第1章 Windows Server 2012基本网络概念

Windows Server 2012提供了各种不同的网络解决方案，让企业可以利用它来构建各种不同的网络环境。我们将通过本章来介绍Windows Server 2012的网络功能与不可或缺的TCP/IP通信协议，包含IPv4与IPv6。

Windows Server 2012的网络功能

TCP/IP通信协议简介

IPv6的基本概念

Windows Server 2012的管理工具

1.1 Windows Server 2012的网络功能

Windows Server 2012支持多种不同的网络技术与服务，让IT人员更容易搭建各种不同架构的网络，例如可以通过它们来提供以下的网络环境。

企业内部网络(Intranet)：也就是一般公司内部的本地局域网(Local Area Network，LAN)。通过企业内部网络，用户可以将文件、打印机等资源共享给其他网络用户来访问。由于因特网的蓬勃发展，一般企业内部网络会搭建各种与因特网技术有关的应用程序、服务，例如通过浏览器来访问资源、通过电子邮件来传递信息等。

因特网(Internet)：通过因特网，让企业内部网络与在全世界范围内提供因特网服务的网络连接在一起。使用者可以通过浏览器来访问因特网的资源、通过电子邮件来传递信息，更为企业提供一个电子商业服务的网络环境。

企业外部网络(Extranet)：企业可以将其局域网与客户、供货商、合作伙伴的网络通过因特网技术串接连接成企业外部网络，以便相互共享资源。

远程访问：它让用户、系统管理员等可以通过远程访问技术，来连接、访问或管理公司内部局域网。企业内两个位于不同地点的局域网，也可以通过虚拟专用网(VPN)连接在一起，以便相互访问对方网络内的资源。

Windows Server 2012提供了各种不同的技术和服务，例如：

同时支持IPv4与IPv6

DHCP服务器、DNS服务器、WINS服务器

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

路由及远程访问、RADIUS服务器、DirectAccess与网络访问保护(NAP)

路由器、NAT与虚拟专用网(VPN)

Quality of Service (QoS)

Windows防火墙、802.1X无线网络、远程桌面服务、Windows部署服务

IIS网站、SSL网站、FTP服务器、SSL FTP服务器

Windows Server Update Services(WSUS)

网络负载平衡(Network Load Balancing)与Web Farm

1.2 TCP/IP通信协议简介

TCP/IP通信协议是目前最完整、最被广泛支持的通信协议，它可以让不同网络架构、不同操作系统的计算机之间相互通信，例如Windows Server 2012、Windows 8、Linux主机等。它也是因特网的标准通信协议，更是Active Directory Domain Services(AD DS)所必须采用的通信协议。

在TCP/IP网络上，每一台连接在网络上的计算机(与部分网络设备)被称为是一台主机(host)，而主机与主机之间的通信涉及"IP地址"、"子网掩码"和"IP路由器"3个基本要素。

1.2.1 IP地址

每一台主机都有一个的IP地址(其功能就好像是您家的门牌号码)，IP地址不但可被用来识别每一台主机，其内也隐含着如何在网络间传递数据的路径信息。

IP地址有32位(bit)，一般以4个十进制数来表示，每一个数字称为一个octet。Octet与octet之间以点(dot)隔开，例如192.168.1.31。

此处所介绍的IP地址为目前使用最广泛的IPv4，它共占用32位。Windows Server 2012也支持新版的IPv6(相关说明请参考1.3小节的内容)。

这个32位的IP地址内包含了网络ID与主机ID两部分。

网络ID：每一个网络都有一个的网络ID，换句话说，位于相同网络内的每一台主机都拥有相同的网络ID。

主机ID：相同网络内的每一台主机都有一个的主机ID。

若此网络直接通过路由器来连接因特网，则需要为此网络申请一个网络ID，整个网络内所有主机都使用这个相同的网络ID，然后再赋予此网络内每一台主机一个的主机ID，因此网络上每一台主机就都会有一个的IP地址(网络ID + 主机ID)。您可以向ISP(因特网服务提供商)申请网络ID。

若此网络并未通过路由器来连接因特网，则您可以自行选择任何一个可用的网络ID，不用申请，但是网络内各主机的IP地址不可相同。

1.2.2 IP类型

传统的IP地址被分为Class A、B、C、D、E 5个类别，其中只有Class A、B、C 3个类别的IP地址可供一般主机来使用(参见表1-1)，每种类别所支持的IP数量都不相同，以便满足各种不同规模的网络需求。Class D、E是特殊用途的IP地址。IP地址共占用4个字节，表中将其以W.X.Y.Z的形式来加以说明。

表1-1

Class 网络ID 主机ID W 值可为 可支持的网络数量 每个网络可支持的主机数量

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的网络ID占用一个字节(W)，W的范围为1~126，它共可提供126个Class A的网络ID。主机标识符共占用X、Y、Z三个字节(24 个位)，此24个位可支持(2 ^ 24)? 2 = 16,777,216 ? 2 = 16,777,214台主机(减2的原因请参见后面相关内容)。

Class B的网络ID占用两个字节(W、X)，W的范围为128~191，它共可提供(191 ? 128 + 1 )256 = 16,384个Class B的网络。主机ID共占用Y、Z两个字节，因此每个网络可支持(216)? 2 = 65,536 ? 2 = 65,534台主机。

Class C的网络ID占用三个字节(W、X、Y)，W的范围为192~223，它共可提供( 223 ? 192 + 1 )256256 = 2,097,152个Class C的网络。主机ID只占用一个字节(Z)，因此每个网络可支持(28)? 2 = 254台主机。

Class D是多播(multicast或译为多点广播、群播)所使用的组ID(group ID)，这个组内包含着多台主机。其W的范围为224~239。

Class E保留给特殊用途或实验用途，其W的范围为240~254。

在设置主机的IP地址时请注意以下的事项：

网络标识符不可以是127：它供环回测试(loopback test)使用，可用来检查网卡与驱动程序是否正常工作。虽然您不可以将它分配给主机使用，不过一般来说127.0.0.1这个IP地址用来代表主机本身。

每一个网络的第1个IP地址代表网络本身、一个IP地址代表广播地址，因此实际可分配给主机的IP地址将少两个：例如若所申请的网络ID为203.3.6，它共有203.3.6.0 ~203.3.6.255的256个IP地址，但203.3.6.0用来代表此网络(因此我们一般会说其网络标识符为4个字节的203.3.6.0)；而203.3.6.255是保留给广播用的 (255代表广播)，例如若发送数据到203.3.6.255这个地址，表示将数据广播给网络标识符为203.3.6.0网络内的所有主机。

图 1-1为Class C的网络示例，其网络标识符为192.168.1.0，图中5台主机的主机标识符分别为1、2、3、21与22。

图1-1

1.2.3 子网掩码

子网掩码也占用32 位，当IP网络上两台主机在相互通信时，它们利用子网掩码来得知双方的网络标识符，进而得知彼此是否在相同网络内。

表1-2中为各Class默认的子网掩码值，其中为1的位用来定义网络ID，为0的位用来定义主机ID，例如若某台主机的IP地址为192.168.1.3，其二进制值为11000000.10101000.00000001. 00000011，而子网掩码为255.255.255.0，其二进制值为11111111.11111111.11111111. 00000000，则计算其网络ID的原则是：将IP地址与子网掩码两个值中相对应的位做AND逻辑运算(参见图1-2)，所得出来的结果192.168.1.0就是网络ID。

表1-2

Class 默认子网掩码(二进制) 默认子网掩码(十进制)

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

图 1-2

若A主机的IP地址为192.168.1.3，子网掩码为255.255.255.0，B主机的IP地址为192.168.1.5，子网掩码为255.255.255.0，这时A主机与B主机的网络ID都是192.168.1.0，表示它们是在同一个网络内，因此可直接相互通信，不需要借助于路由器(详见第7章)。

前面所叙述的Class A、B、C为按类别对IP地址进行划分的方式，不过目前最普遍采用的是无类别的CIDR(Classless Inter-Domain Routing)划分方式，这种方式在表示IP地址与子网掩码时有所不同，例如网络ID为192.168.1.0、子网掩码为255.255.255.0，则一般我们会利用192.168.1.0/24来代表此网络，其中的24代表子网掩码中位值为1的数量为24个；同理如果网络ID为10.120.0.0、子网掩码为255.255.0.0，则一般我们会利用10.120.0.0/16来代表此网络。

1.2.4 默认网关

主机A若要与同一个网络内的主机B通信(网络ID相同)，可以直接将数据发送到主机B；但是若要与不同网络内的主机C通信(网络ID不同)，就需要将数据传送给路由器，再由路由器负责传送给主机C。一般主机若要通过路由器来转发数据，只要事先将其默认网关指定到路由器的IP地址即可。

以图 1-3来说，图中甲、乙两个网络是通过路由器来连接的。当甲网络的主机A欲与乙网络的主机C通信时，由于主机A的IP地址为192.168.1.1、子网掩码为255.255.255.0、其网络ID为192.168.1.0，而主机C的IP地址为192.168.2.10、子网掩码为255.255.255.0、其网络ID为192.168.2.0， 故主机A可以判断出主机C位于不同的子网内，因此会将数据发送给其默认网关，也就是IP地址为192.168.1.254的路由器，然后再由路由器负责将其转发到主机C。

图1-3

1.2.5 私有IP的使用

前面提到IP类别中的Class A、B、C是可供主机使用的IP地址。在这些IP地址中，有一些被归类为私有IP(private IP)(参见表 1-3)，各公司可以自行选用适合的私有IP，而且不需要申请，因此可以节省构建网络的成本。

表1-3

网络ID 子网掩码 IP地址范围

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

不过私有IP只能够在公司内部的局域网络中使用，虽然它可以让内部计算机相互通信，但是无法"直接"与外界计算机通信。使用私有IP的计算机若要对外上网、收发电子邮件，需要通过具备Network Address Translation(NAT)功能的设备，例如IP共享设备、宽带路由器等。

其他不属于私有IP的地址被称为公用IP(public IP)，例如140.115.8.1。使用公用IP的计算机可以通过路由器来直接对外通信，因此在这些计算机上可以搭建商业网站，让外部用户直接来连接此商业网站。这些公用IP必须事先申请。

如果Windows Server 2012计算机的IP地址设置是采用自动获取的方式，但却因故无法取得IP地址，此时该计算机会通过Automatic Private IP Addressing(APIPA)的机制来替自己配置一个网络ID为169.254.0.0的临时IP地址，例如169.254.49.31，不过只能够利用它来与同一个网络内IP地址也是169.254.0.0格式的计算机通信。

1.3 IPv6的基本概念

前面所介绍的IP地址等概念属于IPv4的规则，在20世纪末业界曾经担心IPv4地址可能会不够使用，虽然后来利用无类别寻址方式(classless addressing)、NAT(Network Address Translation)等技术暂时解决了问题，然而能提供更多地址、效率更高、安全性更好的新版本通信协议IPv6正逐渐被采用。

1.3.1 IPv6地址的语法

IPv4地址一共占用32位，它被分为4个区块，每个区块占用8个位，区块之间利用句点(.)隔开，然后以十进制来表示每个区块内的数值，例如192.168.1.31。

IPv6地址则占用128位，它被分为8个区块，每个区块占用16个位，区块之间利用冒号(:)隔开，然后以十六进制来表示每个区块内的数值。由于每个区块占用16个位，因此每个区块共有4个十六进制的数值，举例来说，假设IPv6地址的二进制表示法为(128位)：

0010000000000001 0000000000000000 0100000100110110 1110001110001100 0001010011011001 0001001000100101 0011111101010111 1111011101011001

则其IPv6地址的十六进制表示法为(参考图1-4)：

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

图 1-4

1. 前导0可以省略

为了简化IPv6地址的表示方式，可以省略某些数字为0的部分，例如图1-5中的21DA: 00D4:0000:E38C:03AC:1225:F570:F759可以被改写为21DA:D4:0:E38C:3AC:1225:F570:F759，其中的00D4被改写为D4、0000被改写为0、03AC被改写为3AC。

图1-5

注意区块中只有靠左边的0可以省略，而靠右边或中间的0不可以省略，例如F570不可以改写为F57。

2. 连续的0区块可以缩写

如果有连续数个区块都是0，则可以改用双冒号(::)来代表这些连续区块，例如图 1-6中的FE80:0:0:0:10DF:D9F4:DE2D:369B可以被缩写为FE80::10DF:D9F4:DE2D:369B。

图 1-6

此示例将其中连续3个为0的区块改用双冒号来表示。注意在一个IPv6地址中，这种缩写方式只能够使用一次，例如图 1-7的地址FE80:0:0:0:10DF:0:0:369B中有两个连续0区块(0:0:0与0:0)，则您可以将其中的0:0:0或0:0缩写，也就是此地址可用以下方式来表示：

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

图 1-7

但是不可同时将0:0:0与0:0都缩写，也就是此地址不可写成FE80::10DF::369B，因为如此将无法判断其中两个双冒号::各自代表着多少个0区块。

3. IPv6的前缀(prefix)

前缀是IPv6地址的一部分，用来表示IP地址中某些位是固定的值，或用来反映其所代表的子网，其前缀的表示方式与IPv4的CIDR表示方式相同。IPv6前缀的表示法为"地址/前缀长度"，例如21DA:D3:0:2F3B::/64就是一个IPv6地址的前缀表示法，它表示IPv6地址中最左边64个位固定为21DA:D3:0:2F3B。IPv4内所使用的子网掩码，在IPv6内已经不支持。

1.3.2 IPv6地址分类

IPv6支持3种类型的地址，它们分别是unicast地址(单播地址)、multicast地址(多播地址)与anycast地址(任一传播地址)。表 1-4列出了IPv4地址与其所相对应的IPv6地址。

表1-4

IPv4地址 IPv6地址

因特网地址按等级分类 不分等级

Public IP地址 Global unicast地址

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

APIPA自动设定的IP地址(169.254.0.0/16) Link-local地址(FE80::/64)

Loopback地址为127.0.0.1 Loopback地址为::1

未指定地址为0.0.0.0 未指定地址为::

广播地址 不支持广播

多播地址(224.0.0.0/4) IPv6多播地址(FF00::/8)

1.Unicast地址(单播地址)

Unicast地