Day23 课堂笔记

1. Linux 网络基本概念和硬件设备

1.1 网络的概念

1 什么是网络？

计算机网络是通信线路和通信设备将分布在不同地点的多台计算机系统互相连接起来，按照共同的网络协议没共享硬件、软件资源最终实现资源共享的系统。

2 什么是网络协议？

网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立规则、标准或约定的集合。例如

TCP/IP 协议 IPS/SPX 协议等。

网络上的计算机之间是如何交换信息的呢？
在网络上各台计算机之间有一种语言，这种语言就是网络协议，不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。

3 网络协议是由三个要素组成

1. 语义 语义表示要做什么 解释控制信息每个部分的意义。
2. 语法 语法表示要怎么做 用户数据与控制信息的结构与格式
3. 时序 时序表示做的顺序 对事件发生顺序的详细说明

1.2 网络能做什么

1 资源共享

网络的主要功能就是实现资源共享。共享的资源包括软件资源、硬 件资源以及存储在公共数据库中的各类的数据资源。连接到网络中的用户 能够部门或全部的共享这些资源，使网络中的资源能够互通有无、分工协作、从而大大提高系统资源的利用率。

2 快速传输信息

分布在不同地区的计算机系统，可以通过网络及时、高效地传递各种信息，交换数据，发送电子邮件，使人们之间的联系更加紧密。

3 提高系统可靠性

在网络中，由于计算机之间是有互相协助、互相备份关系，以及在 网络中采用一些备份和一些负载调度、数据容错等技术，使得网络中某一 个部分出现故障时，网络中其他部分可以自动接替其任务。因为跟单机系统相比，计算机网络具有较高的可靠性。

4 易于进行分布式处理

在网络中，还可以将一个比较大的问题或任务分解为若干个子问题任务，分散到网络中不同的计算机进行处理计算。

5 综合信息服务

在网络中，提供综合信息服务。

1.3 网络分类

1 按覆盖的范围分

• 局域网 LAN 作用的范围一般为几米~几十公里
• 城域网 MAN 界于局域网和广域网之间。
• 广域网 WAN 作用范围几十到上千公里(全球通)

2 按拓扑结构分类

• 总线型
• 环型
• 星型
• 网状

3 按信息的交换方式来分

• 电路交换
• 报文交换
• 报文分组交换

1.4 网络中用到的硬件设备

1 网卡

网卡的主要功能
1、数据封装与解封
2、链路管理
3、编码译码(曼彻斯特)

曼彻斯特编码
曼彻斯特编码（Manchester Encoding），也叫做相位编码（ Phase Encode，简写 PE），是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。它在以太网媒介系统中的应用属于数据通信中的两种位同步方法里的自同步法（另一种是外同步法），即接收方利用包含有同步信号的特殊编码从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，达到同步目的。
曼彻斯特编码，常用于局域网传输。曼彻斯特编码将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的 1/2。

2 交换机

交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口 成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该 MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分 数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

3 路由器

路由器（Router），是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。 路由器是互联网络的枢纽，"交通警察"。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。
路由器（Router）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。

2 Linux 网络运维中设备通讯原理

2.1 什么是网络传输

是指用一系列的线路（光纤，双绞线等）经过电路的调整变化依据网络传输协议来进行通信的过程。其中网络传输需要介质，也就是网络中发送方与接 收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介。网络协议即网络中（包括互联网）传递、管理信息的一些规范。
如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互 通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。网络协议通常被分为几个层次，通信双方只有在共同的层次间才能相互联系。

2.2 传输介质

传输介质又称传输媒体，分为导向传输介质和非导向传输介质。

导向传输介质

金属导体和光纤导体

1 双绞线(网线)

将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。

市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类、6类五种：

• 3 类：传输速率支持10Mbps，外层保护胶皮较薄，皮上注有“cat3”
• 4 类：网络中不常用
• 5 类（超 5类）：传输速率支持100Mbps或10Mbps，外层保护胶皮较
  厚，皮上注有“cat5”
  超 5 类双绞线在传送信号时比普通5类双绞线的衰减更小，抗干扰能力更
  强，在100M网络中，受干扰程度只有普通5类线的1/4，在较长传输距离时，表现出很好的性能。
• 6 类：一般在千兆网络中使用。

STP分为3类和5类两种，STP 的内部与UTP相同，外包铝箔，抗干扰能力强、传输速率高但价格昂贵。

双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头(水晶头)，连接网卡与集线器，最大网线长度为100米，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装 4个中继器，如安装4个中继器连5个网段，最大传输范围可达 500 米。

2 同轴电缆

3 光纤

是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。

分为单模光纤和多模光纤：

• 单模光纤：由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2千米以上。
• 多模光纤：由二极管发光，低速短距离，2千米以内。

非导向传输介质(仅做了解)

有短波、微波、蓝牙、卫星和光波等无线电波。

2.3 网络传输单位

网络传输的单位是MBPS，它表示的是一秒传输的信号的频率，但是这频率不是我们平常说得byte(简称B)，B 表示的是文件的占据的空间，是大小的意思。

• 1TB=1024GB=1,048,576MB=107,374,1824KB=1,099,511,627,776B(byte)。
• 1GB=1024MB=1,048,576KB=107,374,1824B。
• 1MB=1024KB=1,048,576B。
• 1KB=1024B
• 1byte=8 bit

在日常网络传输中大致1mbps=1秒125KB（1/8 换算）文件传输速度，也就是我们所说的1 兆网络带宽可下载只有128KB 每秒的原因。

3 Linux 网络计算机网络协议

3.1 OSI (Open System Interconnection) 七层协议

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应用层

与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序就需要实现OSI的第7层。示例：TELNET，HTTP，FTP，NFS，SMTP 等。

表示层

这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP 允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII 后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。

会话层

它定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。

传输层

这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。

网络层

这层对端到端的包传输进行定义，它定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。

数据链路层

它定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。

物理层

OSI 的物理层规范是有关传输介质的特性，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：RJ45，802.3等

3.2 计算机网络协议 TCP/IP 协议

4 Linux 网络运维网络传输协议

4.1 常见网络传输协议

• ARP 地址解析协议 Address Resolution Protocol
• DHCP 动态主机配置协议 Dynamic Host Configuration Protocol
• DNS 域名服务 Domain Name Server
• FTP 文件传输协议 File Transfer Protocol 21 端口
• HTTP 超文本传输协议 80 端口
• HTTPS 安全超级文本传输协议 443 端口
• IMAP 交互式邮件存储协议Internet Mail Access Protocol
• IP 互联网协议Internet Protocol
• NTP Network Time Protocol
• POP 邮局协议 Post Office Protocol
• SMTP 简单邮件传输协议 Simple Mail Transport Protocol
• TCP 传输控制协议 Transmission Control Protocol
• UDP 用户数据包协议 User Datagram Protocol
• Telnet 远程终端协议 remote terminal protocol 23 端口