來源：一口Linux

一、線纜和Wi-Fi

首先我們需要知道，想要將裝置連線到網路，有兩種方式可供選擇，那就是「有線和無線」。

相信大家對這兩兄弟都不陌生了，有線連線從很早以前就出現了，最早可追溯到1960年代，有線網路使用電纜進行連線。

而無線技術的發展，也已經有相當長的一段歷史了，最早可追溯到1990年代。說到無線電，我們最先想到的就是與它相關的移動裝置，例如：收音機、手機、行動式膝上型電腦等。對於無線技術，我們經常稱它為「Wi-Fi」。

1. 有線裝置

電纜通常使用銅線製成，銅纜更便宜，常用於短距離傳輸，同時因為它是使用電訊號進行資訊傳播，這就意味著它可能會受到外界電磁干擾的影響，所以，我們常見的網線多由多股線欄纏繞製成，後面的小節會講到原因。

光纖通常使用玻璃作為傳輸介質，可用於較長距離訊號傳輸，因其使用光訊號，所以不易受外界訊號干擾，但因為其材質的特殊，導致光纖的價格通常都比較昂貴。

2. 無線裝置

無論是桌上型電腦，還是移動筆記本，或者是手機平板電腦，如果想要實現無線連線，就必須配備無線網絡卡，大部分情況下，桌上型電腦是沒有無線網絡卡的，因此需要單獨購買無線網絡卡，可以直接透過USB連線以實現無線上網。

二、乙太網協議

由於「乙太網」構建簡單、成本低、可擴充套件性強、與IP網能夠很好地結合等特點，使它成為區域網網路構建中最常用的一種技術。對於「乙太網協議」，則代表了接入乙太網的節點裝置都達成一致的一組規則。想要接入乙太網，就必須按「合同」辦事兒。

「乙太網」由許多不同的部分組成，其中一部分描述了線纜的型別以及不同線纜的傳輸速度；另一部分則描述了資料應該如何進行格式化和傳送的操作，這部分被稱為「媒體訪問控制」。

「乙太網」這樣來分層的主要原因，是為了相容不同線纜以不同速度訪問不同的裝置，卻依然能夠保證裝置間的正常通訊，畢竟我們無法保證每臺裝置、線纜及其傳輸速度都相同，差異性是不可避免的問題！

本地主機訪問伺服器

舉個例子：一個具有 1G b網路頻寬的本地主機，想要將資料傳送到具有10Gb頻寬的伺服器上，這中間經歷了哪些操作？

首先，本地主機根據「媒體訪問控制」規則準備一條資訊，接下來，再根據它必須遵循的物理規則來發送資訊；然後，資訊透過物理線纜傳送到了伺服器這邊，當伺服器收到訊息，它會對這段訊息進行解碼，並透過「媒體訪問控制」，傳遞到伺服器主機。

正是因為本地主機與伺服器主機都遵循了乙太網的協議規則，才能保證彼此間的通訊不會出現問題，並最終將資訊傳遞到目的地。即使雙方使用不同的線纜、頻寬與裝置， 該分層系統仍然暢通無阻 ！

1. 乙太網協議為標準

乙太網技術誕生以後，IEEE 組織制定了眾多乙太網不同的技術標準，每一個標準都會用一段代號來命名（就像007和9527一樣）。以 802 開頭的標準用於區域網技術。而乙太網技術的代號是 802.3 ，再配合一到兩個字母就組成了乙太網不同的型別。

單獨透過正式名稱來記憶這些型別實屬不易，因此 IEEE 組織還給我們準備了便於記憶的非正式名稱。拿 10GBASE-T 來舉例，裡面的10G代表了其傳輸速度為「10G位元每秒」，「位元」是傳輸速率的單位，位元值越高，其傳輸速度也越快；BASE = Baseband(cables) 是基帶的意思，代表它使用數字訊號進行傳輸（另一種是模擬訊號）；而後面的T，則代表了所使用的線纜型別，T=UTP也就是雙絞線（另一種是LX光纖）。

乙太網標準

我們已經知道了，電纜使用電訊號來傳輸資料；而光纖使用光訊號來傳輸資料；無論使用哪種訊號，這裡的資料指的都是我們熟知的「01程式碼」，接收器會對接收到的「01程式碼」進行相應解碼，這就是所謂的「編碼方案」。

2. 電訊號

首先我們來看一下電訊號，想要傳送電訊號，就需要擁有電路，這意味著我們需要準備多根電線以傳輸資料，而我們最常見的線纜稱為「非遮蔽雙絞線」（UTP，也就是常見的網線），每對電線構成一個電路。

非遮蔽雙絞線（UTP）

聽名字我們也知道了，它是非遮蔽的線纜，也就意味著如果外界有電磁干擾，它就會受影響，在初中的時候我們就學習過了，電和磁鐵是有一定關係的。

電磁干擾

電流透過銅纜會產生磁場，同時也生成了電力。問題就出在這裡，一對平行執行的電線會產生小的電磁場，如果一對銅線有電流經過，則必定會對其旁邊的另一對電線的訊號產生電磁干擾，我們稱其為「串擾」。

串擾

為了解決「串擾」的問題，非遮蔽雙絞線則將平行的兩根銅纜絞在一起，這樣一來，就有效地避免了電磁干擾，而這也是它名字的由來。

雙絞線

如果條件允許的話，你可以找到一條廢棄的雙絞線，將水晶頭去掉，觀察一下內部的線纜，就可以清晰地看到，線纜確實是絞在一起的。

真實的雙絞線

3. 雙絞線

我們可以看到多種不同型別的雙絞線，有的中間有塑膠芯，有的則是一根細線。通常，我們使用顏色對其進行編碼，每對電線都是由純色和條紋色組成的，觀察圖片就不難看出。例如藍色和藍白線纜絞在一起，而棕色和棕白線纜絞在一起。

通常，我們常見的網線都是由四對電線組成的，而在早期的標準中，其線纜並不一定是由四對組成的（例如：10BASE-T 和 100BASE-T 都是由兩對絞線組成），但是如果想要讓傳輸速度達到1Gbps或10Gbps，就必須使用全部四對電線才可以。

不同的乙太網標準，需要使用不同的線纜，我們應該都聽說過 「5類線」 或 「6類線」 這樣的名稱，其實這就是不同網線的專用術語，不同的類別對應了不同線纜的標準（例如：線纜的對數、線纜的粗細以及線纜的交合程度）。

線纜的不同標準

例如：Cat2 僅具有兩對線纜，而Cat5具有四對線纜，Cat6 具有比 Cat5 更粗的四對線纜等等

不同類別的線纜會定義不同的名稱，除了數字的不同，後面的英文字母也不同，比如：Cat5e，Cat6，Cat6a，數字越大，標準越新，意味著傳輸距離越遠，速度越高！！

舉一個現實一些的案例，我們可以在 100Mbps 的網路上使用5類線；但如果你想讓網速達到千兆，就至少需要使用 Cat5e 這樣標準的線纜；而如果你想讓網速達到萬兆，那就需要使用 Cat6 也就是6類網線才能達到理論速度。

如果你的頻寬達到了萬兆，但你的線纜跟不上，僅僅使用5類線 Cat5，那你的實際使用網速肯定達不到萬兆，其原因是線纜沒法支援那麼快的速度！

所以，回家趕緊看看你家網路的頻寬是多少，為什麼理論速度達到了，可實際使用卻達不到那麼快的網速，原因可能就是因為你的線纜太老舊了，扔了換新的吧。

線纜名稱線纜介紹線纜速率CAT-1以往用在傳統電話的網路線路無CAT-2以往用在令牌環網路4 Mbit/sCAT-3提供16MHz的頻寬，曾經常用在 10 Mbit/s 乙太網絡10 Mbit/sCAT-4提供20MHz的頻寬，曾經常用在 16 Mbit/s 的令牌環網16 Mbit/sCAT-5提供100MHz的頻寬，目前常用在快速乙太網（100 Mbit/s）中100 Mbit/sCAT-5e提供125MHz的頻寬，目前常用在快速乙太網及千兆乙太網（1000Mbit/s）中1000 Mbit/sCAT-6提供250MHz的頻寬，比CAT-5與CAT-5e高出一倍半2500 Mbit/sCAT-6A提供500MHz的頻寬，使用在萬兆乙太網（10 Gbit/s）中10 Gbit/sCAT-7設計供以600MHz頻率傳輸訊號未定

4. 電纜的聯結器

我們的線纜兩端都會安裝一個聯結器，這個聯結器的名字叫做「rj45聯結器」，其實就是我們所說的水晶頭，它們是接入到網絡卡與交換機埠的部分，該聯結器有八個引腳，它們與電纜內部的八根銅線對齊，必須按正確的順序與引腳對齊才能保證通訊。

線纜與引腳對齊方式

大家應該聽到過連線線纜的口訣，那就是「橙白橙，綠白藍，藍白綠，棕白棕」，這種連線方式稱為「568b」，其實就是圖示中的這種順序，確保順序正確，再將其與水晶頭的8個引腳對齊，這樣就大功告成了！

引腳連線

在網路通訊中，其實就是將一端的引腳1對接另一端的引腳1，引腳2對接另一端的引腳2，以此類推，因其線纜直通另一端線纜的特性，我們稱這種連線方式為 「直通電纜(Straight Through)」。

資料傳輸與接收

這些線纜中的一部分用於傳輸資料，另一部分則用於接收資料，在這裡，我們使用TX表示傳輸，TR表示接收，如圖所示，第一對引腳就用來傳輸資料，而第二對引腳則用來接收資料。

主機直連到交換機

當我們將一臺主機透過網線接入到交換機上，交換機非常聰明，在它這一端的水晶頭介面處，它知道用第一對引腳來接收資料，用第二對引腳來傳輸資料。也正因為此，它的名字叫做交換機，交換的就是這個位置的資訊。

主機直連到主機（或交換器）

但是，如果我們將這臺主機的網線接入到另一臺主機或路由器，而不是交換機呢？這會遇到什麼情況？引腳的排列順序不對了，它們使用相同的引腳來收發資料，這就導致資料傳不出去了呀！所以，我們這裡就不能使用「直通電纜」，而需要使用「交叉電纜(Crossover)」，那就是將用於傳輸資料一端的引腳對應接收資料的引腳，即可解決問題（將一臺交換機接入到另一臺交換機，也是同樣的道理）。

Auto MDI-X 自動引腳邏輯切換功能

我能理解你此刻的心情，你肯定會說，這太痛苦了吧？不但要使用不同的乙太網線纜或接頭，還要保證線序完全對應，我只想說「恕臣無能！」。為了避免我們陷入此困境，我們擁有一項成為「Auto MDI-X」 的技術，儘管 「Auto MDI-X」 可以支援的裝置可以檢測是否使用了錯誤的線纜，然後，可以再邏輯上切換引腳的功能，使其與電纜相匹配，但是需要注意的是在乙太網為 100BASE-T 及以上的標準才可以支援這項技術。

因為現在我們現在應用的乙太網標準基本都處於 100BASE-T 之上，所以我們可以不必擔心直通電纜與交叉電纜的問題，不過我們還是應該記住它們兩個之間的區別。

當我們的乙太網標準達到 1000BASE-TX 時，情況發生了一些變化，此時，我們會利用所有的四對電線進行資料傳輸（較舊的標準只需要使用兩對），這裡有兩種工作方式，分別是 1000BASE-T 和 1000BASE-TX。

1000BASE-TX標準

1000BASE-TX 的標準是使用兩對電線用於傳輸，另外兩對電線用於接收，如果想要使用這種標準的話，我們需要將網線升級到 cat6 或更高級別。

1000BASE-T標準

1000BASE-T 的標準是使用所有的四對電線同時進行傳送和接受，這是非常特別的一種方式，它只需要使用 cat5e 標準的線纜即可。

5. 光纖

光纖

銅纜的替代品就是光纖，光纖使用的材質是「玻璃束」，使用這種材質，脈衝訊號會從「玻璃束」的一端透過「玻璃束體」向另一端傳遞。回顧一下我們初中時做的物理實驗，將一束光打到流動的彎曲水柱上，光會跟隨水柱的方向進行傳遞，這裡用的就是「光的全反射」原理。

光的全反射

光纖通常用在路由器和交換機之類的網路裝置之間，也可能用在我們從未見過的伺服器中。

6. 全雙工與半雙工

我們回過頭來看一下全雙工和半雙工，看看它們是如何工作的。

6.1 全雙工（Full Duplex）

全雙工的意思就是，UTP非遮蔽雙絞線的線纜需要同時傳送和接受資訊，如圖所示，這需要兩端的裝置都支援同時傳送和接受。

全雙工

6.2 半雙工（Half Duplex）

有時候，兩端裝置中的某一端可能並不支援同時傳送和接受資訊，因此，資訊傳送完畢後，需要等待一會，待收到對方回覆資訊後，才能再次傳送資訊，這種方式就是「半雙工」。

半雙工

根據全雙工與半雙工的特性，光纖就有兩種不同的使用方式：

7. 單芯光纖與雙芯光纖

7.1 單芯光纖（Single Core）

由於無法同時傳送和接受，因此單芯光纖只能使用半雙工模式執行。

單芯光纖

7.2 雙芯光纖（Dual Core）

因其雙芯的特性，其中一個芯專用於傳送，而另一個芯則用於接收，因此雙芯光纖支援全雙工模式的執行。

雙芯光纖

如果我們自行連線光纖，卻不能正常使用時，可以嘗試交換光纖方向，問題也許就可以解決。

雙芯光纖與單芯光纖

企業網路通常使用雙芯光纖，通常是使用在交換機、路由器和伺服器之間。對於家庭中使用的光纖，網路服務提供商通常只會提供單核光纖。

8. 單模與多模光纖

接下來，我們來聊一下單模光纖與多模光纖，它們可能看起來很相似，但因為使用光的型別不同而產生了很大的差別。

8.1 單模光纖（SMF：Single Mode Fibre）

單模光纖使用鐳射作為光源，這是其價格更高，但這中廣可以傳輸更遠的距離，很容易就可以達到2公里或更長的距離，服務提供商通常會在不同的建築中使用單模光纖，以方便每棟使用者流暢的訪問Internet。

單模光纖

8.2 多模光纖（MMF：Multi Mode Fibre）

多模光纖使用LED作為光源，它並不是特別強的光， 所以只能在較短的距離（500m或更短）傳輸，通常用於同一棟建築中的網路連線，效果非常好。同時因為LED的生產成本比較低，因此如果你很在乎價格，可以選擇這種型別的光纖。

多模光纖

9. 光纖彎曲程度

儘管光纖是由玻璃製成的，但它具有很強的柔韌性，即便對它進行一定程度的彎曲也不會造成它的損壞。光纖都具有最大彎曲半徑（根據光纖的不同而不同），光纖纏繞的程度會導致不同程度的訊號衰減（訊號衰減或丟失的地方），如果你想知道你家的光纖最大的彎曲程度是多少，可以聯絡網路服務提供商。

光纖的彎曲程度

10. 光纖的聯結器

光纖有非常多不同型別的聯結器（接頭），這裡大家要知道，光纖不僅僅用於網路連線，它可能還會有一些其他用途。

光纖聯結器

例如：LC型別的接頭就通常用與與交換機和路由器的連線，我們通常會在雙核配置中看到它們；而SC型別的接頭屬於比較老舊的型別，它看起來更大，通常我們會在配線櫃中看到它。

配線櫃

一些交換機會有一些看起來很空的特殊的介面，而一些交換機則完全由這些介面組成，這些介面都是用於安裝收發器模組的，這些介面都可以用於不同目的，但通常情況下，他們都是用於很合匹配不同線纜的接頭的，這些收發器介面支援不同的電纜型別，包括了單模和多模光纖。同時它們還支援不同的速度，例如1G或10G的速度；它們也支援不同的電纜長度，例如長40公里電纜的收發器比1公里的收法器要貴得多。

交換機上的特殊介面

這些交換機準備這麼多埠最終原因是為了方便我們搭配不同的收發器，以完成不同的業務場景。我們甚至可以為其安裝上「rj45收發器」，以滿足我想要安裝雙絞線的需求。

rj45收發器

11. Wi-Fi連線

我們的另一種通訊方法就是無線Wi-Fi通訊，它不需要使用電纜連線，無線網路就像一個無線的交換機，可以讓手機、筆記本之類的無線裝置連結到接入點，但這個接入點是需要連結到有線網路的，此時，有線和無線裝置可以在同一個網路當中使用。當然，並不是所有的裝置都會連線到無線接入點的，例如我們不能把路由器或伺服器連線到無線接入點。

無線網路

Wi-Fi網路不適用 802.3 的乙太網標準，它使用的是 802.11 的標準（802.11 標準描述了資訊是如何使用無線電波來格式化和編碼資訊），雖然它們不是同一個乙太網，但它們都是由 IEEE 制定，因此在資料格式化方面有很多相似之處。

總結

1、網路可以是有線或無線的，網路連線可以使用銅纜或光纜

2、乙太網標準用於描述了物理連線線纜的型別以及如何格式化資料

3、UTP有四對雙絞線，其中一些用於資料傳送，另一些用於資料接收

4、線纜可以以直通方式或交叉方式連線到交換機

5、現如今的大部分平臺都支援 Auto MDI-X，可自動對線纜進行檢測並做出調整

6、雙工裝置可以同時傳送和接受資料，半雙工則需要收到響應後再發送資料

7、雙芯光纖支援全雙工，單芯光纖支援半雙工

8、若想要短距離連線，並節省更多成本，可以選擇多模光纖

9、若想要遠距離連線，則需要支付更高的價格，選擇單模光纖，同時需採用正確收發器

10、如果有線連線無法滿足你的需求，可以採用無線網路連線

問題

1、1000BASE-T以什麼速度執行？需要使用什麼型別的電纜？

2、使用哪種型別的UTP電纜將主機連線到交換機？那種型別的電纜可以將一個交換機連線到另一個交換機？

3、哪種情況下我們需要使用 Auto MDI-X 技術？

4、那種情況下需要使用光纖代替UTP？什麼時候需要單模式光纖而不是多模光纖？

5、什麼是彎曲半徑？使用哪種型別的電纜，需要特別注意彎曲半徑？

6、請簡單闡述全雙工工作模式的特點

三、網路定址

模擬soho網路

讓我們回到 「soho網路」 ，一起來看一個比較特殊的案例，我們用下圖作為一個模擬的 「soho網路」。假如，我們想透過網路中的一臺主機，將需要列印的檔案資訊傳遞給印表機，因為印表機已入網，所以我們可以實現這一功能，在這個網路中有多個節點存在，試問一下，我們的電腦主機如何才能知道將資訊傳送到什麼位置呢？

soho網路中的節點同時傳送資訊

雖然，我們可以將列印資訊傳送給網路中的所有節點，然後讓節點去判斷這個資訊是否是發給自己的，但這樣一來資訊的安全性且不說，效率低下才是最致命的；試想一下，如果所有的裝置同時傳送資訊，該怎麼辦？如果網路環境下有多臺印表機，該怎麼辦？會出現什麼狀況？網路將變得一團糟！所以呢，我們需要一個解決方法。

網路裝置地址

其實，網路上的每臺裝置都有一個地址，這就類似於我們公司的、家庭的或親朋好友的家庭住址，這個地址一定是唯一的，因此，我們郵寄包裹或網路購物可以找到準確的位置。

MAC地址與IP地址

在同一個域中，每臺裝置都會有兩個地址，分別是MAC地址和IP地址，這兩個地址的使用方式不同，目前，我們先大概瞭解它們的特點與基本使用，後面的章節會做展開講解。

1.MAC地址

MAC地址

首先來看一下「MAC地址」，每臺裝置都至少擁有一個「MAC地址」，確切地說，應該是每一塊網絡卡都擁有一個「MAC地址」，如果你的機器有多塊網絡卡，那就會擁有多個「MAC地址」。網絡卡從被生產出來就會被燒錄一個永久的「MAC地址」。

這非常類似於烙印在動物身上的標記，主要是為了方便我們快速尋找並確認這頭羊是不是我的，是我的第幾頭羊……扯遠了，回過頭來，「MAC地址」就是烙印在網絡卡上的標記，且可以保證的是，每個「MAC地址」都是唯一的。

MAC定址併發送資訊

在同一網路中，當一臺裝置想要快速找到另一臺裝置，可以透過該地址來尋找，因為「MAC地址」的唯一性，我們可以輕鬆的找到目標裝置，並將資訊精確的傳送給它。

2.IP地址

IP地址

除了「MAC地址」，每臺裝置同時擁有另一個地址，那就是「IP地址」，改地址並不是烙印在裝置上的，而是需要網路管理員來給我們分配。相比較「MAC地址」又長又無規律的特點，「IP地址」顯得相對容易記憶，大家可能會問，都已經有一個」MAC地址「了，為什麼還要用」IP地址「呢？

這裡我們要考慮一個問題，目前全球有60多億人，如果每個人都擁有一臺裝置，那就意味著我們擁有60億個「MAC地址」，這是一個龐大的「MAC地址庫」，在這樣龐大的庫中查詢具體的某一個裝置無異於大海撈針。

所以「MAC地址」通常都用於區域性網路中的裝置查詢，而「IP地址」因為由管理員分配，這意味著每個國家，每個地區，每個城市的「IP地址」都有具體分配的「IP地址段」，這就很方便我們查找了，當我們想要給一個異國他鄉的親友傳送資訊時，只需要先來確定它的「IP地址」所在地區，然後再具體查詢它的裝置，這將變得非常容易。

3.網路定址

兩個區域網連線

舉個例子，當一個公司的規模越來越大，分公司必然會出現，這種情況下會出現多個網路區域，此時我們需要將兩個網路透過路由器連線在一起，這個路由器同時屬於兩個區域網LAN的一部分，它的工作就是將一個網段的資訊傳遞到另一個網段。

透過剛才的學習，我們都知道了，MAC地址是用於本地區域網中的地址，因此，當我們想要把一段列印資訊傳送給另一個網段的印表機時，僅僅使用MAC地址就不夠用了，此時我們就可以透過IP地址來定位印表機所處的位置。

IP地址的工作流程

我們看一下具體的工作流程，當一個網段中的電腦準備好了要傳遞給印表機列印資訊，我們的電腦會在這段訊息上追加一個「IP地址」，這個「IP地址」就是印表機的「IP地址」。同時，因為該印表機在另一段網路，所以，電腦又在該資訊上追加了路由器的「MAC地址」，先找到路由器，路由器接到資訊後把這個「MAC地址」更改成印表機的「MAC地址」，接著，就可以精確的將該資訊傳遞給印表機。

總結

1、主機都同時擁有一個MAC地址和一個IP地址

2、MAC地址常用於一個區域網絡

3、IP地址可以可以在本地的網段使用，同樣可以再其他網段使用

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