1、網絡基礎知識 kevin什么是以太網(Ethernet)？ 指的是由Xerox公司創建并由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶局域網規范，是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。以太網絡使用CSMA/CD(載波監聽多路訪問及沖突檢測)技術，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網與IEEE802.3系列標準相類似。 包括：標準的以太網(10Mbit/s)快速以太網(100Mbit/s)萬兆(10Gbit/s)以太網。它們都符合IEEE802.3。以太網的拓撲結構什么是網絡拓撲結構？ 在計算機網絡中，我們把計算機、終端、通信處理機等設備抽象成點，把連接這些設備的通信線路

2、抽象成線，并將由這些點和線所構成的拓撲稱為網絡拓撲結構。什么是拓撲？ 拓撲就是把實體抽象成與其大小、形狀無關的“點”，而把連接實體的線路抽象成“線”，進而以圖的形式來表示這些點與線之間關系的方法，其目的在于研究這些點、線之間的相連關系。表示點和線之間關系的圖被稱為拓撲結構圖。以太網的拓撲結構總線型拓撲結構 特點：其中不需要插入任何其他的連接設備。網絡中任何一臺計算機發送的信號都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計算機接收。有時又稱這種網絡結構為點對點拓樸結構。 優點：連接簡單、易于安裝、成本費用低 缺點： 傳送數據的速度緩慢：共享一條電纜，只能有其中一臺計算機發送信息，其他接收。 維護困難

3、：因為網絡一旦出現斷點，整個網絡將癱瘓，而且故障點很難查找。以太網的拓撲結構星型拓撲結構 優點：結構簡單、便于維護和管理。 缺點：通信線路專用，電纜成本高；中心結點是全網絡的可靠瓶頸，中心結點出現故障會導致網絡的癱瘓。以太網的工作原理當以太網中的一臺主機要傳輸數據時，它將按如下步驟進行：1、監聽信道上是否有信號在傳輸。如果有的話，表明信道處于忙狀態，就繼續監聽，直到信道空閑為止。2、若沒有監聽到任何信號，就傳輸數據3、傳輸的時候繼續監聽，如發現沖突則執行退避算法，隨機等待一段時間后，重新執行步驟14、若未發現沖突則發送成功，所有計算機在試圖再一次發送數據之前，必須在最近一次發送后等待9.6微秒

4、（以10Mbps運行）。以太網數據包報文格式 第3個字段是2字節的類型字段，用來標識上一層是什么協議(0 x800：IP協議，0 x0806：ARP協議等)。第4個字段是數據字段，長度在46-1500字節之間。最后一個字段是CRC檢驗字段，存放4字節的幀檢測序列FCS。校驗范圍是目的地址、源地址、類型、數據字段。MAC幀長度最小為64字節，數據字段最小為46字節，如果不夠，則自動加0填充。MAC幀格式中，以太網幀使用的曼切斯特編碼，在曼切斯特編碼的每一個碼元的正中間有一次電壓轉換（從高到低或從低到高）。當發送方把一個以太網幀發送完畢后，就不再發送其他碼元了，網絡適配器接口上電壓也就不再變化，這

5、樣接收方就很容易找到以太網的結束位置。ARP報文格式（以太網）幀類型幀類型：兩個字節長的以太網幀類型表示后面數據的類型。對于A R P 請求或應答來說， 該字段的值為0 x 0 8 0 6 硬件類型硬件類型：表示硬件地址的類型。它的值為1 即表示以太網地址 協議類型協議類型：表示要映射的協議地址類型。它的值為0 x 0 8 0 0 即表示I P 地址。它的值與包 含I P 數據報的以太網數據幀中的類型字段的值相同硬件地址長度和協議地址長度硬件地址長度和協議地址長度：分別指硬件地址和協議地址的長度，以字節為單位。對于以太網上I P 地址的A R P 請求或應答來說，它們的值分別為6 和4 。 操

6、作類型操作類型：1-A R P 請求）、2-A R P 應答）、3-R A R P 請求）、4-R A R P 應答 發送端的硬件地址發送端的硬件地址：在本例中是以太網地址發送端的協議地址發送端的協議地址：IP 地址ps：在以太網 的數據幀報頭中和A R P 請求數據幀中都有發送端的硬件地址。 二層轉發原理二層轉發基礎這里的二層指的是計算機網絡七層模型中的二層，從第一層到第7層分別是：1.物理層2.數據鏈路層3.網絡層4.運輸層5.會話層6.表示層7.應用層二層轉發流程02對于表中不包含的地址，通過廣播發送，也就是發送到所有端口。01提取數據報的源MAC地址，查詢MAC轉發表，如果找到就直接發

7、送到對應端口。03使用地址自動學習和老化機制（定時機制）來維護MAC轉發表的信息，二層轉發一般不會更改數據包內容。 集線器是目前使用較廣泛的網絡設備之一，主要用來組建星型拓撲的網絡。在網絡中，集線器是一個集中點，通過眾多的端口將網絡中的計算機連接起來，使不同計算機能夠相互通信。集線器（HUB）（1）集線器的通信特性 集線器的基本功能是信息分發，它將一個端口收到的信號轉發給其他所有端口。同時，集線器的所有端口共享集線器的帶寬。即用集線器組網時，連接的計算機越多，網絡速度越慢。集線器（HUB）（2）集線器的分類 按通信特性分，集線器分為無源集線器和有源集線器。 按帶寬分，集線器分為10Mb/s、1

8、0/100Mb/s、100Mb/s集線器。我們通常選擇10/100Mb/s自適應的集線器。因為這種集線器可以根椐網卡和網線所提供的帶寬而自動調整帶寬。 按端口個數分，集線器分為5口、8口、16口、24口等。集線器（HUB）（3）集線器的連接 集線器通過其端口實現網絡連接。集線器主要有RJ-45接口和級聯口兩種接口。 RJ-45接接口：集線器的大部分接口屬于這種接口，主要用于連接網絡中的計算機，從而組建計算機網絡。 級聯口：級聯口主要用于連接其他集線器或網絡設備。集線器（HUB）交換機（Switch） 交換機也是目前使用較廣泛的網絡設備之一，同樣用來組建星型拓撲的網絡。從外觀上看，交換機與集線器

9、幾乎一樣，其端口與連接方式和集線器幾乎也是一樣，但是，由于交換機采用了交換技術，其性能優于集線器。交換機（Switch）（1）交換機的通信特性 由于交換機采用交換技術，使其可以并行通信而不像集線器那樣平均分配帶寬。如一臺100 Mb/s交換機的每端口都是100Mb/s，互連的每臺計算機均以100Mb/s的速率通信，而不像集線器那樣平均分配帶寬，這使交換機能夠提供更佳的通信性能。交換機（Switch）（2）交換機的分類 按交換機所支持的速率和技術類型，可分為以太網交換機、千兆位以太網交換機、ATM交換機、FDDI交換機等。 按交換機的應用場合，交換機可分為工作組級交換機、部門級交換機和企業級交換

10、機三種類型。交換機（Switch）（2）交換機的分類工作組級交換機：是最常用的一種交換機，主要用于小型局域網的組建，如辦公室局域網、小型機房、家庭局域網等。這類交換機的端口一般為10/100Mb/s自適應端口。部門級交換機：常用來作為擴充設備，當工作組級交換機不能滿足要求時可考慮使用部門級交換機。這類交換機只有較少的端口，但支持更多的MAC地址。端口傳輸速率一般為100Mb/s。企業級交換機：用于大型網絡，且一般作為網絡的骨干交換機。企業級交換機一般具有高速交換能力，并且能實現一些特殊功能。交換機（Switch）（3）交換機的連接 像集線器一樣，交換機的接口也分為RJ-45接口和級聯口，其中R

11、J-45接口用于連接計算機，級聯口用于連接其他交換機或集線器。連接方式也與集線器相同。交換機（Switch）（4）交換機工作原理 當交換機從某一節點收到一個以太網幀后，將立即在其內存中的地址表（端口號MAC地址）進行查找，以確認該目的MAC的網卡連接在哪一個接口上，然后將該幀轉發至相應的接口，如果在地址表中沒有找到該MAC地址，也就是說，該目的MAC地址是首次出現，交換機就將數據包廣播到所有節點。擁有該MAC地址的網卡在接收到該廣播幀后，將立即做出應答，從而使交換機將其節點的“MAC地址”添加到MAC地址表中。01從OSI體系結構來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第

12、二層數據鏈路層設備。從工作方式來看，集線器采用一種“廣播”模式，因此很容易產生“廣播風暴”，當網絡規模較大時性能會受到很大的影響。而當交換機工作的時候，只有發出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，因此交換機能夠在一定程度上隔離沖突域和有效抑制“廣播風暴”的產生。 0203從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數據，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當兩個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。 集線器（hub

13、）與交換機的區別單播1、單播的定義： 主機之間“一對一”的通訊模式，網絡中的交換機和路由器對數據只進行轉發不進行復制。 如果10個客戶機需要相同的數據，則服務器需要逐一傳送，重復10次相同的工作。但由于其能夠針對每個客戶的及時響應，所以現在的網頁瀏覽全部都是采用IP單播協議。單播2、單播的優點： 1）服務器及時響應客戶機的請求 2）服務器針對每個客戶不通的請求發送不通的數據，容易實現個性化服務。單播3、單播的缺點： 1）服務器針對每個客戶機發送數據流，服務器流量客戶機數量客戶機流量；在客戶數量大、每個客戶機流量大的流媒體應用中服務器不堪重負。 2）現有的網絡帶寬是金字塔結構，城際省際主干帶寬僅

14、僅相當于其所有用戶帶寬之和的5。如果全部使用單播協議，將造成網絡主干不堪重負。組播1）什么是組播？ 組播是一種數據包傳輸方式，當有多臺主機同時成為一個數據包的接受者時，出于對帶寬和CPU負擔的考慮，組播成為了一種最佳選擇。組播2、組播的優點： 1) 組播可以增強報文發送效率，控制網絡流量，減少服務器和CPU負載； 2)組播可以優化網絡性能，消除流量冗余； 3)組播可以適應分布式應用，當接收者數量發生變化時，網絡流量的波動很平穩。組播3、組播的定義： 1) 與單播協議相比沒有糾錯機制，發生丟包錯包后難以彌補，但可以通過一定的容錯機制和QOS加以彌補。 2) 現行網絡雖然都支持組播的傳輸，但在客戶

15、認證、QOS等方面還需要完善，這些缺點在理論上都有成熟的解決方案，只是需要逐步推廣應用到現存網絡當中。廣播1）什么是廣播？ 主機之間“一對所有”的通訊模式，網絡對其中每一臺主機發出的信號都進行無條件復制并轉發，所有主機都可以接收到所有信息。廣播2）廣播的優點： 1）網絡設備簡單，維護簡單，布網成本低廉 2）由于服務器不用向每個客戶機單獨發送數據，所以服務器流量負載極低。廣播3）廣播的缺點？ 1）無法針對每個客戶的要求和時間及時提供個性化服務。 2）網絡允許服務器提供數據的帶寬有限，客戶端的最大帶寬服務總帶寬。 3） 廣播禁止在Internet寬帶網上傳輸。 MAC(Media Access C

16、ontrol)地址，或稱為 MAC位址、硬件位址，用來定義網絡設備的位置。在OSI模型中，第三層網絡層負責 IP地址，第二層資料鏈結層則負責 MAC位址。因此一個主機會有一個IP地址，而每個網絡位置會有一個專屬于它的MAC位址。幀間間隔的概念: MAC子層的標準還規定了幀間最小的間隔是9.6us,相當于96bit（=12字節）的發送時間,就是說一個主機在檢測到總路線開始空閑后,還要等待9.6us才能發送數據.這樣做是為了使剛剛收到的數據幀的主機的接收緩存來得及清理,做好接收下一幀的準 IEEE802.3標準描述了在多種媒體上的從標準描述了在多種媒體上的從1MB/S-10MB/S局域網解決方案。

17、局域網解決方案。 IEEE802.3標準的幀結構如圖所示。每幀以標準的幀結構如圖所示。每幀以7個字節的前導字段開頭，每個字節的內個字節的前導字段開頭，每個字節的內容為容為10101010。該字段經過曼徹斯特編碼會產生。該字段經過曼徹斯特編碼會產生10MHZ、持續、持續5.6us的方波，從而的方波，從而使接收方與發送方的時鐘同步。隨后是幀起始定界符，它是一個使接收方與發送方的時鐘同步。隨后是幀起始定界符，它是一個10101011序列，表序列，表示幀本身的開始。幀還包括示幀本身的開始。幀還包括 了源地址和目的地址，它可能是一個普通地址、組地址了源地址和目的地址，它可能是一個普通地址、組地址或廣播地址。或廣播地址。 退避算法退避算法: 主稱為補償算法，它可以為再次嘗試傳輸而創建一個隨機的等待時間，這樣不主稱為補償算法，它可以為再次嘗試傳輸而創建一個隨機的等待時間，這樣不會出現第會出現第2次沖突。次沖突。 一旦一旦網絡上的節點在發送數據沖突后，等待一定時間后再發，等待時間是隨指網絡上的節點在發送數據沖突后，等待一定時間后再發，等待時間是隨指數增長數增長。 廣播風暴廣播風暴(broadcast storm) 簡單的講是指當廣播數據充斥網絡無法處理，并占用大量網絡帶