Bonky Zhu
If someone is able to show me that what I think or do is not right, I will happily change, for I seek the truth, by which no one was ever truly harmed. It is the person who continues in his self-deception and ignorance who is harmed.

计算机组网 网络互联设备

介质

同轴电缆

粗缆

粗缆是以太网初期最流行的传输介质 ,粗缆很重而且不容易被弯曲,安装和维护比较困难,成本较高。粗缆搭建的以太网称为10Base-5

  • “10”代表最高传输速率为10Mbps
  • “Base”代表采用基带传输
  • “5”代表传输距离最大为500米。

细缆

细缆是20世纪80年代以太网初期采用的最流行的传输介质,比粗缆轻,容易使用和安装,价格相对便宜。细缆搭建的以太网称为10Base-2

双绞线

双绞线电缆由4对绝缘铜线(八条线)构成,这些铜线相互绞在一起,外面包裹着一层防护套。

非屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线(UTP,unshielded twisted Pair)。使用RJ-45水晶头作为端头,传输距离限制为100米。目前最常用的是5类(Cat5)、超5类双绞线(Cat5e) 和6类(Cat6)类电缆(成本依次提升)。

屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线(STP,Shielded Twisted Pair)。STP比UTP具有更好的电磁屏蔽和抗干扰性能。

568-A 和568-B 连接器标准

根据连接器标准,我们可以给双绞线分为两类:(注意计算机和路由器是同种设备)

光纤

光纤(Optical Fiber)。传输速率大于1000Mbps,是目前传输速度最快的介质。衰减要远远小于电信号的衰减,适合长距离的传输。价格比较昂贵。

单模光纤和多模光纤

  • 单模光纤:单模光纤(SMF)是一种在横向模式直接传输光信号的光纤。单模光纤运行在 100M/s 或 1G/s 的数据速率,传输距离都可以达到至少5公里。通常情况下,单模光纤用于远程信号传输
  • 多模光纤:多模光纤(MMF)主要用于短距离的光纤通信,传输速率快,如在建筑物内或校园里。典型的传输速度是 100M/s,传输距离可达 2km(100BASE-FX),1G/s 可达1000m,10 G/s 可达 550m。

单模光纤最常用的接头类型为用户连接器 (SC,Subscriber Connector),多模光纤最常用的接头类型为直插式连接器 (ST,Straight Tip)

无线介质

网卡

网卡(NIC,Network Interface Card),也称网络适配卡(Network Adapter)。每个网卡 MAC 地址前3个字节24位是IEEE分配给厂商的代码。

MIMO

原文链接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/41520064

我们来看看常用的无线路由器长什么样子。好家伙,6根天线,都快成蜘蛛了。看起来很牛逼的样子。实际呢,信号能多穿两堵墙?还是网速能倍增?

这些效果还真都可以达到。效果当然是通过这么多天线来实现的,这就是大名鼎鼎的MIMO技术,多输入多输出(Multi Input Multi Output)。

正是由于和4G紧密结合的MIMO技术,让我们能体验飞一样的上网速度,同时像移动联通电信这样的运营商的成本也大幅降低,在激烈的竞争下纷纷推出不限量套餐,我们终于能够得以摆脱对wifi的依赖,无时无刻都可以畅快地看视频了。

MIMO的分类

首先,我们前面提到的MIMO,均指的是在下载方向上大幅提升网速。这是因为在现阶段,我们对下载的需求更为强劲。

既然MIMO叫做多输入多输出,必然涉及到多天线创造的多条传输路径。俗话说,一个巴掌拍不响,不但基站要支持多天线发射,手机也要用多天线接收来迎合。

先从简单的来,从SISO开始。由于是只有一条路径,这样的系统无疑是非常脆弱的,碰上一点问题,都会直接对通信构成威胁。

SIMO的情况就好一些了,因为手机的接收能力得到了增强。这样一来,从基站发出的消息就有两条路能到达手机了!只是这两条路都来自基站的同一天线,只能发送相同的数据。这样一来,每条路上发送的数据,丢一些也没关系,手机只要能从任意一条路径上收到一份就够了,虽然最大容量还是一条路没有变,成功收到数据的概率却提高了一倍。这种方式也叫做接收分集。

那么,MISO又是怎么回事呢?我们换一种思路,手机还是保持一根天线,而把基站的天线数增加到了两个。这样一来,基站就能同时发送两份不同的数据。

从基站君的角度来看确实可以,但手机君只有一根接收天线啊,两条路径最终还是要合成一路。所以基站还是只能发相同的东西,这样一来,每条路上发送的数据,丢一些也没关系,只要不是两条路上的东西都丢了,通信就能正常进行。虽然最大容量还是一条路没有变,通信的成功率却提高了一倍。这种方式也叫做发射分集。

那么我们会想,如果都采用两根天线岂不是就能独立发送两路数据,速度翻倍了?这种方式就是大名鼎鼎的MIMO。

这样就有基站和手机之间4条传输路径了,似乎复杂了不少,可以肯定的是,因为基站和手机都有两根天线,硬件上具备同时收发两路数据的条件了。

那么它的最大容量跟一条路径相比能提升多少呢?从前面对SIMO和MISO的分析来看,最大容量似乎取决于收发双方的天线个数。木桶原理告诉我们:一只水桶能装多少水取决于它最短的那块木板。这就也是判断MIMO最大容量的最简单办法:比较基站和手机的天线数,最大容量总是受制于天线数少的一方。

MIMO系统一般写作AxB MIMO,A表示基站的天线数,B表示手机的天线数。大家想想4x4 MIMO和4x2 MIMO的容量哪个大?从木桶原理来判断,4x4 MIMO可以同时发送和接收4路数据,其最大容量可以达到SISO系统的4倍,而4x2 MIMO因为接收天线只有两根,只能同时接收2路数据,其最大容量只能达到SISO系统的2倍,高下立现。

网络设备

物理层设备:中继器和集线器

中继器(Repeater)工作在OSI参考模型的物理层,作用是对衰减的信号进行再生和放大。

网络5-4-3规则:10M以太网应遵循5-4-3规则。既在一个10M网络中,一共可以分为5个网段,其中用4个中继器连接,允许其中3个网段有设备,其他2个网段只是传输距离的延长。

集线器(Hub)是物理层的设备,也 称为多端口中继器 (Mutiport Repeater)。

数据链路层设备:网桥和交换机

网桥(Bridge)工作在OSI模型的第二层,即数据链路层。用于实现多个局域网之间的数据交换。中继不同端口的MAC帧,过滤同一端口的MAC帧。可以分割冲突域,不可分割广播域。

网桥的工作原理:

  • 启动时网桥表为空
  • 数据帧到达:
    • 添加MAC地址和所对应的端口
    • 如果目的地址和源地址同端口—>丢弃
    • 不同&网桥表中有目的地址对应端口—>转发
    • 网桥表中无目的地址对应的端口—>泛洪

交换机(Switcher)是数据链路层设备。交换机的每个端口相当于一个独立的网桥,交换机的每个端口构成一个独立的冲突域。有专门的芯片处理数据转发,每个端口都可提供介质的全部带宽,不必与其他主机竞争资源。

集线器网络内的主机共享带宽,交换机网络内的主机独立占有端口最大带宽。

理论上24端口100Mbps的交换机可以支持12道并行数据传输,吞吐量为1200Mbps(相当于 12 个网桥)。一般来说,交换机是硬件转发,转发方式有三种。

交换机的三种交换模式

直通转发模式(Cut—through)

指交换机在接收到帧后,一般只要接收到帧的前6字节(目的MAC地址6字节),就已经知道了目的地了,不进行缓存和奇偶校验,而是直接转发到目的端口。

转发反应时间非常短,同时也存在以下3方面的问题:转发残帧、转发错误帧和容易拥塞。

存储转发模式(Store—forward)

指交换机首先在缓冲区中存储整个接收到的封装数据包,然后使用CRC检测法检查数据包是否正确,如果正确,交换机便从地址表中寻找目的端口地址,地址得到后,即建立两个端口的连接并开始传输数据。如果不正确,表明该数据中包含有一个或一个以上的错误,则将予以丢弃。除了检查CRC外,存储转发交换机还将检查整个数据帧,当发现超短帧或超长帧等错误时,也会自动将其过滤掉。

优点是没有残帧或错误帧的转发,减少了潜在的不必要数据转发,提高了网络传输效率。缺点是转发延迟要比直通式长得多。同时,存储转发式交换机通常也需要更大量的内存空间来保存帧。

准直通转发模式(Interim cut—trough switch)

也称无碎片转发。是对直通转发模式的一种简改进(采用一种特殊的缓存:FIFO),只转发长度至少为64B的帧,从而避免了残帧的转发。

网络层设备:路由器

路由器可以划分冲突域,隔离广播风暴。

广播风暴

广播风暴就是因为以太网中出现了明环或暗环,引起广播包被指数涨速递增,整个网络流量被广播包占据,其他的转发业务不能进行。

以太交换机对广播包的处理,是不管从哪个端口收到广播包,都完整地复制一份转发到其他端口(除接收到的端口外)。

交换机对广播报文的处理。来自端口 1 的广播报文做端口 2,3,4 上各自复制一份发送

一个简单的环就是同一个交换机上的两个端口直连。比如 3 口和 4 口连上。

交换机成环路,同一个交换机的 3,4 口相通

那么当交换机收到来自 1 口的广播包,会在 3 和 4 口上各自复制转发一份。注意,收到一个包广播包,发出去 N-1 个广播包。这一轮结束后,3 和 4 分别发送了一个广播包。

但是从 3 口发出的广播包会被 4 口收到,从 4 口发出的会被 3 口收到

交换机会把从 4 口收到的广播包在 1,2,3 口上复制转发一份。同样的也会转发从 3 收到的广播包(来自端口 4 的直连线)到端口 1,2,4

从 3 发出的广播报文被 4 口接收到,复制到 1,2,3 端口再发送出去。

同样的不幸故事又发生在刚刚转发的 3 发 4 收和 3 收 4 发的广播包上。3 和 4 口会不停地接收到对方发的广播包,交换机会不停地转发到所有端口。以前图为例,step4 和 step5 会陷入死循环。注意,每次循环的时候,1,2,都会把广播报文广播到网络中去。

每发生一轮,广播包就在所有端口复制转发一份。这个故事永远不会停止,直到交换机被撑死。如此循环往复很快就爆炸了。

这个是最简单的明环。如果有两个或多个交换机的转发路径上有了类似的结果,也就是说同一个广播包被同一个交换机处理 2 次的时候,这个交换机就对广播包进行了不可逆转的爆炸。

长环(暗环)中,A3-B1-B2-A4 形成一个环路,Step 4~7 会循环往复不停歇

业界对于防止网络风暴的主要思路,还在 “防止出现环路” 的思路上。这个思想是这样的:

在以太网的组网过程中,假定有一个无环的小网(这个很容易做到,例如,打开一个交换机只开一个端口,再例如,已经运行很正常的以太网),然后接下来要往这个网络中添加一个端口(或者连接另一个网络)前,先确定一下拓扑结构,只有确认好了拓扑结构中没有环路,才正式开启向这个端口或网络发送数据。确认拓扑结构有特殊的处理协议,这个协议的运行不属于前面说的 “开启”。

广泛应用的协议是 STP(Spanning Tree Protocol),生成树协议。我觉得英语 spanning 比中文的 “生成” 更形象。改进的协议是“快速生成树” RSTP(rapid)协议。具体协议我就不班门弄斧了。

2.5层技术

使得L2层具有“路由功能”(依据MAC地址的路由功能)。适合数据中心,可以满足大吞吐量。

Share

You may also like...

发表评论