網絡基礎

網絡概念

網絡是一組計算機或網絡設備通過有形的線纜或無形的媒介如無線，連接起來，按照一定的規則，進行通信的集合。

網絡功能和優點

• 數據和應用程序
• 資源
• 網絡存儲
• 備份設備

作用范圍分類

• 廣域網(WAN,Wide Area Network)
• 城域網(MAN,Metropolitan Area Network)
• 局域網(LAN,Local Area Network)

常見的網絡物理組件

網絡應用程序

各種網絡應用

• Web 瀏覽器（Chrome、IE、Firefox等）
• 即時消息（QQ、微信、釘釘等）
• 電子郵件（Outlook、foxmail 等）
• 協作（視頻會議、VNC、Netmeeting、WebEx 等）
• web網絡服務（apache，nginx，IIS）
• 文件網絡服務（ftp ，nfs，samba）
• 數據庫服務（ MySQL，MariaDB，MongoDB)
• 中間件服務（Tomcat，JBoss）
• 安全服務（Netfilter）

應用程序對網絡的要求

• 批處理應用程序
  • FTP、TFTP、庫存更新
  • 無需直接人工交互
  • 帶寬很重要，但并非關鍵性因素
• 交互式應用程序
  • 庫存查詢、數據庫更新
  • 人機交互
  • 因為用戶需等待響應，所以響應時間很重要，但并非關鍵性因素，除非要等待很長時間
• 實時應用程序
  • VoIP、視頻
  • 人與人的交互
  • 端到端的延時至關重要

網絡的特征

• 速度
• 成本
• 安全性
• 可用性
• 可擴展性
• 可靠性
• 拓撲

速度(帶寬)

網絡拓撲

拓撲結構一般是指由點和線排列成的幾何圖形

計算機網絡的拓撲結構是指一個網絡的通信鏈路和計算機結點相互連接構成的幾何圖形

拓撲分類

• 物理拓撲描述了物理設備的布線方式
• 邏輯拓撲描述了信息在網絡中流動的方式

拓撲結構分類

• 總線拓撲：所有設備均可接收信號
• 星型拓撲：通過中心點傳輸，單一故障點
• 擴展星型拓撲：比星型拓撲的復原能力更強
• 環拓撲：信號繞環傳輸，單一故障點
• 雙環拓撲：信號沿相反方向傳輸，比單環的復原能力更強
• 全網狀拓撲：容錯能力強，實施成本高
• 部分網狀拓撲：在容錯能力與成本之間尋求平衡

網絡標準

網絡標準和分層

舊模型：專有產品，由一個廠商控制應用程序和嵌入的軟件
基于標準的模型：多廠商軟件，分層方法

層次劃分的必要性

計算機網絡是由許多硬件、軟件和協議交織起來的復雜系統。由于網絡設計十分復雜，如何設計、組織和實現計算機網絡是一個挑戰，必須要采用科學有效的方法

層次劃分的方法

• 網絡的第一層應當具有相對獨立的功能
• 梳理功能之間的關系，使一個功能可以為實現另一個功能提供必要的服務，從而形成系統的層次結構
• 為提高系統的工作效率，相同或相近的功能僅在一個層次中實現，而且盡可能在較高的層次中實現
• 每一層只為相鄰的上一層提供服務

層次劃分的優點

• 各層之間相互獨立，每一層只實現一種相對獨立的功能，使問題復雜程度降低
• 靈活性好，各層內部的操作不會影響其他層
• 結構上可分割開，各層之間都可以采用最合適的技術來實現
• 易于實現和維護，因為整個系統已被分解成相對獨立的子系統
• 能促進標準化工作，因為每一層的功能及其提供的服務都有了精確的說明

開放系統互聯OSI

在制定計算機網絡標準方面，起著重大作用的兩大國際組織是：國際電信聯盟電信標準化部門，與國際標準組織（ISO），雖然它們工作領域不同，但隨著科學技術的發展，通信與信息處理之間的界限開始變得比較模糊，這也成了國際電信聯盟電信標準化部門和ISO共同關心的領域。1984年，ISO發布了著名的OSI(Open System Interconnection)標準，它定義了網絡互聯的7層框架，物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層），即OSI開放系統互連參考模型

OSI 模型的七層結構

第7層 應用層
應用層（Application Layer）提供為應用軟件而設的接口，以設置與另一應用軟件之間的通信。例如: HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3、MySQL等

第6層 表示層
主條目：表示層（Presentation Layer）把數據轉換為能與接收者的系統格式兼容并適合傳輸的格式

第5層 會話層
會話層（Session Layer）負責在數據傳輸中設置和維護電腦網絡中兩臺電腦之間的通信連接。

第4層 傳輸層
傳輸層（Transport Layer）把傳輸表頭（TH）加至數據以形成數據包。傳輸表頭包含了所使用的協議等發送信息。例如:傳輸控制協議（TCP）等。

第3層 網絡層
網絡層（Network Layer）決定數據的路徑選擇和轉寄，將網絡表頭（NH）加至數據包，以形成報文。網絡表頭包含了網絡數據。例如:互聯網協議（IP）等。

第2層 數據鏈接層
數據鏈路層（Data Link Layer）負責網絡尋址、錯誤偵測和改錯。當表頭和表尾被加至數據包時，會形成信息框（Data Frame）。數據鏈表頭（DLH）是包含了物理地址和錯誤偵測及改錯的方法。數據鏈表尾（DLT）是一串指示數據包末端的字符串。例如以太網、無線局域網（Wi-Fi）和通用分組無線服務（GPRS）等。分為兩個子層：邏輯鏈路控制（logical link control，LLC）子層和介質訪問控制（Media access control，MAC）子層

第1層 物理層
物理層（Physical Layer）在局部局域網上傳送數據幀（Data Frame），它負責管理電腦通信設備和網絡媒體之間的互通。包括了針腳、電壓、線纜規范、集線器、中繼器、網卡、主機接口卡等

網絡的通信過程

數據封裝和數據解封

協議數據單元 PDU

PDU: Protocol Data Unit,協議數據單元是指對等層次之間傳遞的數據單位

• 物理層的 PDU是數據位 bit
• 數據鏈路層的 PDU是數據幀 frame
• 網絡層的PDU是數據包 packet
• 傳輸層的 PDU是數據段 segment
• 其他更高層次的PDU是消息 message

三種通訊模式

沖突域和廣播域

沖突域:兩個網絡設備同時發送數據,如果發生了沖突,則兩個設備處于同一個沖突域,反之,則各自處于不同的沖突域

廣播域:一個網絡設備發送廣播,另一個設備收到了,則兩個設備處于同一個廣播域,反之,則各自處于不同的廣播域

三種通訊機制

• 單工通信：只有一個方向的通信
• 半雙工通信：通信雙方都可以發送和接收信息，但不能同時發送，也不能同時接收
• 全雙工通信：通信雙方可以同時發送和同時接收

范例：查看雙工和速度

[root@localhost ~]# mii-tool  eth0
eth0: negotiated 100baseTx-FD, link ok

[root@localhost ~]# mii-tool  -v eth0
eth0: negotiated 100baseTx-FD, link ok
  product info: vendor 00:07:32, model 17 rev 5
  basic mode:   autonegotiation enabled
  basic status: autonegotiation complete, link ok
  capabilities: 100baseTx-FD 100baseTx-HD 10baseT-FD 10baseT-HD
  advertising:  100baseTx-FD 100baseTx-HD 10baseT-FD 10baseT-HD flow-control
  link partner: 100baseTx-FD 100baseTx-HD 10baseT-FD 10baseT-HD

[root@centos8 ~]#ethtool -i eth0
driver: vmxnet3
version: 1.4.16.0-k-NAPI
firmware-version: 
expansion-rom-version: 
bus-info: 0000:03:00.0
supports-statistics: yes
supports-test: no
supports-eeprom-access: no
supports-register-dump: yes
supports-priv-flags: no
[root@centos8 ~]#ethtool  eth0
Settings for eth0:
    Supported ports: [ TP ]
    Supported link modes:   1000baseT/Full 
                            10000baseT/Full 
    Supported pause frame use: No
    Supports auto-negotiation: No
    Supported FEC modes: Not reported
    Advertised link modes:  Not reported
    Advertised pause frame use: No
    Advertised auto-negotiation: No
    Advertised FEC modes: Not reported
    Speed: 10000Mb/s
    Duplex: Full
    Port: Twisted Pair
    PHYAD: 0
    Transceiver: internal
    Auto-negotiation: off
    MDI-X: Unknown
    Supports Wake-on: uag
    Wake-on: d
    Link detected: yes

[root@centos8 ~]#mii-tool    eth0
SIOCGMIIPHY on 'eth0' failed: Operation not supported

本文鏈接：http://www.thecarconnectin.com/33918.html