网络及服务器基础知识.docx
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网络及服务器基础知识
1.RAID介绍50
电脑网络及服务器基础知识
一、电脑网络基础知识
1.电脑网络概念
电脑网络：
将分布在不同地理位置上的多个具有独立工作能力的电脑系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。
2.电脑网络分类
按覆盖X围分类，电脑网络的基本构成：
（1）局域网（LocalAreaNetwork,简称LAN），小于10km的X围，通常采用有线的方式连接起来。
局域网是组成其他两种类型电脑网络的基础。
局域网有许多种类，按照组网方式的不同，局域网络的通信模式即网络中电脑之间的地位和关系的不同，局域网分为对等网和客户/服务器网两种。
（对等网（Peer-to-PeerNetworks）指的是网络中没有专用的服务器（Server）、每一台电脑的地位平等、每一台电脑既可充当服务器又可充当客户机（Client）的网络。
对等网是小型局域网最常用的联网方式，对等网组建简单，不需要架设专用的服务器，不需要过多的专业知识，一般应用于电脑数量在十台至几十台左右。
客户/服务器网与对等网不同，网络中必须至少有一台采用网络操作系统（如WindowsNT/2000Server、Linux、Unix等）的服务器，其中服务器可以扮演多种角色，如文件和打印服务器、应用服务器、电子服务器等。
基于服务器的网络适用于联网电脑数量多在几十台、几百台甚至上千台以上。
）
（2）城域网（MetropolisAreaNetwork,简称MAN），规模局限在一座城市的X围内，10～100km的区域。
（3）广域网（WideAreaNetwork,简称WAN），广域网的典型代表是Internet网。
3、电脑网络体系结构
在Internet出现之前，各个国家甚至大公司都建立了自己的网络，这些网络体系结构各不相同。
如日本DEet等。
其体系结构都不相同，协议也不一致。
不同体系结构的产品难以实现互连；为网络的互联、互通带来困难。
80年代开始，人们着手寻找统一网络结构和协议的途径。
国际标准化组织ISO下属的电脑信息处理标准化技术委员会为研究网络的标准化成立了一个分委员会。
1984年正式颁布了开放系统互连基本参考模型。
这里的开放系统是指对当时各个封闭的网络系统而言，它可以和任何其它遵守模型的系统通信。
模型分
为7个层次，故又称为OSI7层模型。
构成了电脑网络体系结构的基础。
1990年最终形成世界X围的Internet。
电脑网络体系结构采用分层配对结构，定义和描述了一组用于电脑及其通信设施之间互连的标准和规X的集合，它是管理两个实体（实体是通信时能发送
和接收信息的任何硬件设施）之间通信规则的集合，遵循这组规X可以方便地实现电脑设备之间的通信。
4、电脑网络的功能
（1）数据通信。
这是电脑网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础。
如电子、传真、远程数据交换等。
（2）资源共享。
电脑网络的主要目的是共享资源。
共享的资源有：
硬件资源、软件资源、数据资源。
其中共享数据资源是电脑网络最重要的目的。
（3）提高可靠性。
电脑网络一般都属分布式控制方式，如果有单个部件或少数电脑失效，网络可通过不同路由来访问这些资源。
二、互联网基本知识
Internet是20世纪末人类最成功的发明。
Internet规X的中文译名叫互联网，也叫互联网。
Internet本身不是一种具体的单个物理网络，它是通过路由器和TCP／IP协议集进行数据通信，把世界各地的各种广域网和局域网连接在一起，形成跨越世界X围的庞大的互联网络。
中国于1994年4月联入Internet。
尽管互联网上联接了无数的服务和电脑，但它们并不是处于杂乱无章的无序状态，而是每一个主机都有惟一的地址，作为该主机在Internet上的唯一标志。
我们称为IP地址（InternetProtocolAddress）。
1.IP地址
不同的物理网络技术有不同的编址方式；不同物理网络中的主机，有不同的物理网络地址。
网间技术是将不同物理网络技术统一起来的高层软件技术。
网间技术采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一网络和每一主机都分配一个网间地址，以此屏蔽物理网络地址的差异。
IP协议提供一种全网间通用的地址格式，并在统一管理下进行地址分配，保证一个地址对应一台网间主机（包括网关），这样物理地址的差异被IP层所屏蔽。
IP层所用到的地址叫做网间地址，又叫IP地址。
它由网络号和主机号两部分组成，统一网络内的所有主机使用相同的网络号，主机号是唯一的。
IP地址是一个32位的二进制数，分成4个字段，每个字段8位。
2.三类主要的网络地址
我们知道，从LAN到WAN，不同种类网络规模相差很大，必须区别对待。
因此按网络规模大小，将网络地址分为主要的三类，如下：
A类
1.0.0.0到126.0.0.0（0.0.0.0和127.0.0.0保留）
B类
128.1.0.0到191.254.0.0（128.0.0.0和191.255.0.0保留）
C类
192.0.1.0到223.255.254.0（192.0.0.0和223.255.255.0保留）
除了以上A、B、C三个主类地址外，还有另外两类地址，如下：
D类
224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播
E类
240.0.0.0到255.255.255.254保留（255.255.255.255用于广播）
其中多目地址（multicastaddress）是比广播地址稍弱的多点传送地址，用于支持多目传输技术。
E类地址用于将来的扩展之用。
3.子网掩码
子网掩码是一个应用于TCP/IP网络的32位二进制值，它可以屏蔽掉IP地址中的一部分，从而分离出IP地址中的网络部分与主机部分，基于子网掩码，管理员可以将网络进一步划分为若干子网。
4.子网掩码的分类
1）缺省子网掩码：
即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。
A类网络缺省子网掩码：
255.0.0.0
B类网络缺省子网掩码：
255.255.0.0
C类网络缺省子网掩码：
255.255.255.0
5.MAC地址
MAC（Medium/MediaAccessControl）地址，或称为MAC位址、硬件位址，用来定义网络设备的位置。
在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层则负责MAC位址。
因此一个网卡会有一个全球唯一固定的MAC地址，但可对应多个ip地址。
MAC地址是烧录在网卡里。
MAC地址,也叫硬件地址,是由48比特/bit长,16进制的数字组成。
0-23位是由厂家自己分配.24-47位叫做组织唯一标志符（organizationallyunique，是识别LAN（局域网）节点的标识。
其中第40位是组播地址标志位。
三、OSI七层模型
OSI（OpenSystemInterconnection，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X，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，其最主要的功能使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，也就是我们常说的模数转换与数模转换）。
这一层的数据叫做比特。
2.数据链路层
主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。
常把这一层的数据叫做帧。
在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
3.网络层
主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1）的封装与解封装。
在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
4.传输层
定义了一些传输数据的协议和端口号（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进行传输，到达目的地址后在进行重组。
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
主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把电脑能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等））
7.应用层
主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（你就把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）
四、网络设备
1.交换机
交换机是一种用于电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。
交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
在电脑网络系统中，交换概念的提出改进了共享工作模式。
我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据某某的地址信息来确定是否接收。
也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。
这种方式就是共享网络带宽。
工作在数据链路层。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。
交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。
使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。
通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。
交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。
每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。
当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。
假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。
总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。
交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
技术发展史
1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。
其实，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。
与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。
而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。
与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。
现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。
交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。
协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。
利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。
如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。
这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率（6道信息流X14880bps/道信息流）。
专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下得以实现上述性能，其端口造价低于传统型桥接器。
随着电脑及其互联技术（也即通常所谓的“网络技术”）的迅速发展，以太网成为了迄今为止普及率最高的短距离二层电脑网络。
而以太网的核心部件就是以太网交换机。
以太网是一种电脑网络，需要传输的是数据，因此采用的是“分组交换”。
但无论采取哪种交换方式，交换机为两点间提供“独享通路”的特性不会改变。
就以太网设备而言，交换机和集线器的本质区别就在于：
当A发信息给B时，如果通过集线器，则接入集线器的所有网络节点都会收到这条信息（也就是以广播形式发送），只是网卡在硬件层面就会过滤掉不是发给本机的信息；而如果通过交换机，除非A通知交换机广播，否则发给B的信息C绝不会收到（获取交换机控制权限从而监听的情况除外）。
目前，以太网交换机厂商根据市场需求，推出了三层甚至四层交换机。
但无论如何，其核心功能仍是二层的以太网数据包交换，只是带有了一定的处理IP层甚至更高层数据包的能力。
交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应。
交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打一样，说话的同时也能够听到对方的声音。
目前的交换机都支持全双工。
全双工的好处在于迟延小，速度快。
从广义上来看，网络交换机分为两种：
广域网交换机和局域网交换机。
广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。
而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。
从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。
从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。
各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式（插槽数较少），也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式（功能较为简单）。
另一方面，从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。
本文所介绍的交换机指的是局域网交换机。
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。
二层交换机，三层交换机及四层交换机的区别
✧二层交换
二层交换技术的发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
具体的工作流程如下：
1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取某某中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的
2）再去读取某某中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口
3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上
4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以记录这一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：
1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换
2）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：
一为BEFFERRAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量
3）还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC（ApplicationspecificIntegratedCircuit,专用集成电路）芯片，因此转发速度可以做到非常快。
由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。
以上三点也是评判二、三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。
✧三层交换
下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
使用IP的设备A-----------三层交换机-------使用IP的设备B 比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。
如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。
如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，这个缺省网关的IP对应第三层路由模块，所以对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址（由源主机A完成）；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。
通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据（层三交换机要确认是由A到B而不是到C的数据，还要读取帧中的IP地址。
），就直接交由二层交换模块完成。
这就通常所说的一次路由多次转发。
以上就是三层交换机工作过程的简单概括，可以看出三层交换的特点：
1）由硬件结合实现数据的高速转发。
这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbit/s。
算上背板带宽，这些是三层交换机性能的两个重要参数。
2）简洁的路由软件使路由过程简化。
大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理，都是由二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。
✧二层和三层交换机的选择
二层交换机用于小型的局域网络。
这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
三层交换机的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。
三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。
如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。
一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。
✧四层交换
第四层交换的一个简单定义是：
它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址（第二层网桥）或源/目标IP地址（第三层路由），而且依据TCP/UDP（第四层）应用端口号。
第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。
它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。
这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。
在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。
在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务器支持某种应用。
在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP，而不是真实的服务器地址。
当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（例如一个TCPSYN包）发给服务器交换机。
服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。
这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。
✧第四层交换的原理
OSI模型的第四层是传输层。
传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。
在IP协议栈中这是TCP（一种传输协议）和UDP（用户数据包协议）所在的协议层。
在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（portnumber），它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。
端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口号使一个接收端电脑系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。
端口号和设备IP地址的组合通常称作"插口（socket）"。
1和255之间的端口号被保留，他们称为"熟知"端口，也就是说，在所有主机TCP/IP协议栈实现中，这些端口号是相同的。
除了"熟知"端口外，标准UNIX服务分配在256到1024端口X围，定制的应用一般在1024以上分配端口号。
分配端口号的最近清单可以在RFC1700"AssignedNumbers"上找到。
TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第四层交换的基础。
具有第四层功能的交换机能够起到与服务器相连接的"虚拟IP"（VIP）前端的作用。
每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。
这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。
在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的开始。
然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。
一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。
每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP端口相关联的连接表。
然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。
所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现会话为止。
在使用第四层交换的情况下，接入可以与真正的服务器连接在一起来满足用户制定的规则，诸如使每台服务器上有相等数量的接入或根据不同服务器的容量
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