網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

kevin什么是以太網(wǎng)(Ethernet)？指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè))技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類(lèi)型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)相類(lèi)似。包括：

標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(10Mbit/s)

快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)

萬(wàn)兆(10Gbit/s)以太網(wǎng)。

它們都符合IEEE802.3。以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)什么是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，我們把計(jì)算機(jī)、終端、通信處理機(jī)等設(shè)備抽象成點(diǎn)，把連接這些設(shè)備的通信線路抽象成線，并將由這些點(diǎn)和線所構(gòu)成的拓?fù)浞Q(chēng)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。什么是拓?fù)?？拓?fù)渚褪前褜?shí)體抽象成與其大小、形狀無(wú)關(guān)的“點(diǎn)”，而把連接實(shí)體的線路抽象成“線”，進(jìn)而以圖的形式來(lái)表示這些點(diǎn)與線之間關(guān)系的方法，其目的在于研究這些點(diǎn)、線之間的相連關(guān)系。表示點(diǎn)和線之間關(guān)系的圖被稱(chēng)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其中不需要插入任何其他的連接設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送的信號(hào)都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計(jì)算機(jī)接收。有時(shí)又稱(chēng)這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓樸結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：連接簡(jiǎn)單、易于安裝、成本費(fèi)用低缺點(diǎn)：①傳送數(shù)據(jù)的速度緩慢：共享一條電纜，只能有其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，其他接收。②維護(hù)困難：因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)斷點(diǎn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將癱瘓，而且故障點(diǎn)很難查找。以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)和管理。缺點(diǎn)：通信線路專(zhuān)用，電纜成本高；中心結(jié)點(diǎn)是全網(wǎng)絡(luò)的可靠瓶頸，中心結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。以太網(wǎng)的工作原理當(dāng)以太網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，它將按如下步驟進(jìn)行：1、監(jiān)聽(tīng)信道上是否有信號(hào)在傳輸。如果有的話，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，直到信道空閑為止。2、若沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)到任何信號(hào)，就傳輸數(shù)據(jù)3、傳輸?shù)臅r(shí)候繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機(jī)等待一段時(shí)間后，重新執(zhí)行步驟14、若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功，所有計(jì)算機(jī)在試圖再一次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須在最近一次發(fā)送后等待9.6微秒（以10Mbps運(yùn)行）。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包報(bào)文格式

第3個(gè)字段是2字節(jié)的類(lèi)型字段，用來(lái)標(biāo)識(shí)上一層是什么協(xié)議(0x800：IP協(xié)議，0x0806：ARP協(xié)議等)。第4個(gè)字段是數(shù)據(jù)字段，長(zhǎng)度在46-1500字節(jié)之間。最后一個(gè)字段是CRC檢驗(yàn)字段，存放4字節(jié)的幀檢測(cè)序列FCS。校驗(yàn)范圍是目的地址、源地址、類(lèi)型、數(shù)據(jù)字段。

MAC幀長(zhǎng)度最小為64字節(jié)，數(shù)據(jù)字段最小為46字節(jié)，如果不夠，則自動(dòng)加0填充。

MAC幀格式中，以太網(wǎng)幀使用的曼切斯特編碼，在曼切斯特編碼的每一個(gè)碼元的正中間有一次電壓轉(zhuǎn)換（從高到低或從低到高）。當(dāng)發(fā)送方把一個(gè)以太網(wǎng)幀發(fā)送完畢后，就不再發(fā)送其他碼元了，網(wǎng)絡(luò)適配器接口上電壓也就不再變化，這樣接收方就很容易找到以太網(wǎng)的結(jié)束位置。ARP報(bào)文格式（以太網(wǎng)）幀類(lèi)型：兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的以太網(wǎng)幀類(lèi)型表示后面數(shù)據(jù)的類(lèi)型。對(duì)于ARP請(qǐng)求或應(yīng)答來(lái)說(shuō)，該字段的值為0x0806

硬件類(lèi)型：表示硬件地址的類(lèi)型。它的值為1即表示以太網(wǎng)地址協(xié)議類(lèi)型：表示要映射的協(xié)議地址類(lèi)型。它的值為0x0800即表示IP地址。它的值與包含IP數(shù)據(jù)報(bào)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中的類(lèi)型字段的值相同硬件地址長(zhǎng)度和協(xié)議地址長(zhǎng)度：分別指硬件地址和協(xié)議地址的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位。對(duì)于以太網(wǎng)上IP地址的ARP請(qǐng)求或應(yīng)答來(lái)說(shuō)，它們的值分別為6和4。操作類(lèi)型：1--ARP請(qǐng)求）、2--ARP應(yīng)答）、3-RARP請(qǐng)求）、4--RARP應(yīng)答發(fā)送端的硬件地址：在本例中是以太網(wǎng)地址發(fā)送端的協(xié)議地址：IP地址ps：在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀報(bào)頭中和ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀中都有發(fā)送端的硬件地址。二層轉(zhuǎn)發(fā)原理二層轉(zhuǎn)發(fā)基礎(chǔ)這里的二層指的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)七層模型中的二層，從第一層到第7層分別是：1.物理層2.數(shù)據(jù)鏈路層3.網(wǎng)絡(luò)層4.運(yùn)輸層5.會(huì)話層6.表示層7.應(yīng)用層二層轉(zhuǎn)發(fā)流程02對(duì)于表中不包含的地址，通過(guò)廣播發(fā)送，也就是發(fā)送到所有端口。01提取數(shù)據(jù)報(bào)的源MAC地址，查詢(xún)MAC轉(zhuǎn)發(fā)表，如果找到就直接發(fā)送到對(duì)應(yīng)端口。03使用地址自動(dòng)學(xué)習(xí)和老化機(jī)制（定時(shí)機(jī)制）來(lái)維護(hù)MAC轉(zhuǎn)發(fā)表的信息，二層轉(zhuǎn)發(fā)一般不會(huì)更改數(shù)據(jù)包內(nèi)容。

集線器是目前使用較廣泛的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，主要用來(lái)組建星型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，集線器是一個(gè)集中點(diǎn)，通過(guò)眾多的端口將網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，使不同計(jì)算機(jī)能夠相互通信。集線器（HUB）（1）集線器的通信特性集線器的基本功能是信息分發(fā)，它將一個(gè)端口收到的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有端口。同時(shí)，集線器的所有端口共享集線器的帶寬。即用集線器組網(wǎng)時(shí)，連接的計(jì)算機(jī)越多，網(wǎng)絡(luò)速度越慢。集線器（HUB）（2）集線器的分類(lèi)

按通信特性分，集線器分為無(wú)源集線器和有源集線器。

按帶寬分，集線器分為10Mb/s、10/100Mb/s、100Mb/s集線器。我們通常選擇10/100Mb/s自適應(yīng)的集線器。因?yàn)檫@種集線器可以根椐網(wǎng)卡和網(wǎng)線所提供的帶寬而自動(dòng)調(diào)整帶寬。

按端口個(gè)數(shù)分，集線器分為5口、8口、16口、24口等。集線器（HUB）（3）集線器的連接

集線器通過(guò)其端口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。集線器主要有RJ-45接口和級(jí)聯(lián)口兩種接口。

RJ-45接接口：集線器的大部分接口屬于這種接口，主要用于連接網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)，從而組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

級(jí)聯(lián)口：級(jí)聯(lián)口主要用于連接其他集線器或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。集線器（HUB）交換機(jī)（Switch）

交換機(jī)也是目前使用較廣泛的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，同樣用來(lái)組建星型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)。從外觀上看，交換機(jī)與集線器幾乎一樣，其端口與連接方式和集線器幾乎也是一樣，但是，由于交換機(jī)采用了交換技術(shù)，其性能優(yōu)于集線器。交換機(jī)（Switch）（1）交換機(jī)的通信特性由于交換機(jī)采用交換技術(shù)，使其可以并行通信而不像集線器那樣平均分配帶寬。如一臺(tái)100Mb/s交換機(jī)的每端口都是100Mb/s，互連的每臺(tái)計(jì)算機(jī)均以100Mb/s的速率通信，而不像集線器那樣平均分配帶寬，這使交換機(jī)能夠提供更佳的通信性能。交換機(jī)（Switch）（2）交換機(jī)的分類(lèi)

按交換機(jī)所支持的速率和技術(shù)類(lèi)型，可分為以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、FDDI交換機(jī)等。

按交換機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合，交換機(jī)可分為工作組級(jí)交換機(jī)、部門(mén)級(jí)交換機(jī)和企業(yè)級(jí)交換機(jī)三種類(lèi)型。交換機(jī)（Switch）（2）交換機(jī)的分類(lèi)工作組級(jí)交換機(jī)：是最常用的一種交換機(jī)，主要用于小型局域網(wǎng)的組建，如辦公室局域網(wǎng)、小型機(jī)房、家庭局域網(wǎng)等。這類(lèi)交換機(jī)的端口一般為10/100Mb/s自適應(yīng)端口。部門(mén)級(jí)交換機(jī)：常用來(lái)作為擴(kuò)充設(shè)備，當(dāng)工作組級(jí)交換機(jī)不能滿(mǎn)足要求時(shí)可考慮使用部門(mén)級(jí)交換機(jī)。這類(lèi)交換機(jī)只有較少的端口，但支持更多的MAC地址。端口傳輸速率一般為100Mb/s。企業(yè)級(jí)交換機(jī)：用于大型網(wǎng)絡(luò)，且一般作為網(wǎng)絡(luò)的骨干交換機(jī)。企業(yè)級(jí)交換機(jī)一般具有高速交換能力，并且能實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。交換機(jī)（Switch）（3）交換機(jī)的連接像集線器一樣，交換機(jī)的接口也分為RJ-45接口和級(jí)聯(lián)口，其中RJ-45接口用于連接計(jì)算機(jī)，級(jí)聯(lián)口用于連接其他交換機(jī)或集線器。連接方式也與集線器相同。交換機(jī)（Switch）（4）交換機(jī)工作原理當(dāng)交換機(jī)從某一節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)以太網(wǎng)幀后，將立即在其內(nèi)存中的地址表（端口號(hào)－MAC地址）進(jìn)行查找，以確認(rèn)該目的MAC的網(wǎng)卡連接在哪一個(gè)接口上，然后將該幀轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的接口，如果在地址表中沒(méi)有找到該MAC地址，也就是說(shuō)，該目的MAC地址是首次出現(xiàn)，交換機(jī)就將數(shù)據(jù)包廣播到所有節(jié)點(diǎn)。擁有該MAC地址的網(wǎng)卡在接收到該廣播幀后，將立即做出應(yīng)答，從而使交換機(jī)將其節(jié)點(diǎn)的“MAC地址”添加到MAC地址表中。01從OSI體系結(jié)構(gòu)來(lái)看，集線器屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。從工作方式來(lái)看，集線器采用一種“廣播”模式，因此很容易產(chǎn)生“廣播風(fēng)暴”，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)性能會(huì)受到很大的影響。而當(dāng)交換機(jī)工作的時(shí)候，只有發(fā)出請(qǐng)求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，因此交換機(jī)能夠在一定程度上隔離沖突域和有效抑制“廣播風(fēng)暴”的產(chǎn)生。0203從帶寬來(lái)看，集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時(shí)集線器只能工作在半雙工模式下；而對(duì)于交換機(jī)而言，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)兩個(gè)端口工作時(shí)并不影響其他端口的工作，同時(shí)交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。集線器（hub）與交換機(jī)的區(qū)別

單播1、單播的定義：主機(jī)之間“一對(duì)一”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器對(duì)數(shù)據(jù)只進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)不進(jìn)行復(fù)制。如果10個(gè)客戶(hù)機(jī)需要相同的數(shù)據(jù)，則服務(wù)器需要逐一傳送，重復(fù)10次相同的工作。但由于其能夠針對(duì)每個(gè)客戶(hù)的及時(shí)響應(yīng)，所以現(xiàn)在的網(wǎng)頁(yè)瀏覽全部都是采用IP單播協(xié)議。

單播2、單播的優(yōu)點(diǎn)：

1）服務(wù)器及時(shí)響應(yīng)客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求

2）服務(wù)器針對(duì)每個(gè)客戶(hù)不通的請(qǐng)求發(fā)送不通

的數(shù)據(jù)，容易實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)。

單播3、單播的缺點(diǎn)：

1）服務(wù)器針對(duì)每個(gè)客戶(hù)機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)流，服務(wù)器流量＝客戶(hù)機(jī)數(shù)量×客戶(hù)機(jī)流量；在客戶(hù)數(shù)量大、每個(gè)客戶(hù)機(jī)流量大的流媒體應(yīng)用中服務(wù)器不堪重負(fù)。

2）現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬是金字塔結(jié)構(gòu)，城際省際主干帶寬僅僅相當(dāng)于其所有用戶(hù)帶寬之和的5％。如果全部使用單播協(xié)議，將造成網(wǎng)絡(luò)主干不堪重負(fù)。

組播1）什么是組播？組播是一種數(shù)據(jù)包傳輸方式，當(dāng)有多臺(tái)主機(jī)同時(shí)成為一個(gè)數(shù)據(jù)包的接受者時(shí)，出于對(duì)帶寬和CPU負(fù)擔(dān)的考慮，組播成為了一種最佳選擇。

組播2、組播的優(yōu)點(diǎn)：

1)組播可以增強(qiáng)報(bào)文發(fā)送效率，控制網(wǎng)絡(luò)流量，

減少服務(wù)器和CPU負(fù)載；

2)組播可以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，消除流量冗余；

3)組播可以適應(yīng)分布式應(yīng)用，當(dāng)接收者數(shù)量發(fā)

生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流量的波動(dòng)很平穩(wěn)。

組播3、組播的定義：

1)與單播協(xié)議相比沒(méi)有糾錯(cuò)機(jī)制，發(fā)生丟包錯(cuò)

包后難以彌補(bǔ)，但可以通過(guò)一定的容錯(cuò)機(jī)制

和QOS加以彌補(bǔ)。

2)現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)雖然都支持組播的傳輸，但在客戶(hù)

認(rèn)證、QOS等方面還需要完善，這些缺點(diǎn)在

理論上都有成熟的解決方案，只是需要逐步

推廣應(yīng)用到現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

廣播1）什么是廣播？主機(jī)之間“一對(duì)所有”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)對(duì)其中每一臺(tái)主機(jī)發(fā)出的信號(hào)都進(jìn)行無(wú)條件復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，所有主機(jī)都可以接收到所有信息。

廣播2）廣播的優(yōu)點(diǎn)：

1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單，布網(wǎng)成本低廉

2）由于服務(wù)器不用向每個(gè)客戶(hù)機(jī)單獨(dú)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以服務(wù)器流量負(fù)載極低。

廣播3）廣播的缺點(diǎn)？

1）無(wú)法針對(duì)每個(gè)客戶(hù)的要求和時(shí)間及時(shí)提供個(gè)性化服務(wù)。

2）網(wǎng)絡(luò)允許服務(wù)器提供數(shù)據(jù)的帶寬有限，客戶(hù)端的最大帶寬＝服務(wù)總帶寬。

3）廣播禁止在Internet寬帶網(wǎng)上傳輸。

MAC(MediaAccessControl)地址，或稱(chēng)為MAC位址、硬件位址，用來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置。在OSI模型中，第三層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)IP地址，第二層資料鏈結(jié)層則負(fù)責(zé)MAC位址。因此一個(gè)主機(jī)會(huì)有一個(gè)IP地址，而每個(gè)網(wǎng)絡(luò)位置會(huì)有一個(gè)專(zhuān)屬于它的MAC位址。幀間間隔的概念:MAC子層的標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了幀間最小的間隔是9.6us,相當(dāng)于96bit（=12字節(jié)）的發(fā)送時(shí)間,就是說(shuō)一個(gè)主機(jī)在檢測(cè)到總路線開(kāi)始空閑后,還要等待9.6us才能發(fā)送數(shù)據(jù).這樣做是為了使剛剛收到的數(shù)據(jù)幀的主機(jī)的接收緩存來(lái)得及清理,做好接收下一幀的準(zhǔn)

IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)描述了在多種媒體上的從1MB/S-10MB/S局域網(wǎng)解決方案。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)如圖所示。每幀以7個(gè)字節(jié)的前導(dǎo)字段開(kāi)頭，每個(gè)字節(jié)的內(nèi)容為10101010。該字段經(jīng)過(guò)曼徹斯特編碼會(huì)產(chǎn)生10MHZ、持續(xù)5.6us的方波，從而使接收方與發(fā)送方的時(shí)鐘同步。隨后是幀起始定界符，它是一個(gè)10101011序列，表示幀本身的開(kāi)始。幀還包括了源地址和目的地址，它可能是一個(gè)普通地址、組地址或廣播地址。

退避算法: