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Linux 網路協議和管理

2022-07-07 15:24:47 作業系統

網路的概念:

計算機網路:一組計算機或網路設備通過媒介(有線或無線)相連,按照一定的規則進行通信的集合,

網路作用范圍分類:

廣域網:WAN--Wide Area Network
城域網:MAN---Metropolitan Area Network
局域網:LAN---Local Area Network

網路線纜:

目前比較流行的就是雙絞線(雙絞線(Twisted-Pair)的縮寫:T),因為兩根兩根絞在一起,所以叫雙絞線,這樣做的目的是為了抵消彼此的電磁干擾,

  • 五類線:速度可以達到百兆(很少用了)

  • 超五類線:速度可以達到千兆---目前主流使用的

  • 六類線:速度也可以達到千兆,但是這種線的中間會加一個十字骨架,讓線更結實

T568B線序:

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直通線:兩頭的線序一樣
交叉線:兩頭的線序不一樣(例如用于兩臺計算機直接相連)

RJ-45 Connector 和 Jack

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光纖介面

要求更高的環境,采用光纖連接,兩個頭成對出現,一個發送一個收,利用光信號來發送資料,這樣不受電磁干擾,
需要配置光纖專門的網卡和光纖模塊,
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網路設備:

中繼器 repeater

作用:方法信號的效果,讓資料傳輸得更遠 --- 基于物理層的

集線器 hub(一層設備,不能識別mac地址):

作用:相當于多介面的中繼器,上面可以接很多網線,集線器共享帶寬,且是一個半雙工的設備,

網橋和交換機(二層設備,能識別mac地址)

網橋和交換機的作業原理是一樣的,只能隔離沖突域,不能隔離廣播域,交換機可支持全雙工傳送
是通過判斷資料幀的目的MAC地址,從而將資料幀從合適埠發送出去.交換機是通過MAC地址的學習和維護更新機制來實作資料幀的轉發

路由器(三層設備)

負責解決跨網段的通信,實作通信路徑的選擇,
家用路由器就即成了交換機的功能,
PC

網路的特性:

  • 寬帶:接入廣域網的線路(相當于一條公路)

  • 網速:實際傳輸速率(8bit=1byte),單位是每秒鐘傳輸多少個位元組(Byte/s --- B/s)

  • 帶寬:接入寬帶的理論網速上限(可以理解為公路的寬度),每秒鐘能傳輸多少位元(bit)資料,單位:bit/s --bps(位元每秒)

網路運營商對下行速度的單位和系統對下行速度的單位不一樣(我們的檔案是以位元組為單位的),就造成了網速和帶寬不一樣,

網路標準

  • 舊模型:網路的軟體硬體都由一家廠商開發,不是公開的標準,

  • 基于標準的模型:所有廠商都遵守這個標準,相互之間就實作了兼容,

分層:

把網路分成多層,每一層都有對應的標準規范,
這樣就實作了不同廠商這件產品的兼容,

開放系統互聯 OSI

國際標準組織(ISO),在1985年發布的,分為7層,
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  • 物理層:和物理連接的相關規范標準,

  • 資料鏈路層:實作鏈路內部的通訊(源地址、目標地址等資訊),通訊單位:幀

  • 網路層:鏈路層可以實作兩個主機在一個網路里面通信,網路層可以實作路徑的選擇,(選擇一條最佳的通信路徑),實作多個網路之間的遠程通信,

  • 傳輸層:負責兩個節點之間資料傳輸的確認(網路層將資料送過去以后,通過傳輸層給我方一個回復,確認資料是否收到)

  • 會話層:實作兩個節點之間的會話通信

  • 表示層:資訊格式的編碼、轉換、壓縮加密等

  • 應用層:不同應用之間的通信

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網路的通信程序

相當于郵遞包裹,

資料發送方(添加外包裝) --- 封裝:

首先把資料拆成小塊來進行傳送,應用層將資料封裝(加了個包裹)---> 然后一層一層加,加到資料連句層會添加一個CRC校驗,然后通過物理層以bit流的方式進行傳送出去,

資料接收方(拆包裝)--- 解封裝:

物理層收到資料后交給資料鏈路層(用同樣的方式計算CRC,比較兩個CRC值是否一致,資料校驗),不一樣則表示資料損壞,然后向上每層開始拆包裝,最后就看到了原始資料了

報文頭:每一層都給資料添加一個頭
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協議資料單元 PDU

PDU: Protocol Data Unit,把一個資料拆成指定大小的小塊(PDU),這個小塊在不同的層有不同的稱呼,

  • 物理層的 PDU是資料位 bit

  • 資料鏈路層的 PDU是資料幀 frame

  • 網路層的PDU是資料包 packet

  • 傳輸層的 PDU是資料段 segment

  • 其他更高層次的PDU是訊息 message

三種通訊模式

  • unicast: 單播,目標設備是一個

  • broadcast: 廣播,目標設備是所有

  • multicast: 多播,組播,目標設備是多個

沖突域和廣播域

  • 沖突域:兩個網路設備同時發送資料,如果發生了沖突,則兩個設備處于同一個沖突域

  • 廣播域:一個網路設備發送廣播,另一個設備收到了,則兩個設備處于同一個廣播域

三種通信機制

  • 單工:單向傳輸

  • 半雙工:同一時間只能發送或者接收

  • 雙工:同一時間可以雙向通信

范例:判斷網線是通的還是斷的
mii-tool工具或者ethtool工具: mii-tool 網卡名
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網路不通一般是物理連接或者網路配置有問題,

局域網

局域網使用的標準是以太網,雖然局域網有國際的IEEE802標準,但是實際使用的是以太網標準,

局域網標準:主要定義了資料鏈路層和物理層的標準

以太網

以太網(Ethernet)是一種使用廣泛的局域網,
以太網在1975年就被三家公司合作研發出來,最早命名為DIX(DIX即DEC、Intel和施樂Xerox公司的首字母)

以太網MAC幀格式

幀是資料鏈路層的單位,

MAC幀的組成部分:

  • 前導資訊:Preamble,探測網路是否有故障、資料包是否完整,起到狀態監控的效果--8byte

  • 目標地址:Destination Address,以目標計算機的mac地址為標識--- 占6Byte

  • 源地址:Source Address ,以源計算機的mac地址為標識--- 占6Byte

  • Type:上層使用的協議型別(以太網屬于資料鏈路層,數據鏈路層上面是網路層,網路層有很多協議,比如早期出現過的的IPX等網路協議),上層網路層可能會擁有很多協議,下層要為上層提供服務,就需要知道上層使用的協議,

  • 資料:Data --- 46--1500之間

  • FCS:校驗位
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    802.3是國際標準,Ethernet是以太網二代的標準

MAC地址:硬體地址

在局域網中,硬體地址又稱為物理地址或MAC地址(因為這種地址用在MAC幀中),
每個網卡的MAC地址唯一,網卡出廠的時候燒錄進去的,IEEE 802標準為局域網規定了一種48位的全球地址,網卡前一半的內容由國際組織約定好,后一半內容由廠商自己約定,

虛擬局域網 VLAN

實作把網路在邏輯上切割成多個小網路,因為交換機沒有隔離廣播的功能,所有交換機都在一個廣播域中,當任何一個交換機發廣播,其他所有的交換機都能收到這個廣播,所以使用vlan來實作廣播域的隔離功能,

Vlan之間的通信

通過公共干線連接兩個交換機,在資料包發出去的時候,給資料包加一個標識,通過trunck協議來修改以太網的幀結構來實作不同vlan之間的通信,

網路架構的分層

核心層:負責資料的高速、穩定的傳輸(核心交換機--可以連接服務器等設備)
匯聚層:負責路由的安全接入(匯聚層的交換機--三層交換機(擁有路由器功能的交換機))
接入層:負責把設備連入網路中(比如 接入層的交換機)

TCP/IP 協議堆疊

Transmission Control Protocol/Internet Protocol 傳輸控制協議/因特網互聯協議
TCP/IP是許多協議簇的一個集合,

TCP/IP 分層

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TCP/IP 應用層

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TCP/IP 通信程序

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transport 層

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TCP和UDP

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