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第1章 Windows Server 2012基本網(wǎng)絡(luò)概念

Windows Server 2012提供了各種不同的網(wǎng)絡(luò)解決方案，讓企業(yè)可以利用它來構(gòu)建各種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。我們將通過本章來介紹Windows Server 2012的網(wǎng)絡(luò)功能與不可或缺的TCP/IP通信協(xié)議，包含IPv4與IPv6。

Windows Server 2012的網(wǎng)絡(luò)功能

TCP/IP通信協(xié)議簡(jiǎn)介

IPv6的基本概念

Windows Server 2012的管理工具

1.1 Windows Server 2012的網(wǎng)絡(luò)功能

Windows Server 2012支持多種不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與服務(wù)，讓IT人員更容易搭建各種不同架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，例如可以通過它們來提供以下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(Intranet)：也就是一般公司內(nèi)部的本地局域網(wǎng)(Local Area Network，LAN)。通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，用戶可以將文件、打印機(jī)等資源共享給其他網(wǎng)絡(luò)用戶來訪問。由于因特網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，一般企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)會(huì)搭建各種與因特網(wǎng)技術(shù)有關(guān)的應(yīng)用程序、服務(wù)，例如通過瀏覽器來訪問資源、通過電子郵件來傳遞信息等。

因特網(wǎng)(Internet)：通過因特網(wǎng)，讓企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與在全世界范圍內(nèi)提供因特網(wǎng)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)連接在一起。使用者可以通過瀏覽器來訪問因特網(wǎng)的資源、通過電子郵件來傳遞信息，更為企業(yè)提供一個(gè)電子商業(yè)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)(Extranet)：企業(yè)可以將其局域網(wǎng)與客戶、供貨商、合作伙伴的網(wǎng)絡(luò)通過因特網(wǎng)技術(shù)串接連接成企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)，以便相互共享資源。

遠(yuǎn)程訪問：它讓用戶、系統(tǒng)管理員等可以通過遠(yuǎn)程訪問技術(shù)，來連接、訪問或管理公司內(nèi)部局域網(wǎng)。企業(yè)內(nèi)兩個(gè)位于不同地點(diǎn)的局域網(wǎng)，也可以通過虛擬專用網(wǎng)(VPN)連接在一起，以便相互訪問對(duì)方網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源。

Windows Server 2012提供了各種不同的技術(shù)和服務(wù)，例如：

同時(shí)支持IPv4與IPv6

DHCP服務(wù)器、DNS服務(wù)器、WINS服務(wù)器

PKI(Public Key Infrastructure)與IPSec(Internet Protocol Security)

路由及遠(yuǎn)程訪問、RADIUS服務(wù)器、DirectAccess與網(wǎng)絡(luò)訪問保護(hù)(NAP)

路由器、NAT與虛擬專用網(wǎng)(VPN)

Quality of Service (QoS)

Windows防火墻、802.1X無線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程桌面服務(wù)、Windows部署服務(wù)

IIS網(wǎng)站、SSL網(wǎng)站、FTP服務(wù)器、SSL FTP服務(wù)器

Windows Server Update Services(WSUS)

網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡(Network Load Balancing)與Web Farm

1.2 TCP/IP通信協(xié)議簡(jiǎn)介

TCP/IP通信協(xié)議是目前最完整、最被廣泛支持的通信協(xié)議，它可以讓不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)之間相互通信，例如Windows Server 2012、Windows 8、Linux主機(jī)等。它也是因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，更是Active Directory Domain Services(AD DS)所必須采用的通信協(xié)議。

在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上，每一臺(tái)連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)(與部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)被稱為是一臺(tái)主機(jī)(host)，而主機(jī)與主機(jī)之間的通信涉及"IP地址"、"子網(wǎng)掩碼"和"IP路由器"3個(gè)基本要素。

1.2.1 IP地址

每一臺(tái)主機(jī)都有一個(gè)的IP地址(其功能就好像是您家的門牌號(hào)碼)，IP地址不但可被用來識(shí)別每一臺(tái)主機(jī)，其內(nèi)也隱含著如何在網(wǎng)絡(luò)間傳遞數(shù)據(jù)的路徑信息。

IP地址有32位(bit)，一般以4個(gè)十進(jìn)制數(shù)來表示，每一個(gè)數(shù)字稱為一個(gè)octet。Octet與octet之間以點(diǎn)(dot)隔開，例如192.168.1.31。

此處所介紹的IP地址為目前使用最廣泛的IPv4，它共占用32位。Windows Server 2012也支持新版的IPv6(相關(guān)說明請(qǐng)參考1.3小節(jié)的內(nèi)容)。

這個(gè)32位的IP地址內(nèi)包含了網(wǎng)絡(luò)ID與主機(jī)ID兩部分。

網(wǎng)絡(luò)ID：每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)的網(wǎng)絡(luò)ID，換句話說，位于相同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一臺(tái)主機(jī)都擁有相同的網(wǎng)絡(luò)ID。

主機(jī)ID：相同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一臺(tái)主機(jī)都有一個(gè)的主機(jī)ID。

若此網(wǎng)絡(luò)直接通過路由器來連接因特網(wǎng)，則需要為此網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有主機(jī)都使用這個(gè)相同的網(wǎng)絡(luò)ID，然后再賦予此網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每一臺(tái)主機(jī)一個(gè)的主機(jī)ID，因此網(wǎng)絡(luò)上每一臺(tái)主機(jī)就都會(huì)有一個(gè)的IP地址(網(wǎng)絡(luò)ID + 主機(jī)ID)。您可以向ISP(因特網(wǎng)服務(wù)提供商)申請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)ID。

若此網(wǎng)絡(luò)并未通過路由器來連接因特網(wǎng)，則您可以自行選擇任何一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)ID，不用申請(qǐng)，但是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各主機(jī)的IP地址不可相同。

1.2.2 IP類型

傳統(tǒng)的IP地址被分為Class A、B、C、D、E 5個(gè)類別，其中只有Class A、B、C 3個(gè)類別的IP地址可供一般主機(jī)來使用(參見表1-1)，每種類別所支持的IP數(shù)量都不相同，以便滿足各種不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)需求。Class D、E是特殊用途的IP地址。IP地址共占用4個(gè)字節(jié)，表中將其以W.X.Y.Z的形式來加以說明。

表1-1

Class 網(wǎng)絡(luò)ID 主機(jī)ID W 值可為 可支持的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可支持的主機(jī)數(shù)量

A W X.Y.Z 1~126 126 16,777,214

B W.X Y.Z 128~191 16,384 65,534

C W.X.Y Z 192~223 2,097,152 254

D 224~239

E 240~254

Class A的網(wǎng)絡(luò)ID占用一個(gè)字節(jié)(W)，W的范圍為1~126，它共可提供126個(gè)Class A的網(wǎng)絡(luò)ID。主機(jī)標(biāo)識(shí)符共占用X、Y、Z三個(gè)字節(jié)(24 個(gè)位)，此24個(gè)位可支持(2 ^ 24)? 2 = 16,777,216 ? 2 = 16,777,214臺(tái)主機(jī)(減2的原因請(qǐng)參見后面相關(guān)內(nèi)容)。

Class B的網(wǎng)絡(luò)ID占用兩個(gè)字節(jié)(W、X)，W的范圍為128~191，它共可提供(191 ? 128 + 1 )256 = 16,384個(gè)Class B的網(wǎng)絡(luò)。主機(jī)ID共占用Y、Z兩個(gè)字節(jié)，因此每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可支持(216)? 2 = 65,536 ? 2 = 65,534臺(tái)主機(jī)。

Class C的網(wǎng)絡(luò)ID占用三個(gè)字節(jié)(W、X、Y)，W的范圍為192~223，它共可提供( 223 ? 192 + 1 )256256 = 2,097,152個(gè)Class C的網(wǎng)絡(luò)。主機(jī)ID只占用一個(gè)字節(jié)(Z)，因此每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可支持(28)? 2 = 254臺(tái)主機(jī)。

Class D是多播(multicast或譯為多點(diǎn)廣播、群播)所使用的組ID(group ID)，這個(gè)組內(nèi)包含著多臺(tái)主機(jī)。其W的范圍為224~239。

Class E保留給特殊用途或?qū)嶒?yàn)用途，其W的范圍為240~254。

在設(shè)置主機(jī)的IP地址時(shí)請(qǐng)注意以下的事項(xiàng)：

網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符不可以是127：它供環(huán)回測(cè)試(loopback test)使用，可用來檢查網(wǎng)卡與驅(qū)動(dòng)程序是否正常工作。雖然您不可以將它分配給主機(jī)使用，不過一般來說127.0.0.1這個(gè)IP地址用來代表主機(jī)本身。

每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的第1個(gè)IP地址代表網(wǎng)絡(luò)本身、一個(gè)IP地址代表廣播地址，因此實(shí)際可分配給主機(jī)的IP地址將少兩個(gè)：例如若所申請(qǐng)的網(wǎng)絡(luò)ID為203.3.6，它共有203.3.6.0 ~203.3.6.255的256個(gè)IP地址，但203.3.6.0用來代表此網(wǎng)絡(luò)(因此我們一般會(huì)說其網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符為4個(gè)字節(jié)的203.3.6.0)；而203.3.6.255是保留給廣播用的 (255代表廣播)，例如若發(fā)送數(shù)據(jù)到203.3.6.255這個(gè)地址，表示將數(shù)據(jù)廣播給網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符為203.3.6.0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有主機(jī)。

圖 1-1為Class C的網(wǎng)絡(luò)示例，其網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符為192.168.1.0，圖中5臺(tái)主機(jī)的主機(jī)標(biāo)識(shí)符分別為1、2、3、21與22。

圖1-1

1.2.3 子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼也占用32 位，當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)上兩臺(tái)主機(jī)在相互通信時(shí)，它們利用子網(wǎng)掩碼來得知雙方的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符，進(jìn)而得知彼此是否在相同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。

表1-2中為各Class默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼值，其中為1的位用來定義網(wǎng)絡(luò)ID，為0的位用來定義主機(jī)ID，例如若某臺(tái)主機(jī)的IP地址為192.168.1.3，其二進(jìn)制值為11000000.10101000.00000001. 00000011，而子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，其二進(jìn)制值為11111111.11111111.11111111. 00000000，則計(jì)算其網(wǎng)絡(luò)ID的原則是：將IP地址與子網(wǎng)掩碼兩個(gè)值中相對(duì)應(yīng)的位做AND邏輯運(yùn)算(參見圖1-2)，所得出來的結(jié)果192.168.1.0就是網(wǎng)絡(luò)ID。

表1-2

Class 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼(二進(jìn)制) 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼(十進(jìn)制)

A 11111111 00000000 00000000 00000000 255.0.0.0

B 11111111 11111111 00000000 00000000 255.255.0.0

C 11111111 11111111 11111111 00000000 255.255.255.0

圖 1-2

若A主機(jī)的IP地址為192.168.1.3，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，B主機(jī)的IP地址為192.168.1.5，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，這時(shí)A主機(jī)與B主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)ID都是192.168.1.0，表示它們是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，因此可直接相互通信，不需要借助于路由器(詳見第7章)。

前面所敘述的Class A、B、C為按類別對(duì)IP地址進(jìn)行劃分的方式，不過目前最普遍采用的是無類別的CIDR(Classless Inter-Domain Routing)劃分方式，這種方式在表示IP地址與子網(wǎng)掩碼時(shí)有所不同，例如網(wǎng)絡(luò)ID為192.168.1.0、子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，則一般我們會(huì)利用192.168.1.0/24來代表此網(wǎng)絡(luò)，其中的24代表子網(wǎng)掩碼中位值為1的數(shù)量為24個(gè)；同理如果網(wǎng)絡(luò)ID為10.120.0.0、子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，則一般我們會(huì)利用10.120.0.0/16來代表此網(wǎng)絡(luò)。

1.2.4 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

主機(jī)A若要與同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)B通信(網(wǎng)絡(luò)ID相同)，可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)B；但是若要與不同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)C通信(網(wǎng)絡(luò)ID不同)，就需要將數(shù)據(jù)傳送給路由器，再由路由器負(fù)責(zé)傳送給主機(jī)C。一般主機(jī)若要通過路由器來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只要事先將其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)指定到路由器的IP地址即可。

以圖 1-3來說，圖中甲、乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)是通過路由器來連接的。當(dāng)甲網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)A欲與乙網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)C通信時(shí)，由于主機(jī)A的IP地址為192.168.1.1、子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0、其網(wǎng)絡(luò)ID為192.168.1.0，而主機(jī)C的IP地址為192.168.2.10、子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0、其網(wǎng)絡(luò)ID為192.168.2.0， 故主機(jī)A可以判斷出主機(jī)C位于不同的子網(wǎng)內(nèi)，因此會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，也就是IP地址為192.168.1.254的路由器，然后再由路由器負(fù)責(zé)將其轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)C。

圖1-3

1.2.5 私有IP的使用

前面提到IP類別中的Class A、B、C是可供主機(jī)使用的IP地址。在這些IP地址中，有一些被歸類為私有IP(private IP)(參見表 1-3)，各公司可以自行選用適合的私有IP，而且不需要申請(qǐng)，因此可以節(jié)省構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的成本。

表1-3

網(wǎng)絡(luò)ID 子網(wǎng)掩碼 IP地址范圍

10.0.0.0 255.0.0.0 10.0.0.1 ~ 10.255.255.254

172.16.0.0 255.240.0.0 172.16.0.1 ~ 172.31.255.254

192.168.0.0 255.255.0.0 192.168.0.1 ~ 192.168.255.254

不過私有IP只能夠在公司內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)中使用，雖然它可以讓內(nèi)部計(jì)算機(jī)相互通信，但是無法"直接"與外界計(jì)算機(jī)通信。使用私有IP的計(jì)算機(jī)若要對(duì)外上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件，需要通過具備Network Address Translation(NAT)功能的設(shè)備，例如IP共享設(shè)備、寬帶路由器等。

其他不屬于私有IP的地址被稱為公用IP(public IP)，例如140.115.8.1。使用公用IP的計(jì)算機(jī)可以通過路由器來直接對(duì)外通信，因此在這些計(jì)算機(jī)上可以搭建商業(yè)網(wǎng)站，讓外部用戶直接來連接此商業(yè)網(wǎng)站。這些公用IP必須事先申請(qǐng)。

如果Windows Server 2012計(jì)算機(jī)的IP地址設(shè)置是采用自動(dòng)獲取的方式，但卻因故無法取得IP地址，此時(shí)該計(jì)算機(jī)會(huì)通過Automatic Private IP Addressing(APIPA)的機(jī)制來替自己配置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID為169.254.0.0的臨時(shí)IP地址，例如169.254.49.31，不過只能夠利用它來與同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)IP地址也是169.254.0.0格式的計(jì)算機(jī)通信。

1.3 IPv6的基本概念

前面所介紹的IP地址等概念屬于IPv4的規(guī)則，在20世紀(jì)末業(yè)界曾經(jīng)擔(dān)心IPv4地址可能會(huì)不夠使用，雖然后來利用無類別尋址方式(classless addressing)、NAT(Network Address Translation)等技術(shù)暫時(shí)解決了問題，然而能提供更多地址、效率更高、安全性更好的新版本通信協(xié)議IPv6正逐漸被采用。

1.3.1 IPv6地址的語法

IPv4地址一共占用32位，它被分為4個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊占用8個(gè)位，區(qū)塊之間利用句點(diǎn)(.)隔開，然后以十進(jìn)制來表示每個(gè)區(qū)塊內(nèi)的數(shù)值，例如192.168.1.31。

IPv6地址則占用128位，它被分為8個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊占用16個(gè)位，區(qū)塊之間利用冒號(hào)(:)隔開，然后以十六進(jìn)制來表示每個(gè)區(qū)塊內(nèi)的數(shù)值。由于每個(gè)區(qū)塊占用16個(gè)位，因此每個(gè)區(qū)塊共有4個(gè)十六進(jìn)制的數(shù)值，舉例來說，假設(shè)IPv6地址的二進(jìn)制表示法為(128位)：

0010000000000001 0000000000000000 0100000100110110 1110001110001100 0001010011011001 0001001000100101 0011111101010111 1111011101011001

則其IPv6地址的十六進(jìn)制表示法為(參考圖1-4)：

2001:0000:4136:E38C:14D9:1225:3F57:F759

圖 1-4

1. 前導(dǎo)0可以省略

為了簡(jiǎn)化IPv6地址的表示方式，可以省略某些數(shù)字為0的部分，例如圖1-5中的21DA: 00D4:0000:E38C:03AC:1225:F570:F759可以被改寫為21DA:D4:0:E38C:3AC:1225:F570:F759，其中的00D4被改寫為D4、0000被改寫為0、03AC被改寫為3AC。

圖1-5

注意區(qū)塊中只有靠左邊的0可以省略，而靠右邊或中間的0不可以省略，例如F570不可以改寫為F57。

2. 連續(xù)的0區(qū)塊可以縮寫

如果有連續(xù)數(shù)個(gè)區(qū)塊都是0，則可以改用雙冒號(hào)(::)來代表這些連續(xù)區(qū)塊，例如圖 1-6中的FE80:0:0:0:10DF:D9F4:DE2D:369B可以被縮寫為FE80::10DF:D9F4:DE2D:369B。

圖 1-6

此示例將其中連續(xù)3個(gè)為0的區(qū)塊改用雙冒號(hào)來表示。注意在一個(gè)IPv6地址中，這種縮寫方式只能夠使用一次，例如圖 1-7的地址FE80:0:0:0:10DF:0:0:369B中有兩個(gè)連續(xù)0區(qū)塊(0:0:0與0:0)，則您可以將其中的0:0:0或0:0縮寫，也就是此地址可用以下方式來表示：

FE80::10DF:0:0:369B 或 FE80:0:0:0:10DF::369B

圖 1-7

但是不可同時(shí)將0:0:0與0:0都縮寫，也就是此地址不可寫成FE80::10DF::369B，因?yàn)槿绱藢o法判斷其中兩個(gè)雙冒號(hào)::各自代表著多少個(gè)0區(qū)塊。

3. IPv6的前綴(prefix)

前綴是IPv6地址的一部分，用來表示IP地址中某些位是固定的值，或用來反映其所代表的子網(wǎng)，其前綴的表示方式與IPv4的CIDR表示方式相同。IPv6前綴的表示法為"地址/前綴長(zhǎng)度"，例如21DA:D3:0:2F3B::/64就是一個(gè)IPv6地址的前綴表示法，它表示IPv6地址中最左邊64個(gè)位固定為21DA:D3:0:2F3B。IPv4內(nèi)所使用的子網(wǎng)掩碼，在IPv6內(nèi)已經(jīng)不支持。

1.3.2 IPv6地址分類

IPv6支持3種類型的地址，它們分別是unicast地址(單播地址)、multicast地址(多播地址)與anycast地址(任一傳播地址)。表 1-4列出了IPv4地址與其所相對(duì)應(yīng)的IPv6地址。

表1-4

IPv4地址 IPv6地址

因特網(wǎng)地址按等級(jí)分類 不分等級(jí)

Public IP地址 Global unicast地址

Private IP地址(10.0.0.0/8、172.16.0.0/12與192.168.0.0/16) Site-local地址(FEC0::/10)或Unique Local IPv6 Unicast地址(FD00::/8)

APIPA自動(dòng)設(shè)定的IP地址(169.254.0.0/16) Link-local地址(FE80::/64)

Loopback地址為127.0.0.1 Loopback地址為::1

未指定地址為0.0.0.0 未指定地址為::

廣播地址 不支持廣播

多播地址(224.0.0.0/4) IPv6多播地址(FF00::/8)

1.Unicast地址(單播地址)

Unicast地