计算机网络和配置管理

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网络协议和管理配置

内容概述

• 网络概念 OSI模型 网络设备 TCP/IP IP地址规划 配置网络 多网卡绑定 网桥 网络测试工具 Ubuntu网络配置

《一》网络基础

1 网络基础

要掌握这些相关知识需要的是理解记忆，就是以网络体系结构框架展开对协议、网络设备、典型网络的融入。

1.1 网络概念

网络包含计算机网络，网络除开计算机网络也包括交通网络、铁路网络、人体内神经系统网络等。
计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统，也就是一组计算机或网络设备通过有形的线缆或无形的媒介如无线，连接起来，按照一定的规则（协议），进行通信的集合。也就是说计算机网络由硬件、软件、协议组成。

计算机或网络设备通过有形的线缆或无形的媒介如无线，连接起来，连接方式也就是常说网络拓扑，只是搭建起来计算机网络的架子，还不能通信，需要在计算机或者网络设备上安装软件，软件实现了资源共享和信息传递。

网络功能和优点

• 数据通信
• 资源共享(硬件、软件、数据)
• 分布式处理(多台计算机各自承担同一任务的一部分，例如Hadoop平台)
• 提高可靠性（宕机了去连接到替代机继续工作任务）
• 负载均衡（LVS负载均衡）
• 网络存储（阿里网盘）

作用范围分类

• 广域网WAN（WAN， Wide Area Network）–>交换技术
• 城域网MAN (MAN, Metropolitan Area Network)
• 局域网LAN (LAN ，Local Area Network) -->广播技术
• 个人区域网PAN ( PAN, Personal Area Network) -->IrDA技术

1.2 常见的网络物理组件&应用程序

1.2.1 常见的网络物理组件

常见的网络物理组件有路由器、交换机

1.2.2 常见的网络应用程序

常见应用程序
应用类型 ：典型软件
Web ：浏览器 Chrome、IE、Firefox等
即时消息：IM QQ、微信、钉钉等
短视频 ：抖音，快手等
电子邮件 ：Outlook、foxmail 等
协作： 视频会议、VNC、Netmeeting、WebEx等
web网络服务： apache、nginx、IIS
文件网络服务： ftp 、nfs、samba
数据库服务： MySQL、MariaDB、MongoDB
中间件服务： Tomcat、JBoss
安全服务： Netfilter
… …
应用程序对网络的要求
不同类型的应用程序对网络的要求有区别，例如：
批处理程序 -->迅雷下载 -->无需直接人工交互 -->带宽很重要，但并非关键性因素
交互式程序–> 电商网站–> 人机交互–> 等待页面结果，响应时间影响用户体验
实时程序 -->视频聊天，直播–> 人与人的交互–> 端到端的延时至关重要

1.3 网络性能指标&拓扑

1.3.1 网络性能指标

速率 带宽 吞吐量 时延 时延带宽积 往返时间RTT 利用率
速率
速率即数据率或称数据传输率或比特率。
比特：计算机发出的信号都是以0或1的数字形式发送的，这里的0或1就是比特，单位bit，简写b，叫做位，是计算机中数据量的一个衡量单位；
那么连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，速率单位有b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s

速率换算是10的3次方，存储容量换算是1024(2的10次方)

带宽
"带宽"原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹(Hz)
计算机网络中，带宽是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高速率”。单位是“比特每秒”，b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s,是用来表示网络的通信线路传送数据的能力。

带宽指的是主机(或网络设备如交换机)在链路入口所能发送比特的最高速率，而不是信道中的传输速率，也不是接收端接口的最高速率。在链路中是以电磁波方式传输，电磁波是信号的载体

带宽也表示网络设备所支持的最高速度（假如一个交换机的接口是100M，那么这个交换机的极限传输速率是100Mb/s,在通信过程中1s内这个交换机最多向信道[链路上面]传输100Mb）

带宽与宽带的区别：宽带是一种名词,指的是各个运营商的一项业务；带宽指的是网速，用来描述网络或线路理论上传输数据的最高速率。

吞吐量
表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s。
带宽是理想状态的最高速率，吞吐量是接收所有信道实际速率的和

时延
指数据(报文、分组、比特流)从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位s。

时延带宽积
时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度，描述的是某段链路现在有多少比特的容量。

往返时延RTT
从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认，总共经历的时延（包括往返传播时延=传播时延*2和末端处理时间）。



利用率
利用率分为信道利用率和网络利用率
信道利用率：有数据通过时间与总数据(有数据+无数据)通过时间的比值
网络利用率：信道利用率加权平均值

1.3.2 网络拓扑

拓扑结构一般是指由点和线排列成的几何图形
计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和计算机结点相互连接构成的几何图形
拓扑分类：物理拓扑、逻辑拓扑
物理拓扑
物理拓扑描述了物理设备的布线方式。
网络的物理拓扑指的是设备和电缆的物理布局。必须选择与需要安装的电缆类型匹配的恰当的物理拓
扑。
逻辑拓扑
逻辑拓扑描述了信息在网络中流动的方式。
网络的逻辑拓扑表示信号从网络一个点传输到另一个点的逻辑路径。也就是说，数据访问网络介质，并
通过网络介质传输数据包的方式。
拓扑结构类型：总线拓扑、环形拓扑、星形拓扑和扩展星型拓扑、网状和部分网状拓扑


各拓扑结构的特点
总线拓扑
总线拓扑通常也称为线性总线，总线拓扑中的所有设备均由一条电缆进行连接。
在总线拓扑中，一条线缆从一台设备延伸到另一设备，类似于城市中的公交线路。主线缆段的末端必须
采用终结端，当信号到达线路或线缆末端时，终结端将吸收信号。如果不具备终结端，表示数据的电子
信号将在线缆末端弹回，导致网络出错。
环形拓扑
在这种拓扑结构中，网络上的所有设备都以环的形式连接。环形拓扑不需要终止的开始端或结束端。数
据的传输方式不同于总线拓扑。其中一种实施形式为：“令牌”沿环移动，并在每台设备处停止。如果一
台设备希望传输数据，则会在令牌中添加数据和目标地址。随后，令牌继续沿环移动，直至最终找到目
标设备，目标设备将从令牌中获取数据。这类方法的优势在于，数据包不会发生冲突。环形拓扑分为两
种：单环和双环
单环拓扑
Magedu-M51
在单环拓扑中，网络上的所有设备共用一条线缆，数据单向传输。各设备等候轮到自己时再通过网络发
送数据。但是，单环拓扑可能存在单一故障点的问题，一个故障就可能导致整个环形拓扑停止工作。
双环拓扑
在双环拓扑中，两个环形允许双向传输数据。这种设置能提供冗余（容错能力）。也就是说，如果一个
环发生故障，数据仍可在另一个环上传输。
星形和扩展星形拓扑
星形拓扑是以太网LAN中最常见的物理拓扑。在星形网络扩展为包含连接主要网络设备的附加网络设备
时，即称其为扩展星形拓扑。
星形拓扑
星形拓扑将表现为车轮轮辐的形式。它包含一个中央连接点，该点是集线器、交换机或路由器等设备，
所有电缆段均汇集于这一点。网络上的所有设备均使用自己的电缆连接到中央设备。
扩展星形拓扑
扩展星形拓扑的一种常见部署方式就是分层设计，例如WAN、企业LAN或园区LAN。
纯粹的扩展星形拓扑的问题在于，如果中央节点发生故障，大部分网络就会被隔离。因此，大多数扩展
星形拓扑都采用一组独立连接设备之外的冗余连接，以避免在设备发生故障时造成隔离。
网状和部分网状拓扑
网状拓扑提供了星形拓扑中设备间的冗余。网络可以是完全网状的，也可以是部分网状的，具体取决于
所需冗余级别。这种类型的拓扑有助于提高网络的可用性和可靠性。但是，这会提高成本，也会制约可
扩展性。
全网状拓扑
全网状拓扑将所有设备（节点）彼此相连，以实现冗余和容错能力。其实施成本高、难度大。但这种拓
扑的容错能力最强，因为任何一条链路的故障都不会影响网络的连通性。
连通线路计算公式：n(n-1)/2。
部份网状拓扑
在这种拓扑中，只有重要节点的设备与其它设备具有直接一一相连的线路，对于其它设备的数据传输，
需要从其它节点中继，这种设计有一定的冗余和容错能力，也降低了全网状拓扑结构的成本和实施难
度。

1.4 网络标准和分层

1.4.1 网络标准

要实现不同厂商的硬件、软件之间的相互连通需要遵守统一的标准，这样才具有兼容性。RFC(Request For Comments)–因特网标准的形式，只要是因特网标准一定是RFC标准的形式。标准分为法定标准和事实标准，例如OSI法定标准，TCP/IP事实标准。国家标准化组织ISO（例如制定了OSI参考模型、HDLC协议），国际电信联盟ITU（制定通信规则），国际电气电子工程师协会IEEE（学术机构、IEEE802系列标准、5G），Internet工程任务组IETF（负责因特网相关标准的制定，如RFC）

1.4.2 网络分层

为什么要分层？
发送文件前要完成的工作：
（1）发起通信的计算机必须将数据通信链路激活。
（2）要告诉网络如何识别目的主机。
（3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
（4）发起通信的计算机要确认目的主机文件管理程序是否做好准备工作。
（5）确保差错和意外可以解决。
。。。。

可以看出通信是非常繁琐的一个大问题，所以需要将大问题拆分成多个小问题解决。
层次划分的必要性
计算机网络是由许多硬件、软件和协议交织起来的复杂系统。由于网络设计十分复杂，如何设计、组织
和实现计算机网络是一个挑战，必须要采用科学有效的方法。
层次划分的方法
网络的层应当具有相对独立的功能
梳理功能之间的关系，使一个功能可以为实现另一个功能提供必要的服务，从而形成系统的层次结
构
为提高系统的工作效率，相同或相近的功能仅在一个层次中实现，而且尽可能在较高的层次中实现
每一层只为相邻的上一层提供服务

实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
协议：为进行网络中的对等实体数据交互而建立的规则、标准或约定，对等实体协议一样，协议水平性，例如第5层协议就不能在第3层使用；协议包含三部分语法、语义、同步（语法规定传输数据的格式、语义规定要完成的功能、同步规定各操作的顺序）。
接口：即访问服务点SAP，上层使用下层服务的接口。
服务：下层为相邻上层提供的功能调用，并且具有不可逆的特点（服务是单向的，只有下层为相邻的上层服务，没有上层为下层服务一说，上层是使用下层服务的）。

SDU：服务数据单元，为完成用户所要求的功能而应传送的数据
PCI：协议控制信息，控制协议操作信息
PDU：协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位
上一层的PCI+SDU=PDU构成下一层的SDU。
PDU: Protocol Data Unit,协议数据单元是指对等层次之间传递的数据单位
发送方和接收方各层之间的PDU
发送方: 数据单元PDU: 接收方
应用层: 报文 message :应用层
表示层 :报文 message :表示层
会话层: 报文 message: 会话层
传输层: 数据段 segment : 传输层
网络层 :数据包 packet: 网络层
数据链路层: 数据帧 frame: 数据链路层
物理层 :数据位 bit: 物理层
综上：
1）网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
2）计算机网络体系结构简称分层结构。
3）每层遵循某些网络协议以完成本层功能。
4）计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
5）第n层在向n+1层提供服务时候，这个包含第n层本身还包含有第n层各个下层服务提供的功能。
6）仅仅相邻间有接口，并且提供服务的具体实现细节上对上一层完成屏蔽。
7）体系结构是抽象的，具体实现靠的是硬件和软件。

层次划分的优点
各层之间相互独立，每一层只实现一种相对独立的功能，使问题复杂程度降低
灵活性好，各层内部的操作不会影响其他层
结构上可分割开，各层之间都可以采用最合适的技术来实现
易于实现和维护，因为整个系统已被分解成相对独立的子系统
能促进标准化工作，因为每一层的功能及其提供的服务都有了精确的说明

1.4.3 计算机网络分层结构

计算机网络分层结构法定标准是7层OSI参考模型，事实标准是4层TCP/IP参考模型，学习标准是5层TCP/IP参考模型。

1.4.3.1 OSI 模型的七层结构

在制定计算机网络标准方面，起着重大作用的两大国际组织是：国际电信联盟电信标准化部门，与国际
标准化组织（ISO International Organization for Standardization），虽然它们工作领域不同，但随着
科学技术的发展，通信与信息处理之间的界限开始变得比较模糊，这也成了国际电信联盟电信标准化部
门和ISO共同关心的领域。1984年，ISO发布了著名的OSI(Open System Interconnection)标准，它定义
了网络互联的7层框架，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），即OSI开
放系统互连参考模型。但是！理论成功，市场失败。

第7层 应用层
应用层（Application Layer）提供为应用软件而设的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。例如:
HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3、MySQL协议等
应用层是所有能和用户交互产生网络流量的程序，用户与网络的界面，典型应用层服务文件传输、电子邮件、万维网。
第6层 表示层
表示层（Presentation Layer）把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式，主要协议JPEG、ASCII
表示层用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）。
功能一：数据格式变换；

功能二：数据加密和解密

功能三：数据压缩和恢复

第5层 会话层
会话层（Session Layer）负责在数据传输中设置和维护电脑网络中两台电脑之间的通信连接。主要协议ADSP、ASP
功能一：建立、管理、终止会话

功能二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。
第4层 传输层
传输层（Transport Layer）把传输表头（TH）加至数据以形成数据包。传输表头包含了所使用的协议
等发送信息。例如:传输控制协议（TCP）等。
传输层负责主机中两个进程的通信，而每个进程都有一个进程号（端口号），即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。
功能一：可靠传输（TCP）、不可靠传输(UDP)
可靠传输利用的是确认机制
功能二：差错控制
功能三：流量控制
发送端与接收端的接收数据速率和发送数据速率的匹配
功能四：复用分用
复用：多个应用层进程同时使用下面传输层的服务
分用：传输层将收到的信息分别交付给上面应用层对应的进程

第3层 网络层
网络层（Network Layer）决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成报文。
网络表头包含了网络数据。例如:互联网协议（IP）、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF等。
主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
功能一：路由选择（最佳路径）
功能二：流量控制
功能三：差错控制
功能四：拥塞控制
第2层 数据链接层
数据链路层（Data Link Layer）负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时，会形
成信息框（Data Frame）。数据链表头（DLH）是包含了物理地址和错误侦测及改错的方法。数据链表
尾（DLT）是一串指示数据包末端的字符串。例如以太网、无线局域网（Wi-Fi）和通用分组无线服务
（GPRS）等。分为两个子层：逻辑链路控制（logical link control，LLC）子层和介质访问控（Media
access control，MAC）子层。
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层的传输单位是帧。主要协议SDLC、HDLC、PPP、STP
功能一：成帧（定义帧的开始和结束）
功能二：差错控制（帧错+位错）
功能三：流量控制
功能四：访问（接入）控制（控制对信道的访问）

第1层 物理层
物理层（Physical Layer）在局部局域网上传送数据帧（Data Frame），它负责管理电脑通信设备和网
络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、主机接口卡等。
主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。主要协议Rj45、802.3、RS-232c、RS-449

功能一：定义接口特性（Rj45）
功能二：定义传输模式（单工、半双工、双工）
从通信双方交互的方式看有三种通讯方式
单工通信：只有一个方向的通信，而没有反方向的通信，只有一条信道
半双工通信：通信的双方都可以发送和接收信息，但是同一时间只能一方发送，例如对讲机，需要两条信道
全双工通信：通信的双方都可以发送和接收信息，同一时间双方都可以发送和接收信息，例如qq聊天，需要两条信道

查看双工和速度

[root@Rocky8 ~]# mii-tool ens160  #如果此命令不支持，则可以使用 ethtool 命令
SIOCGMIIPHY on 'ens160' failed: Operation not supported

[root@Rocky8 ~]# ethtool ens160 
Settings for ens160:
	Supported ports: [ TP ]
	Supported link modes:   1000baseT/Full     #支持的工作模式
	                        10000baseT/Full
	Supported pause frame use: No
	Supports auto-negotiation: No
	Supported FEC modes: Not reported
	Advertised link modes:  Not reported
	Advertised pause frame use: No
	Advertised auto-negotiation: No
	Advertised FEC modes: Not reported
	Speed: 10000Mb/s                         #速度
	Duplex: Full                             #全双工
	Auto-negotiation: off
	Port: Twisted Pair
	PHYAD: 0
	Transceiver: internal
	MDI-X: Unknown
	Supports Wake-on: uag
	Wake-on: d
	Link detected: yes                       #当前网络工作状态正常
[root@Rocky8 ~]# 

[root@Rocky8 ~]# ethtool -i ens160
driver: vmxnet3              #网卡驱动
version: 1.7.0.0-k-NAPI
firmware-version: 
expansion-rom-version: 
bus-info: 0000:03:00.0
supports-statistics: yes
supports-test: no
supports-eeprom-access: no
supports-register-dump: yes
supports-priv-flags: no
[root@Rocky8 ~]# 

功能三：定义传输速率
功能四：比特同步
功能五：比特编码

1.4.3.2 OSI参考模型解释通信过程

三种通讯模式
三种通讯方式的区别在于目标，而不在于源



在Linux运行ifconfig, 如果网卡信息中包含UP BROADCAST RUNNING MULTICAST，则支持广播和组播。

[root@Rocky8 ~]# ifconfig 
ens160: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500   #支持广播和组播
        inet 10.0.0.202  netmask 255.0.0.0  broadcast 10.255.255.255
        inet6 fe80::20c:29ff:fe2d:4681  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:2d:46:81  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 367  bytes 88594 (86.5 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 376  bytes 28685 (28.0 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 12  bytes 1020 (1020.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 12  bytes 1020 (1020.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

[root@Rocky8 ~]# 

冲突域和广播域
冲突域
两个网络设备同时发送数据,如果发生了冲突,则两个设备处于同一个冲突域,反之,则各自处于不同的冲突
域

广播域
一个网络设备发送广播，另一个设备收到了,则两个设备处于同一个广播域,反之,则各自处于不同的广播
域
广播域的判断很简单，只需要看有没有路由器，如果一个路由器左边一个网络右边一个网络，那么就是两个广播域，如果连路由器都没有就整体是一个广播域。

两种数据数据传输方式

1.4.3.3 TCP/IP参考模型&五层参考模型

OSI参考模型与TCP/IP不同点
面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。第二是只有在连接成功建立之后才开始数据传输，第三，当数据传输完毕，必须释放连接。
无连接直接进行数据传输。

五层参考模型

五层参考模型的数据封装与解封

2 局域网 Local Area Network

2.1 局域网概述&拓扑结构

局域网概述
局域网（Local Area Network）：简称LAN，是指某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点
特点1：网络通常为一个单位所拥有，地理范围和站点数目均有限，覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
特点2：使用专门铺设的传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤【如果是无线局域就是空气–电磁波】）进行联网，数据传输速率高（10Mb/s~10Gb/s）。
特点3：通信延迟时间短，误码率底，可靠性较高。
特点4：各站为平等关系，共享传输信道。
特点5：多采用分布式控制和广播方式通信，能进行广播和组播
决定局域网的主要因素：网络拓扑、传输介质和介质访问控制。
优点
能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可以访问全网
便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活的调整和改变
提高系统的可靠性、可用性和易用性
分类
以太网、令牌环网、FDDI网、ATM网、无线局域网(WLAN)
以太网：以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网(100Mbps)、和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型。物理拓扑是星型或扩展星型。使用CSMA/CD。
令牌环网：物理上采用星型拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。目前基本没使用。
FDDI网（Fider Distributed Data Interface）物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。
ATM网（Asynchrinous Transfer Mode）较新型的单元交互技术，使用53字节固定长度的单元进行交换
无线局域网（Wireless Local Area Network;WLAN）采用IEEE 802.11标准
标准
IEEE（国际电子电气工程师协会）于1980年2月成立了局域网标准委员会（简称IEEE802委员会），专门
从事局域网标准化工作，并制定了IEEE802标准。802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型
的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层；
LLC子层负责向其上层提供服务；
MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差
错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

IEEE 802系列标准是IEEE 802LAN/MAN 标准委员会制定的局域网、城域网技术标准(1980年2月成立，所以叫802)。其中最广泛使用的有以太网、令牌环网、无线局域网等，这一系列标准中的每一个子表准都委员会中的一个专门工作组负责。
IEEE 802现有标准

无线网络标准
中国国家无线网络标准：WAPI
Wi-Fi：无线保真（Wireless Fidelity），是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证，是一个创建于
IEEE 802.11标准的无线局域网技术，Wi-Fi联盟成立于1999年，当时的名称叫做Wireless Ethernet
Compatibility Alliance（WECA）。在2002年10月，正式改名为Wi-Fi Alliance。

Wi-Fi 6是当前最新的WiFi技术标准，专业称呼为：802.11ax，WiFi6简单来讲就是第六代WiFi标准的意
思，就和第五代移动通信标准——5G、丐帮第六代长老的意思差不多。在WiFi6之前，WiFi的名字并不
是什么WiFi5、WiFi4这种简单的叫法，而是用一串非常拗口的技术型号来区分，比如WiFi5之前就叫
802.11 ac，WiFi4就叫802.11 a/b/g/n，对于懂行的人来说辨别起来没问题，但对于普通用户来说就是
两眼一抓瞎看谁都一样（这就好比俄罗斯大兄弟的人名：尼古拉·阿列克谢耶维奇·奥斯特洛夫斯基，一样
难记）
2018年WiFi联盟自己也感觉这样叫下去不行，我们得学学别人移动通信协会3G\4G\5G那样整个简单容
易记的代号，让消费者们容易区分前代与新代，刺激厂商升级更新换代。所以WiFi6的名称就诞生了！并
且一改还顺便把WiFi4、WiFi5一起名字简化了，现在大家在最新的手机系统中的WiFi角标就能看到
WiFi4、WiFi5、WiFi6的标识来区分你连接的是第几代WiFi技术，整的和手机信号是一样一样的!

局域网拓扑结构

局域网常用总线型拓扑，以太网就是一种逻辑总线型拓扑结构。

2.2 局域网组网设备

常见组网设备包括路由器(Router)，交换机(Switch)，集线器(Hub)，中继器(Repeater)，线缆等

2.2.1 网络线缆和接口

常见的网络线缆包括 双绞线，同轴线，光纤线等;

2.2.1.1 双绞线

双绞线就是我们常说的网线，又分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP），它由两根采用一定规则并排绞合、相互绝缘铜导线组成，绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。

网线标准
上世纪80年代初，诞生了最早的网线标准（CAT）,这个标准一直沿用至今，主要根据带宽和传输速率来
区分，从一类网线CAT1——八类网线CAT8

1. 一类网线：主要用于传输语音，不同于数据传输主要用于八十年代初之前的电话线缆，已淘汰。
2. 二类网线：传输带宽为1MHZ，用于语音传输，最高数据传输速率4Mbps，常见于使用4Mbps规范
   令牌传递协议的旧的令牌（Token Ring），已被淘汰。
3. 三类网线：该电缆的传输带宽16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要
   用于10BASE–T，被ANSI/TIA-568.C.2作为最低使用等级 。
4. 四类网线：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps（指的是
   16Mbit/s令牌环）的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。最大网段长
   为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。
5. 五类线：可追溯到1995年，传输带宽为100MHz，可支持10Mbps和100Mbps传输速率（虽然现实
   中与理论值有一定差距），主要用于双绞线以太网（10BASE-T/100BASE-T），目前仍可使用，不
   过在新网络建设中已经很难看到。
   Magedu-M51
6. 超五类线：标准于2001年被提出，传输带宽为100MHz，近距离情况下传输速率已可达
   1000Mbps。它具有衰减小，串扰少，比五类线增加了近端串音功率和测试要求，所以它也成为了
   当前应用最为广泛的网线。
7. 六类线：继CAT5e之后，CAT6标准被提出，传输带宽为250MHz，最适用于传输速率为1Gbps的应
   用。改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，这一点对于新一代全双工的高速网络应用而言是极重
   要的，还有一个特点是在4个双绞线中间加了十字形的骨架。
8. 超六类线：超六类线是六类线的改进版，发布于2008年，同样是ANSI/TIA-568C.2和ISO/IEC
   11801超六类/EA级标准中规定的一种双绞线电缆，主要应用于万兆位网络中。传输频率500
   MHz，最大传输速度也可达到10Gbps ，在外部串扰等方面有较大改善。
9. 七类线：该线是ISO/IEC 11801 7类/F级标准中于2002年认可的一种双绞线，它主要为了适应万兆
   以太网技术的应用和发展。但它不再是一种非屏蔽双绞线了，而是一种屏蔽双绞线，所以它的传输
   频率至少可达600 MHz，传输速率可达10 Gbps。
10. 超七类线:相对于CAT7最大区别在于，支持的频率带宽提升到了1000MHz，在国内而言，七类网线
    已经有很少地方使用了，超七类就更加没有广泛的进入人们的生活，目前使用范围最广的是超五
    类、六类等网线。
11. 八类线CAT8：相关标准由美国通信工业协会 （TIA）TR-43委员会在2016年正式发布，支持
    2000MHz带宽，支持40Gbps以太网络，主要应用于数据中心。
    网线线序和规范
    UTP线拆解
    剥开双绞线，会看到其中有八条小线，两条缠绕为一股（这也是双绞线名称的由来）
    分别是 绿-绿白，蓝-蓝白，橙-橙白，棕-棕白。
    

EIA/TIA 568A标准
从左起线的排序：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕 [3] 。
EIA/TIA 568B标准
从左起线的排序:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕 [3] 。

2.2.1.2同轴线

分类
基带同轴电缆：局域网中广泛使用
宽带同轴电缆：有限电视广泛使用

2.2.1.3光纤

分类
多模光纤和单模光纤


特点
1）中继距离远，传输损耗小，对远距离传输比较经济
Short wavelength (1000BASE-SX) 最远几百米
Long wavelength/long haul (1000BASE-LX/LH) 最远几公里
Extended distance (1000BASE-ZX) 最远上百公里
2）抗雷电和电磁干扰性能好
3）无串音干扰，保密性好，也不易被窃取数据
4）体积小，重量轻

2.2.1.4 非导向性传输介质

无线电波、微波、红外线、激光
无线电波：信号向所有方向传播
微波、红外线、激光：信号向固定方向传播

2.2.2 网络适配器

网卡是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件。由于其拥有MAC地址，因此属于OSI模型的第1层和2层之间。它使得用户可以通过电缆或无线相互连接。
每一个网卡都有一个被称为MAC地址的独一无二的48位串行号，它被写在卡上的一块ROM中。在网络上的每一个计算机都必须拥有一个独一无二的MAC地址。
没有任何两块被生产出来的网卡拥有同样的地址。这是因为电气电子工程师协会（IEEE）负责为网络接口控制器（网卡）销售商分配唯一的MAC地址。
网卡也叫网络适配器、网络接口卡。


网卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM），ROM上有计算机硬件地址MAC地址。
在局域网中硬件地址被称为物理地址或MAC地址，实际上就是标识符，这个表示独一无二，唯一性。

网卡作用
进行串行/并行转换数据缓存
在计算机操作系统中安装设备驱动程序
实现以太网协议
网卡类型
按总线接口类型进行分类：分为ISA、PCI、PCI-X 、PCMCIA、PCI-E 和USB等几种类型
按传输介质接口分类：细同轴电缆的BNC接口网卡、粗同轴电缆AUI接口网卡、以太网双绞线RJ-45
接口网卡、光纤F/O接口网卡、无线网卡等
按传输速率（带宽）分类：10Mbps网卡、100Mbps以太网卡、10Mbps/100Mbps自适应网卡、
1000Mbps千兆以太网卡、40Gbps自适应网卡等

2.2.3 中继器

中继器 repeater
实际上是一种信号再生放大器，可将变弱的信号和有失真的信号进行整形与放大，输出信号比原信号的
强度将大大提高,中继器不解释、不改变收到的数字信息，而只是将其整形放大后再转发出去
中继器的两端：两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类(A、B、C)网络的互连，并且两个网段速率要相同还得是同一个协议，也不会存储转发。两端可以是不同的传输媒介（例如一段是双绞线另一端是同轴电缆）。

中继器只能在规定范围运行，否则会出现网络故障(5-4-3规则)

优点
易于操作
很短的等待时间
价格便宜
突破线缆的距离限制来扩展局域网段的距离
可用来连接不同的物理介质
缺点
采用中继器连接网络分支的数目要受具体的网络体系结构限制
中继器不能连接不同类型的网络
中继器没有隔离和过滤功能，无路由选择、交换、纠错／检错功能，一个分支出现故障可能会影响
到其他的每一个网络分支
使用中继器扩充网络距离是最简单最廉价的方法，但当负载增加时，网络性能急剧下降，所以只有
当网络负载很轻和网络时延要求不高的条件下才能使用

2.2.4 集线器 hub（多口中继器）

再生，放大信号

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，集线器提供多端口连接，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。
集线器不能分割冲突域。
Hub并不记忆报文是由哪个MAC地址发出，哪个MAC地址在Hub的哪个端口
Hub的特点：
共享带宽
半双工

2.2.5 网桥

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
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
网桥的内部结构


透明网桥

源路由网桥

优点
过滤通信量
扩大了物理范围
提高了可靠性
可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网
缺点
存储转发增加了时延
在MAC 子层并没有流量控制功能
具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大
网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的
广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴

2.2.6 交换机（多接口网桥）

交换机是工作在OSI参考模型数据链路层的设备，外表和集线器相似
它通过判断数据帧的目的MAC地址，从而将数据帧从合适端口发送出去
交换机是通过MAC地址的学习和维护更新机制来实现数据帧的转发

内部结构

工作原理
交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发，如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood），广播帧和组播帧向所有的端口转发。

2.3 以太网技术

2.3.1 概述

以太网是应用最为广泛的局域网，满足网络网络速率要求：10Mbps~10Gbps，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网(100Mbps)、和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范，是当今现有局域网采用最通用的通信协议标准，以太网技术在局域网各种技术中占据统治性地位。使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)。
以太网提供无连接、不可靠传输服务，差错帧直接丢弃。
逻辑拓扑总线型。物理拓扑是星型或扩展星型。

2.3.2 MAC地址&MAC帧

MAC地址
计算机与有局域网的外界连接是通过网卡这样的通信适配器的完成。
网卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM），ROM上有计算机硬件地址MAC地址。
在局域网中硬件地址被称为物理地址或MAC地址，实际上就是标识符，这个表示独一无二，唯一性。
IEEE 802标准为局域网规定了一种48位的全球地址（一般都简称为“地址”)，是局域网中每一台计算机固
化在网卡ROM中的地址。
IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)，地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。常用6个十六进制数表示，例如54-14-F3-C8-EF-39

在命令提示符下输入命令“ipconfig /all”回车之后就会显示当前计算机的一些网络信息，其中“Physical Address”字样的这一项就是当前计算机中网卡的 MAC地址。当然，如果计算机中安装有多个网卡，则会有多个“Physical Address”字样。

或者# ip a

各大厂商MAC识别码：

 https://standards-oui.ieee/oui/oui.txt

MAC帧
最常用的MAC帧格式是以太网的V2的格式
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg/9fbea1c027ae4a5fae99d96c8f3ac11f.png

前导码:使接收端与发送端时钟同步。在帧前面插入的8字节可再分为两个字段:
第一个字段共7字节，是前同步码，用来快速实现MAC帧的比特同步;
第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC帧。

地址:通常使用6字节(48bit）地址(MAC地址)。

类型:2字节，指出数据域中携带的数据应交给哪个协议实体处理。

数据:461500字节，包含高层的协议消息。由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须满足最小长度要求64字节，数据较少时必须加以填充（046字节)。
注意:46和1500是怎么来的?首先，由CSMA/CD算法可知以太网帧的最短帧长为64B，而MAC帧的首部和尾部的长度为18字节，所以数据字段最短为64-18=46字节。其次，最大的1500字节是规定的。
填充:0~46字节，当帧长太短时填充帧，使之达到64字节的最小长度。

校验码（FCS): 4字节，校验范围从目的地址段到数据段的末尾，算法采用32位循环冗余码(CRC)，不校验前导码。802.3帧格式与DIX以太帧格式的不同之处在于用长度域替代了DIX帧中的类型域，指出数据域的长度

前述长度/类型两种机制可以并存，由于IEEE 802.3数据段的最大字节数是1500，所以长度段的最大值是1500，因此从1501到65535的值可用于类型段标识符。（二者并存）

2.3.3 冲突检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD

主要用在早期的Hub环境中，用来解决冲突域的问题，现在主流的交换机上不再使用

工作原理
先听后发
边发边听
冲突停止
延迟重发

2.4 无线局域网

IEEE所定义的IEEE802.11是无线局域网通信标准。
IEEE802.11b和IEEE802.11g定义了WIFI通信标准。
无线局域网分为：有固定设施无线局域网和没有有固定设施无线局域网的自组织网络
有固定设施无线局域网

无固定设施无线局域网的自组织网络

虚拟局域网 VLAN
是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组这些网段具有某些共同的需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务ÿ

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