProxy共享上网 代理软件很多 如Wingate ISA CCProxy等 以CCProxy为例介绍代理上网的配置 CCProxy是一款国产软件 无论是接口还是操作方式都很符合国人的习惯 同时CCProxy具有很多实用 灵活的功能 可以满足一般用户的各种要求 能够实现局域网内共享异步Modem ADSL ISDN 卫星 蓝牙 专线以及二级代理等几乎所有的连接方式 总体来说 CCProxy可以完成两项大的功能 代理上网和权限管理 59 1 拨号上网代理CCProxy不仅可以支持专线上网方式 也支持拨号上网方式 如普通Modem拨号和ADSL拨号等 为了实现自动拨号和断开 需要提前设置拨号列表 拨号用户名和拨号密码以及拨号空闲断开时间 如图3 9所示 2 禁止某些协议如想禁止客户机上网玩游戏或OICQ聊天 就可以去掉SOCKS MMS 如图3 10所示 3 3CCProxy共享上网 60 图3 9拨号上网设置 3 3CCProxy共享上网 61 图3 10代理端口设置 3 3CCProxy共享上网 62 3 权限管理CCProxy的 账号管理 可以将 验证类型 设置为 用户 密码 按 新建 按钮 建立所有人员的用户和密码 这样 当上网时只有输入正确的用户名和密码才能登录网络 并可通过 设置 高级 日志 窗口 设置日志的保存位置和事件选项 以后查看日志 就可以清楚地看到某人在某时上了某网 如图3 11和3 12所示 3 3CCProxy共享上网 63 图3 11账号管理 3 3CCProxy共享上网 64 图3 12设置账号 3 3CCProxy共享上网 65 3 4RRAS共享上网 局域网PC访问Internet时 通常需要用到地址转换 之所以要进行地址转换 是因为保留IP无法在Internet上的路由器中传播 只有合法IP才可以 内部保留IP 外部合法IP 是使用NAT最多的场合 内外部都是保留IP 是否需要地址转换呢 66 3 4RRAS共享上网 图3 13RRAS共享上网场景 67 现有两个网络实验室Room1和Room2 分别有若干台计算机 要实现的功能是 Room1和Room2中的计算机都能够访问Internet 首先 对于Room1中的计算机 其默认网关设置为服务器A内网卡A1接口的IP地址 关键问题是服务器A B C上的路由和NAT该如何设置 3 4RRAS共享上网 68 思考1 Room1或Room2的地址空间是否可以规划为非保留地址段 即合法地址段 为什么 思考2 代理方式时 客户机的默认网关是否需要设置 为什么 3 4RRAS共享上网 69 1 配置路由如果有主机要访问Internet 则Internet请求数据包所经过的每一台路由器必须设置默认路由 因为Internet由无数的网段组成 无法用指向某个具体网段的静态路由条目穷举所有的网段 只能设置一条默认路由 设置方法如3 14所示 图3 14默认路由配置因此 服务器A B C都必须设置默认路由 服务器B的设置与A完全一样 读者可自己分析 3 4RRAS共享上网 70 需要强调的是 对于多网卡服务器来讲 每块网卡的默认网关最好不要设置 不设置的目的只是为了不引起路由配置上的混乱 而并非不能设置 实际上 配置默认网关和添加一条缺省路由在效果上是一样的 如果确实需要默认路由 则按照图3 14所示的配置就可以了 这里面最关键的两个参数是接口和网关 不能配错 3 4RRAS共享上网 71 图3 14默认路由配置 3 4RRAS共享上网 72 2 配置NAT这一部分要解决两个问题 1 是否需要配置NAT 2 如何配置NAT一般情况下 内部保留IP外部合法IP的情况下需要设置NAT 因为保留IP在Internet传输中不被路由器识别 在上面的实验环境中 对于服务器A B来讲 内部和外部均为保留IP 是否设置NAT取决于内网段IP能否被上一级路由器识别 如果识别 则不需要设置NAT 如果不识别 则需要设置NAT 3 4RRAS共享上网 73 服务器A上配置NAT步骤如下 在路由和远程访问控制台 选择 IP路由选择 常规 新路由选择协议 网络地址转换 NAT 协议 1 在左侧面板中右击网络地址转换 NAT 节点 然后选择新接口 图3 15设置NAT的内外接口 注意 新接口的正确选择非常重要 当数据包从内部网络到达外部网络时 要进行地址转换 因此与内部网络相连的接口属于专用接口 与外部网络相连的接口为公用接口 公用接口是通向Internet的接口 而并非要与Internet直接相连 2 选择内部网络接口 然后单击 确定 按钮 与Room1相连的A1口为 本地连接 A2口为 本地连接2 如图3 15所示 3 4RRAS共享上网 74 图3 15设置NAT的内外接口 3 4RRAS共享上网 75 3 在在网络地址转换属性对话框中 点击专用接口连接到专用网络选项 如图3 16所示 4 在左侧面板中右击网络地址转换 NAT 节点 然后选择新接口 5 选择外部网络接口 6 在网络地址转换属性对话框中 点击公用接口连接到Internet选项 如图3 17所示 选中转换TCP UDP头 推荐 如果外部接口上仅绑定了一个IP地址 这是必须选择的 3 4RRAS共享上网 76 图3 16设置专用接口 3 4RRAS共享上网 77 图3 17设置公用接口 3 4RRAS共享上网 78 思考 对于服务器C来说 它必须有设置NAT和默认路由 如果A和B上有NAT C上可以没有指向Room1以及Room2中计算机所在网段的路由 当C上有指向Room1以及Room2中计算机所在网段的路由时A和B上的NAT可以设也可以不设 指导 一般情况下 当外部路由器无指向内部网段的路由时 内部网段与外部网段的边缘路由设备上要启用NAT 也就是说 网络地址转换与合法地址或保留地址并没有直接关系 只能说Internet访问时的内部保留IP地址与外部合法IP地址的NAT转换是一个特例 3 4RRAS共享上网 79 3 5上机练习 实验1网关方式共享上网实验环境 根据如图3 25所示的拓扑结构进行合理搭建 当没有Hub或Switch时 用交叉线直连PC1和服务器的内网卡 此处用A1标识 YY为计算机的编号 80 3 5上机练习 图3 25网关方式共享上网 81 实验要求 让PC1通过NAT服务器访问Internet 实验指导 1 确定双网卡服务器究竟哪一块网卡是内网卡 哪一块网卡是外网卡 2 注意路由参数的配置 注意区分接口和网关 内网接口和外网接口 3 注意NAT接口的选择 4 首先确认PC1上能ping通192 168 YY 254 5 确认NAT服务器上能访问 6 本实验环境与课堂演示环境的外网IP是不同的 学会变通 3 5上机练习 82 实验2代理方式共享上网实验环境 根据如图3 26所示的拓扑结构进行合理搭建 当没有Hub或Switch时 用交叉线直连PC1和服务器的内网卡 此处用A1标识 YY为计算机的编号 3 5上机练习 83 图3 26代理方式共享上网 3 5上机练习 84 实验要求 让PC1通过代理服务器访问Internet 实验指导 1 确定双网卡服务器究竟哪一块网卡是内网卡 哪一块网卡是外网卡 2 首先确认PC1上能ping通192 168 YY 254 3 确认NAT服务器上能访问 4 本实验环境与课堂演示环境的外网IP是不同的 注意变通 此种方式中注意将RRAS停掉 PC1不设置默认网关是否可行 PC1能否ping通外网 3 5上机练习 85 实验3两种方式混合使用实验目的 学会代理和网关两种共享上网 如图3 27所示 实验环境 根据拓扑进行合理设计 YY为计算机的编号 3 5上机练习 86 图3 27两种方式混合使用 3 5上机练习 87 实验要求 在PC2上安装CCProxy 在PC3上配置RRAS 让PC1能够访问Internet 3 5上机练习 88 实训接入Internet 1 实训目的 1 了解Internet接入的多种方式 2 掌握宽带接入的软件设置技巧 3 理解ADSL宽带接入上网过程 2 实训设备计算机 Modem Internet连接点 3 背景知识 1 Internet接入方式 2 ADSL宽带接入 89 实训接入Internet 4 实训内容和要求 1 掌握ADSL调制解调器的安装方法 2 掌握宽带接入的软件设置技巧 3 学会ADSL宽带接入上网方法 5 实训步骤通过局域网接入Internet 90 习题 1 选择题2 思考题参见教材P62