网络基础知识

网络基础知识

kevin什么是以太网(Ethernet)？指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似。包括：

标准的以太网(10Mbit/s)

快速以太网(100Mbit/s)

万兆(10Gbit/s)以太网。

它们都符合IEEE802.3。以太网的拓扑结构什么是网络拓扑结构？在计算机网络中，我们把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。什么是拓扑？拓扑就是把实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，而把连接实体的线路抽象成“线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的相连关系。表示点和线之间关系的图被称为拓扑结构图。以太网的拓扑结构总线型拓扑结构特点：其中不需要插入任何其他的连接设备。网络中任何一台计算机发送的信号都沿一条共同的总线传播，而且能被其他所有计算机接收。有时又称这种网络结构为点对点拓朴结构。优点：连接简单、易于安装、成本费用低缺点：①传送数据的速度缓慢：共享一条电缆，只能有其中一台计算机发送信息，其他接收。②维护困难：因为网络一旦出现断点，整个网络将瘫痪，而且故障点很难查找。以太网的拓扑结构星型拓扑结构优点：结构简单、便于维护和管理。缺点：通信线路专用，电缆成本高；中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。以太网的工作原理当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：1、监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。2、若没有监听到任何信号，就传输数据3、传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤14、若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。以太网数据包报文格式

第3个字段是2字节的类型字段，用来标识上一层是什么协议(0x800：IP协议，0x0806：ARP协议等)。第4个字段是数据字段，长度在46-1500字节之间。最后一个字段是CRC检验字段，存放4字节的帧检测序列FCS。校验范围是目的地址、源地址、类型、数据字段。

MAC帧长度最小为64字节，数据字段最小为46字节，如果不够，则自动加0填充。

MAC帧格式中，以太网帧使用的曼切斯特编码，在曼切斯特编码的每一个码元的正中间有一次电压转换（从高到低或从低到高）。当发送方把一个以太网帧发送完毕后，就不再发送其他码元了，网络适配器接口上电压也就不再变化，这样接收方就很容易找到以太网的结束位置。ARP报文格式（以太网）帧类型：两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0x0806

硬件类型：表示硬件地址的类型。它的值为1即表示以太网地址协议类型：表示要映射的协议地址类型。它的值为0x0800即表示IP地址。它的值与包含IP数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同硬件地址长度和协议地址长度：分别指硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4。操作类型：1--ARP请求）、2--ARP应答）、3-RARP请求）、4--RARP应答发送端的硬件地址：在本例中是以太网地址发送端的协议地址：IP地址ps：在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。二层转发原理二层转发基础这里的二层指的是计算机网络七层模型中的二层，从第一层到第7层分别是：1.物理层2.数据链路层3.网络层4.运输层5.会话层6.表示层7.应用层二层转发流程02对于表中不包含的地址，通过广播发送，也就是发送到所有端口。01提取数据报的源MAC地址，查询MAC转发表，如果找到就直接发送到对应端口。03使用地址自动学习和老化机制（定时机制）来维护MAC转发表的信息，二层转发一般不会更改数据包内容。

集线器是目前使用较广泛的网络设备之一，主要用来组建星型拓扑的网络。在网络中，集线器是一个集中点，通过众多的端口将网络中的计算机连接起来，使不同计算机能够相互通信。集线器（HUB）（1）集线器的通信特性集线器的基本功能是信息分发，它将一个端口收到的信号转发给其他所有端口。同时，集线器的所有端口共享集线器的带宽。即用集线器组网时，连接的计算机越多，网络速度越慢。集线器（HUB）（2）集线器的分类

按通信特性分，集线器分为无源集线器和有源集线器。

按带宽分，集线器分为10Mb/s、10/100Mb/s、100Mb/s集线器。我们通常选择10/100Mb/s自适应的集线器。因为这种集线器可以根椐网卡和网线所提供的带宽而自动调整带宽。

按端口个数分，集线器分为5口、8口、16口、24口等。集线器（HUB）（3）集线器的连接

集线器通过其端口实现网络连接。集线器主要有RJ-45接口和级联口两种接口。

RJ-45接接口：集线器的大部分接口属于这种接口，主要用于连接网络中的计算机，从而组建计算机网络。

级联口：级联口主要用于连接其他集线器或网络设备。集线器（HUB）交换机（Switch）

交换机也是目前使用较广泛的网络设备之一，同样用来组建星型拓扑的网络。从外观上看，交换机与集线器几乎一样，其端口与连接方式和集线器几乎也是一样，但是，由于交换机采用了交换技术，其性能优于集线器。交换机（Switch）（1）交换机的通信特性由于交换机采用交换技术，使其可以并行通信而不像集线器那样平均分配带宽。如一台100Mb/s交换机的每端口都是100Mb/s，互连的每台计算机均以100Mb/s的速率通信，而不像集线器那样平均分配带宽，这使交换机能够提供更佳的通信性能。交换机（Switch）（2）交换机的分类

按交换机所支持的速率和技术类型，可分为以太网交换机、千兆位以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机等。

按交换机的应用场合，交换机可分为工作组级交换机、部门级交换机和企业级交换机三种类型。交换机（Switch）（2）交换机的分类工作组级交换机：是最常用的一种交换机，主要用于小型局域网的组建，如办公室局域网、小型机房、家庭局域网等。这类交换机的端口一般为10/100Mb/s自适应端口。部门级交换机：常用来作为扩充设备，当工作组级交换机不能满足要求时可考虑使用部门级交换机。这类交换机只有较少的端口，但支持更多的MAC地址。端口传输速率一般为100Mb/s。企业级交换机：用于大型网络，且一般作为网络的骨干交换机。企业级交换机一般具有高速交换能力，并且能实现一些特殊功能。交换机（Switch）（3）交换机的连接像集线器一样，交换机的接口也分为RJ-45接口和级联口，其中RJ-45接口用于连接计算机，级联口用于连接其他交换机或集线器。连接方式也与集线器相同。交换机（Switch）（4）交换机工作原理当交换机从某一节点收到一个以太网帧后，将立即在其内存中的地址表（端口号－MAC地址）进行查找，以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个接口上，然后将该帧转发至相应的接口，如果在地址表中没有找到该MAC地址，也就是说，该目的MAC地址是首次出现，交换机就将数据包广播到所有节点。拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后，将立即做出应答，从而使交换机将其节点的“MAC地址”添加到MAC地址表中。01从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。从工作方式来看，集线器采用一种“广播”模式，因此很容易产生“广播风暴”，当网络规模较大时性能会受到很大的影响。而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机能够在一定程度上隔离冲突域和有效抑制“广播风暴”的产生。0203从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模式下；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下。集线器（hub）与交换机的区别

单播1、单播的定义：主机之间“一对一”的通讯模式，网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果10个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复10次相同的工作。但由于其能够针对每个客户的及时响应，所以现在的网页浏览全部都是采用IP单播协议。

单播2、单播的优点：

1）服务器及时响应客户机的请求

2）服务器针对每个客户不通的请求发送不通

的数据，容易实现个性化服务。

单播3、单播的缺点：

1）服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量＝客户机数量×客户机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。

2）现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5％。如果全部使用单播协议，将造成网络主干不堪重负。

组播1）什么是组播？组播是一种数据包传输方式，当有多台主机同时成为一个数据包的接受者时，出于对带宽和CPU负担的考虑，组播成为了一种最佳选择。

组播2、组播的优点：

1)组播可以增强报文发送效率，控制网络流量，

减少服务器和CPU负载；

2)组播可以优化网络性能，消除流量冗余；

3)组播可以适应分布式应用，当接收者数量发

生变化时，网络流量的波动很平稳。

组播3、组播的定义：

1)与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错

包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制

和QOS加以弥补。

2)现行网络虽然都支持组播的传输，但在客户

认证、QOS等方面还需要完善，这些缺点在

理论上都有成熟的解决方案，只是需要逐步

推广应用到现存网络当中。

广播1）什么是广播？主机之间“一对所有”的通讯模式，网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发，所有主机都可以接收到所有信息。

广播2）广播的优点：

1）网络设备简单，维护简单，布网成本低廉

2）由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，所以服务器流量负载极低。

广播3）广播的缺点？

1）无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。

2）网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽＝服务总带宽。

3）广播禁止在Internet宽带网上传输。

MAC(MediaAccessControl)地址，或称为MAC位址、硬件位址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层资料链结层则负责MAC位址。因此一个主机会有一个IP地址，而每个网络位置会有一个专属于它的MAC位址。帧间间隔的概念:MAC子层的标准还规定了帧间最小的间隔是9.6us,相当于96bit（=12字节）的发送时间,就是说一个主机在检测到总路线开始空闲后,还要等待9.6us才能发送数据.这样做是为了使刚刚收到的数据帧的主机的接收缓存来得及清理,做好接收下一帧的准

IEEE802.3标准描述了在多种媒体上的从1MB/S-10MB/S局域网解决方案。IEEE802.3标准的帧结构如图所示。每帧以7个字节的前导字段开头，每个字节的内容为10101010。该字段经过曼彻斯特编码会产生10MHZ、持续5.6us的方波，从而使接收方与发送方的时钟同步。随后是帧起始定界符，它是一个10101011序列，表示帧本身的开始。帧还包括了源地址和目的地址，它可能是一个普通地址、组地址或广播地址。

退避算法: