计算机网络基础之网络拓扑介绍
作者：尹正杰
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一.网络的概念
1>.什么是网络
网络是由节点和连线构成的图，表示诸多对象及其关系。
2>.什么是计算机网络
计算机网络指的是将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路物理连接(包括有线,无线连接),并在网络操作系统，网络管理软件和网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
3>.带宽
在数字设备中，指的是单位时间数据的传输量。
网络传输习惯上使用比特率(是指每秒传送的比特(bit)数),即bps(Bit Per Second)没秒传输的二进制位数。
常见的100M网络，实际上指的是理论上的下行速度为100Mbps，换算得12.5MBps。
4>.常见的网络物理组件
5>.网络应用程序
Web 浏览器（Chrome、IE、Firefox等）
即时消息（QQ、微信、钉钉等）
电子邮件（Outlook、foxmail 等）
协作（视频会议、VNC、Netmeeting、WebEx 等）
web网络服务（apache,nginx,IIS）
文件网络服务（ftp,nfs,samba）
数据库服务（ MySQL,MariaDB, MongoDB)
中间件服务（Tomcat，JBoss）
安全服务（ Netfilter）
6>.用户应用程序对网络的影响
批处理应用程序
FTP、TFTP、库存更新
无需直接人工交互
带宽很重要，但并非关键性因素
交互式应用程序
库存查询、数据库更新
人机交互
因为用户需等待响应，所以响应时间很重要，但并非关键性因素，除非要等待很长时间
实时应用程序
VoIP、视频
人与人的交互
端到端的延时至关重要
7>.网络的特征
速度
成本
安全性
可用性
可扩展性
可靠性
拓扑
二.物理拓扑分类
物理拓扑描述了物理设备的布线方式
1>.总线型拓扑
所有设备均可接收信号,即所有设备都连接到公共总线上，节点间使用广播通信方式。一共节点发出的信息,总线上所有其它节点都可用接收到。一段时间只允许一个节点独占总线。
常见使用同轴电缆连接，总线两端需要终结器。
优点:
结构简单,易于实现
易于扩充，增加或者移除节点比较灵活
可靠性较高，个别节点发生故障时，不影响网络中其它节点的正常工作
缺点:
网络传输能力低，安全性低，总线发生故障时，会导致全网瘫痪。
所有数据都需要经过总线传输，总线式整个网络的瓶颈。节点数据的增多会影响网络性能。
2>.星型拓扑
每个节点都由一条单独的通信线路与中心节点连接。其它各节点都与该中心节点有者物理链路的直接互联，其它节点直接不能直接通信，其它节点直接的通信需要该中心节点进行转发。因此中心节点必须有着较强的可靠性。需要中心设备，例如Hub,Switch,Router。
优点：
可靠性高，结构简单，方便管理，易于扩展，传输效率高。
缺点:
线路利用率低，中心节点需要很高的可靠性和冗余度,即通过中心点传输数据，存在单一故障点。
注意:
Hub工作在一层，这种星型实际上是芯片化的总线网络。只是物理拓扑感觉像是星型。
3>.扩展星型拓扑
比星型拓扑的复原能力更强
4>.环型拓扑
环形拓扑是将联网的计算机由通信线路连接成一个闭合的环，在环境拓扑网络中信息按照固定方向流动，或顺时针或逆时针方向。
优点:
令牌控制，没有线路竞争，实时性强，传输控制容易。
缺点:
维护困难，可靠性不高。一个节点发生故障，可能导致全网瘫痪。可用使用双环拓扑结构，但是复杂性提升。
5>.双环拓扑
信号沿反方向传输，比单环的复原能力更强，但复杂度提高。
6>.全网状拓扑
容错能力强，实施成本高。
7>.部分网状拓扑
在容错能力与成本之间寻求平衡。
三.逻辑拓扑
逻辑拓扑描述了信息在网络中流动的方式
四.三种通讯模式
1>.单播(unicast)
包在计算机网络传输中国，目的地址为单一目标的传输方式。每次都是点对点的2个实体间互相通信。
2>.组播(也称为多播，即"multicast")
把数据同时传递给一组目的地址。数据源只发出一份数据，会在尽可能远的设备上复制和分发。
3>.广播(broadcast)
数据在网络中传输，发往的目的地址是网络中所有设备的传输方式。所有设备是有范围的，这个范围称为广播域。 IPv6不支持广播，由组播替代。
五.局域网(Local Area Network，简称LAN)
局域网指的是某一个区域内，多台计算机互联的计算机组。基于广播通信方式。
常见的组网有设备，网线，有线网卡，无线网卡，集线器，交换机，路由器，上网行为管理，防火墙，入侵检测服务器等。
1>.网络线缆和接口
双绞线(Twosted-Pair):
里面有8根线，两根线互相缠在一起组成了4对，有可能你会问为什么要把线两两互相缠在一起，原因是为了低效线之间电磁干扰的。电信号在传输过程中会产生电磁场，两根线如果平行就会产生电磁干扰造成数据无法传输的情况，把两根线绞在一起恰好为了抵消掉电磁干扰。如果你家里装修，干弱点的人想要节省将你家里的网线和电话线混用的话，你一定要上前阻止，别让他们为了省一点钱而影响你以后家里上网。
非屏蔽(Unshielded)双绞线称为(UTP),目前是主流，虽说双绞线绞在一起可用防止电磁干扰，但是在外界存在较强的电磁干扰，它依旧会受到影响。
屏蔽的(ShieldedSTP)双绞线称为(STP),在线外包裹一层金属网膜，用于电磁环境非常复杂的工业环境中。但是这意味着成本较高，价格自然要比非屏蔽双绞线高得多。目前依旧不是主流。
同轴电缆(coaxial):
细同轴电缆(ThinNet) : 一般家用连接电脑。
粗同轴电缆(ThickNet): 一般大楼之间连接的建筑物。
速度并不高，早期为10Base2,10Base5。
我们以上面的"10Base2"为例进行说明，10表示10M，"Base"表示基带，即传数字信号(和宽带不同,宽带表示传输模拟信号)，2表示传输的最大传输距离为200米，5就表示最大传输距离是500米。
模拟信号：连续变化的物理量。(噪声和衰减)
数字信号：不连续的物理量，信号参数也不连续变化，高低固定。(数字信号的优势 ：抗干扰能力强;适合远距离传输并能保证质量;)
现在来说，不管是粗缆还是细缆我们很少见到了，基本上都被淘汰掉啦！相信90后的小伙伴小时候家里的电视机的天线使用的就是细同轴电缆，不过现在很少能看到的啦，基本上都换成了双绞线。
光纤(Fiber-Optic):
传输距离更远，可达到千米，一般多用在机房跳线(如核心交换机)，或是服务器外设存储设备，也是在用光纤传输的，2017年在中国检验检疫研究院做运维时用的存储设备就是使用光纤做跳线)等。
2>.双绞线的连接规范
线序(1、2发送,3、6接收)
T568A：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕
T568B：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕
线缆的连接：
标准网线（直连线或直通线）：用于连接不同设备（A-A，B-B）
交叉网线：用于连接相同设备 （A-B）
全反线(反转线,Crossover) ：不用于以太网的连接，主要用于计算机的串口和路由器或交换机的console（控制口）相连，它的线序是一端为1~8，另一端为8~1。
特例：计算机直接连接路由器用交叉线
交换机与交换机相连使用交叉或直连线一般用交叉线
不过目前新型网卡可以自适应，都使用直通线连接即可。
3>.交换机以太网接口双工模式
单工：
两个数据站之间只能沿单一方向传输数据
半双工：
两个数据站之间可以双向数据传输，但不能同时进行
全双工：
两个数据站之间可双向且同时进行数据传输
4>.双绞线针脚定义
注：
BI=双向数据
RX=接收数据 Receive Data
TX=传送数据 Transmit Data
5>.1000BASE-T GBIC
GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的缩写，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。
注意:RJ-45是网线，而RJ-11是点环线，别搞混了哈~
6>.Fiber-Optic GBICs（思科的光纤设备）
Short wavelength (短波，1000BASE-SX，传输距离1000米以上)
Long wavelength/long haul (长波，1000BASE-LX/LH，可达到3公里以上)
Extended distance (扩展波,1000BASE-ZX,可达到100公里左右)
温馨提示：
光纤的线分为单模光纤和多模光纤，单模光纤一般用激光发送数据，光传输数据的好处就是不受电磁干扰。光纤连接早期很麻烦，需要用熔纤机，价格很贵可达几十万。不过现在相对来说便宜了，某宝上几千块就买到了。
7>.网络适配器
8>.以太网演进(Ethernet Evolution)
以太网最早是1970年开始发布的。以太网约定了数据链路层的通信规范。
到1982年才真正的形成了产品，而且当时的产品是由三家公司合理研发的，即DIX。
D:
DEC公司，该公司被康柏收购，而康柏后来又被惠普收购了。惠普的很多业务最后被清华紫光这家公司所包含了。
I:
大名鼎鼎的Intel公司，当然Intel早期是做半导体芯片的，俗称内存条，后来Intel在内存半导体芯片领域被日本打的一塌糊涂，被迫做不下去了改行做CPU了。结果一不小心做成了老大啦！
X:
施乐，早期在IT行业很有名的公司，现在相比大家都知道是做复印机的，不仅仅如此哟，最早的图形窗口就是施乐公司制作的(大概在1973)，后来乔布斯觉得施乐公司做的不错，拿过来制作了Apple，由于乔布斯和比尔盖茨的关系，据说windows就是抄袭apple的。可惜施乐这家公司不注重这个图形界面啊，不然谁是世界第一还不一定呢，这样的例子太多了，比如早期手机一哥自然是洛基亚，现在已经成来了手机行业的一休哥了。
由DIX三家生产出了一代以太网，当时的速度可以达到10Mb/s,后期该产品表现良好，正在2002年被IEEE组织吸收它并命名为802.3ae标准。
虽说802.3ae是以太网的官方标准，但并不是事实标准，我们事实上使用的是以太网二代标准("Ethernet 2")，即在802.3ae基础之上往外的下一个版本。现在可以以太网传输速度可达到10Gb/s，也就是我们平时所说的万兆网卡。
9>.LAN 标准
六.广域网(WAN)
基于单播通信方式
七.