第一章：网络基础知识3
声明：以下是学习《图解TCP/IP》第五版并结合网上资料所记的笔记，侵权请联系删除。可能会有一些错误，发现了会修改。
传输方式的分类
（1）面向有连接型与面向无连接型
通过网络发送数据，大致可以分为面向有连接与面向无连接两种类型（面向无连接型包括以太网、IP、UDP等协议。面向有连接型包括ATM、帧中继、TCP等协议） 。
- 面向有连接型：面向有连接型中，在发送数据之前，需要在收发主机之间连接一条通信线路。在面向有连接的方式下，必须在通信传输前后，专门进行建立和断开连接的处理。如果与对端之间无法通信，就可以避免发送无谓的数据。
- 面向无连接型：面向无连接型则不要求建立和断开连接。发送端可于任何时候自由发送数据。接收端也永远不知道自己会在何时从哪里收到数据。因此，在面向无连接的情况下，接收端需要时常确认是否收到了数据。
根据具体的通信内容来决定采用哪种方式——面向有连接或面向无连接。
（2）电路交换与分组交换
网络通信方式大致分为两种：电路交换和分组交换。电路交换技术的历史相对久远，主要用于过去的电话网。而分组交换技术则是一种较新的通信方式，TCP/IP正是采用了分组交换技术。
电路交换中，交换机主要负责数据的中转处理。计算机首先被连 接到交换机上，而交换机与交换机之间则由众多通信线路再继续连接。计算机之间在发送数据时，需要通过交换机与目标主机建立通信电路。
分组交换即让连接到通信电路的计算机将所要发送的数据分成多个数据包，按照一定的顺序排列之后分别发送。由于在分组的过程中，已经在每个分组的首部写入了发送端和接收端的地址，所以即使同一条线路同时为多个用户提供服务，也可以明确区分每个分组数据发往的目的地，以及它是与哪台计算机进行的通信。
分组交换的大致处理过程是：发送端计算机将数据分组发送给路由器，路由器收到这些分组数据以后会按照顺序缓存到相应的队列当中，再以先进先出的顺序将它们逐一发送到目标计算机（有时，也会优先发送目标地址比较 特殊的数据）。因此，分组交换也有另一个名称：蓄积交换。
在电路交换中，计算机之间的传输速度不变。然而在分组交换中，通信线路的速度可能会有所不同，因为在分组交换中，计算机与路由器之间以及路由器与路由器之间通常只有一条通信线路。因此，这条线路其实是一条共享线路。。 根据网络拥堵的情况，数据达到目标地址的时间有长有短。另外，路由器的缓存饱和或溢出时，甚至可能会发生分组数据丢失、无法发送到对端的情况。
（3）根据接收端数量分类
网络通信当中，也可以根据目标地址的个数及其后续的行为对通信进行分类。
- 单播（Unicast）：指1对1通信。早先的固定电话就是单播通信的一个典型例子。
- 广播（Broadcast）：它指是将消息从1台主机发送给与之相连的所有其他主机。一个典型例子就是电视播放，它将电视信号一齐发送给非特定的多个接收对象。
- 多播（Multicast）：多播与广播类似，也是将消息发给多个接收主机。不同之处在于多播要限定某一组主机作为接收端。最典型的例子就是电视会议，这是由多组人在不同的地方参加的一种远程会议，由一台主机发送消息给特定的多台主机。
- 任播（Anycast）：任播是指在特定的多台主机中选出一台作为接收端的一种通信方式。与多播有相似之处，任播通信从目标主机群中选择一台最符合网络条件的主机作为目标主机发送消息。
地址
通信传输中，发送端和接收端可以被视为通信主体。它们都能由一个所谓“地址”的信息加以标识出来。
地址的唯一性
一个地址必须明确地表示一个主体对象。在同一个通信网络中不允许有两个相同地址的通信主体存在，这也就是地址的唯一性。
在广播、多播、任播这些通信方式中，接收端设备可能不止一个，可以对这些由多个设备组成的一组通信赋予同一个具有唯一特性的地址，从而可以避免产生歧义，明确接收对象。
地址的层次性
当地址的总数越来越多时，如何高效地从中找出通信的目标地址将成为一个重要的问题。为此人们发现地址除了具有唯一性还需要具有层次性。电话号码包含国家区号和国内区号，通信地址包含国名、省名、市名和区名等。正是有了这种层次分类才能更加快速地定位某一个地址。
MAC地址和IP地址在标识一个通信主体时虽然都具有唯一性，但是它们当中只有IP地址具有层次性。IP地址由网络号和主机号两部分组成。即使通信主体的IP地址不同，若主机号不同，网络号相同，说明它们处于同一个网段。通常，同处一个网段的主机也都属于同一个部门或集团组织。另一方面，网络号相同的主机在组织结构、提供商类型和地域分布上都比较集中，也为IP寻址带来了极大的方便 ，这也是为什么说IP地址具有层次性的原因。
网络传输中，每个节点会根据分组数据的地址信息，来判断该报文应该由哪个网卡发送出去。各个地址会参考一个发出接口列表，MAC寻址中所参考的这张表叫做地址转发表，而IP寻址中所参考的叫做路由控制表，地址转发表和路由控制表并不需要在网络中的各个节点上手动设置，而是由这些节点自动生成的。MAC地址转发表中所记录的是实际的MAC地址本身，而路由表中记录的IP地址则是集中了之后的网络号。
网络的构成要素
搭建一套网络环境要涉及各种各样的电缆和网络设备。网络构成要素及其作用如下：
网络设备之间的相互连接需要遵循类似于某种“法律”的规范和业界标准，这对搭建网络环境至关重要，所以每个生产厂家都必须严格按照规格出产相应的网络设备。
- 在数据传输的过程中，两个设备之间数据流动的物理速度称为传输速率。传输速率高也不是指单位数据流动的速度有多快，而是指单位时间内传输的数据量有多少。传输速率又称作带宽 （Bandwidth），带宽越大网络传输能力就越强。主机之间实际的传输速率被称作吞吐量。其单位与带宽相同，都是bps（Bits Per Second）。吞吐量这个词不仅衡量带宽，同时也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占有份额（不含报文首部，只计算数据字段本身）等信息。
- 任何一台计算机连接网络时，必须要使用网卡（全称为网络接口卡，NIC），是集成了连接局域网功能的设备，有时也被叫做网络适配器、LAN卡。
- 中继器是在OSI模型的第1层，在物理层面上延长网络的设备，是再生信号放大器。由电缆传过来的电信号或光信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆。
- 网桥是在OSI模型的第2层，数据链路层面上连接两个网络的设备。它能够识别数据链路层中的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，再重新生成信号作为一个全新的帧转发给相连的另一个网段。网桥能够连接传输速率完全不同的数据链路，并且不限制连接网段的个数。网桥具有的功能与OSI参考模型的第二层（数据链路层）的功能一致，因此也把网桥称作2层交换机（L2交换机）。
- 路由器是在OSI模型的第3层，网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。路由器可以连接不同的数据链路。网桥是根据物理地址（MAC地址）进行处理，而路由器（3层交换机）则是根据IP地址进行处理的。路由器还有分担网络负荷的作用 ，甚至有些路由器具备一定的网络安全功能。
- 4～7层交换机负责处理OSI模型中从传输层至应用层的数据。 负载均衡器就是4～7层交换机的一种。对于并发访问量非常大的一个企业级Web站点，为了能通过同一个URL将前端访问分发到后台多个服务器上，可以在这些服务器的前端加一个负载均衡器（此外还可以通过域名服务器DNS实现负载均衡。通过对多个IP地址配置同一个名字，每次查询到这个名字的客户得到其中的某一个地址，从而使不同客户访问不同的服务器。该方法也称作循环复用DNS技术）。
- 网关是OSI参考模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备。与4～7层交换机一样都是处理传输层及以上的数据，但是网关不仅转发数据还负责对数据进行转换，它通常会使用一个表示层或应用层网关，在两个不能进行直接通信的协议之间进行翻译，最终实现两者之间的通信。典型的例子就是互联网邮件与手机邮件之间的转换服务，互联网与手机之间设置了一道网关，网关负责读取完各种不同的协议后，对它们逐一进行合理的转换，再将相应的数据转发出去。
代理服务器也是网关的一种，称为应用网关。有了代理服务器，客户端与服务器之间无需在网络层上直接通信，而是从传输层到应用层对数据和访问进行各种控制和处理。各种设备对应网络分层如下图：
虚拟化技术
指当一个网站（也可以是其他系统）需要调整运营所使用的资源时，并不增减服务器、存储设备、网络等实际的物理设备，而是利用软件将这些物理设备虚拟化，在有必要增减资源的时候，通过软件按量增减的一种机制。 通过此机制实现按需分配、按比例分配，对外提供可靠的服务。利用虚拟化技术，根据使用者的情况动态调整必要资源的机制被人们称作“云”。将虚拟化的系统根据需要自动地进行动态管理的部分被称作“智能协调层”。它能够将服务器、存储、网络看作一个整体进行管理。有了“云”，网络的使用者就可以实现不论何时何地都可以只获取或只提供需要信息的机制。