信息技术的发展

# 网络范围分类

从网络范围分类 分成 个人局域网 、 局域网 、城域网 、 广域网

# 网络使用者角度分类

从网络使用者角度分类 可以将网络分为公用网 与 专网 。

# 信息传输

在网络中，信息的传输主要依赖于多种技术，其中 “以太网技术” 和 “网络交换技术” 是最常用的两种。以下是这两种技术的简要解释：

# 以太网技术

1. 定义：以太网是一种局域网（LAN）技术，最初由施乐公司在 1970 年代开发。它定义了数据在网络中传输的格式和规则。

2. 工作原理：

   • 以太网使用数据帧进行信息传输。每个帧包含目标地址、源地址以及数据本身。
   • 以太网采用载波侦听多路访问 / 冲突检测（CSMA/CD）协议，允许多个设备共享同一通信信道，并在发生冲突时进行重传。

3. 类型：

   • 以太网有多种标准，如 10BASE-T（10 Mbps）、100BASE-TX（100 Mbps）、1000BASE-T（1 Gbps）等，速率和传输介质不同。

4. 优点：

   • 简单易用，成本低，设备兼容性强。

# 网络交换技术

1. 定义：网络交换技术是指在网络中使用交换机（Switch）来转发数据帧的技术。它允许多个设备在同一网络上进行通信。

2. 工作原理：

   • 当数据帧到达交换机时，交换机会读取帧中的目标 MAC 地址，并将其转发到正确的端口，从而实现有效的点对点通信。
   • 交换技术可以分为数据交换、线路交换、报文交换和分组交换，其中以分组交换最为常见。

3. 类型：

   • 局域网交换（如以太网交换）和广域网交换（如帧中继、ATM 等）。

4. 优点：

   • 提高网络效率，减少冲突，支持全双工通信，提升网络带宽利用率。

# 总结

以太网技术是数据在局域网中传输的基础，而网络交换技术则通过智能转发机制提高了网络通信的效率和灵活性。这两者结合，使得现代网络能够高效、快速地传输信息。

# 网络交换层次

• 中计算机网络中 按照 交换层次不同 ，网络交换可以分为

1. 物理层交换 (入电话网)
2. 链路层交换（二层交换 -- MAC 地址进行变更）
3. 网络层交换 (三层交换 -- 对 IP 地址进变更)
4. 传输层交换（四层交换 -- 对端口进行变更）
5. 应用层交换#

# 网络设备

# 1. 中继器

# 工作层次

• 物理层：中继器工作在 OSI 模型的物理层（Layer 1），主要负责信号的传输和放大。

# 主要功能

• 信号放大：中继器能够接收来自一个网络段的信号，并对其进行放大，以延长信号的传输距离。
• 信号重构：通过重构信号，中继器可以消除在传输过程中由于衰减或干扰造成的信号质量下降。
• 连接不同网络段：中继器可以将两个或多个网络段连接起来，扩展网络的覆盖范围。
• 透明转发：中继器对数据包的内容不做任何修改，简单地将接收到的信号转发到其他网络段。

# 2. 网桥

# 工作层次

• 数据链路层：网桥工作在 OSI 模型的数据链路层（Layer 2）。

# 主要功能

• 过滤和转发：根据 MAC 地址过滤和转发数据帧，减少网络流量。
• 连接不同网络段：将多个局域网连接在一起，形成一个更大的网络。
• 学习地址：通过学习网络中设备的 MAC 地址来优化数据转发。

# 3. 路由器

# 工作层次

• 网络层：路由器工作在 OSI 模型的网络层（Layer 3）。

# 主要功能

• 路径选择：根据目标 IP 地址选择最佳路径，将数据包转发到目的地。
• IP 地址分配：可以为网络中的设备分配 IP 地址（如 DHCP 功能）。
• 连接不同网络：连接不同类型的网络（如 LAN 和 WAN）。

# 4. 网关

# 工作层次

• 应用层及以上：网关可以在 OSI 模型的多个层次上工作，通常涉及应用层（Layer 7）。

# 主要功能

• 协议转换：在不同协议的网络之间进行数据转换。
• 网络接口：作为不同网络（如 LAN 和 WAN）之间的接口。
• 数据处理：可以进行数据过滤、转换和安全检查。

# 5. 集线器

# 工作层次

• 物理层：集线器工作在 OSI 模型的物理层（Layer 1）。

# 主要功能

• 信号分配：将接收到的信号广播到所有端口，简单地转发数据。
• 连接多个设备：作为多个设备之间的连接点，但不进行数据过滤或智能转发。
• 多端口中继器

# 6. 二层交换机

# 工作层次

• 数据链路层：二层交换机工作在 OSI 模型的数据链路层（Layer 2）。

# 主要功能

• 智能转发：根据 MAC 地址表进行数据帧的转发，减少网络冲突。
• VLAN 支持：支持虚拟局域网（VLAN），实现网络分段。
• 传统上意义上的 交换机，多端口 网桥

# 7. 三层交换机

# 工作层次

• 网络层：三层交换机同时具备数据链路层和网络层的功能。

# 主要功能

• 路由功能：能够根据 IP 地址进行数据包的路由，同时具备交换功能。
• 高效转发：结合交换机和路由器的功能，提高转发效率。
• 带路由功能的 二层交换机

# 8. 多层交换机

# 工作层次

• 多个层次： 高层 （第 4 - 7 层）

# 主要功能

• 带协议转换的交换机
• 综合功能：结合二层交换和三层路由的功能，支持更复杂的网络架构。
• 高性能：提供高速的转发能力，适用于高流量的网络环境。

# OSI 七层网络模型

OSI（开放系统互联）模型是一个标准化的网络通信模型，分为七个层次。每一层都有特定的功能和责任。以下是 OSI 七层模型的各层及其主要功能和常见协议：

# 1. 物理层 (Physical Layer)

• 功能：负责物理设备之间的信号传输，包括电缆、网络接口卡和其他硬件。
• 主要任务：定义物理连接、信号编码和传输速率。
• 常见协议：
  • IEEE 802.3（以太网）
  • IEEE 802.11（无线局域网）
  • RS-232（串行通信）
  • DSL（数字用户线路）

# 2. 数据链路层 (Data Link Layer)

• 功能：提供节点到节点的通信，确保数据帧在物理层之间的可靠传输。
• 主要任务：帧的封装与解封装、错误检测和纠正、流量控制。
• 常见协议：
  • Ethernet（以太网）
  • PPP（点对点协议）
  • HDLC（高级数据链路控制）
  • Frame Relay（帧中继）

# 3. 网络层 (Network Layer)

• 功能：负责数据包的路由和转发，确保数据从源到目的地。
• 主要任务：逻辑地址的分配（如 IP 地址）、路径选择和拥塞控制。
• 常见协议：
  • IP（互联网协议）
  • ICMP（互联网控制消息协议）
  • IGMP（因特网组管理协议）
  • IPv4 / IPv6
  • ARP（地址解析协议）

# 4. 传输层 (Transport Layer)

• 功能：提供端到端的通信，确保数据的完整性和可靠性。
• 主要任务：数据分段和重组、流量控制、错误检测及恢复。
• 常见协议：
  • TCP（传输控制协议）
  • UDP（用户数据报协议）
  • SCTP（流控制传输协议）

# 5. 会话层 (Session Layer)

• 功能：管理会话的建立、维护和终止。
• 主要任务：提供会话控制、同步和恢复功能，以确保数据流的顺畅。
• 常见协议：
  • NetBIOS
  • RPC（远程过程调用）
  • PPTP（点对点隧道协议）

# 6. 表示层 (Presentation Layer)

• 功能：负责数据格式的转换和加密。
• 主要任务：数据的编码、解码和转换，使得不同系统可以理解数据。
• 常见协议：
  • SSL/TLS（安全套接层 / 传输层安全协议）
  • JPEG（图像格式）
  • MPEG（视频格式）
  • ASCII（美国标准信息交换码）

# 7. 应用层 (Application Layer)

• 功能：为用户提供网络服务和应用接口。
• 主要任务：支持应用程序的网络通信，例如电子邮件、文件传输和网页浏览。
• 常见协议：
  • HTTP（超文本传输协议）
  • FTP（文件传输协议）
  • SMTP（简单邮件传输协议）
  • DNS（域名系统）

# 总结

OSI 七层模型为理解和设计网络通信提供了结构化的框架。每一层都在整个网络通信中扮演重要角色，确保数据能够高效、可靠地传输。各层的常见协议为网络通信提供了必要的规则和标准，使不同设备和系统能够有效地进行数据交换。

# TCP/IP 协议详解

# 1. 应用层协议

应用层是用户与网络之间的接口，涉及多种协议，以下是一些常见的应用层协议：

• HTTP（超文本传输协议）：

  • 用于网页的传输，支持请求 - 响应模型。

• HTTPS（安全超文本传输协议）：

  • 基于 HTTP，使用 SSL/TLS 进行加密，确保数据安全。

• FTP（文件传输协议）：

  • 用于文件的上传和下载，支持用户认证。

• SFTP（安全文件传输协议）：

  • 基于 SSH 的文件传输协议，提供加密和安全性。

• SMTP（简单邮件传输协议）：

  • 用于发送电子邮件。

• POP3（邮局协议版本 3）：

  • 用于从邮件服务器接收邮件，支持离线访问。

• IMAP（互联网消息访问协议）：

  • 用于从邮件服务器接收邮件，支持在线访问和多设备同步。

• DNS（域名系统）：

  • 将域名解析为 IP 地址，支持 DNS 查询和更新。

• DHCP（动态主机配置协议）：

  • 用于自动分配 IP 地址和其他网络配置。

• Telnet：

  • 提供远程登录功能，不安全，通常被 SSH 替代。

• SSH（安全外壳协议）：

  • 提供加密的远程登录和命令执行。

# 2. 传输层协议

传输层负责数据在两个主机之间的可靠传输，主要协议包括：

• TCP（传输控制协议）：

  • 提供可靠的、面向连接的通信。

• UDP（用户数据报协议）：

  • 提供无连接的、快速的数据传输。

• SCTP（流控制传输协议）：

  • 用于电信和数据网络，支持多流和多宿主。

• DCCP（数据报拥塞控制协议）：

  • 提供流量控制和拥塞管理，适用于多媒体传输。

# 3. 网络层协议

网络层负责数据包的寻址和路由，常见协议包括：

• IP（互联网协议）：

  • 负责数据包的寻址和路由。
  • IPv4：32 位地址，基本的互联网协议。
  • IPv6：128 位地址，解决 IPv4 地址耗尽问题。

• ICMP（互联网控制消息协议）：

  • 用于发送错误消息和网络诊断信息。

• IGMP（互联网组管理协议）：

  • 用于管理多播组，支持多播通信。

• IPSec（互联网协议安全）：

  • 提供 IP 层的加密和认证。

# 4. 数据链路层协议

数据链路层负责物理地址的处理，常见协议包括：

• ARP（地址解析协议）：

  • 将 IP 地址映射到 MAC 地址。

• RARP（反向地址解析协议）：

  • 将 MAC 地址映射到 IP 地址。

• PPP（点对点协议）：

  • 用于点对点连接，支持多种网络层协议。

• HDLC（高级数据链路控制）：

  • 一种比特导向的协议，用于同步和异步传输。

• Ethernet（以太网）：

  • 最常用的局域网技术，定义了物理和数据链路层的标准。

• Wi-Fi（无线局域网）：

  • 基于 IEEE 802.11 标准的无线通信协议。

# 应用层协议详解

应用层是 OSI 模型的第七层，它为用户提供网络服务和应用接口。以下是一些常见的应用层协议及其详细说明：

# 1. HTTP（超文本传输协议）

• 功能：用于在 Web 浏览器和服务器之间传输网页。
• 特点：
  • 基于请求 - 响应模型，浏览器发出请求，服务器返回响应。
  • 无状态协议，即每个请求都是独立的，服务器不保留客户端的状态。
  • 支持多种请求方法，如 GET、POST、PUT、DELETE 等。

# 2. HTTPS（安全超文本传输协议）

• 功能：HTTP 的安全版本，使用 SSL/TLS 加密数据传输。
• 特点：
  • 确保数据的机密性和完整性，防止中间人攻击。
  • 通过数字证书验证服务器身份，提高安全性。

# 3. FTP（文件传输协议）

• 功能：用于在客户端和服务器之间传输文件。
• 特点：
  • 支持用户认证，允许匿名访问。
  • 提供不同模式的传输（ASCII 和二进制）。
  • 可以使用主动或被动模式进行数据传输。

# 4. SFTP（安全文件传输协议）

• 功能：基于 SSH 的文件传输协议。
• 特点：
  • 提供加密和安全性，确保数据传输的机密性。
  • 支持文件的上传、下载和管理。

# 5. SMTP（简单邮件传输协议）

• 功能：用于发送电子邮件。
• 特点：
  • 基于文本的协议，使用 TCP 连接。
  • 可以与 POP3 或 IMAP 结合，用于接收邮件。
  • 支持邮件转发和分发。

# 6. POP3（邮局协议版本 3）

• 功能：用于从邮件服务器接收邮件。
• 特点：
  • 支持离线访问，邮件下载到客户端后在服务器上删除。
  • 简单易用，但不支持多设备同步。

# 7. IMAP（互联网消息访问协议）

• 功能：用于从邮件服务器接收邮件。
• 特点：
  • 支持在线访问和多设备同步，邮件保留在服务器上。
  • 允许用户管理邮箱中的邮件，如文件夹功能。

# 8. DNS（域名系统）

• 功能：将域名解析为 IP 地址。
• 特点：
  • 使用 UDP 进行查询，但在某些情况下也使用 TCP。
  • 支持缓存查询结果，提高解析效率。
  • 允许域名的动态更新。

# 9. DHCP（动态主机配置协议）

• 功能：用于自动分配 IP 地址和其他网络配置。
• 特点：
  • 客户端向 DHCP 服务器发送请求，服务器分配地址。
  • 支持地址租约，确保地址的有效利用。

# 10. Telnet

• 功能：提供远程登录功能。
• 特点：
  • 基于文本的协议，允许用户通过命令行进行远程管理。
  • 不安全，数据以明文传输，通常被 SSH 替代。

# 11. SSH（安全外壳协议）

• 功能：提供加密的远程登录和命令执行。
• 特点：
  • 通过加密保护数据传输的安全性。
  • 支持文件传输（SCP、SFTP）和远程命令执行。

# 传输层协议详解

传输层是 OSI 模型的第四层，负责在网络中实现端到端的通信，确保数据的完整性和可靠性。以下是主要的传输层协议及其详细说明：

# 1. TCP（传输控制协议）

# 功能

• 提供可靠、面向连接的通信服务。

# 特点

• 连接建立：通过三次握手建立连接，确保双方都准备好进行数据传输。
• 可靠性：
  • 数据分段：将数据分为多个段进行传输。
  • 确认应答：接收方对每个数据段发送确认（ACK）。
  • 重传机制：如果未收到确认，发送方会重传数据段。
• 顺序控制：确保数据按发送顺序到达接收方。
• 流量控制：使用滑动窗口机制，控制数据的发送速率，防止接收方溢出。
• 拥塞控制：动态调整数据传输速率，以应对网络拥塞。

# 2. UDP（用户数据报协议）

# 功能

• 提供无连接的、快速的数据传输服务。

# 特点

• 无连接：不需要建立连接，数据可以直接发送。
• 不可靠性：
  • 不保证数据的到达、顺序或完整性。
  • 适合实时应用，如视频流、语音通信。
• 简单性：头部开销小，数据包传输速度快。
• 多播和广播：支持多播和广播通信，适用于需要向多个目标发送数据的场景。

# 3. SCTP（流控制传输协议）

# 功能

• 提供可靠的、面向消息的传输服务，主要用于电信和数据网络。

# 特点

• 多流支持：在同一连接中支持多个独立的数据流，避免阻塞。
• 消息导向：面向消息的传输，适合需要传输完整消息而不是字节流的应用。
• 可靠性：支持类似 TCP 的可靠性机制，包括确认应答和重传。
• 多宿主支持：允许在一个 SCTP 连接中使用多个 IP 地址，提高连接的容错性。

# 4. DCCP（数据报拥塞控制协议）

# 功能

• 提供流量控制和拥塞管理，适用于多媒体传输。

# 特点

• 无连接：不需要建立连接，适合实时数据流。
• 拥塞控制：内置拥塞控制机制，能够动态调整数据传输速率。
• 适应性：根据网络状况调整传输方式，适合对延迟敏感的应用。

# 软件定义网络（SDN）

软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）是一种网络架构，通过将网络控制层与数据转发层分离，实现网络管理的集中化和灵活性。SDN 的主要目标是简化网络管理，提高网络的可编程性和自动化水平。

# 主要特点

1. 控制层与数据层分离：

   • 在传统网络中，控制平面和数据平面紧密耦合，SDN 通过将这两者分离，使得网络设备可以更灵活地管理和配置。

2. 集中式控制：

   • SDN 使用集中式控制器来管理网络流量，控制器负责决策和策略配置，而网络设备（如交换机和路由器）负责数据转发。

3. 可编程性：

   • 网络管理员可以通过编程接口（如 REST API）来动态配置和管理网络，简化了网络管理的复杂性。

4. 动态性和灵活性：

   • SDN 支持快速调整网络配置，以适应不断变化的业务需求和网络环境。

5. 自动化：

   • 通过自动化工具和脚本，SDN 可以实现网络配置和管理的自动化，减少人工干预。

# 主要组成部分

1. 控制器：

   • SDN 的核心，负责管理和配置网络设备，处理流量的控制决策。常见的 SDN 控制器有 OpenDaylight、ONOS 和 Ryu。

2. 数据平面设备：

   • 负责数据转发的网络设备，如交换机和路由器，通常遵循 OpenFlow 等协议与控制器进行通信。

3. 应用层：

   • 在 SDN 架构的最上层，可以开发各种应用程序，利用 SDN 控制器提供的 API 实现网络管理、监控和优化。

# 优势

• 简化网络管理：通过集中控制和可编程性，简化了网络的配置和管理过程。
• 提高灵活性：能够快速适应业务需求的变化，支持动态网络配置。
• 降低成本：通过虚拟化和自动化降低运营成本，提高资源利用率。
• 增强安全性：集中管理使得网络策略的实施和监控更加有效，有助于提高网络安全性。

# 应用场景

• 数据中心网络：SDN 可以优化数据中心的网络架构，提高资源利用率。
• 企业网络：简化和自动化企业网络的管理，提高运维效率。
• 云计算：支持云服务的快速部署和动态资源分配。
• 网络切片：在 5G 网络中，SDN 可以实现网络切片，为不同应用提供定制化的网络服务。

# 存储与数据库

# 存储分类根据服务器类型

存储技术可以根据服务器类型分为封闭系统和开放系统的存储。

# 1. 封闭系统

• 定义：封闭系统存储主要指大型机等服务器，通常由单一厂商提供，硬件和软件紧密集成。
• 特点：
  • 专有性：使用特定厂商的硬件和软件，难以与其他厂商的产品兼容。
  • 高性能：经过优化，能够提供稳定的性能。
  • 易于管理：用户界面友好，简化了操作和维护。

# 2. 开放系统的存储

• 定义：开放系统存储指基于包括麒麟、欧拉、UNIX、Linux 等操作系统的服务器。

• 特点：

  • 兼容性：支持多种厂商的硬件和软件。
  • 灵活性：用户可以根据需求进行定制和扩展。
  • 集成能力：支持多种协议，如 NFS、iSCSI 和 SMB。

• 细分：

  • 内置存储：直接集成在服务器内部的存储解决方案，通常用于快速访问和低延迟的需求。
  • 外挂存储：独立于服务器的存储设备，通过网络连接，通常用于扩展存储容量和共享存储资源。

# 云计算服务模型

云计算的服务模型主要有三种：

# 1. IaaS（Infrastructure as a Service 基础设施即服务）

• 提供虚拟化的计算资源，如服务器、存储和网络。
• 用户可以完全控制操作系统和应用程序。

# 2. PaaS（Platform as a Service 平台即服务）

• 提供开发平台和环境，用于构建、测试和部署应用程序。
• 用户无需管理底层基础设施，可以专注于应用开发。

# 3. SaaS（Software as a Service 软件即服务）

• 提供通过互联网访问的软件应用，用户无需安装和维护。
• 供应商负责应用的维护和更新。

# 其他服务模型

除了这三种主要服务模型外，还有一些衍生模型，包括：

• FaaS（Function as a Service 函数即服务）：允许用户运行代码块（函数）而无需管理服务器。
• DaaS（Desktop as a Service 桌面即服务）：提供虚拟桌面环境，用户可以通过网络访问。
• BaaS（Backend as a Service 后端即服务）：提供后端服务和基础设施，简化应用程序的开发。

这些模型各自适用于不同的场景和需求。