(0基础学Linux系列)2.14 计算机网络基础

(0基础学Linux系列)2.14 计算机网络基础

1.1 什么是网络？

网络是由多台计算机（或手机等）通过网络设备（交换机以及路由器）及网线（或无线）连接起来，按照一定的规范规则彼此进行通信的系统总称

1.2 为什么要有网络？

网络出现的最核心需求就是 解决不同设备之间的通讯、数据传输

1.3 按作用范围对网络分类

网络按作用范围分为:局域网 (LAN,Local Area Network)

办公网络

城域网 (MAN,Metropolitan Area Network)

如果一个网络的覆盖面积达到了一个城市，就可以称为城域网。

广域网 (WAN,Wide Area Network）

如果覆盖面积达到了全国或者全球，就称为广域网，全球最大广域网就是Internet互联网。

1.4 OSI 七层网络模型

1.5 网络设备知识

1.5.1 网络传输介质及传输信号

传输信号常见的有办公网【双绞线】、广域网传输【光纤线】，以及近距离无线信号（蓝牙或wifi）

当用双绞线介质传输电信号时，利用【高低电压的变化做为电信号进行传输】。电磁信号传输时，传出一个【高电压就可以表示为1】，传出如果是一个【低电压可以表示为0】，通过01信号的组合来表述网络设备间通讯的信息。

1.5.2 网卡设备

双绞线等介质本身不具有信号发送和接收功能，其主要作用只是负责传递信号信息，【真正实现信号的发送和接收的设备称为网卡】

而网卡设备实质就是能够每秒钟【调制出或者接收到的信号个数】

常见网卡设备为100M、1000M，这表示在一秒内可以调制或接收的信号个数。

如100M表示表示100Mbps=per second可以传递信号的个数，其中M表示一个数值单位，b表示bit（即1bit表示上面提到的1或0），具体换算公式如下所示:

大家常说的单位是MB是M字节，即B=byte，字节与比特的换算公式如下:

1B=8*bit，bit=1/8Byte；

因此【实际网速】=运营商承诺带宽/8；假设运营商提供了4M带宽线路，4M带宽的实际网速：

4096Kbps/8≈512KBps。

1.5.3 MAC地址

就是网卡设备的地址，网卡设备的全球唯一地址。

每台网卡设备都有一个唯一的网络标识

MAC地址是48位的（6个字节），通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如08:00:20:0A:8C:6D就是一个MAC地址。

其前3字节表示OUI（Organizationally Unique Identifier），是IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分不同厂家。

后3字节由厂家自行分配，称为扩展标识符，必须保证生产出的网卡MAC地址是唯一的地址。

MAC地址：E8:6A:64:72:FC:89

1）MAC地址有什么用?

局域网计算机设备（网卡设备）的唯一地址，计算机通信是靠MAC地址的。

网卡配置的是IP地址，找到MAC地址，然后进行通信。

通过IP地址找到MAC地址的过程叫arp协议。

2）MAC地址与IP地址区别

IP地址和MAC地址相同点是它们【都是唯一的】，不同的特点主要有：

MAC是网卡设备的唯一地址，出厂前即设置好了IP地址是计算机的唯一地址，随时可以给网卡配置 长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位 IP地址应用于OSI层次中的网络层MAC地址应用在OSI【数据链路层】 数据链路层协议可以通过MAC地址使数据从一个节点传递到相同链路的另一个节点上 而网络层协议使数据可以从一个网络传递到另一个网络上 (ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点传送，从而最终到达目的网络）

1.5.4 中继器（RP repeater）

中继器（RP repeater）是连接网络线路的设备，用于两个网络节点之间物理信号放大和双向转发工作。

主要功能是通过对衰减的数据信号进行放大再转发，来扩大网络传输的距离。

工作在OSI模型的物理层，主要用于扩展连接相同局域网网段的长度。

1.5.6 HUB(集线器)

由于网络规模的壮大，需要更多的计算机连接到网络中来，因此出现了HUB（集线器）

集线器（HUB）工作在【物理层】，是中继器的一种形式，是一种集中连接缆线的网络组件，可以认为集线器是一个【多端口的中继器】，集线器能够提供多端口服务，主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上

HUB 并不记忆报文是由哪个MAC地址发出以及哪个MAC地址在Hub的哪个端口

HUB 的特点：

共享带宽 半双工工作模式

1.5.7 CSMA/CD技术负责线路仲裁

（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多路访问/冲突检测机制），凡是采取这样方式网络都可称为以太网。

在总线型网络中，总线的传输距离是有限的，所以根据 CSMA/CD 技术原理，一定距离内连接的主机越多，冲突的可能性就越大，有效传输信号时间随之越少，而这样一个冲突范围就称为【冲突域】，因此在总线型网络中，所有总线上的接口都在一个冲突域中。

在总线型网络中冲突域是在所难免的，早期唯一能做的解决办法就是将一个大的冲突域拆分为若干个小的冲突域，每个小的冲突域内部仍旧遵循 CSMA/CD 原理进行通讯；

但是多个拆分后的冲突域网络之间就不能用铜轴线进行连接了，因为还是会产生电信号进行广播，因此需要用隔离设备进行关联多个冲突域；

而隔离设备具有一定的智能性，当一个冲突域网络内部发送数据，并不跨冲突域进行传递。只有不同冲突域之间需要进行通讯时，才通过隔离设备传输到其它冲突域网络环境中；

进行划分不同冲突域网络之间的隔离设备称之为网桥，负责连接两个不同的冲突域网络，也是网络人员常说的桥接。

CSMA/CD 的工作原理可以用以下几句话来概括：先听后说，边听边说。一旦冲突，立即停说。等待时机，然后再说。

这里的"听"即监听、检测之意；"说"即发送数据之意。具体的检测原理描述如下：

当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即侦听信道是否空闲。 如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道空闲，站点就准备好要发送的数据。 在发送数据的同时，站点继续侦听网络，确信没有其他站点在同时传输数据才继续传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。若无冲突则继续发送，直到发完全部数据。 若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突的JAM（阻塞）信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。

CSMA/CD控制方式的优点是：

原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。

但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。

1.5.8 网桥（Bridge）

网桥（Bridge）也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储/转发设备，根据MAC地址表对数据帧进行转发，可隔离碰撞域进行划分不同【冲突域】网络之间的隔离设备称之为网桥，负责连接两个不同的冲突域网络，也是网络人员常说的桥接。

网桥将网络的多个网段在数据链路层连接起来，并对网络数据帧进行管理。

1.5.9 路由器（router）

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。路由器知识中会涉及到很多路由协议。

例如：【OSPF路由协议】，【RIP路由协议】，【BGP路由协议】，以及【静态路由（route）】

路由器的使用地点：

广域网、公网互联需要路由器， 局域网出口需要路由器， 链接不同的网段需要路由器。 路由器不转发私网地址。

路由器作用特点：

路由协议的转发（路由选路），工作在网络层。 数据转发，路由表中到达目标最好的路径。 维护和检查路由信息（内部维护一个路由表）（相当于一个地图）。 路由器会作为企业上网的网关，一般会在网络出口的位置摆放一台路由器 广域网链路支持（FR ATM MSTP SDH）

路由器的实质是：

隔离广播域， 使两个广播域之间信息互通，也就是使两个不同的网段之间互相连通

1.6 ARP协议的工作原理

首先，每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系。 当源主机要发送数据时，首先检查ARP列表中是否有对应IP地址的目的主机的MAC地址，如果有，则直接发送数据。 如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP广播包，该数据包内容有： 源主机IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP 地址 当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是则忽略该数据包 如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中 如果已经存在则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己的MAC地址 源主机收到单播ARP响应包后。将目的主机的IP和MAC地址写入ARP列表，并利用此信息发送最终数据 如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示此次ARP查询失败，或把数据包发送网关处理 广播发送ARP请求，单播回复ARP响应 通过IP地址，找到MAC过程，arp协议

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