linux基础之网络篇第一章

简介

• 诞生
  • 网络的诞生使命：通过各种互联网服务提升全球人类生活品质。让人类的生活更便捷和丰富，从而促进全球人类社会的进步。并且丰富人类的精神世界和物质世界，让人类最便捷地获取信息。找到所求，让人类的生活更快乐。与很多人的想象相反，Internet并非某一个完美计划的结果。Internet的创始人也绝不会想到它能发展成如今的规模和影响！在Internet面世之初，没有人能想到它会进入千家万户，也没有人能想到它的商业用途。
• 什么是网络
  • 网络是由节点和连线构成，表示诸多对象及其相互联系。在数学上，网络是一种图，一般认为专指加权图。网络除了数学定义外，还有具体的物理含义，即网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型。在计算机领域中，网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享。网络是人类发展史来最重要的发明，提高了科技和人类社会的发展。

网络分类

• 局域网：局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成
• 广域网：广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网（long haul network ）。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络
• 城域网：城域网(Metropolitan Area Network)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上
• 个人网：个人局域网就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备（如便携电脑等）用无线技术连接起来的网络，因此也常称为无线个人局域网WPAN，其范围大约在10m左右

网络常见的物理设备

路由器

• 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

• 交换机（Switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等

RJ45连接器

• RJ45连接器，也就是我们所说的水晶头，这里不过多解释

网络接口卡

• 计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入一块网络接口板（或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡）。网络接口板又称为通信适配器或网络适配器（network adapter）或网络接口卡NIC（Network Interface Card），但是更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡“

网络应用程序

• Web 浏览器（Chrome 、IE 、Firefox 等）
• 即时消息（QQ 、微信、钉钉等）
• 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） ）

物理拓扑分类

• 计算机网络的最主要的拓扑结构有总线型拓扑、环形拓扑、树形拓扑、星形拓扑、逻辑拓扑、混合型拓扑以及网状拓扑。其中环形拓扑、星形拓扑、总线型拓扑是三个最基本的拓扑结构。在局域网中，使用最多的是星形结构

总线拓扑

• 总线型拓扑是采用单根传输作为共用的传输介质,将网络中所有的计算机通过相应的硬件接口和电缆直接连接到这根共享的总线上。使用总线型拓扑结构需解决的是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突

环形拓扑

• 入网设备通过转发器接入网络，一个转发器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发，所有的转发器及其物理线路构成的环状网络系统

星型拓扑

• 在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点（又称中央转接站，一般是集线器或交换机）上，由该中央节点向目的节点传送信息。中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂，负担比各节点重得多。在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制
  扩展星型拓扑

• 如果星型网络扩展到包含与主网络设备相连的其它网络设备，这种拓扑就称为扩展星型拓扑

• 纯扩展星型拓扑的问题是：如果中心节点出现故障，网络的大部分组件就会被断开

逻辑拓扑

• 物理拓扑与逻辑拓扑是各自独立的。例如：所有类别的以太网在设备之间通信时使用的是逻辑总线型拓扑，无论线缆的物理布局如何都是如此

双环拓扑

• 信号沿相反方向传输
• 比单环的复原能力更强

全网状拓扑

• 容错能力强
• 实施成本高

部分网状拓扑

网络模型分层

OSI 模型的七层结构

物理层

• 为启动，维护以及关闭物理链路定义了电气规范.机械规范.过程规范和功能规范（二进制传输)

数据链路层

• 定义如何格式化数据以便进行传输以及如何控制对网络的访问
• 支持错误检测

网络层

• 路由数据包
• 选择传递数据的最佳路径
• 支持路径寻址和路径选择

传输层

• 确保数据传输的可靠性、
• 建立，维护和终止虚拟电路

会话层

• 建立，管理和终止在应用程序之间的会话（主机间通信）

表示层

• 确保接收系统可以读出该数据
• 格式化数据
• 协商用于应用层的数据传输语法
• 提供加密

应用层

• 为应用程序进程（例如，电子邮件，文件传输和终端仿真）提供网络服务
• 提供用户身份认证

数据封装和数据解封

• 数据封装（Data Encapsulation），笼统地讲，就是把业务数据映射到某个封装协议的净荷中，然后填充对应协议的包头，形成封装协议的数据包，并完成速率适配

• 用户信息转换为数据，以便在网络上传输

• 数据转换为数据段，并在发送方和接收方主机之间建立一条可靠的连接

• .数据段转换为数据包或数据报，并在报头中放上逻辑地址，这样每一个数据包都可以通过互联网络进行传输

• .数据包或数据报转换为帧，以便在本地网络中传输。在本地网段上，使用硬件地址唯一标识每一台主机。

• .帧转换为比特流，并采用数字编码和时钟方案

• 以目前常见的OSI模型为例，它共分为七层，从下到上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，每层都对应不同的功能。为了实现对应功能，都会对数据按本层协议进行协议头和协议尾的数据封装，然后将封装好的数据传送给下层，各层的数据封装过程

• 其中在传输层用TCP头已标示了与一个特定应用的连接，并将数据封装成了数据段；网络层则用IP头标示了已连接的设备网络地址，并可基于此信息进行网络路径选择，此时将数据封装为数据包；到了数据链路层，数据已封装成了数据帧，并用MAC头给出了设备的物理地址，当然还有数据校验等功能字段等；到了物理层，则已封装成为比特流，就成为纯粹的物理连接了

• 计算机在接收到数据帧后，需要去掉为了传输而添加的附加信息，这称为解封装

对等通信

• 什么是对等通信
• 对等通信可以理解为如：
• 发送方给接收方发送了数据，发送方接收到了他的网络七层会解包，物理层会解包物理层数据链路层会解包数据链路层一直解包下去

PDU

• 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
• 物理层的 PDU位 是数据位 bit
• 数据链路层的 PDU帧 是数据帧 frame
• 网络层的PDU包 是数据包 packet
• 传输层的 PDU段 是数据段 segment
• 其他更高层次的PDU息 是消息 message

三种通信模式

单播

• 单播是客户端与服务器之间的点到点连接。“点到点”指每个客户端都从服务器接收远程流。仅当客户端发出请求时，才发送单播流。
• 单播（Unicast）是在一个单个的发送者和一个接受者之间通过网络进行的通信。可以应用于通信、计算机等领域，还可以利用多播单播混合算法解决实际问题

广播

• 网络广播应该说是一种网络流媒体，它通过在Internet站点上建立广播服务器，运行特定软件再把节目传播出去，我们通过在自己的计算机上安装和运行广播接收软件连接这些站点，然后就可方便地收听广播节目，还可阅读广播信息

组播

• 组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的可能性