第四十四讲——网络

<div>　　我们计算机是通过各种介质连接起来，有线或者无线（电磁信号），光纤传输途中为光信号，但是最终还是要转换为电磁信号。</div>
<div>　　计算机之间通信的电磁信号是按照某种既定的规律进行的，且这种规律在被连接计算机之间都能够理解，如果高电平为1，低电平为0，则定义连续不间断传输时1的个数，0的个数。那么这种规律我们称为协议。</div>
<div>　　协议：protocol。</div>
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<div>传输速度体现在物理设备上有</div>
<div>　　百兆网卡</div>
<div>　　千兆网卡</div>
<div>　　万兆网卡</div>
<div>　　代表网络设备在每秒钟之内能够调制出去的信号或者接受进来的信号的个数。</div>
<div>　　10Mbps，每秒钟传输10M个bit位</div>
<div>　　传输速率不仅和设备相关，和传输介质也相关，而我们传输用到的网线很可能容纳能力是有限的，在传输中以最低的设备为准（水桶短板原理）。</div>
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<div>　　我们使用的几乎都是以太网，而以太网是由施乐公司的PARK实验室无偿提供给全人类的。</div>
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<div>网络的类型：</div>
<div>　　一是总线型网络，一般使用同轴线缆（有线电视线缆），总线型网络在某一时刻只允许一台主机发送信号，这样一来为了不使通信产生混乱，我们就需要一种机制来进行调度。</div>
<div>这种机制就是线路仲裁，线路仲裁就是决定哪一个主机在某一时刻能够使用这一传输介质。</div>
<div>在总线型网络模型当中，解决底层通信信道争用，需要一种逻辑上的算法，或者解决方案，也可以称为规则。</div>
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<div>　　为了使发送出去的数据能够被顺利的接收，我们需要给每台主机的网络设备一个标识码，就像我们的名字一样，这个识别码最主要的就是支撑MAC这种算法，所以使得仲裁的结果得以实现，因此，这个识别码（地址）也通常被称为MAC地址。</div>
<div>　　MAC：Media Access Control介质访问控制</div>
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<div>　　通信建立之前，发送方会发一个数据包，这个数据包有一个首部（也称为报头），其他主机对于这个数据包是不予理会的，真正的信号就在报头的后面。</div>
<div>当一个主机发送一个信号，所有网内的主机能收到，这种一对多的模式我们称为广播。</div>
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<div>　　一对一我们称为单播。</div>
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<div>　　为了实现线路仲裁，我们还需要标识每一台主机，并且需要知道网内是否有新设备接入。线路仲裁的实现，需要我们知道线路是否被使用，如果发生冲突怎么办。</div>
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<div>　　CSMA/CD （载波侦听多路访问/冲突检测）</div>
<div>　　carrier sence multi access collision detection</div>
<div>　　在网络上，如果A要发送信号，，要探测一下，线路是不是正忙，如果不忙则立即发送信号，而且是边发送边侦听，如果在发送途中发生冲突，则立即停止发送并随机等待一段时间再次探测。</div>
<div>　　若果A/B同时探测到线路空闲，则都会立即发送数据，此时会回撤并等待一个随机时间，这个随机时间和算法有关。</div>
<div>　　边发送边侦听，任何时候发生冲突都要立即停止发送，并等待一个随机时间侦听线路。凡是使用了这种机制的都称为以太网，所以以太网最核心的标志CSMA/CD。这只是一种线路仲裁机制。</div>
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<div>　　二是环形网络（IBM的专利技术）</div>
<div>　　将多台主机组织成为一个环状结构彼此之间连接起来。在整个线路中游走着一个令牌，如果这个网络上没有信号传输，则令牌游走在网络中，当某个主机需要传输数据时，抓住这个令牌即可，只有持有这个令牌的主机才能发信号。这是通过令牌环实现线路仲裁机制。</div>
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<div>　　三是星型网络，通过一个设备上的接口将计算机连接起来。</div>
<div>　　早期，连接许多主机的设备我们称为HUB（集线器），集线器其实就是简化了总线型结构，将每一个接口统一提供出来，简化操作。HUB是一种便携的总线结构，仅仅是为了接线方便。</div>
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<div>　　我们知道总线型网络中主机数量越多，发生冲突的可能性越大，因为众多的主机都是靠一根线缆传输信息，且同一时间只能有一台主机传输信息。冲突会随着主机的增加而增加，有效的传输时间会缩短。</div>
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<div>　　主机通信使用的线缆长度对传输也是有影响的，线缆有电阻，所有的信息都是通过电信号传输的，所以线缆会有一个有效距离，过长的线缆会造成信号的衰减。为了长距离传输，我们可以使用中继设备将信号放大再传输。</div>
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<div>　　为了减少主机间的冲突，我们通过一个叫网桥的设备将主机分隔开。</div>
<div>　　网桥：连接两个物理网络的设备，当A与B通信时，为内部通信，网桥不予理会，当A与C通信时，网桥会将A的内容转发到B所在的2号网络，网桥连接的网络中所有的主机不能重名，否则会造成信号无法到达目的地。网桥中维护有一张表，分别标明每个接口中有哪些主机。</div>
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<div>　　网桥内部有一个存储空间，作为网管应该知道每个接口上的主机在哪个位置，将对应关系手动建立起来，网桥就可以工作了。网桥也可以自动学习，通过接受数据报文的头部信息（接收方地址，发送方地址），确认发送方所在接口的主机。此时接受到报文的主机会相应发送方，于是接收方所在的接口被网桥识别。过一段时间，网桥就会生成一张表，但是在此之前发送方是怎么知道网络上有哪些主机？</div>
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<div>　　A主机通信时需要知道目标主机是谁，并在发送之前询问其是否在线。</div>
<div>　　于是，我们将网桥的模型极端化，即每一个端口上只连接一台主机，这个设备中有一个交叉点阵列的网络，有很多的线路可以走。当A与B通信时，C与D也能通信，且他们之间的通信不产生干扰，不发生广播行为，属于点对点通信。这就是我们的网桥设备。</div>
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<div>　　半双工模型，即双方都能向对方发送信息，但是在某一时刻只能有一方发送信息。</div>
<div>　　全双工模型：使用两根线，一根用于接收一根用于发送。我们使用的网线就是全双工的应用，四组八根。实际上我们使用的仅仅是其中的两根，但是我们不能只接两根线，最少要接四根。</div>
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<div>　　网线是由绿橙蓝棕四色的线缆组成，且每一根都有一根和白色相间的线，两两绕成一组，扭在一起的两根线，一根用于传输信号，一根用于抗干扰。</div>
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<div>　　我们的网桥工作时，其内部也是维护有一张表的，存储在一个芯片当中，这是网桥最核心的智能体现，所有对应关系都是由表来完成的，这张表中的内容是有有效期限的，并不是永久有效的，会定期清理一次，对于一个主机经常变动的网络来说，动态学习是一个比较好的机制，如果一个网络中的主机很稳定，很少出现变动，那么我们可以进行手动建立对应关系，减少网桥的负担。</div>
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<div>　　主机是依靠进程来进行通信的，通信之前，会广播一个信号询问接收方是否在线，如果接收方在线则恢回复，通信开始建立。</div>
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<div>　　网桥将左右两个网络隔离成了两个冲突域，即减小了冲突域的范围。</div>
<div>网桥只能隔离冲突，并不能隔离广播。</div>
<div>　　冲突域：彼此争用信道的范围。</div>
<div>　　为了降低冲突域，我们引入了网桥这种设备，所以网桥本身并不能隔离广播，网桥对于广播信号必须要进行转发，因为发送方发送数据前并不能确定在网络中存在接收方。</div>
<div>　　广播风暴：即很多主机产生很多广播。</div>
<div>　　所以网桥虽然能够连接很多主机，但是这些主机的数量众多的时候会带来很多的问题。</div>
<div>解决这一问题就像是之前为了减小冲突域一样，缩小冲突域的范围。用一个中间设备将网桥连接起来，隔离广播，对于广播信号不予理会。这时平面化的广播形式的通信不足以应付这个问题了。（这种标识主机的方式不足以应付隔离广播域的问题。）MAC标识主机时，任何两个主机通信都需要通过广播的形式进行。</div>
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<div>　　因此，我们在平面化的MAC地址（物理地址之上引入了一种逻辑地址，每一个主机间通信不再是直接使用MAC，二是依靠这个逻辑地址，也称为IP地址。</div>

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