Linux網路管理之基礎知識詳解

3.2 拓撲結構

拓撲結構分為物理拓撲和邏輯拓撲。物理拓撲描述了物理裝置的布線方式，邏輯拓撲描述了資訊在網路中流動的方式。

下面我們就來詳細說一說物理拓撲結構。

• 匯流排拓撲

匯流排拓撲就是所有裝置均可接受信號，示意圖如下：

• 星型拓撲

星型拓撲通過中心點傳輸，所以一旦中心點發生故障，則會導致全網故障。示意圖如下：

• 擴充套件星形拓撲

擴充套件星型拓撲與星型拓撲特點一致，但是比星型拓撲復原能力強。示意圖如下：

• 環拓撲

在環拓撲中，信號繞環傳輸，可以使用光纖，傳輸速率快，但是，只要有任意一個節點出故障，就會導致全網故障。示意圖如下：

• 雙環拓撲

雙環拓撲中，信號沿相反方向傳輸，比單環拓撲的復原性更強一些。示意圖如下：

• 全網狀拓撲

網狀拓撲結構，這種拓撲結構主要指各節點通過傳輸線互聯連線起來，並且每一個節點至少與其他兩個節點相連·網狀拓撲結構具有較高的可靠性，容錯性強。但其結構複雜，實現起來費用較高，不易管理和維護，不常用於區域網。示意圖如下：

• 部分網狀拓撲

與全網狀拓撲大概一致，但是它是在容錯能力與成本之間尋找一個平衡點。示意圖如下：

 

四、OSI：七層協定

4.1 OSI簡介

上面我們說到了計算機網路的定義和元件，那麼，每個節點之間是如何溝通訊息的呢？其實就是透過標準的通訊協定了~但是，整個網路連線的過程相當複雜，包括硬體、軟體資料封包與應用程式的相互連線等等，如果想要寫一個將聯網全部功能都串聯在一起的程式，那麼當某個小環節出現問題的時候，整個程式都需要改寫！這樣無疑是很麻煩的。

那要怎麼辦呢？這個時候我們就要說一說OSI的七層協定了。這個協定就是把整個網路連線過程分成7層，每一層都是特別的獨立的功能，而且每層的程式程式碼可以獨立撰寫。這樣一來，當某個小環節出現問題時，只要將該層級的程式程式碼重新撰寫即可。

OSI七層協定，越接近硬體的階層為底層，越接近應用程式的則是高層。具體如圖所示：

4.2 資料傳輸過程

整個OSI的傳送過程就是我們透過應用程式將資料放入途中所示的第七層的包裹內，然後再由第七層放入第六層包裹內，在依次序一直放入至第一層的包裹內，在傳送出去給接收端。接收端的主機再從第一個包裹開始拆起，依序拆開所有包裹，再分別交給對應負責的階層來視察。

既然是包裹，那肯定會有一些表頭資訊，用來告知對方這裡面是什麼資訊，上層的包裹是放入下層中，所有下層包含上層的錶頭。資料的封裝和解封具體如下圖所示：

圖1 資料封裝

圖2 資料解封

4.3 分層作用

看完了OSI的構成和傳輸情況，接下來我們來聊一聊每一層的作用吧~

分層	負責內容
物理層 physical	由於網路媒體只能傳送0與1這種位串，因此物理層必須定義所使用的媒體裝置與電壓與訊號等，同時還必須了解資料訊框轉成位串的編碼方式，最後連線實體媒體並傳送/接收位串。
資料鏈路層 date link	這一層是比較特殊的一個階層，因為底下是實體的定義，而上層則是軟體封裝的定義。因此第二層又分為兩個子層進行資料的轉換動作。 偏硬體媒體部分，主要負責MAC，MAC是網路媒體所能處理的主要封包裹，這也是最終被物理層編碼成位串的資料。目前最長使用的是乙太網絡協定。 偏向軟體的部分則由邏輯連線層控制，主要在多工處理來自上層的封包資料並轉成MAC格式。
網路層 network	本層通過IP定址來建立兩個節點之間的連線，為源端的運輸層送來的分組，選擇合適的路由和交換節點，正確無誤地按照地址傳送給目的端的運輸層。就是通常說的IP層。這一層就是我們經常說的IP協定層。IP協定是Internet的基礎。
傳輸層 transport	定義了傳送端與接收端的聯機技術(如TCP，UDP技術)，同時包括該技術的封包格式，資料封包的傳送、流程的控制、傳輸過程的偵測檢查與復原重新傳送等等，以確保各個資料封包可以正確無誤的到達目的端。
對談層 session	定義了兩個地址之間的聯機通道之連線與結束通話，此外，亦可建立應用程式之對談、提供其他加強型服務如網路管理、簽到簽退、對談之控制等等。如果說傳送層是在判斷資料封包是否可以正確的到達目標，那麼會談層則是在確定網路服務建立聯機的確認。
表示層 presentation	表示層提供各種用於應用層資料的編碼和轉換功能，確保一個系統的應用層傳送的資料能被另一個系統的應用層識別。如果必要，該層可提供一種標準表示形式，用於將計算機內部的多種資料格式轉換成通訊中採用的標準表示形式。資料壓縮和加密也是表示層可提供的轉換功能之一。
應用層 application	應用層本身並不屬於應用程式所有，而是在定義應用程式如何進入此層的溝通介面，以將資料接收或傳送給應用程式，最終展示給使用者。 該層常見的網路協定有：http，https，ftp等。

4.4 PDU

PDU(Protocol Data Unit)，協定資料單元。是指對等層次之間傳遞的資料單位。

•   物理層的PDU是資料位bit
•   資料鏈路層的PDU是資料框frame
•   網路層的PDU是封包packet
•   傳輸層的PDU是資料段segment
•   其他更高層次的PDU是訊息message

在這裡，我們還要提到一點，就是資料框，由於我們的資料鏈路層主要負責的就是MAC，我們就以MAC幀的格式為例來說明：

MAC幀包括三部分：幀頭、資料部分、幀尾。

幀頭包括三個欄位，前兩個欄位分別為6位元組長的目的地址欄位和源地址欄位，第三個欄位是2位元組的型別欄位，裡面包含的資訊用來標誌上一層所使用的協定。

資料部分只有一個欄位，其長度在46-1500位元組之間，包含的資訊是網路層傳下來的資料。

幀尾也只有一個欄位，為4位元組長，包含的資訊是幀校驗序列FSC(使用CRC迴圈冗餘校驗碼校驗)。

具體如圖所示：

五、三種通訊模式

5.1 單播

    網路節點之間的通訊就好像是人們之間的對話一樣。如果一個人對另外一個人說話，那麼用網路技術的術語來描述就是“單播”，此時資訊的接收和傳遞只在兩個節點之間進行。單播在網路中得到了廣泛的應用，網路上絕大部分的資料都是以單播的形式傳輸的，只是一般網路使用者不知道而已。例如，你在收發電子郵件、瀏覽網頁時，必須與郵件伺服器、Web伺服器建立連線，此時使用的就是單播資料傳輸方式。但是通常使用“對等通訊”（Point to Point）代替“單播”，因為“單播”一般與“多播”和“廣播”相對應使用。

5.2 多播

“多播”也可以稱為“組播”，在網路技術的應用並不是很多，網上視訊會議、網上視訊點播特別適合採用多播方式。因為如果採用單播方式，逐個節點傳輸，有多少個目標節點，就會有多少次傳送過程，這種方式顯然效率極低，是不可取的；如果採用不區分目標、全部傳送的廣播方式，雖然一次可以傳送完資料，但是顯然達不到區分特定資料接收物件的目的。採用多播方式，既可以實現一次傳送所有目標節點的資料，也可以達到只對特定物件傳送資料的目的。

5.3 廣播

“廣播”在網路中的應用較多，如客戶機通過DHCP自動獲得IP地址的過程就是通過廣播來實現的。但是同單播和多播相比，廣播幾乎佔用了子網內網路的所有頻寬。拿開會打一個比方吧，在會場上只能有一個人發言，想象一下如果所有的人同時都用麥克風發言，那會場上就會亂成一鍋粥。集線器由於其工作原理決定了不可能過濾廣播風暴，一般的交換機也沒有這一功能，不過現在有的網路交換機（如全向的QS系列交換機）也有過濾廣播風暴功能了，路由器本身就有隔離廣播風暴的作用。

廣播風暴不能完全杜絕，但是只能在同一子網內傳播，就好像喇叭的聲音只能在同一會場內傳播一樣，因此在由幾百台甚至上千台電腦構成的大中型區域網中，一般進行子網劃分，就像將一個大廳用牆壁隔離成許多小廳一樣，以達到隔離廣播風暴的目的。

在IP網路中，廣播地址用IP地址“255.255.255.255”來表示，這個IP地址代表同一子網內所有的IP地址。

5.4 三種通訊方式的優缺點

•   單播

優點：

    （1）伺服器及時響應客戶機的需求。

（2）伺服器針對每個客戶不同的請求傳送不同的資料，容易實現個性化服務。

缺點:

    （1）伺服器針對每個客戶機傳送資料流，伺服器流量=客戶機數量x客戶機流量；在客戶數量大、每個客戶機流量大的串流媒體應用中伺服器不堪重負。

    （2）現有的網路頻寬是金字塔結構，城際省際主幹頻寬僅僅相當於其所有使用者頻寬之和的5%。如果全部使用單播協定，將造成網路主幹不堪重負。

•   多播（組播）

優點：

（1）需要相同資料流的用戶端加入相同的組共用一條資料流，節省了伺服器的負載。具備廣播所具備的優點。

（2）由於組播協定是根據接受者的需要對資料流 進行複製轉發，所以伺服器端的服務總頻寬不受客戶接收端頻寬的限制。IP協定允許有2億6千多萬個組播，所以其提供的服務可以非常豐富。

（3）此協定和淡泊協定一樣允許在Internet寬頻網上傳輸。

缺點：

（1）與單播協定相比沒有糾錯機制，發生丟包錯包後難以彌補，但可以通過一定的容錯機制來加以彌補。

（2）現行網路雖然都支援組播的傳輸，但仍有些方面需要完善，存在的一些缺點在理論上都有成熟的解決方案，只是需要逐步脫光應用到現存的網路當中。

•    廣播

優點：

    （1）網路裝置簡單，維護簡單，布網成本低廉。

    （2）由於伺服器不用向每個客戶機單獨傳送資料，所以伺服器流量負載極低。

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）網路允許伺服器提供資料的頻寬有限，用戶端的最大頻寬=服務總頻寬。無法向眾多客戶提供更多樣化、更加個性化的服務。

（3）廣播禁止允許在Internet寬頻網上傳輸。