网络知识：46张图带你了解网络传输、WIFI、以太网协议和网络寻址

网络知识：46张图带你了解网络传输、WIFI、以太网协议和网络寻址本站　　相信大家对这两兄弟都不陌生了，有线连接从很早以前就出现了，最早可追溯到1960年代，有线网络使用电缆进行连接

　　相信大家对这两兄弟都不陌生了，有线连接从很早以前就出现了，最早可追溯到1960年代，有线网络使用电缆进行连接。

　　而无线技术的发展，也已经有相当长的一段历史了，最早可追溯到1990年代。说到无线，我们最先想到的就是与它相关的移动设备，例如：收音机、手机、便携式笔记本电脑等。对于无线技术，我们经常称它为「Wi-Fi」。

　　电缆通常使用铜线制成，铜缆更便宜，常用于短距离传输，同时因为它是使用电信号进行信息传播，这就意味着它可能会受到外界电磁干扰的影响，所以，我们常见的网线多由多股线栏缠绕制成，后面的小节会讲到原因。

　　光纤通常使用玻璃作为传输介质，可用于较长距离信号传输，因其使用光信号，所以不易受外界信号干扰，但因为其材质的特殊，导致光纤的价格通常都比较昂贵。

　　无论是台式机，还是移动笔记本，或者是手机平板电脑，如果想要实现无线连接，就必须配备无线网卡，大部分情况下，台式机是没有无线网卡的，因此需要单独购买无线网卡，可以直接通过USB连接以实现无线上网。

　　由于「以太网」构建简单、成本低、可扩展性强、与IP网能够很好地结合等特点，使它成为局域网网络构建中最常用的一种技术。对于「以太网协议」，则代表了接入以太网的节点设备都达成一致的一组规则。想要接入以太网，就必须按「合同」办事儿。

　　「以太网」由许多不同的部分组成，其中一部分描述了线缆的类型以及不同线缆的传输速度；另一部分则描述了数据应该如何进行格式化和发送的操作，这部分被称为「媒体访问控制」。

　　「以太网」这样来分层的主要原因，是为了兼容不同线缆以不同速度访问不同的设备，却依然能够保证设备间的正常通信，毕竟我们无法保证每台设备、线缆及其传输速度都相同，差异性是不可避免的问题！

　　举个例子：一个具有 1G b网络带宽的本地主机，想要将数据发送到具有10Gb带宽的服务器上，这中间经历了哪些操作？

　　首先，本地主机根据「媒体访问控制」规则准备一条信息，接下来，再根据它必须遵循的物理规则来发送信息；然后，信息通过物理线缆发送到了服务器这边，当服务器收到消息，它会对这段消息进行解码，并通过「媒体访问控制」，传递到服务器主机。

　　正是因为本地主机与服务器主机都遵循了以太网的协议规则，才能保证彼此间的通信不会出现问题，并最终将信息传递到目的地。即使双方使用不同的线缆、带宽与设备， 该分层系统仍然畅通无阻 ！

　　以太网技术诞生以后，IEEE 组织制定了众多以太网不同的技术标准，每一个标准都会用一段代号来命名（就像007和9527一样）。以 802 开头的标准用于局域网技术。而以太网技术的代号是 802.3 ，再配合一到两个字母就组成了以太网不同的类型。

　　单独通过正式名称来记忆这些类型实属不易，因此 IEEE 组织还给我们准备了便于记忆的非正式名称。拿 10GBASE-T 来举例，里面的10G代表了其传输速度为「10G比特每秒」，「比特」是传输速率的单位，比特值越高，其传输速度也越快；BASE = Baseband(cables) 是基带的意思，代表它使用数字信号进行传输（另一种是模拟信号）；而后面的T，则代表了所使用的线缆类型，T=UTP也就是双绞线（另一种是LX光纤）。

　　我们已经知道了，电缆使用电信号来传输数据；而光纤使用光信号来传输数据；无论使用哪种信号，这里的数据指的都是我们熟知的「01代码」，接收器会对接收到的「01代码」进行相应解码，这就是所谓的「编码方案」。

　　首先我们来看一下电信号，想要发送电信号，就需要拥有电路，这意味着我们需要准备多根电线以传输数据，而我们最常见的线缆称为「非屏蔽双绞线」（UTP，也就是常见的网线），每对电线构成一个电路。

　　听名字我们也知道了，它是非屏蔽的线缆，也就意味着如果外界有电磁干扰，它就会受影响，在初中的时候我们就学习过了，电和磁铁是有一定关系的。

　　电流通过铜缆会产生磁场，同时也生成了电力。问题就出在这里，一对平行运行的电线会产生小的电磁场，如果一对铜线有电流经过，则必定会对其旁边的另一对电线的信号产生电磁干扰，我们称其为「串扰」。

　　为了解决「串扰」的问题，非屏蔽双绞线则将平行的两根铜缆绞在一起，这样一来，就有效的避免了电磁干扰，而这也是它名字的由来。

　　如果条件允许的话，你可以找到一条废弃的双绞线，将水晶头去掉，观察一下内部的线缆，就可以清晰的看到，线缆确实是绞在一起的。

　　我们可以看到多种不同类型的双绞线，有的中间有塑料芯，有的则是一根细线。通常，我们使用颜色对其进行编码，每对电线都是由纯色和条纹色组成的，观察图片就不难看出。例如蓝色和蓝白线缆绞在一起，而棕色和棕白线缆绞在一起。

　　通常，我们常见的网线都是由四对电线组成的，而在早期的标准中，其线缆并不一定是由四对组成的（例如：10BASE-T 和 100BASE-T 都是由两对绞线组成），但是如果想要让传输速度达到1Gbps或10Gbps，就必须使用全部四对电线才可以。

　　不同的以太网标准，需要使用不同的线缆，我们应该都听说过 「5类线类线」 这样的名称，其实这就是不同网线的专用术语，不同的类别对应了不同线缆的标准（例如：线缆的对数、线缆的粗细以及线缆的交合程度）。

　　不同类别的线缆会定义不同的名称，除了数字的不同，后面的英文字母也不同，比如：Cat5e，Cat6，Cat6a，数字越大，标准越新，意味着传输距离越远，速度越高！！

　　举一个现实一些的案例，我们可以在 100Mbps 的网络上使用5类线；但如果你想让网速达到千兆，就至少需要使用 Cat5e 这样标准的线缆；而如果你想让网速达到万兆，那就需要使用 Cat6 也就是6类网线才能达到理论速度。

　　如果你的带宽达到了万兆，但你的线类线，那你的实际使用网速肯定达不到万兆，其原因是线缆没法支持那么快的速度！

　　所以，回家赶紧看看你家网络的带宽是多少，为什么理论速度达到了，可实际使用却达不到那么快的网速，原因可能就是因为你的线缆太老旧了，扔了换新的吧。

　　我们的线缆两端都会安装一个连接器，这个连接器的名字叫做「rj45连接器」，其实就是我们所说的水晶头，它们是接入到网卡与交换机端口的部分，该连接器有八个引脚，它们与电缆内部的八根铜线对齐，必须按正确的顺序与引脚对齐才能保证通信。

　　但是，如果我们将这台主机的网线接入到另一台主机或路由器，而不是交换机呢？这会遇到什么情况？引脚的排列顺序不对了，它们使用相同的引脚来收发数据，这就导致数据传不出去了呀！所以，我们这里就不能使用「直通电缆」，而需要使用「交叉电缆(Crossover)」，那就是将用于传输数据一端的引脚对应接收数据的引脚，即可解决问题（将一台交换机接入到另一台交换机，也是同样的道理）。

　　我能理解你此刻的心情，你肯定会说，这太痛苦了吧？不但要使用不同的以太网线缆或接头，还要保证线序完全对应，我只想说「恕臣无能！」。为了避免我们陷入此困境，我们拥有一项成为「Auto MDI-X」 的技术，尽管 「Auto MDI-X」 可以支持的设备可以检测是否使用了错误的线缆，然后，可以再逻辑上切换引脚的功能，使其与电缆相匹配，但是需要注意的是在以太网为 100BASE-T 及以上的标准才可以支持这项技术。

　　因为现在我们现在应用的以太网标准基本都处于 100BASE-T 之上，所以我们可以不必担心直通电缆与交叉电缆的问题，不过我们还是应该记住它们两个之间的区别。

　　当我们的以太网标准达到 1000BASE-TX 时，情况发生了一些变化，此时，我们会利用所有的四对电线进行数据传输（较旧的标准只需要使用两对），这里有两种工作方式，分别是 1000BASE-T 和 1000BASE-TX。

　　全双工的意思就是，UTP非屏蔽双绞线的线缆需要同时发送和接受信息，如图所示，这需要两端的设备都支持同时发送和接受。

　　接下来，我们来聊一下单模光纤与多模光纤，它们可能看起来很相似，但因为使用光的类型不同而产生了很大的差别。

　　单模光纤使用激光作为光源，这是其价格更高，但这中广可以传输更远的距离，很容易就可以达到2公里或更长的距离，服务提供商通常会在不同的建筑中使用单模光纤，以方便每栋用户流畅的访问Internet。

　　一些交换机会有一些看起来很空的特殊的接口，而一些交换机则完全由这些接口组成，这些接口都是用于安装收发器模块的，这些接口都可以用于不同目的，但通常情况下，他们都是用于很合匹配不同线缆的接头的，这些收发器接口支持不同的电缆类型，包括了单模和多模光纤。同时它们还支持不同的速度，例如1G或10G的速度；它们也支持不同的电缆长度，例如长40公里电缆的收发器比1公里的收法器要贵得多。

　　我们的另一种通信方法就是无线Wi-Fi通信，它不需要使用电缆连接，无线网络就像一个无线的交换机，可以让手机、笔记本之类的无线设备链接到接入点，但这个接入点是需要链接到有线网络的，此时，有线和无线设备可以在同一个网络当中使用。当然，并不是所有的设备都会连接到无线接入点的，例如我们不能把路由器或服务器连接到无线接入点。

　　2、以太网标准用于描述了物理连接线缆的类型以及如何格式化数据3、UTP有四对双绞线，其中一些用于数据发送，另一些用于数据接收4、线缆可以以直通方式或交叉方式连接到交换机

　　10、如果有线连接无法满足你的需求，可以采用无线网络连接问题1、1000BASE-T以什么速度运行？需要使用什么类型的电缆？2、使用哪种类型的UTP电缆将主机连接到交换机？那种类型的电缆可以将一个交换机连接到另一个交换机？3、哪种情况下我们需要使用 Auto MDI-X 技术？4、那种情况下需要使用光纤代替UTP？什么时候需要单模式光纤而不是多模光纤？

　　让我们回到 「soho网络」 ，一起来看一个比较特殊的案例，我们用下图作为一个模拟的 「soho网络」。假如，我们想通过网络中的一台主机，将需要打印的文件信息传递给打印机，因为打印机已入网，所以我们可以实现这一功能，在这个网络中有多个节点存在，试问一下，我们的电脑主机如何才能知道将信息发送到什么位置呢？

　　虽然，我们可以将打印信息发送给网络中的所有节点，然后让节点去判断这个信息是否是发给自己的，但这样一来信息的安全性且不说，效率低下才是最致命的；试想一下，如果所有的设备同时发送信息，该怎么办？如果网络环境下有多台打印机，该怎么办？会出现什么状况？网络将变得一团糟！所以呢，我们需要一个解决方法。

　　其实，网络上的每台设备都有一个地址，这就类似于我们公司的、家庭的或亲朋好友的家庭住址，这个地址一定是唯一的，因此，我们邮寄包裹或网络购物可以找到准确的位置。

　　在同一个域中，每台设备都会有两个地址，分别是MAC地址和IP地址，这两个地址的使用方式不同，目前，我们先大概了解它们的特点与基本使用，后面的章节会做展开讲解。

　　首先来看一下「MAC地址」，每台设备都至少拥有一个「MAC地址」，确切地说，应该是每一块网卡都拥有一个「MAC地址」，如果你的机器有多块网卡，那就会拥有多个「MAC地址」。网卡从被生产出来就会被烧录一个永久的「MAC地址」。

　　这非常类似于烙印在动物身上的标记，主要是为了方便我们快速寻找并确认这头羊是不是我的，是我的第几头羊……扯远了，回过头来，「MAC地址」就是烙印在网卡上的标记，且可以保证的是，每个「MAC地址」都是唯一的。

　　除了「MAC地址」，每台设备同时拥有另一个地址，那就是「IP地址」，改地址并不是烙印在设备上的，而是需要网络管理员来给我们分配。相比较「MAC地址」又长又无规律的特点，「IP地址」显得相对容易记忆，大家可能会问，都已经有一个」MAC地址「了，为什么还要用」IP地址「呢？

　　这里我们要考虑一个问题，目前全球有60多亿人，如果每个人都拥有一台设备，那就意味着我们拥有60亿个「MAC地址」，这是一个庞大的「MAC地址库」，在这样庞大的库中查找具体的某一个设备无异捞针。

　　所以「MAC地址」通常都用于局部网络中的设备查找，而「IP地址」因为由管理员分配，这意味着每个国家，每个地区，每个城市的「IP地址」都有具体分配的「IP地址段」，这就很方便我们查找了，当我们想要给一个异国他乡的亲友发送信息时，只需要先来确定它的「IP地址」所在地区，然后再具体查找它的设备，这将变得非常容易。

　　举个例子，当一个公司的规模越来越大，分公司必然会出现，这种情况下会出现多个网络区域，此时我们需要将两个网络通过路由器连接在一起，这个路由器同时属于两个局域网LAN的一部分，它的工作就是将一个网段的信息传递到另一个网段。

　　通过刚才的学习，我们都知道了，MAC地址是用于本地局域网中的地址，因此，当我们想要把一段打印信息发送给另一个网段的打印机时，仅仅使用MAC地址就不够用了，此时我们就可以通过IP地址来定位打印机所处的位置。

　　我们看一下具体的工作流程，当一个网段中的电脑准备好了要传递给打印机打印信息，我们的电脑会在这段消息上追加一个「IP地址」，这个「IP地址」就是打印机的「IP地址」。同时，因为该打印机在另一段网络，所以，电脑又在该信息上追加了路由器的「MAC地址」，先找到路由器，路由器接到信息后把这个「MAC地址」更改成打印机的「MAC地址」，接着，就可以精确的将该信息传递给打印机。