網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

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)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標準相類似。包括：

標準的以太網(wǎng)(10Mbit/s)

快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)

萬兆(10Gbit/s)以太網(wǎng)。

它們都符合IEEE802.3。以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)什么是網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)？在計算機網(wǎng)絡(luò)中，我們把計算機、終端、通信處理機等設(shè)備抽象成點，把連接這些設(shè)備的通信線路抽象成線，并將由這些點和線所構(gòu)成的拓撲稱為網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。什么是拓撲？拓撲就是把實體抽象成與其大小、形狀無關(guān)的“點”，而把連接實體的線路抽象成“線”，進而以圖的形式來表示這些點與線之間關(guān)系的方法，其目的在于研究這些點、線之間的相連關(guān)系。表示點和線之間關(guān)系的圖被稱為拓撲結(jié)構(gòu)圖。以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)總線型拓撲結(jié)構(gòu)特點：其中不需要插入任何其他的連接設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中任何一臺計算機發(fā)送的信號都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計算機接收。有時又稱這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為點對點拓樸結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：連接簡單、易于安裝、成本費用低缺點：①傳送數(shù)據(jù)的速度緩慢：共享一條電纜，只能有其中一臺計算機發(fā)送信息，其他接收。②維護困難：因為網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)斷點，整個網(wǎng)絡(luò)將癱瘓，而且故障點很難查找。以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)星型拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、便于維護和管理。缺點：通信線路專用，電纜成本高；中心結(jié)點是全網(wǎng)絡(luò)的可靠瓶頸，中心結(jié)點出現(xiàn)故障會導致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。以太網(wǎng)的工作原理當以太網(wǎng)中的一臺主機要傳輸數(shù)據(jù)時，它將按如下步驟進行：1、監(jiān)聽信道上是否有信號在傳輸。如果有的話，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑為止。2、若沒有監(jiān)聽到任何信號，就傳輸數(shù)據(jù)3、傳輸?shù)臅r候繼續(xù)監(jiān)聽，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機等待一段時間后，重新執(zhí)行步驟14、若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功，所有計算機在試圖再一次發(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運行）。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包報文格式

第3個字段是2字節(jié)的類型字段，用來標識上一層是什么協(xié)議(0x800：IP協(xié)議，0x0806：ARP協(xié)議等)。第4個字段是數(shù)據(jù)字段，長度在46-1500字節(jié)之間。最后一個字段是CRC檢驗字段，存放4字節(jié)的幀檢測序列FCS。校驗范圍是目的地址、源地址、類型、數(shù)據(jù)字段。

MAC幀長度最小為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碼元的正中間有一次電壓轉(zhuǎn)換（從高到低或從低到高）。當發(fā)送方把一個以太網(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報文格式（以太網(wǎng)）幀類型：兩個字節(jié)長的以太網(wǎng)幀類型表示后面數(shù)據(jù)的類型。對于ARP請求或應(yīng)答來說，該字段的值為0x0806

硬件類型：表示硬件地址的類型。它的值為1即表示以太網(wǎng)地址協(xié)議類型：表示要映射的協(xié)議地址類型。它的值為0x0800即表示IP地址。它的值與包含IP數(shù)據(jù)報的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中的類型字段的值相同硬件地址長度和協(xié)議地址長度：分別指硬件地址和協(xié)議地址的長度，以字節(jié)為單位。對于以太網(wǎng)上IP地址的ARP請求或應(yīng)答來說，它們的值分別為6和4。操作類型：1--ARP請求）、2--ARP應(yīng)答）、3-RARP請求）、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)幀報頭中和ARP請求數(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算機網(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.運輸層5.會話層6.表示層7.應(yīng)用層二層轉(zhuǎn)發(fā)流程02對于表中不包含的地址，通過廣播發(fā)送，也就是發(fā)送到所有端口。01提取數(shù)據(jù)報的源MAC地址，查詢MAC轉(zhuǎn)發(fā)表，如果找到就直接發(fā)送到對應(yīng)端口。03使用地址自動學習和老化機制（定時機制）來維護MAC轉(zhuǎn)發(fā)表的信息，二層轉(zhuǎn)發(fā)一般不會更改數(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，主要用來組建星型拓撲的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，集線器是一個集中點，通過眾多的端口將網(wǎng)絡(luò)中的計算機連接起來，使不同計算機能夠相互通信。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)，它將一個端口收到的信號轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有端口。同時，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，連接的計算機越多，網(wǎng)絡(luò)速度越慢。集線器（HUB）（2）集線器的分類

按通信特性分，集線器分為無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。因為這種集線器可以根椐網(wǎng)卡和網(wǎng)線所提供的帶寬而自動調(diào)整帶寬。

按端口個數(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

集線器通過其端口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。集線器主要有RJ-45接口和級聯(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)中的計算機，從而組建計算機網(wǎng)絡(luò)。

級聯(lián)口：級聯(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（Switch）

交換機也是目前使用較廣泛的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，同樣用來組建星型拓撲的網(wǎng)絡(luò)。從外觀上看，交換機與集線器幾乎一樣，其端口與連接方式和集線器幾乎也是一樣，但是，由于交換機采用了交換技術(shù)，其性能優(yōu)于集線器。交換機（Switch）（1）交換機的通信特性由于交換機采用交換技術(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100Mb/s交換機的每端口都是100Mb/s，互連的每臺計算機均以100Mb/s的速率通信，而不像集線器那樣平均分配帶寬，這使交換機能夠提供更佳的通信性能。交換機（Switch）（2）交換機的分類

按交換機所支持的速率和技術(shù)類型，可分為以太網(wǎng)交換機、千兆位以太網(wǎng)交換機、ATM交換機、FDDI交換機等。

按交換機的應(yīng)用場合，交換機可分為工作組級交換機、部門級交換機和企業(yè)級交換機三種類型。交換機（Switch）（2）交換機的分類工作組級交換機：是最常用的一種交換機，主要用于小型局域網(wǎng)的組建，如辦公室局域網(wǎng)、小型機房、家庭局域網(wǎng)等。這類交換機的端口一般為10/100Mb/s自適應(yīng)端口。部門級交換機：常用來作為擴充設(shè)備，當工作組級交換機不能滿足要求時可考慮使用部門級交換機。這類交換機只有較少的端口，但支持更多的MAC地址。端口傳輸速率一般為100Mb/s。企業(yè)級交換機：用于大型網(wǎng)絡(luò)，且一般作為網(wǎng)絡(luò)的骨干交換機。企業(yè)級交換機一般具有高速交換能力，并且能實現(xiàn)一些特殊功能。交換機（Switch）（3）交換機的連接像集線器一樣，交換機的接口也分為RJ-45接口和級聯(lián)口，其中RJ-45接口用于連接計算機，級聯(lián)口用于連接其他交換機或集線器。連接方式也與集線器相同。交換機（Switch）（4）交換機工作原理當交換機從某一節(jié)點收到一個以太網(wǎng)幀后，將立即在其內(nèi)存中的地址表（端口號－MAC地址）進行查找，以確認該目的MAC的網(wǎng)卡連接在哪一個接口上，然后將該幀轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的接口，如果在地址表中沒有找到該MAC地址，也就是說，該目的MAC地址是首次出現(xiàn)，交換機就將數(shù)據(jù)包廣播到所有節(jié)點。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，從而使交換機將其節(jié)點的“MAC地址”添加到MAC地址表中。01從OSI體系結(jié)構(gòu)來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。從工作方式來看，集線器采用一種“廣播”模式，因此很容易產(chǎn)生“廣播風暴”，當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時性能會受到很大的影響。而當交換機工作的時候，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，因此交換機能夠在一定程度上隔離沖突域和有效抑制“廣播風暴”的產(chǎn)生。0203從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當兩個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機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）與交換機的區(qū)別

單播1、單播的定義：主機之間“一對一”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)中的交換機和路由器對數(shù)據(jù)只進行轉(zhuǎn)發(fā)不進行復制。如果10個客戶機需要相同的數(shù)據(jù)，則服務(wù)器需要逐一傳送，重復10次相同的工作。但由于其能夠針對每個客戶的及時響應(yīng)，所以現(xiàn)在的網(wǎng)頁瀏覽全部都是采用IP單播協(xié)議。

單播2、單播的優(yōu)點：

1）服務(wù)器及時響應(yīng)客戶機的請求

2）服務(wù)器針對每個客戶不通的請求發(fā)送不通

的數(shù)據(jù)，容易實現(xiàn)個性化服務(wù)。

單播3、單播的缺點：

1）服務(wù)器針對每個客戶機發(fā)送數(shù)據(jù)流，服務(wù)器流量＝客戶機數(shù)量×客戶機流量；在客戶數(shù)量大、每個客戶機流量大的流媒體應(yīng)用中服務(wù)器不堪重負。

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于其所有用戶帶寬之和的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。

組播1）什么是組播？組播是一種數(shù)據(jù)包傳輸方式，當有多臺主機同時成為一個數(shù)據(jù)包的接受者時，出于對帶寬和CPU負擔的考慮，組播成為了一種最佳選擇。

組播2、組播的優(yōu)點：

1)組播可以增強報文發(fā)送效率，控制網(wǎng)絡(luò)流量，

減少服務(wù)器和CPU負載；

2)組播可以優(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，當接收者數(shù)量發(fā)

生變化時，網(wǎng)絡(luò)流量的波動很平穩(wěn)。

組播3、組播的定義：

1)與單播協(xié)議相比沒有糾錯機制，發(fā)生丟包錯

包后難以彌補，但可以通過一定的容錯機制

和QOS加以彌補。

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

認證、QOS等方面還需要完善，這些缺點在

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)當中。

廣播1）什么是廣播？主機之間“一對所有”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)對其中每一臺主機發(fā)出的信號都進行無條件復制并轉(zhuǎn)發(fā)，所有主機都可以接收到所有信息。

廣播2）廣播的優(yōu)點：

1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡單，維護簡單，布網(wǎng)成本低廉

2）由于服務(wù)器不用向每個客戶機單獨發(fā)送數(shù)據(jù)，所以服務(wù)器流量負載極低。

廣播3）廣播的缺點？

1）無法針對每個客戶的要求和時間及時提供個性化服務(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，或稱為MAC位址、硬件位址，用來定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置。在OSI模型中，第三層網(wǎng)絡(luò)層負責IP地址，第二層資料鏈結(jié)層則負責MAC位址。因此一個主機會有一個IP地址，而每個網(wǎng)絡(luò)位置會有一個專屬于它的MAC位址。幀間間隔的概念:MAC子層的標準還規(guī)定了幀間最小的間隔是9.6us,相當于96bit（=12字節(jié)）的發(fā)送時間,就是說一個主機在檢測到總路線開始空閑后,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)幀的主機的接收緩存來得及清理,做好接收下一幀的準

IEEE802.3標準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標準的幀結(jié)構(gòu)如圖所示。每幀以7個字節(jié)的前導字段開頭，每個字節(jié)的內(nèi)容為10101010。該字段經(jīng)過曼徹斯特編碼會產(chǎn)生10MHZ、持續(xù)5.6us的方波，從而使接收方與發(fā)送方的時鐘同步。隨后是幀起始定界符，它是一個10101011序列，表示幀本身的開始。幀還包括了源地址和目的地址，它可能是一個普通地址、組地址或廣播地址。

退避算法: