一、局域網與廣域網

1、局域網

（1）定義

????????將有限地理范圍內的多臺計算機通過傳輸媒體連接，借助網絡軟件實現設備間通信與資源共享的通信網絡

（2）特點

1.地理范圍小：通常為數百米至數公里內。

2.傳輸速率高：早期 10-100Mb/s，目前 1000Mb/s（千兆）已普及，可支持語音、圖像、視頻等高速數據交換。

3.誤碼率低：采用短距離基帶傳輸，搭配高質量傳輸媒體，保障傳輸質量。

4.設備構成簡單：以 PC 為主體，含終端和外設，一般不設主骨干網。

5.易管理與擴展：協議簡單、結構靈活，建網成本低、周期短。

(3)?四種主要拓撲結構

星形結構：以網絡交換設備為樞紐，所有節點均連接至樞紐，類似 “蜘蛛網”。

總線結構：用一條共享通信線路（如同軸電纜）連接所有節點，傳統以太網（Ethernet）屬此類。

環形結構：共享線路呈閉合環狀，節點僅與相鄰兩節點直接相連，信息需經中間節點傳遞。

網狀結構：任意節點間均有物理通信線路連接，節點故障不影響其他節點，但布線復雜、成本高。

2、以太網

????????以太網核心采用帶沖突檢測的載波監聽多路訪問（CSMA/CD）技術，該技術通過 “載波監聽” 減少沖突概率，再通過 “沖突檢測” 處理未避免的沖突，具體內容如下：

• 基礎

（1）載波監聽（減少沖突概率）

通過不同監聽算法判斷信道狀態并決定發送時機，三種核心算法的邏輯與特點如下表所示：

（2）沖突檢測（處理未避免的沖突）

載波監聽無法完全消除沖突，因此采用 “邊發邊聽” 機制處理沖突：

1. 檢測邏輯：發送節點在傳輸數據的同時，會接收自身發送的信號并與原數據對比；
2. 沖突響應：若發現接收信號與原數據不同（判定為沖突），立即停止發送，并發出沖突阻塞信號；
3. 后續操作：所有節點收到阻塞信號后，均隨機等待一段時間，再重新進入載波監聽階段，嘗試再次發送。

• 分類

以太網核心介質訪問技術（CSMA/CD）

1. 工作流程：先偵聽信道→信道空閑則發送→發送時 “邊發邊聽” 檢測沖突→若沖突則立即停止發送并發出阻塞信號→所有節點隨機等待（采用二進制指數退避算法降低重沖突概率）后重新偵聽。
2. 核心作用：通過競爭方式分配信道資源，實現多節點對共享傳輸介質的有序使用。

3、無線局域網

????????無線局域網（WLAN）通過多種關鍵技術實現無線通信，具備靈活、便捷等優勢，其標準、拓撲結構及核心特性如下：

1. 關鍵技術：除紅外傳輸、擴頻、窄帶微波技術外，還包括調制技術、加解擾技術、無線分集接收技術、功率控制技術、節能技術。
2. 核心優勢：與有線網絡相比，具有安裝便捷、使用靈活、經濟節約、易于擴展的特點。
3. 室外常見結構：點對點型、點對多點型、多點對點型、混合型。

• WLAN標準

• WLAN拓撲結構

三種核心拓撲結構的目標均為讓無線信道傳輸速率接近或兼容有線 LAN，具體差異如下：

4、廣域網

1. 核心功能：提供面向數據通信的服務，支持計算機遠距離信息交換。
2. 關鍵特點：
   • 覆蓋范圍廣、通信距離遠，無固定拓撲結構；
   • 由電信部門或專業公司組建、管理、維護，提供有償通信服務。
3. 組成結構：分為通信子網與資源子網，二者協同實現網絡功能：

   子網類型	組成部分	核心作用
   通信子網	通信節點設備（負責數據轉發）、傳輸鏈路（分主干鏈路和末端用戶線路）	利用公用分組交換網、衛星通信網等，連接不同地區的局域網 / 計算機，實現數據傳輸
   資源子網	信息服務 / 業務服務器、用戶計算機、網絡存儲系統、軟件資源、數據資源等	實現資源共享功能，提供用戶所需的各類網絡資源

• 廣域網相關技術

• 廣域網的分類

根據建設主體、使用權限及傳輸方式，分為三類：

1. 公共傳輸網絡：
   • 主體：由政府電信部門組建、管理、控制，資源可租用給任意單位 / 部門；
   • 細分：電路交換網絡、分組交換網絡。
2. 專用傳輸網絡：
   • 主體：由單個組織 / 團體自建、自用、自控、自維護，擁有私有通信 / 交換設備；
   • 典型代表：數字數據網（DDN），可建立永久專用數字通道，租用期間用戶獨占帶寬。
3. 無線傳輸網絡：
   • 核心：以移動無線網為主；
   • 典型技術：GSM、TD-SCDMA、CDMA2000、LTE、5G 等。

二、網絡工程

按實施過程的先后：

1、網絡規劃

????????網絡規劃是網絡建設的關鍵且系統性環節，以需求為核心，兼顧技術與工程可行性，主要包含三大模塊：網絡需求分析、可行性研究、對現有網絡的分析與描述。

• 網絡需求分析

????????網絡組建前的首要工作，決定網絡建設成敗，需用自頂向下的結構化方法，結合地理布局、設備類型等多方面信息形成分析報告，為設計提供依據，具體涵蓋 7 類需求及額外注意事項：

1. 功能需求：明確用戶期望網絡實現的功能，結合使用需求、成本、未來發展、預算設計組建方案。
2. 通信需求：調研用戶所需通信類型、頻度、時間及通信量。
3. 性能需求：涉及容量（帶寬）、利用率、吞吐量、延遲、響應時間、端到端差錯率等指標。
4. 可靠性需求：包含精確度、錯誤率、穩定性、無故障時間、數據備份等方面。
5. 安全需求：以可用性、完整性（信息不被篡改）、保密性（僅限授權者訪問）為衡量指標。
6. 運行與維護需求：聚焦網絡運行和維護的費用需求。
7. 管理需求：涵蓋用戶管理、資源管理、配置管理、性能管理（監視網絡活動）、網絡維護（排查故障）
8. 額外注意：需了解網絡地理位置及運行環境要求（如網絡操作系統、數據庫、應用軟件需求）。

• 可行性研究

????????是網絡規劃的重要活動，從四方面論證：技術可行性、經濟可行性、法律可行性、用戶使用可行性。

• 對現有網絡的分析與描述

針對現有網絡升級場景，需從 9 個維度調研分析現有網絡，且規劃時需保障原始投資：

1. 調研維度：服務器 / 客戶機的數量與位置、同時訪問數量（需用工具跟蹤）、每天用戶數、每次使用時間、每次數據傳輸量、網絡擁塞時間段、采用的協議、通信模式（雙工 / 單工、速度、地域范圍）。
2. 投資保障措施：基于現有設備升級改造，不盲目推倒重來；將原有設備降級使用（如核心層設備降為分層級使用），同時新增先進設備提升性能。

2、網絡設計

• 網絡設計的任務

網絡規劃完成后進入設計階段，需開展 7 項核心工作，具體內容如下：

1. 確定網絡總體目標：明確采用的網絡技術與標準、網絡需滿足的應用及規模，同時明確是否分期實施、實施成本與運行成本。
2. 確定總體設計原則：權衡并確定設計原則在方案中的優先級，核心原則包括實用性、開放性、高可用性 / 可靠性、安全性、先進性、易用性、可擴展性。
3. 通信子網設計：包含拓撲結構與網絡總體規劃（需結合費用、靈活性、可靠性綜合設計，是網絡設計基礎）、分層設計、遠程接入訪問設計。
4. 資源子網設計：重點解決服務器接入與子網連接問題，服務器分全網服務型與部門業務服務型，兩類服務器可采用不同接入方式。
5. 設備選型：涵蓋網絡設備與各層次交換機選擇，具體策略如下：
   • 網絡設備：優先選同一廠商（產品線全、技術認證強、市場占有率高）；遵循 “主干預留擴展、低端夠用即可” 的擴展性原則；結合性能、端口類型 / 密度選型，兼顧性價比與質量。
   • 核心交換機：需具備高性能高速率、準確定位、易升級擴展、高可靠性、強網絡控制能力、良好可管理性。
   • 匯聚層 / 接入層交換機：需靈活高性能，在滿足需求基礎上兼顧低成本、易用性，具備一定 QoS 與控制能力，支持多級網絡管理。
6. 網絡操作系統與服務器資源設備選擇：先明確網絡應用，再確定網絡操作系統（需綜合考量服務器性能兼容性、安全性、價格、第三方軟件、市場占有率），最后進行服務器選型；可按需配置服務器集群或雙機容錯系統提升性能。
7. 網絡安全設計：遵循木桶原則、整體性原則、有效性與實用性原則、等級性原則、設計為本原則、自主和可控性原則、安全有價原則；實施步驟為：確定攻擊與風險→明確安全策略→建立安全模型→選擇實現安全服務→測試安全產品選型。

• 分層設計

????????為簡化復雜大型互連網絡的分析與設計，采用類似軟件工程結構化設計的分層（分級）模型，通過通用規則優化帶寬分配與規劃，核心分為三層：

1. 接入層：直接面向用戶連接 / 訪問網絡，核心需求是 “低成本 + 高端口密度”，滿足終端用戶接入需求。
2. 匯聚層（分布層）：作為接入層與核心層的中間層，承擔網絡訪問策略控制、數據包處理 / 過濾 / 尋址等任務；需處理所有接入層通信量，并提供核心層上行鏈路，因此相比接入層交換機，性能更高、接口更少、交換速率更快。
3. 核心層：網絡主干部分，核心目標是通過高速轉發通信提供優化、可靠的骨干傳輸結構；核心層交換機需具備更高可靠性、性能與吞吐量，僅負責數據交換；需結合地理距離、信息流量、數據負載選擇技術（如 ATM、100Base-FX、千兆以太網），為保障高可用性，常采用雙星（樹）結構（兩臺相同交換機分別連接匯聚層交換機，用鏈路聚合技術實現雙機互連）。

3、網絡實施

• 主要步驟

三、分布式系統

基本定義：組件分布在聯網計算機上，通過消息傳遞通信與協調動作

- 關鍵特征：組件并發性（進程間并發）、缺乏全局時鐘、組件故障獨立性
- 構建動力：實現硬件（磁盤、打印機）與軟件（文件、數據庫、應用服務）等資源共享

• 特點

• 分布式文件系統

????????源于谷歌分布式存儲概念，適用于大規模、高并發場景，擴展能力強（容量隨節點數線性達 EB 級），但網絡時延是服務瓶頸，主流系統特點如下：

• GFS：谷歌專有、基于 Linux，運行于廉價硬件且容錯，提供高總體性能，僅公開技術細節未開源。
• HDFS：高容錯、適配廉價機器，主從結構（1 個 NameNode 管理命名空間與訪問，若干 DataNode 存數據），訪問接口統一如普通文件系統。
• TFS：淘寶主導，高可擴、高可用，主打≤1MB 小文件存儲，HA 架構 + 平滑擴容保障服務，扁平化數據組織提升讀寫性能。
• MooseFS：小眾且無需改上層接口，含管理、數據、元數據備份、客戶機四組件，元數據存內存并備份，支持多類操作系統。

• 分布式緩存系統

????????緩存數據分布于多服務器，用于快速訪問與高并發處理，常緩存復雜計算結果或熱點數據以減數據庫壓力，常見系統特點如下：

• Memcache：內存哈希表存鍵值數據，單進程最大 2GB，LRU 淘汰 + Lazy Expiration 策略，不持久化，分布式依賴客戶端算法（哈希取余、一致性哈希等）。
• Redis：開源高性能，支持多數據結構，一致性哈希實現分布式，有持久化、高可用等優勢，單線程讀寫快但多線程慢于 Memcache。
• TFS：阿里研發，分持久化與非持久化模式，主備 Config Server + 等價 Data Server 架構，一致性哈希均衡負載，支持靈活替換存儲引擎。