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网络技术

一计算机网络概述

计算机网络没有严格的概念,一个比较通用的定义是:利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来,以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。从整体上来说计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统,从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息,共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说,计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。

计算机网络根据不同作用范围可以分为如下几类:

广域网WAN(Wide
Area Network) 广域网的作用范围通常是几十到几千公里,因而有时也称为远程网。广域网是因特网的核心部分,其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。连接广域网各节点交换机链路一般都是高速链路,具有较大的通信容量。

城域网MAN(Metropolitan
Area Network)城域网的作用范围一般是一个城市,可以跨越几个街区甚至整个城市,其作用距离约为5-50km。城域网可以为一个或几个单位所有,但也可以是一种公共设施,用来将多个局域网进行互联。

局域网LAN(Local
Area Network)局域网一般是微型计算机或工作站通过高速通信线路相连(速率通常10Mb/s以上),但地理上则局限在较小的范围。

二计算机网络体系结构

1974年IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA(System
Network Architecture),现在IBM大型机构建的专用网络仍然是使用这一体系结构。不过,现在IBM传统上只支持SNA环境的机器上也开始支持TCP/IP协议。SNA的分层包括:物理层,数据链路层,路径控制层,运输层,数据流层,表示层,事务层。

OSI(Open System Interconnection,开放系统互连)七层网络模型称为开放式系统互联参考模型 ,是一个逻辑上的定义,一个规范,它把网络从逻辑上分为了7层。每一层都有相关、相对应的物理设备,比如路由器,交换机。OSI 七层模型是一种框架性的设计方法 ,建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题,其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来,通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。

1.物理层:主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0,也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

2.数据链路层:定义了如何让格式化数据以进行传输,以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正,以确保数据的可靠传输。

3.网络层:在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加,而网络层正是管理这种连接的层。

4.传输层:定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW端口80等),如:TCP(传输控制协议,传输效率低,可靠性强,用于传输可靠性要求高,数据量大的数据),UDP(用户数据报协议,与TCP特性恰恰相反,用于传输可靠性要求不高,数据量小的数据,如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的)。 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输,到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。

5.会话层:通过传输层(端口号:传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求(设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名)

6.表示层:可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如,PC程序与另一台计算机进行通信,其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码(EBCDIC),而另一台则使用美国信息交换标准码(ASCII)来表示相同的字符。如有必要,表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。

7.应用层: 是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序(例如电子邮件、文件传输和终端仿真)提供网络服务。

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七层传递内容如下图所示。

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OSI的七层协议体系结构的概念清楚,理论也完整,但它有些复杂不实用。在OSI基础上,产生了TCP/IP协议,它包含了应用层,运输层,网际层好网络层。不过从实质上将,TCP/IP的重点在前三层,网络接口层没有多少具体的内容。在计算机网络的学习中,有常常将OSI七层模型中的应用层、表示层和会话层合并成应用层也就是只有教学意义的五层协议模型。

三局域网架构

局域网(Local Area Network,LAN)是在一个局部的地理范围内(如一个学校、工厂和机关内),一般是方圆几千米以内,将各种计算机,外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。它可以通过数据通信网或专用数据电路,与远方的局域网、数据库或处理中心相连接,构成一个较大范围的信息处理系统。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网严格意义上是封闭型的,可以由办公室内的多至上千台计算机组成。

局域网通常是分布在一个有限地理范围内的网络系统,一般所涉及的地理范围只有几公里。局域网专用性非常强,具有比较稳定和规范的拓扑结构。常见的局域网拓朴结构如下:

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  星形结构

这种结构的网络是各工作站以星形方式连接起来的,网中的每一个节点设备都以中防节为中心,通过连接线与中心

节点相连,如果一个工作站需要传输数据,它首先必须通过中心节点。由于在这种结构的网络系统中,中心节点是控制中心,任意两个节点间的通信最多只需两步,所以,能够传输速度快,并且网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。但这种网络系统,网络可靠性低,网络共享能力差,并且一旦中心节点出现故障则导致全网瘫痪。

树形结构

  树形结构网络是天然的分级结构,又被称为分级的集中式网络。其特点是网络成本低,结构比较简单。在网络中,任意两个节点之间不产生回路,每个链路都支持双向传输,并且,网络中节点扩充方便、灵活,寻查链路路径比较简单。但在这种结构网络系统中,除叶节点及其相连的链路外,任何一个工作站或链路产生故障会影响整个网络系统的正常运行。

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总线形结构

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总线形结构网络是将各个节点设备和一根总线相连。网络中所有的节点工作站都是通过总线进行信息传输的。作为总线的通信连线可以是同轴电缆、双绞线,也可以是扁平电缆。在总线结构中,作为数据通信必经的总线的负载能量是有限度的,这是由通信媒体本身的物理性能决定的。所以,总线结构网络中工作站节点的个数是有限制的,如果工作站节点的个数超出总线负载能量,就需要延长总线的长度,并加入相当数量的附加转接部件,使总线负载达到容量要求。总线形结构网络简单、灵活,可扩充性能好。所以,进行节点设备的插入与拆卸非常方便。另外,总线结构网络可靠性高、网络节点间响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便,当某个工作站节点出现故障时,对整个网络系统影响小。因此,总线结构网络是最普遍使用的一种网络。但是由于所有的工作站通信均通过一条共用的总线,所以,实时性较差。

环形结构

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环形结构是网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环形结构网。环形结构网络的结构也比较简单,系统中各工作站地位相等。系统中通信设备和线路比较节省。在网中信息设有固定方向单向流动,两个工作站节点之间仅有一条通路,系统中无信道选择问题;某个结点的故障将导致物理瘫痪。环网中,由于环路是封闭的,所以不便于搁充,系统响应延时长,且信息传输效率相对较低。

VLAN

跨越多个物理LAN网段的逻辑广播域,人们设计VLAN来为工作站提供独立的广播域,这些工作站是依据其功能、项目组或应用而不顾其用户的物理位置而逻辑分段的。

VLAN的优点:

安全性,一个VLAN里的广播帧不会扩散到其他VLAN中;

网络分段:将物理网段按需要划分成几个逻辑网段;

灵活,可将交换端口和连接用户逻辑的分成;

利益团体,例如以同一部门的工作人员,项目小组等多种用户组来分段。

四以太网概述

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,是当前广泛共享总线型传输媒体方式的局域网。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。

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标准以太网

开始以太网只有10Mbps的吞吐量,使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)的访问控制方法。这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网,以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接。

快速以太网

以太网协议随着网络的发展,传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前,对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用,只有光纤分布式数据接口(FDDI)可供选择,但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。1993年10月,Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100,快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。

千兆以太网

千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络的有效解决方案,这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术,它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统,因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大程度地保护投资。此外,IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的铜轴电缆。千兆以太网填补了标准以太网/快速以太网标准的不足。

万兆以太网

万兆以太网规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中,它扩展了IEEE 802.3协议和MAC规范,使其支持10Gb/s的传输速率。除此之外,通过 WAN 界面子层(WIS:WAN interface sublayer),10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率,如 9.584640 Gb/s(OC-192),这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络(SONET)STS -192c传输格式相兼容。

以太网术语:

速度

10 / 100 / 1000(1Gb) / 10Gb

双工

全双工:能同时发送和接收数据.

半双工:某一时刻只能发送或者接收数据.

在共享式网络中半双工是必须的.

自协商

自协商通常工作正常,但也不是100%可靠的.

需要设定所有设备的速度和双工模式为“Auto”或者“Hard Code”.

单播–一对一

通常最常见的通信种类浏览器, Email, 文件传输等.

多播–一对多

视频,音乐,远程会议, NIC teaming heartbeat,开放最短路径优先协议等。没有很好管理的多播会显著影响网络性能.

广播–一对所有

被ARP, IPX, NetBIOS 等协议使用每个设备必须处理所有的广播帧. 大量的广播包会影响设备处理数据的性能. (健康的广播数量

五局域网协议

常见的协议有:TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。在局域网中用得的比较多的是IPX/SPX.。用户如果访问Internet,则必须在网络协议中添加TCP/IP协议。

LLDP

链路层发现协议(LLDP)是一个厂商无关的二层协议,它允许网络设备在本地子网中通告自己的设备标识和性能。它从“站点和媒体访问连接控制”发展而来,被标准化为802.1ab,代替了和厂商私有发现协议,如Cisco公司的思科发现协议、Extreme Networks的EDP协议、Enterasys Networks的CDP协议以及Nortel Networks的NDP协议等。LLDP 帧是多播帧,目的地MAC 01:80:C2:00:00:0E,信息组织成不同的TLV(Type/Length/Value,类型/长度/值),必须的TLVs包括:设备标识Chassis ID,接口标识Port ID,存活时间Time to Live。

TCP/IP

TCP/IP是“transmission Control Protocol/Internet Protocol”的简写,中文译名为传输控制协议/互联网络协议)协议, TCP/IP(传输控制协议/网间协议)是一种网络通信协议,它规范了网络上的所有通信设备,尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。TCP/IP是INTERNET的基础协议,也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。在数据传送中,可以形象地理解为有两个信封,TCP和IP就像是信封,要传递的信息被划分成若干段,每一段塞入一个TCP信封,并在该信封面上记录有分段号的信息,再将TCP信封塞入IP大信封,发送上网。在接受端,一个TCP软件包收集信封,抽出数据,按发送前的顺序还原,并加以校验,若发现差错,TCP将会要求重发。因此,TCP/IP在INTERNET中几乎可以无差错地传送数据。
对普通用户来说,并不需要了解网络协议的整个结构,仅需了解IP的地址格式,即可与世界各地进行网络通信。

IPX/SPX

IPX/SPX是基于施乐的XEROX’S Network System(XNS)协议,而SPX是基于施乐的XEROX’S SPP(Sequenced
Packet Protocol:顺序包协议)协议,它们都是由novell公司开发出来应用于局域网的一种高速协议。它和TCP/IP的一个显著不同就是它不使用ip地址,而是使用网卡的物理地址即(MAC)地址。在实际使用中,它基本不需要什么设置,装上就可以使用了。由于其在网络普及初期发挥了巨大的作用,所以得到了很多厂商的支持,包括microsoft等,到现在很多软件和硬件也均支持这种协议。

NetBEUI

NetBEUI即NetBios Enhanced User Interface ,或NetBios增强用户接口。它是NetBIOS协议的增强版本,曾被许多操作系统采用,例如Windows for Workgroup、Win 9x系列、Windows NT等。NETBEUI协议在许多情形下很有用,是WINDOWS98之前的操作系统的缺省协议。总之NetBEUI协议是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议,安装后不需要进行设置,特别适合于在“网络邻居”传送数据。所以建议除了TCP/IP协议之外,局域网的计算机最好也安上NetBEUI协议。另外还有一点要注意,如果一台只装了TCP/IP协议的WINDOWS98机器要想加入到WINNT域,也必须安装NetBEUI协议。

WAPI

WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的英文缩写。
它像红外线、蓝牙、GPRS、CDMA1X等协议一样,是无线传输协议的一种。

IEEE 802.3标准

  IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术,它很大程度上取代了其他局域网标准。如令牌环、FDDI和ARCNET。历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后,目前千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。

  常见的802.3应用为:

  10M: 10base-T (铜线UTP模式)

  100M: 100base-TX (铜线UTP模式)

  100base-FX(光纤线)

  1000M: 1000base-T(铜线UTP模式)

四参考资料

  1. http://baike.baidu.com/view/788.htm
  2. http://wenku.baidu.com/view/986969e8e009581b6bd9eb35.html
  3. http://www.doc88.com/p-209832501731.html
  4. http://baike.baidu.com/view/1575341.htm
  5. http://bbs.51cto.com/thread-626417-1.html
  6. http://baike.baidu.com/view/848.htm
  7. http://baike.baidu.com/view/547338.htm
  8. http://ishare.iask.sina.com.cn/f/33428348.html?from=dl
  9. http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/tips0698.html?Open
  10. http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/tips0698.html?Open
  11. http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/tips0705.html?Open
  12. http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/tips0689.html?Open
  13. http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/tips0865.html?Open

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rancher

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