原文：
annas-archive.org/md5/07644eedeea0121cba48385937ebfb1c相关服务：美国GPU服务器
译者：飞龙
前言
CompTIA Server+认证是五大 IT 认证之一，且不偏向任何供应商。系统管理员选择 CompTIA Server+认证，以深入了解故障排除和网络等概念。
本书将从基本网络服务器的配置及其各种角色的配置开始。接下来的章节将概述系统管理员管理和维护网络服务器所需的职责和任务。继续往下，你将学习可以应用于服务器及其网络的基本安全技术、方法和程序。
接下来，你将学习一般的故障排除程序和方法，特别是针对硬件、软件、网络、存储设备和安全应用程序的故障排除方法。在本书的最后，你将学习一些故障排除和安全缓解的概念，以便轻松管理管理员服务器。本指南包含了测试题和模拟试卷，帮助你通过考试。
本书结束时，你将能够轻松通过 CompTIA Server+认证考试。
本书适合谁阅读
本书面向寻求获得 CompTIA Server+认证的专业人士。来自微软背景、具备基本操作系统和网络技能的人也会发现本书非常有用。必须具备一定的系统管理经验。
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CodeInText：表示文中的代码词汇、数据库表名、文件夹名、文件名、文件扩展名、路径名、虚拟 URL、用户输入和 Twitter 账号。这里是一个示例：“在这个条目中，162.29.5.12是源 IP 地址，而0.0.0.0是通配符掩码。”
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11111111.11111111.11111111.11111111 (decimal 255.255.255.255)
任何命令行输入或输出都按如下方式书写：
$ nslookup packt.com
粗体：表示一个新术语、一个重要的词汇，或者屏幕上出现的词汇。例如，菜单或对话框中的词汇将在文中以这种方式出现。这里是一个示例：“消息‘服务无法启动，可能是因为它被禁用，或因为没有与之关联的启用设备’表明一个或多个服务、程序或脚本未能启动。”
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第一部分：系统架构
本部分内容涵盖了基本网络服务器的配置以及适合其多种角色的配置。此部分的章节讨论了硬件、操作系统、数据存储、网络地址分配和布线。
以下章节包含在此部分中：
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第一章，服务器硬件
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第二章，服务器内部结构
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第三章，数据存储
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第四章，服务器操作系统
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第五章，地址分配
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第六章，布线
第一章：服务器硬件
通常认为计算机网络服务器，至少在我们讨论的方式中，是硬件优先，软件其次。虽然更容易将计算机设想为网络服务器，事实上，服务器是运行在计算机上的一款软件。严格来说，服务器是指任何提供服务以满足向其提出请求的设备。因此，在餐厅中接单并将餐食送到我们面前的人也是服务器，同样，在计算机上运行并处理数据库中 SQL 请求、并将数据返回给请求者的软件也是服务器。无论你如何设想一个服务器，为了学习服务器的概念，我们可以达成共识：一个运行服务器软件并向网络提供服务的集中式计算机就是服务器。
理解了这一点后，我们来看一下计算机网络服务器所履行的各种角色，以及典型计算机在作为服务器角色时的硬件配置。
本章将涵盖以下主题：
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服务器角色
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形式因素
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服务器电源系统
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系统散热
服务器角色
运行在服务器上的软件定义了该服务器的角色。实际上，服务器有时可能会承担两个或更多不同的角色，这取决于所使用的软件。服务器可能承担的不同角色很多，但为了 Server+ 考试的需要，你应该了解以下每种服务器类型的角色和功能：
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应用服务器
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数据库服务器
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目录服务器
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文件服务器
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邮件服务器
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消息服务器
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网络服务服务器
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打印服务器
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路由和远程访问服务器
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Web 服务器
以下部分将解释每个服务器角色。
应用服务器
在当前基于云的 web 启用或 软件即服务 (SaaS) 应用程序的环境中，应用服务器的功能类似于上面给出的通用描述。应用服务器通常为一个或多个应用程序提供服务，并充当用户请求与其他服务器或网络功能（如数据库系统）之间的中级服务。应用服务器有三种基本类型。它们的区别在于它们的功能以及它们在流程中的位置。这三种应用服务器类型如下：
- 局域网应用服务器：这种类型的应用服务器可以存在于组织的内部网络中，为网络用户在一个或多个应用程序中提供数据处理支持。它们可能会托管整个应用程序的处理，或与用户计算机共享处理。此类应用服务器的常见实现方式是三层客户端/服务器环境，其中应用服务器作为网络用户与数据库管理系统之间的中间件。以下图示展示了三层客户端/服务器系统：
在三层客户端/服务器系统中，应用服务器为用户和数据库管理系统或其他功能特定的服务器提供服务。
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基于查询的应用服务器：这种类型的应用服务器托管一个或多个用于从数据库请求数据的脚本或编程语言服务。用户的计算机可能具有一个活跃的仪表板、状态板，或一个特定的脚本或服务请求系统，例如Active Server Page（ASP）、JavaServer Pages（JSP）、Django 或 Ruby on Rails。应用服务器访问数据库并将当前或实时数据返回给客户端软件。
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应用/网页服务器：在许多情况下，应用服务器正逐渐成为网页服务器，反之亦然。任一类型的服务器都可以支持超文本传输协议（HTTP）的请求与响应流量，并与客户端浏览器互动。独立的网页服务器（也称为 HTTP 服务器）通常除了执行基本的网页服务器职责外，还包含多个专用脚本和数据库查询服务。具备网页功能的应用服务器包括向客户端浏览器传送网页内容的能力。网页/应用服务器的例子有 IBM WebSphere、Oracle iPlanet、Apache Tomcat 和微软的Internet Information Services（IIS）。
数据库服务器
如前图所示，在应用服务器部分，数据库服务器提供了客户端请求与数据库管理系统及其数据库之间的接口，无论是直接连接还是通过应用服务器。在大多数情况下，应用服务器将数据请求传递给数据库服务器，以处理和检索请求的数据。然后，数据库服务器将数据返回给请求节点。在数据库客户端/服务器环境中，执行数据库输入/输出操作的数据库管理系统是后端。运行在主机计算机或应用服务器上的软件是前端。数据请求从前端流向后端，然后再返回。
目录服务器
目录服务器支持目录服务。好的，那么什么是目录服务呢？ 你是否曾进入一栋非常高的建筑物，使用目录板找到你需要寻找的人员或组织所在的位置？ 通常，你会找到名称，并且同一行上有位置。听起来是不是很熟悉？ 目录服务交叉引用或映射计算机或网络资源的名称、指定或位置到它们各自的本地或网络地址。
通常识别和寻址的资源包括磁盘卷、目录、文件夹、文件、输入设备、输出设备以及系统上连接或安装的任何其他设备。这项服务在网络中至关重要。有了这些信息，资源就可以被定位、使用和管理。如果没有目录服务，网络资源的寻址就像一个没有街道地址的城市。高效的网络操作将变得不可能。目录服务也被称为名称服务，因为它们管理一个命名空间。命名空间是一种数据抽象，保存系统资源的名称或身份列表，并且这些资源的网络地址或位置。在命名空间中，用户、应用程序和其他服务可以访问资源，而无需事先知道其位置。目录服务器或名称服务器是一个服务器应用程序，它提供目录或名称服务的组织、管理和安全性，例如，微软的 Active Directory、Red Hat 目录服务器、Lotus Domino。
文件服务器
文件服务器顾名思义——就是一个用于文件的服务器。文件服务器有多种类型，但通常来说，文件服务器为网络上的其他节点提供数据资源。文件服务器的配置是多个因素的组合，包括存储容量、访问时间、安全性、容错能力，当然还有预算。为了最好地满足组织的数据需求，文件服务器必须根据这些因素的合适组合进行设置。文件服务器可以扮演两种角色之一：
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专用文件服务器：这种类型的文件服务器专门为客户端提供文件或数据库内容。专用文件服务器仅在这个角色下运行。
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非专用文件服务器：这种类型的文件服务器支持两个或更多的服务器服务或功能。
定义这些角色的是数据共享的方法。文件服务器可以是文件传输协议（FTP）服务器、服务消息块/公共互联网文件系统（SMB/CIFS）协议服务器、HTTP 服务器，或网络文件系统（NFS）服务器。另一种文件服务器的形式是网络附加存储（NAS）系统。
邮件服务器
邮件服务器，也被称为电子邮件服务器或邮件传输代理（MTA），处理并传输网络上的电子邮件信息，直到互联网。邮件服务器模拟人类邮递员的功能，接收传入邮件并将其转发到目的地，通常是另一个邮件服务器。邮件服务器与邮件传输的两个主要协议是简单邮件传输协议（SMTP）和邮局协议 3（POP3）。SMTP 在邮件服务器之间传输消息。POP3 是一个客户端协议，它与邮件服务器交互，发送和接收指向特定用户的消息。
消息服务器
消息服务器是一个中间件服务，接收、转发或保存客户端应用程序和服务之间的消息。这些消息在运行在网络上的客户端进程之间通信请求、响应和状态更新。消息服务器主要有两种类型：
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点对点消息服务器：这种消息传递是一个客户端通过消息服务器与单个收件人客户端之间的通信。尽管其他客户端可能在监控消息通道，但只有被寄信客户端会收到消息。点对点消息服务的一个例子是 Java 消息服务。
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发布-订阅消息服务器：这种消息传递方式从客户端（发布者）通过消息服务器传递到包含多个订阅客户端的消息类别。订阅者指示希望接收哪些消息类别。然后客户端只接收他们已订阅的类别的消息。发布-订阅消息服务的例子包括 Faye、NATS 和 Redis。
网络服务服务器
网络服务是网络服务器向网络客户端提供核心服务的服务，如数据存储输入/输出（I/O）操作、信息显示、点对点通信等。网络服务在 OSI 应用层上运行。
尽管网络操作系统（NOS）提供了大部分网络服务、协议和服务，如域名系统（DNS）、动态主机配置协议（DHCP）、即时通讯、网络语音传输协议（VoIP）、网络时间协议（NTP）和电子邮件可以从集中式网络服务服务器运行。
打印服务器
打印服务器是一种设备（计算机、设备或软件），接受客户端的打印请求并提供对网络连接的打印机、绘图仪或其他成像设备的排序和管理。直接连接到台式计算机的打印机可以通过打印队列管理打印功能，通常按先到先服务的原则进行。在网络上，有任意数量的客户端请求打印服务时，对打印机的访问有时可能会引起争议。除了管理网络的打印队列外，打印服务器还可以管理或执行打印策略，例如打印量、彩色打印等。今天的打印服务器是专门用于单一打印功能的独立网络设备。以下图示显示了包括打印服务器的无线网络：
包括打印服务器的无线局域网
代理服务器
代理服务器是中介网络服务，它接受来自远程服务器的网络客户端请求资源。代理服务器检查客户端的请求并确定提供请求资源的最有效方式。客户端的请求可以是服务、文件或网页等各种基于网络的资源。在今天的网络中，代理服务器通常是 Web 代理，提供多种功能，例如减少网络流量、隐藏请求者身份和绕过 IP 地址屏蔽等。代理服务器不一定需要中央网络计算机来操作。代理服务器可以位于一个或多个用户的工作站上，网络中的一台服务器，或介于两者之间的多个位置。代理服务器的位置远不如其将用户工作站连接到互联网上所需服务器的能力重要。代理服务器有多种类型，每种类型提供一种主要服务。最常见的代理服务器类型有：
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网关代理服务器：这种类型的代理服务器，也称为应用级网关或隧道代理服务器，作为本地网络与互联网之间的门户，发送和接收未修改的客户端请求和响应。
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面向互联网（转发）代理服务器：这种类型的代理服务器促进内部网络向互联网请求资源。
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开放代理服务器：这些是转发代理服务器，将请求和响应消息发送到或从任何地方的内部网络传输。
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内部代理服务器：这种类型的代理服务器提供多种方式来保护和服务其内部网络。反向代理服务器可以执行身份验证、授权、缓存、解密和负载均衡。
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反向代理服务器：内部代理服务器的一个常见用途是作为反向代理服务器。此类代理服务器接受来自互联网的请求，例如 HTTP 请求，并将其传递给适当的内部网络服务器进行处理。
路由与远程访问服务（RRAS）
RRAS 是一套微软协议，旨在提供三种基本功能：
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防火墙：Windows Server 2008 中的 Windows 防火墙替代了 RRAS 中的基本防火墙功能。
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路由器：配置为运行 RRAS 的服务器可以执行多协议路由，包括 IP、IPX、AppleTalk、路由信息协议（RIP）、开放最短路径优先（OSPF）和互联网组管理协议（IGMP）的路由。
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远程访问：为拨号和虚拟私人网络（VPN）客户端提供远程访问连接，支持 AppleTalk、IP 或 IPX。
RRAS 采用点对点协议（PPP）作为其传输协议。这使得 RRAS 能够结合路由器和远程访问功能。
虚拟服务器
虚拟的东西就像某物，但它实际上并不等同于那个东西。所以，虚拟服务器就像是一个服务器，但它并不真正是服务器。嗯，差不多。虚拟服务器是一个软件支持的逻辑对象，运行在物理计算机的内存中。只要物理计算机具备足够的硬件资源，特别是内存，它可以支持多个虚拟服务器。如下图所示，一台物理计算机可以支持一个、两个甚至更多虚拟服务器。除了硬件和适当的设备驱动程序外，虚拟化层——称为虚拟机监控程序（Hypervisor），直接为虚拟服务器提供支持，每个虚拟服务器都在内存中占据一个外壳。每个虚拟服务器都可以支持多个虚拟机，这些虚拟机可以安装在同一台主机硬件上，或者其他网络计算机上：
一台物理计算机可以承载一个或多个虚拟服务器
外形规格
对于计算硬件，外形规格指的是计算机机箱及其内部组件的尺寸、形状和其他物理特性，包括电源、内部存储设备的安装支架、主板及其支架、内存、扩展卡、微处理器插槽及其他插槽和支架。接下来的图像展示了多种主板外形规格，每种规格的主板都被设计成适配相同外形规格的计算机机箱。例如，一块 ATX 主板安装在 ATX 计算机机箱中：
五种不同外形规格的主板
图片来源：VIA Technologies, Inc
塔式服务器
在较小的网络和一些家庭网络中，常见的做法是将一台塔式计算机作为网络服务器。像下面图片中的塔式计算机，通常是放置在一个立式机箱或柜子中的。塔式计算机常用作网络服务器。这意味着塔式计算机通常会比小型办公室/家庭办公室（SOHO）计算机拥有更多不同的组件和连接器，哪怕它们也位于塔式机箱中：
一台塔式网络服务器
塔式机箱的直立高大设计提供了更好的内部组件散热。然而，当塔式计算机被集群使用时，它们占用更多空间并可能造成复杂的布线安排。此外，塔式计算机通常并不是最安静的设备。
机架式安装
服务器运行的计算机硬件被安装在一个纤薄的机箱内，固定在机架系统中。机架本身通常是一个两轨或四轨的垂直结构。服务器或其他机架安装设备通过安装支架固定在垂直轨道上，支架由水平安装的轨道组成，设备坐落于其上，并有紧固件将两者固定在垂直支柱上。连接到机架安装设备后部的电缆可能会安装在一个电缆管理臂上，这有助于 1）整理设备上的电缆，2）在维修或升级设备时避免电缆阻碍。机架安装设备的高度以机架单元（U）为单位进行衡量。一个机架单元等于 1.75 英寸（44.45 毫米）高。机架安装设备的尺寸是以其在垂直机架中占用的 U 数为标准。下图展示了1U、2U、3U和4U半机架安装设备的相对尺寸。服务器最常见的尺寸为1U或2U：
机架式服务器的尺寸以机架单元（U）为单位
电子工业联盟（EIA）已为机架系统设定了一个标准，高度为 42U，宽度为 19 英寸或 23 英寸（48.3 厘米至 58.4 厘米）。机架的深度可以根据整体结构或机柜的大小而有所不同，如下图所示：
安装在机架系统中的 1U 机架服务器
图片来源：2018 年 FatCow Web Hosting
刀片技术
刀片服务器机箱容纳多个服务器刀片，每个刀片是一个缩小版的计算机，可以插入机架可安装的刀片机箱槽中。刀片设计的目的是减少物理体积、减少直接接口的数量，并降低服务器系统的整体功耗。为了实现这一目标，每个刀片都配备了执行内部处理所需的组件。冷却、电力、网络、布线和管理系统都集成在刀片机箱中或由机架或机柜中的其他设备提供。如以下图片所示，一个刀片服务器机箱支持多个服务器刀片。每个安装在刀片服务器中的服务器刀片，实际上是一个独立的服务器，具有处理器、内存、网络适配器和主机总线适配器（HBA）。通常，一个服务器刀片仅支持一个应用或服务：
机架安装的刀片服务器机箱中的多个服务器刀片
图片来源：超微计算机公司
服务器电力系统
无论服务器系统的形态如何，其电力需求都高于桌面或笔记本电脑。吉尔斯特法则（关于计算的一切）指出：
“你永远无法确定，一切都取决于情况。”
这基本概述了服务器的电力和冷却系统。服务器所需的功率（以瓦特为单位）由安装的组件和附加设备决定。冷却也是如此。所需的冷却量和种类取决于电力驱动下组件产生的热量。然而，无论服务器是独立计算机还是数据中心的刀片服务器，设备的电力和冷却系统必须提供足够的服务来驱动和通风其组件。选择和安装适当设备的挑战在于预见系统的增长或对这些服务的需求增加。网络服务器的事实标准机型是标准 ATX（如之前在机型部分的图片中所示）。ATX 标准设定了服务器主要组件的外形、尺寸和功能，主要是主板、电源单元（PSU）和机箱。这确保了这些组件的兼容性和互操作性。
电力
在我们深入讨论电气系统和电力之前，先来了解一些你在讨论中会遇到的术语：
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电流：电荷的流动或运动
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电阻：反对电流流动的电线特性
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安培：电流流动的速率
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电压：电流电力的标准测量单位
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瓦特：辐射、吸收或散发的能量输出率
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接地：与地球之间通过导电连接的保护措施
这些术语及其含义对于讨论电源供应和冷却系统非常重要。接下来的章节将探讨网络服务器电力的不同特性和应用。
交流电与直流电 / 110V 与 230V
电源单元（PSU）的主要功能是将交流电（AC）或直流电（DC）转换为低电压的直流电，以供服务器内部组件使用。在北美，主要的家庭电力服务是 120V 交流电（通常称为 110V），其实际电压范围为 115V 至 127V。世界其他地区（包括美国的一些商业数据中心）使用的直流电主电源标准是 230V，±10%。在美国，电源单元（PSU）的输出电压符合 ATX 标准：+3.3VDC、+5VDC 和±12VDC，无论电力输入如何。由于电压在一定范围内波动，因此某些系统使用不同的数字，但它们指代的是相似的系统。例如，美国的标准家庭电压是 120V 交流电。请注意，在下面的表格中，星形电压栏中的 120V 根据电路连接方式，可能提供 208V 或 240V：
| 星形电压 | 三角电压 |
|---|---|
| 120 | 208 |
| 120 | 240 |
| 230 | 400 |
| 240 | 415 |
| 277 | 480 |
| 347 | 600 |
美国常见的星形接法和三角接法电压
星形接法与三角接法
在电气电路图中有两种标准配置——星形（Wye）和三角形（Delta）。这些名称描述了它们在电路图中大致的形状。星形配置将带电线路连接到中性线，形成一种Y形状。三角形配置将两根带电线路连接在一起，形成一个三角形。记住它们的简单方法是，星形电路使用中性线，而三角形电路则不使用。
负 48V
电信信号的电压标准，包括无线网络，是负 48V 电源。所有电气电路都以正（+）和负（-）极性运行，形成一个带电侧和一个接地侧。110V 和 230V 系统将接地连接到负（-）极侧。负 48V 电源将其接地连接到正（+）极侧。如果你想知道为什么电信系统使用负电压标准，那是因为这种电压对人类更安全，尤其是对于那些爬电线杆的人来说。
一相与三相
电气电路以三种配置之一传输——单相、分相或三相。以下是这些术语的基本定义：
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单相电：一种二线交流电配电系统，其中一根电缆承载电流，另一根电缆为中性线。下图展示了单相线路的波形。
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分相电：一种三线单相交流电配电系统，其中两根电缆承载电流，第三根电缆为中性线。分相电配电在家庭和小型商业建筑中较为常见。
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三相电：一种四线系统，其中三根重叠的电缆承载交流电流。每根电缆及其电流相对于其他电缆有所偏移，如下图所示。第四根电缆作为中性线。三相电是大型电网、工业用途和数据中心的传输标准：
单相和三相电流
电源单元（PSU）
让我们从内到外看看服务器的电力系统，从安装在服务器机箱内的电源单元（PSU）开始。PSU 模块通常在制造时安装在系统机箱上。然而，由于 PSU 是计算机系统中最常见的故障点，即便是制造时附加的 PSU 也是可以更换的。服务器的电力需求取决于其大小及已安装或附加的组件。随着磁盘驱动器、网络适配器和内存的数量增加，服务器所需的电力也会增加。服务器的 PSU 需要比标准台式机或便携式计算机中包含的 PSU 更强大且在操作上更高效。由于服务器对网络至关重要，它们必须保持可用，这意味着它们的电源单元必须持续稳定地提供所需的电压，以便为服务器供电。
功率
市面上大多数电源，除了一些有信誉的厂商的产品，可能使用劣质组件，并宣称过高的性能指标。虽然电源的瓦特数只是衡量其性能的一个指标，但许多计算机用户仅依赖电源的瓦特数作为选择电源的决定性因素。制造商明白瓦特数对消费者的重要性，因此会确保它在包装和电源本身上都十分显眼，如下图所示：
一款 600 瓦酷冷至尊电源的产品标签
图片来源：酷冷至尊科技公司
80-plus 认证
80-plus 认证计划是基于电源效率的计算机电源自愿认证。80代表设定为不同负载水平下的最小运行效率标准。根据电源的性能水平，提供六个认证级别。符合每个认证级别要求的产品可以在包装、市场营销和产品标签上附上徽章，如下图所示。第一个级别是基本的 80-plus 认证（称为White），验证电源在 20%、50%和 100%负载下的效率为 80%。中等级别是Gold，认证电源在这三个负载下的效率至少为 87%。最高级别是Titanium，验证电源在所有负载下的效率超过 90%。下面的图像展示了 80-plus 计划的各个认证级别：
80-plus 计划的电源认证级别
选择合适的电源
在选择服务器电源时，除了考虑所需的瓦特数外，你还应考虑几个其他因素。以下列出了选择适合你服务器的电源时应考虑的特点和功能：
- 瓦特数：这个数字代表服务器对电源的功率需求，以瓦特为单位。有多个在线瓦特数计算器（见下方截图）可以帮助你计算服务器所需的总瓦特数。建议在初步计算中加上计划中的服务器或网络扩展的瓦特数：
基于网络的互动电源计算器
图片来源：eXtreme Outer Vision, LLC
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连接器与模块化：确保电源供应器附带的连接器与将要连接的组件兼容。模块化电源供应器没有内置电缆，只有插座。这可以最大限度地减少电源上电缆的数量，只保留必要的连接，避免杂乱。非模块化电源则有不同数量和类型的标准连接器。目前大多数电源供应器常见的连接器包括：
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ATX 24 针或 ATX 20+4 针主电源线连接器
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8 针 入门级电源供应 (EPS) +12 伏特
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4+4 针 +12 伏特电源线连接器
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6 针 PCI express (PCIe)
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8 针 PCIe
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6+2 针 PCIe 电源线连接器
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4 针外设电源线连接器
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SATA 电源线连接器
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高效能评级：80plus 认证是一个很好的指导标准，但你应当验证电源供应器的效率评级，这应该是在实际负载模拟下测试得出的结果。80% 的效率评级意味着电源供应器的 20% 能量（瓦特）以热量的形式损失。
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轨道：在电源供应器的上下文中，轨道指的是单一电压输出的电流。例如，ATX 电源供应器有一个 3.3V 轨道，两个 5V 轨道（分别用于 +5V 和 -5V），两个 12V 轨道（分别用于 +12V 和 -12V），以及一个 5V 待机轨道。
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外部连接：这听起来可能微不足道，但如果没有适合你所在地区（国家）的外部电源线及相应的连接器，所有你精心策划和选择的努力将付之东流。如果你在美国，使用符合 国家电气制造商协会 (NEMA) 标准的电源线和插头。NEMA 5-15P 插头是美国最常见的连接器。在如数据中心等功率需求更高的场合，选择更强力的连接器是明智的。在这些场合，像 NEMA 5-30R 这样的旋锁连接器可以将插头牢牢固定在电源插座中。
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电压切换：许多电源供应器（PSU）包含电压传感器，能够自动检测电流并切换到其适当的电压和模式。然而，并非所有电源供应器都具备此功能——有些具有手动开关，有些则根本没有开关，仅支持单一电力服务。
冗余
确保服务器或服务器集群具备容错能力并提供高可用性的一种方式是采用冗余电源系统。冗余电源系统可以在主电源出现故障时提供安全保障。最基本的冗余电源形式包括两个独立的电源供应器（PSU），它们可以一起为服务器提供电力，交替工作，或一个电源处于工作状态，另一个处于待机模式。本节中的图像展示了一个四单元冗余电源供应系统。冗余单元之间的切换使用三种配置之一：
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OR：OR 是一种数学过程，用于在两个（或更多）选项之间进行选择，类似于要么…要么…。在这种配置中，两个 PSU 可以共享电力负载任务，或者其中一个 PSU 可以处于待机模式。在这两种情况下，当金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）检测到某个单元的电力输出下降时，它会切换到备用 PSU。
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N+1：N+1 切换方法通常用于具有三个或更多电源的冗余系统。在这种安排中，+1 电源是备用单元，N 个电源共享电力转换操作。
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N+1 的 OR：这种方法常用于 PSU 刀片系统。每个刀片是 N+1 分组的一部分，并与两个或更多电源总线相连。与其他冗余配置一样，每个 N+1 分组可以共享电力转换或处于待机模式：
四单元冗余电源
图片来源：Zippy Technology Corp.
系统散热
所有电子设备都会产生热量。某些设备产生的热量比其他设备更多，因此必须通过散热来降低热量的影响，以避免故障或间歇性问题。服务器内部的电子组件（大多数位于主板上）中产生大量热量的包括微处理器、图形处理单元（GPU）、芯片组、内存和电压调节模块（VRM）。其中，微处理器（CPU）和 GPU 是服务器内部产生最多热量的组件。高温环境或被称为热应力的情况可能会影响电子组件的使用寿命或运行状态。物理学告诉我们，当物体变热时，它们会膨胀；当它们冷却时，会收缩。任何在热与冷循环中持续扩展与收缩的电子组件都会受到压力，这可能导致性能问题。热与冷之间的温差越大，损害的严重程度越高。现在，大多数新型计算机系统和处理器都具有一种称为热设计功率（TDP）的等级，该等级表示系统或单元产生的热量。下表列出了一些处理器的最大 TDP 等级示例。该值表示散热系统必须散发的热量，以保持系统的正常运行。尽管目前没有统一标准来解释 TDP，较低的值意味着功耗和产生的热量较低。TDP 只是系统散热需求的一个一般指标。
| 处理器 | 最大 TDP |
|---|---|
| Intel Atom Z3740 | 4W |
| AMD A10 Micro-6700T | 5W |
| Intel Core i3-5020U | 15W |
| Intel Xeon E5-2630L v4 | 55W |
| AMD Ryzen 5 PRO 2600 | 65W |
| Intel Core i5-7600K | 91W |
| AMD Ryzen 7 2700X | 105W |
| Intel Core i9-7980XE | 165W |
微处理器及其 TDP 等级示例
散热系统
无论是形状、形式、大小还是用途，计算机都需要冷却系统。在台式机、塔式机和一些笔记本电脑中，冷却系统位于机箱内部。对于刀片服务器，冷却可能在刀片柜、机架柜或整个计算机房中。为冷却计算机系统的内部组件，存在多种不同的方法。其中一些是传统方法，另一些是新型方法。在 Server+ 考试中，您需要理解以下章节中描述的冷却系统。
空气冷却和气流
一个基础的空气冷却系统通常是计算机机箱和内部组件中默认配置的系统。它最简单的形式由散热片、导热膏和计算机的机箱风扇组成。散热片直接连接到 CPU，两者之间涂有少量的导热膏，以提供热传导。散热片和 CPU 之间的空气间隙可能会起到热绝缘作用，因此导热膏可以消除这种可能性。散热片是带肋的金属挤出物，延伸了 CPU 的表面，允许更多的空气带走热量。一个或多个机箱风扇的气流穿过散热片的鳍片，带走热量。这种散热方式被称为被动冷却。通过添加隔板或气流偏导器，将气流特别引导到被动冷却系统中，可以增强空气冷却系统的效果。
一些高端机箱不仅包括多个风扇（两个或更多的机箱风扇和一个显卡风扇），还配有一个导风系统，将气流引导至 CPU 和机箱中的其他热点。与使用气流来冷却计算机的方式相对的是液体冷却，它利用冷却液将热量从 CPU 中带走。液体冷却应用了热力学原理，即热量会从温暖的物体转移到较冷的物体上。CPU 液体冷却系统的工作原理类似于汽车的冷却系统。液体冷却剂，在这种情况下是蒸馏水，通过 CPU 附件泵送。水的冷却作用将 CPU 的热量带走，并通过气流散发出去。
下图展示了散热器（左侧）和 CPU 附件（右侧）：
一个 CPU 液体冷却系统
图片来源：Asetek
总结
在本章中，你了解到计算机上运行的软件确立了它作为服务器的角色。服务器可以为网络的客户端提供多种服务，包括：应用程序服务器、文件服务器、邮件服务器、消息服务器、网络服务器、打印服务器、RRAS 以及 Web 服务器。不同类型的应用程序服务器有局域网应用程序服务器、基于查询的应用程序服务器以及应用程序/Web 服务器。文件服务器可以是专用的，也可以是非专用的。网络服务服务器提供 OSI 应用层上的核心服务。虽然操作系统提供了许多网络服务和协议，但如 DNS、DHCP、IM、VoIP 和 NTP 等服务可能来自网络服务服务器。代理服务器是中间网络服务器，它接受、履行、过滤并转发远程客户端的请求。代理服务器的类型有：网关型、面向互联网型、开放型、面向内部型和反向型。在 Server+ 考试中，你可能会遇到另外两种服务器类型：RRAS，它是一种提供防火墙、路由器和远程访问服务的网络服务服务器，以及虚拟服务器，它是一个在物理计算机内存中运行的软件启用逻辑对象。服务器和计算机通常遵循特定的外形标准。外形标准规定了计算机外壳的尺寸、形状、物理特性、电源和冷却性能，以及电源、主板、内存和其他组件的安装方式。
服务器的外形标准是 ATX。塔式计算机有一个立式机箱或机柜，台式机和笔记本设计也是如此。机架可安装服务器通常为 1U 或 2U 高度，其宽度与机架或机柜的宽度匹配。刀片服务器外壳是一种类似机柜的设备，用于容纳服务器刀片，每个刀片都是一台服务器。电源单元（PSU）将国内的交流电或直流电（110V 或 230V）转换为 +3.3VDC、+5VDC 和 +/- 12VDC，电信设备使用 -48V 电源。选择服务器电源单元时需要考虑的因素包括功率、连接器和模块化、效率等级、轨道、外部连接和电压切换。冗余电源具有两个或更多电源单元，它们可以结合使用、交替使用或通过活动和备用方式提供电力。服务器内部的组件，尤其是 CPU、GPU、芯片组、内存和 VRM，产生的热量可能会对某些组件造成热应力。热应力可能并且通常会影响电子组件。
服务器常见的两种冷却系统是被动冷却（空气冷却）和液体冷却系统。被动系统包括散热器、热导膏和机箱风扇。液体冷却系统通过管道和散热器泵送蒸馏水，水吸收的热量在冷却后再循环使用。在下一章中，我们将详细了解服务器的关键内部组件，这些组件需要电力并且需要冷却，包括 CPU、RAM、各种总线结构、BIOS/UEFI 和 CMOS。这些内部服务器组件对服务器的整体操作至关重要，因此在 Server+ 考试中会特别强调它们。
问题
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以下哪项不是常见的应用服务器类型？
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局域网应用服务器
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网络服务器
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DHCP 服务器
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基于查询的应用服务器
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以下哪项关于文件服务器的说法是正确的？
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文件服务器只能是专用服务器
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文件服务器可以是专用的或非专用的
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文件服务器不能虚拟化
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文件服务器和数据库服务器本质上是相同的
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什么类型的服务器托管像 DNS、DHCP、VoIP 和 NTP 这样的协议？
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代理服务器
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文件服务器
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消息服务器
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网络服务服务器
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你有任务需要在内部网络上安装和配置一个代理服务器，以减少从局域网到广域网的流量。你应该使用哪种常规配置？
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网关
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面向互联网
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内部面向
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开放
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反向
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对还是错：虚拟服务器是任何托管虚拟专用网络的服务器。
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对
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错
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以下哪项是网络服务器的事实标准机箱规格？
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LTX
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AT
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ATX
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Mini-ATX
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机架单元或“U”的标准高度是多少？
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1.75 英寸
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2.75 英寸
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3.50 英寸
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50 毫米
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ATX 电源单元为服务器硬件的内部组件提供哪些电压？请选择所有适用项。
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+3.3VDC
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110VAC
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+5VDC
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+/- 12VDC
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-48VDC
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230VDC
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服务器的空气冷却系统是什么类型的系统？
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活跃
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被动
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液冷
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隔板
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第二章：服务器内部结构
在上一章中，我们讨论了服务器的电源和冷却系统。现在，让我们来看看服务器的关键内部组件。你知道，就是那些需要供电和冷却的部分。这包括 CPU、RAM、各种总线结构、基本输入输出系统 (BIOS)/统一可扩展固件接口 (UEFI)和互补金属氧化物半导体 (CMOS)。我们还将讨论 BIOS/UEFI 服务器固件。在本章中，我们将涉及以下内容：
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中央处理单元 (CPU)
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主存储器
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总线、通道和扩展插槽
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BIOS/UEFI 配置
CPU
CPU 有许多名称（也叫微处理器、处理器、大脑等），它是执行程序指令、执行算术运算并控制数据的流动以及与计算机连接或安装的外设输入输出功能的电子组件。但这些你肯定已经知道了。
对于 Server+考试，你需要了解的更多是 CPU 的特性，而不是它的工作原理，包括其安装插槽、时钟频率、核心数、步进等。所以，让我们开始吧。
多处理器
多处理器环境是一个拥有两个或更多集成 CPU 的单一计算机系统。CPU 共享计算机的内存、总线和其他资源。各 CPU 协同工作，按顺序执行程序指令，其中一个 CPU 执行一条指令，而其他 CPU 同时执行另一条指令。这个过程的目的是让计算机比单处理器（单处理机）运行得更快：
一个简化的双处理器多处理系统视图
对称多处理（SMP）与非对称多处理（ASMP）
多处理器系统中的 CPU 可以设置为对称或非对称的多处理方式。在 SMP 中，CPU 平等共享操作系统、主存储器、总线、输入/输出驱动程序和设备。SMP 系统的目标是平衡处理器之间的计算负载并加速处理速度。然而，建议 SMP 系统中的处理器数量不超过 16 个。
在 ASMP 中，一个 CPU 是主控 CPU，所有其他 CPU 为从属 CPU。主控 CPU 处理操作系统任务并将进程请求分配给从属 CPU。从属 CPU 可以是通用的，也可以专门用于特定的处理任务。主控处理器在必要时借助从属处理器来控制系统功能。
SIMD、MISD 和 MIMD
多处理器系统可以执行并行处理，其中每个处理器执行相同的指令或一组独特的指令，操作相同的数据集或多个数据集。今天的多处理计算机支持不同类型的并行处理，三种主要形式为：
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单指令多数据（SIMD）：多个处理器在不同的数据源块上执行相同的指令。SIMD 加速了多媒体处理。
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多指令单数据（MISD）：多个处理器在同一个数据源上执行不同的指令。MISD 计算不常见，因为这种并行处理方式通常只适用于特定的问题。
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多指令多数据（MIMD）：多个处理器在不同的数据源块上执行不同的指令。MIMD 就是大多数人所理解的并行计算。
多核处理
多处理器处理是指多个微处理器作为一个整体单元进行工作，而多核处理则是一个微处理器内部包含多个处理器或核心。每个核心都是一个微处理器，能够处理与其他核心不同的指令流，且这些核心都位于同一集成电路（IC）芯片上。
如果你拥有一个四核处理器，那么你的 CPU 内部包含了四个独立的处理器。这意味着你可以同时查看电子邮件、观看视频、在电子表格中处理预算和收听音乐流。每个动作都在自己的核心上独立运行：
双核微处理器结构的简化视图
CPU 封装和插槽
CPU 的形状和结构就是它的封装。几乎所有的服务器 CPU 都采用土地网格阵列（LGA）封装。在这种封装中，安装引脚是插槽的一部分，CPU 上有接收孔（端口）可以插入每个引脚。下图展示了 LGA 封装的 CPU 底部的端口：
显示 LGA 封装的 CPU 底部，展示安装端口
图片来自：AnandTech
CPU 插槽的种类几乎和 CPU 的种类一样多。下图展示了主板上的 LGA 插槽。注意锁定臂，它将 CPU 固定在插槽中：
在主板上安装的 LGA 插槽
图片来自：AnandTech
下表列出了一些为多种处理器设计的插槽示例：
| 插槽 | 推出年份 | 兼容 CPU | 封装 | 引脚数 | 最大速度 |
|---|---|---|---|---|---|
| LGA 771/Socket J | 2006 | 英特尔 Xeon | LGA | 771 | 1600 MHz |
| Socket 1207FX | 2006 | AMD Athlon 64 FX | LGA | 1207 | 2000 MHz |
| Socket G34 | 2010 | AMD Opteron (6000 系列) | LGA | 1974 | 3200 MHz |
| LGA 1248 | 2010 | 英特尔 Itanium 9300 系列 | LGA | 1248 | 1.47 GHz |
| LGA 1567/Socket LS | 2010 | 英特尔 Xeon 6500/7500 系列 | LGA | 1567 | 2.66 GHz |
| Socket SP3 | 2017 | AMD Epyc | LGA | 4094 | 2.9 GHz |
| LGA 2066/Socket R4 | 2017 | 英特尔 Skylake | LGA | 2066 | 4.2 GHz |
常见服务器插槽及其支持的 CPU
例如，2010 年推出的 LGA 1564 或 Socket LS 插槽与 Intel Xeon 6500 系列 CPU 兼容。以下图所示，Socket SP3 插槽适配 AMD EPYC 处理器。通常，一个新的处理器和新的插槽会一起发布。然而，一个新的 CPU 型号或版本也可能适配现有的插槽标准：
一个 AMD SP3 插槽
图片来自：AnandTech
缓存内存
缓存（发音为cash），根据字典的定义，是你为将来使用而储藏的东西。在计算机系统中，有几种类型的缓存：
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浏览器缓存：当你下载一个网页时，浏览器会存储该页面的一部分或全部内容，尤其是那些不太可能变化的部分，如图片、标题、文本、脚本等。这可以避免在浏览网站时重复下载这些内容。
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磁盘缓存：许多较大的硬盘驱动器包括少量 RAM，作为缓存功能。例如，一个 1TB 的硬盘驱动器有 32MB 的磁盘缓存，用于提高磁盘的 I/O 性能。
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内存缓存：不要与处理器缓存混淆，要求大量数据的应用软件（如图形编辑器）会在 RAM 中创建缓存，以减少 I/O 操作并加快处理速度。
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处理器缓存：在 CPU 和服务器的上下文中，这种类型的缓存（也称为 CPU 内存或缓存内存）为 CPU 提供数据和指令，避免访问较慢的主内存。关于这一点，下一节会进一步介绍。
CPU 缓存内存
CPU 有一小部分内存供其使用，这部分内存被称为 CPU 内存或缓存内存，由多个层次的静态 RAM（SRAM）组成，通常有三层，如下图所示。这个缓存的目的是以比主内存 DRAM 更快的速度为 CPU 提供数据和指令。CPU 的缓存系统还会尝试预测 CPU 接下来会请求什么内容，并且基于当前的处理情况，大多数情况下预测是正确的，这使得处理速度更快：
缓存为 CPU 提供了快速的多级缓冲
缓存内存有几个重要的特性：
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时间局部性：缓存内存保存了不变的图像、数据和指令，从而避免了再次从源或主内存中获取它们的需要。
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空间（序列）局部性：通常，CPU 下一个对指令或数据块的请求已经存在于缓存中。如果 CPU 请求的内容不在缓存中，就会发生缓存未命中。如果 CPU 请求的是缓存中的内容，就会发生缓存命中，这种情况更为常见。
CPU 缓存内存层次
如在CPU 缓存内存部分所示，大多数 CPU 系统包括三种级别的缓存内存。三级缓存（L3）较慢，但比主内存快，并且是三者中最大的。二级缓存（L2）比 L3 快，但较小。而一级缓存（L1）是三者中最快的，且最小。
如前所述，在CPU 缓存内存部分，指令和数据从主内存传到 L3，L3 的大小足以包含足够的活动程序或数据，从而预测 L2 及以上级别的下一个请求。多核处理器通常共享 L3 缓存内存。L2 利用空间局部性来预测 L1 会请求什么，并从 L3 请求包含预测项的块。L1 通过更精确地预测 CPU 下一个请求的项，并向 L2 请求该项，继续这个过程。
写回/写直通缓存
缓存内存系统利用 CPU 可能空闲的时间——我们这里指的是毫秒级的时间——将从 CPU 或更高级别缓存传下来的数据写入。数据被传送到主内存或直接传送到二级存储设备。这一操作称为写回。
在某些情况下，CPU 会直接将数据写入主内存或存储设备。当这种情况发生时，CPU 也会将数据传递到缓存内存。这一操作称为写直通。额外的写入步骤会减缓处理速度，但如果下一个 CPU 请求导致缓存命中，系统将获得时间上的好处。
高级 RISC 机器（ARM）服务器
看起来，从一开始，Intel x86 系列处理器就一直是网络的核心和大脑。这并不是坏事。只是现在可能有一个新的“新面孔”——ARM。简化指令集计算机（RISC）是一种专用技术，涉及使用更强大的指令集，指令数量较少。手机和其他移动设备依赖 ARM 处理器来处理许多与内存和存储相关的功能。
由于其简化指令集，ARM 处理器通常比传统处理器体积小，容易适配到处理器核心。现在运行最多 12 核处理器的服务器同样可以使用 ARM 来运行，这可能涉及到多个不太复杂的处理器，它们可以共享计算任务。虽然 12 个处理器会导致服务器性能显著提升，但在 x86 服务器中，处理器仍然可能成为瓶颈，具体取决于其负载。
CPU 倍频器
与其支持系统相比，CPU 的速度非常快。它的速度或频率（以 MHz 为单位）是计算机前端总线（FSB）的函数，前端总线将 CPU 与芯片组的北桥（内存控制器中心）连接起来。为了设置其内部频率，CPU 会将一个倍频器应用于 FSB 的实际频率。
倍频是一个比率，通常称为 CPU 倍频、时钟倍频或时钟比率，它被应用于前端总线（FSB）的频率，以确定和设置 CPU 的内部频率。比如对于一个 100 MHz 的 CPU，如果其 BIOS 中定义了 40 倍（40X）的倍频，则该 CPU 的内部时钟频率为 4.0 GHz。
CPU 倍频是超频或降频计算机的关键。要超频计算机，常见于游戏中，只需提高倍频的值。要降频计算机，即减慢其速度，则需要降低倍频的值。超频通常需要额外的散热能力，而降频有助于节省便携设备的电池。
CPU 修订
CPU 修订是指对 CPU 进行修订和编号，以修复错误或改进功能。当制造商发布新的 CPU 时，其修订等级通常为零，或者是零的变体，如A0。例如，英特尔将修订版本称为规格更新，并提高修订等级或步骤。AMD 发布修订号，每个修订号都比上一个版本的修订号要高。
主内存
主存储器、主内存、主存储或 RAM，所有这些名称指的都是计算机的“心脏”。如果 CPU 是大脑，那么 RAM 就提供了计算机中指令、数据、地址和所有其他信息流动的循环。
RAM
随机存取内存（RAM）允许直接定位和访问数据、指令、地址或状态信息。RAM 中的每个字节都可以被独立地寻址和访问，或者以数据块的形式访问。其随机访问能力有助于提高计算机的整体速度。RAM 的类型如下：
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动态 RAM（DRAM）是电气易失性的，必须定期接受刷新电信号才能保持其状态（正或负）。RAM 由数百万个单一的电子组件（晶体管）组成，每个组件只能存储一个单一的值，我们用二进制的两个值之一—
0或1来表示。RAM 由数百万个晶体管组成，每个晶体管可以存储正电或负电的电荷。 -
静态 RAM（SRAM）是非易失性的，这意味着它不需要刷新，且在计算机供电时能够保持其电荷。当电源关闭后，SRAM 会失去其存储的电荷和所代表的数据。
双倍数据速率（DDR）RAM
像处理器一样，RAM 也经历了一些进化阶段。以下是 RAM 的一个简短时间线：
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动态 RAM（DRAM）：DRAM 的一个特点是它与处理器独立操作，这可能会导致在两个组件等待对方时出现延迟，最终导致其没能长久存在。
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同步动态随机存取内存（SDRAM）：SDRAM 与系统总线上的控制信号协调操作，使其能够保持领先一步。然而，SDRAM 是单数据速率（SDR），意味着在一个系统时钟周期内，它只能在时钟周期的开始或结束时进行一次读写。随着处理器变得更加复杂，尤其是更快速，SDRAM 证明自己过于缓慢。
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DDR-SDRAM：DDR 内存改进了 SDR 技术，允许在时钟周期的开始和结束时进行数据输入输出，从而实现了数据传输速率的翻倍。
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DDR2/DDR3：这两项技术在原始 DDR 内存的基础上加入了内部时钟，分别在 DDR2 和 DDR3 中将时钟速度分别降低为原来的一半和四分之一。DDR3 提升了内存容量至最多 8 GB，数据传输速率提高至最高 2133 Mbps，并且降低了功耗至 1.5V。
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DDR4-SDRAM：DDR，第四代（DDR4）SDRAM 是 DDR 技术的最新发展。DDR4 相较于 DDR3 的主要改进有：内存上限翻倍（最多 16 GB），数据传输速率最高可达 3200 Mbps，并且功耗更低（1.2V）。
RAM 封装
家用和桌面计算机上安装的 RAM 模块的封装形式为插槽安装的集成电路板，带有边缘连接器，内存大小（以兆字节为单位）和引脚数量（针脚）各不相同。自从 DDR 规范的发展以来，内存板已经采用了双列直插内存模块（DIMM）、小型外形双列直插内存模块（SO-DIMM）和 MicroDIMM 形式：
DDR4 SO-DIMM 内存卡
图片提供：金士顿科技公司
下表列出了各种内存模块的边缘连接器引脚数量：
| DIMM 模块 | SDR | DDR | DDR2 | DDR3 | DDR4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 双列直插内存模块（DIMM） | 168 | 184 | 240 | 240 | 288 |
| SO-DIMM | 100 | 200 | 200 | 204 | 256 |
| MicroDIMM | 172 | 214 | 214 | 214 | - |
| 注册 DIMM（RDIMM） | - | 184 | 240 | 240 | 288 |
| 降载 DIMM（LRDIMM） | - | 184 | 240 | 240 | 288 |
不同 DIMM 板的引脚数量
然而，除了最新的处理器，制造商还发布了新版本的 DIMM。两种较新的 DIMM 版本是 RDIMM 和 LRDIMM。RDIMM 中的寄存器在内存控制器和 DIMM 上的 DRAM 之间充当缓冲。这使得服务器能够支持更多的 RDIMM，但也可能增加功耗和额外的延迟。LRDIMM 使用内存缓冲器将其 DRAM 的电信号合并为单一信号，这允许 DIMM 支持最多 8 个 DRAM 单元。然而，功耗和延迟的增加比 RDIMM 更为显著：
一个 1.32 GB 的 LRDIMM
图片提供：金士顿科技公司
内存时序
在 RAM 中的一个常见经验法则是 数值越低越好，但是 低多少？ 内存的运作方式并不像我们通常所描述的那样。我们认为，一次操作涉及从 CPU 请求数据、内存控制器定位数据并将请求的数据传送上来。这是一个简单的三步过程，对吧？ 其实不是。CPU 从内存请求数据或指令的过程比我们想象的要复杂得多。无论如何，内存 I/O 请求所需的时间越短，计算机的整体速度就会越快。
当你购买服务器内存时，可能会注意到一组数字类似于 9-10-11-24。在这些测量值的缩写中，t 在 tRCD、tRP 和 tRAS 中表示 时间。这一串数字代表内存时序中的四个主要测量值：
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CAS 延迟（CL）：内存时序中的第一个数字代表 列地址选通（CAS）延迟或 CL，即接收并完成数据请求所需的时间，单位是 纳秒（ns）。
下表显示了不同内存技术的 CL 示例。请注意，实际延迟是时钟周期与 CL 的乘积。
| 内存技术 | 时钟周期（ns） | CL | 实际延迟（ns） |
|---|---|---|---|
| SDR | 7.50 | 3 | 22.50 |
| DDR | 5.00 | 3 | 15.00 |
| DDR2 | 2.50 | 6 | 15.00 |
| DDR3 | 1.25 | 11 | 13.75 |
| DDR4 | 0.75 | 18 | 13.50 |
各种内存技术中 CL 的示例
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RAS 到 CAS 延迟（tRCD）：内存中的数据排列类似于一个包含行和列的电子表格。内存时序中的第二个数字是 行地址选通（RAS），它表示定位请求数据所在行所需的时间。接着，列地址选通（CAS）表示移动到相应列的时间。换句话说，如果请求的数据位于 C15，RAS 就是移动到第 15 行的时间，而 CAS 则是移动到 C 列并获取 C15 位置数据的时间。
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RAS 预充电（tRP）：尽管它的功能听起来几乎与其相反，RAS 预充电会释放内存中的活动行，tRP 是内存时序中的第三个值，表示执行此操作所需的时间。
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行激活时间（tRAS）：也叫做 激活到预充电延迟，第四个值 tRAS 是关闭活动行并打开新行所需的时间。你还可能看到 tRAS 被描述为完成一个指令的时间，以及请求并接收下一个指令的时间。
错误校正码（ECC）与非 ECC
ECC 内存在处理高价值或机密数据的计算机中比较常见，例如支持一个或多个服务器的计算机。ECC 内存与非 ECC 内存的不同之处在于，ECC 内存模块包括一个专门的内存单元，用于为模块的其他内存单元提供奇偶校验和错误修正。ECC 内存保证了数据的完整性。在 ECC 技术出现之前，错误修正方法是使用奇偶校验，分为偶校验和奇校验。非 ECC 内存没有错误修正功能，仅仅是响应处理器的请求。
双通道内存
你可能听说过内存配对的必要性，也听说过内存插槽的颜色编码。这似乎很重要，但是这与在服务器中升级内存有什么关系呢？
许多新型主板拥有彩色编码的双通道 RAM 插槽。当这些插槽中插入匹配的内存模块时，系统可以同时在两个内存板之间传输数据，从而减少访问时间。实际上，匹配内存可以促进双通道模式的提高访问速度，虽然相对于单通道模式和不匹配的内存对，其改善并不显著。但当安装了匹配的内存对时，性能会更快。
彩色编码的 RAM 插槽
尽管不同制造商在主板上设置的内存插槽颜色可能有所不同，但基本的规则是内存插槽成对、成三、成四，或根据主板的内存通道技术发展，未来可能有其他安排。例如，在双通道模式下，成对的内存插槽会被标为黄色、橙色或红色，以表示这是匹配的内存对插槽。
对于成三、成四等情况也是如此：
主板上的彩色编码内存插槽
图片由：技嘉科技股份有限公司提供
总线、通道和扩展插槽
计算机主板上的组件以及连接到主板的设备，不断地相互传递数据和指令。就像任何其他形式的通信一样，它们之间必须有一个媒介来连接。这种媒介，在这里就是总线通道，它为数据、地址和指令的传输提供了路径。
在计算机中，通常有两类总线通道：内部总线和外部总线。内部总线仅存在于主板上，用于主板的各个组件之间传递数据和指令。外部总线则为外设和扩展组件提供与主板上其他组件进行通信的途径。
总线一词来源于拉丁语单词omnibus，意为为所有人。计算机中的连接链路承载着一切，因此它们被称为总线。总线不应与buss混淆，后者是“吻”的另一种说法。
一个总线结构由三条协调工作的总线线组成（见下文总线宽度部分的图示）：
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控制总线：CPU 向组件或设备传输命令和指令，这些组件或设备需要接收数据或执行命令。这是一个专用的单向总线，承载着在地址总线上指定的地址处内容所需的命令。
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地址总线：CPU 向组件或设备传输需要服务的数据地址。地址总线也是单向的。
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数据总线：CPU 从内存或设备控制器发送或接收数据。
总线宽度
一条总线通道由若干条电路迹线组成，每条迹线传输一个信号（位）到设备引脚。总线通道的迹线通常是 8 的倍数，如 8、16、24、32、64 等等，迹线的数量控制着系统内存的大小。总线通道中位数或迹线数限制了高端地址值。例如，一个 8 位地址总线只能寻址到最大为 28 或 256 的内存单元。如果总线为 32 位，那么它能够引用的内存中最高的地址是 232 或 4,294,967,296（稍多于 4GB 或 500MB）。显然，总线通道越宽（即越多位宽），它在二进制中能表示的数字就越大。
微处理器的描述和规格包括其兼容的总线宽度。例如，Intel Xeon 和 AMD Athlon 是流行的服务器 CPU，两者都是 64 位处理器：
系统总线结构的组成部分
外围组件互连（PCI）总线
并不是每块主板都配有你喜爱的外设、控制器或接口，事实上，很少有主板会完全具备这些功能。为了帮助你解决这一问题，主板包括了一些扩展槽，你可以在这些插槽中插入所需的设备和功能接口卡。多年来，在计算机和服务器的发展过程中，多个扩展卡标准出现并逐渐淘汰，新的标准或扩展标准取而代之。本章前面提到的彩色编码内存插槽部分展示了一块配有两组扩展卡插槽（蓝色和白色）的主板。
对于 Server+考试，你需要详细了解的总线通道和扩展槽技术清单很短，且属于同一家族：PCI—也称为PCI 常规、PCI 扩展（PCI-X）和PCI-Express（PCI-e）。这些标准的 PCI 插槽和扩展卡在多个方面有所不同，但最显著的差异体现在插槽和卡的高度和长度、总线宽度以及信号电压上。
PCI 尺寸和适配标准
所有 PCI 及其变种都适用相同的物理板卡格式标准。PCI 板卡的标准规定了四种尺寸和适配格式：全高、低型、全长和半长。不过也有一些例外：
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一张全高扩展卡无法适配低型插槽
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一张半高扩展卡可以适配全长插槽
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半高扩展卡无法插入全高插槽
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一张全长扩展卡无法插入半长插槽
好吧，最后一个是显而易见的！最佳做法是将 PCI 扩展卡与其对应的 PCI 插槽匹配。
PCI 传统
总线通道的总线宽度是通道中轨道的数量。一般来说，PCI 总线及其变种的总线宽度为 32 或 64 条轨道。为了避免重复，通道中的一条轨道传输总线中传输的一个数据位。PCI 标准的信号电压是 5V 或 3.3V 之一。
PCI 常规标准的常见变种（见下图）包括：
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32 位 PCI—5V 信号电压：这是桌面计算机主板上常见的 PCI 插槽。它的时钟频率为 33 MHz，最大数据传输速率（DTR）为 1 Gbps。
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64 位 PCI—5V 信号电压：通常用于服务器和双处理器主板扩展插槽，其时钟频率为 33 MHz，最大 DTR 为 2.1 Gbps。
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64 位 PCI—3.3V 信号电压：也称为 PCI-X，这种 PCI 扩展插槽通常用于服务器主板。它的最大时钟频率范围为 66 到 533 MHz，最大数据传输速率（DTR）为 4.3 Gbps（在 533 MHz 时）：
从左到右：PCI 32 位 33 MHz 插槽，PCI 64 位 66 MHz 插槽，以及 64 位 33 MHz 插槽
下表列出了每种 PCI 总线标准的最大数据传输速率（DTR）：
| 技术 | 最大 DTR（Mbps） |
|---|---|
| 并行 | 串行（半双工） |
| PCI（传统） | 132 |
| PCI Express 2x | 500 |
| PCI Express 4x | 1000 |
| PCI Express 8x | 2000 |
| PCI Express 16x | 4000 |
| PCI Express 32x | 8000 |
PCI 和 PCI-e 总线技术的数据传输速率（DTR）
PCI-e
PCI-e 总线标准替代了传统的 PCI 和 PCI-X 总线标准。PCI-e 和 PCI 的主要区别在于总线拓扑（信号格式）。PCI-e 总线使用点对点串行通信通道，而 PCI 使用共享的并行总线。另一个区别是，PCI 总线的速度仅与连接的最慢设备一样快，而 PCI-e 支持端点设备之间的全双工通信：
PCIe 4X 标准扩展卡和接口示例
图片来源：金士顿科技公司
扩展卡
所以，什么类型的卡适合插入主板扩展插槽？ 接下来的部分将介绍你在 Server+考试中应该了解的扩展卡功能。
网络接口控制器（NIC）
大多数较新的主板将 NIC（也称为网络适配器）的所有或部分功能集成到芯片组中。无线通信尤其如此。许多活动网络服务器通过安装为扩展卡的一个或多个网络适配器连接到网络或通信链路。
网络接口卡（NIC）的主要功能是为其主机计算机与网络之间提供连接和接口。NIC 将计算机发送的数据转换为与网络协议和标准兼容的格式。
主机总线适配器（HBA）
HBA 提供了外设与计算机之间的连接点。HBA 通常是插入主板插槽的扩展卡。HBA 卡作为外部设备与计算机之间进行通信的通道。也许在服务器中最常见的 HBA 是硬盘控制器卡，它包含磁盘控制器，并提供一个或多个硬盘驱动器的接口。HBA 提供的硬盘接口包括以太网、并行高级技术附件（PATA）/集成驱动电子（IDE）、串行高级技术附件（SATA）和小型计算机系统接口（SCSI）设备等。
独立磁盘冗余阵列（RAID）控制器
另一种类型的 HBA 是 RAID 控制器，也称为磁盘阵列控制器。磁盘阵列控制器提供多个硬盘驱动器的管理，它将硬盘驱动器作为逻辑单元而非物理单元呈现给 CPU。RAID 技术的使用必须与 RAID 控制器和磁盘驱动器相同。例如，RAID O控制器无法与任何涉及容错的 RAID 技术配合使用。
上升卡
上升卡是一种插入系统板并提供额外插槽以供适配卡使用的板卡。由于它位于系统板之上，因此可以以与系统板平行的方向将额外适配器连接到系统，从而节省机箱内部空间。上升卡通常用于机架式服务器中。一个 1U 机架单元系统可以在主板上集成单槽上升卡，从而使扩展卡能够适应机箱内。而 2U 计算机可以像 1U 那样集成上升卡，或者为 3.5 英寸上升卡提供一个扩展插槽，并配有三个插槽。以下图像展示了一个带有两个 PCI-e 8x 端口的 2U 上升卡示例：
带有 2 个 PCI-e 插槽的 2U 上升卡
图片来源：超级微型计算机公司
USB 接口和端口
USB 标准有多种，每种都有不同的尺寸、形状和用途。所有 USB 标准都定义了通信协议、物理电缆和一个或多个连接器及端口。每种 USB 连接器和端口的形状与大小，不论其版本如何，都是几种连接器类型中的一种。只要使用的连接器和端口类型相同，一些标准在功能上是兼容的。
不同的 USB 连接器类型（至少是当前仍在使用的）包括：
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A 型：A 型连接器和端口是大多数人认为的 USB。无论计算机是否便携，这种连接器类型几乎出现在每台计算机上。它还出现在许多游戏主机、电视机、音频设备等设备上。A 型连接提供外围设备与主机之间的下行连接，主机向连接的设备提供 5V 直流电源。
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B 型：B 型连接器和端口常见于打印机、外部磁盘驱动器及其他外围设备的设备端电缆连接。
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C 型：USB C 型连接器和端口尚未在网络服务器中找到应用。C 型已经成为手机、笔记本电脑和其他便携设备的常见连接方式。其优点在于 C 型连接器不受方向限制（没有上下之分），电缆的任一端都可以连接到主机系统：
从左到右：A 型、B 型和 C 型 USB 连接器
图片提供：Newnex 科技公司
还有其他 USB 连接器和端口类型，如迷你、微型和内部连接器。每种连接器都有其特定的用途，但不要担心在考试中看到它们。
配置
任何服务器管理中一个极其重要的部分是其配置设置。记住，计算机只是由一堆电气和电子组件通过互联来完成重复任务的设备。服务器的配置设置最初是在其固件中设置的，当主板和只读存储器（ROM）制造时就已经设置好了。然而，在任何服务器的生命周期中，某些配置设置总会发生变化。新的外围设备、存储设备、内存大小或其他添加或调整可能会使服务器继续支持网络的需求。
BIOS
BIOS 自 1975 年起就已存在，并且功能上基本没有太大变化。BIOS 存储在计算机主板上的非易失性存储器（ROM）中，是计算机启动时执行的第一个指令集，并为操作系统提供输入和输出操作的支持。
BIOS 的主要作用是提供初始化系统所需的信息，为所有连接的存储设备和外围设备加载设备驱动程序，并加载和启动操作系统。引导过程使用的配置数据存储在 CMOS 芯片上的少量内存中。为了确保配置设置始终可用于系统启动过程，使用了一个硬币形状的平面电池，称为 CMOS 电池，其使用寿命大约为 10 年。
BIOS 读取主硬盘驱动器的第一个扇区，以访问启动设备的地址（通常是硬盘驱动器）或初始化指令（代码）的地址。然后，它初始化启动设备并启动操作系统。然而，BIOS 有一个大限制——它仅支持 16 位数据传输，这限制了从 ROM 读取的数据量。
UEFI
现在许多作为服务器使用的新型计算机都采用了 UEFI 来替代 BIOS，甚至有些系统同时拥有两者。UEFI 是一种用于替代 BIOS 的系统配置技术。虽然 UEFI 和 BIOS 本质上执行相同的基本功能，但 UEFI 将其配置数据存储在硬盘驱动器上的.EFI文件中，位于一个称为EFI 系统分区（ESP）的特殊区域内。加载和初始化操作系统所需的文件也位于 ESP 中。
摘要
CPU 是执行程序、执行算术功能并管理计算机数据和输入/输出功能的电子组件。多处理器是一台配备两个或更多 CPU 的计算机，可以是对称或非对称的。在对称多处理（SMP）中，CPU 是平等的并共享资源，而在非对称多处理（ASMP）中，一个 CPU 是主控，所有其他 CPU 都是从属。在多处理计算机中支持 SIMD、MISD 和 MIMD。多核处理涉及一个包含多个处理器或核心的单一微处理器。
计算机系统使用多种类型的缓存内存，包括浏览器缓存、磁盘缓存、内存缓存和处理器缓存。缓存内存提供的数据访问速度比从主内存中获取数据快。CPU 系统包括三级缓存内存：L3、L2 和 L1。
CPU 的速度，以 MHz 为单位，是前端总线（FSB）的函数。CPU 的内部频率将 CPU 倍频器应用于 FSB 的频率。步进是对 CPU 进行修订的过程。DRAM 是易失性的；SRAM 是非易失性的，但在没有系统电源的情况下会丢失其存储内容。内存时序测量包括 CL、tRCD、tRP 和 tRAS。ECC 内存有一个专用内存单元，提供奇偶校验和错误修正。
总线通道分为内部总线和外部总线。内部总线位于主板上，在各组件之间传递数据和指令。外部总线为外围设备和扩展卡提供通信链接。总线结构包括控制总线、地址总线和数据总线。你应该了解的总线通道和扩展插槽有 PCI、PCI-X 和 PCI-e，以及它们之间的重要差异。
BIOS 永久存储在 ROM 中，并包含计算机开机时执行的第一条指令。BIOS 启动系统，加载设备驱动程序，并启动操作系统。启动过程的配置信息存储在 CMOS 中。较新的计算机使用 UEFI 代替 BIOS。
问题
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什么是执行程序、执行算术功能并管理计算机中的数据和输入/输出功能的电子组件？
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GPU
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控制单元
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CPU
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内存
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以下哪种说法描述了对称多处理？
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CPU 是不平等的，并按比例分配系统资源
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CPU 是平等的，并共享系统资源
-
一个 CPU 是主控，所有其他 CPU 为从属
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每个 CPU 处理相同的指令
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以下哪项描述了非对称多处理？
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CPU 是不平等的，并按比例分配系统资源
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CPU 是平等的，并共享系统资源
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一个 CPU 是主控，所有其他 CPU 为从属
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每个 CPU 处理相同的指令
-
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一个具有两个或更多 CPU 的单一计算设备，无论是对称还是非对称，称为：
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微处理器
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多处理器
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单处理器
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以上都不是
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在这种微处理器类型中，多个处理器在单一数据源上执行不同的指令：
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SIMD
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MISD
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MIMD
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UEFI
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以下哪个不是 CPU 系统中缓存内存的级别？
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三级缓存
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二级缓存
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一级缓存
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零级缓存
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CPU 的速度与哪个系统特性有关？
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CPU 倍频和 FSB 的频率
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ECC 和内存奇偶校验
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BIOS 和 DRAM
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内存时序和 CL
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以下哪个不是 PCI 总线通道？
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PCI
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PCI-X
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PCI-e
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PCIC
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以下哪两个包含 PC 的配置数据，并在计算机开机时激活？
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BIOS
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CMOS
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BOOTP
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UEFI
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从内存接收和处理数据请求所需的时间是多少？
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CAS 延迟 (CL)
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RAS 到 CAS 延迟 (tRCD)
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RAS 预充电 (tRP)
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行激活时间 (tRAS)
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第三章：数据存储
网络中至关重要的一部分是数据存储设备，它们使数据能够以有序、分类和映射的形式永久存储，以便于保存和检索。在我们日常使用计算机时，我们几乎将桌面或便携计算机中的硬盘驱动器视为理所当然。毕竟，它就在那儿。网络上的数据存储，虽然使用与桌面计算机中硬盘驱动器相同的基本存储技术，但更加复杂，确实需要更多关注。
本章将重点讨论网络数据存储的技术、设备、协议、介质和应用。为此，我们将讨论以下主题：
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数据存储设备的硬件规格
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硬盘驱动器的主要接口协议
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数据存储系统
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文件系统
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独立磁盘冗余阵列（RAID）
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数据存储需求的容量规划
数据存储设备及其规格
数据已经成为个人、企业、公司、企业集团、公司或组织最有价值的资产之一，并且必须加以保护。处理和存储数据的计算设备和存储设备必须可靠且可用，最重要的是，必须是安全的。
在本节中，我们将研究磁盘驱动器硬件和配置、数据存储和传输协议及技术，并深入探讨 RAID。
硬盘规格
在最基本的功能层面上，所有形状和大小的硬盘驱动器中的技术基本相同。下图展示了一个基本硬盘驱动器的核心内部组件。如图所示，一个执行器臂，通过执行器轴连接并定位，伸出并缩回读写磁头，以便将其放置在适当的磁道/圆柱和扇区上：
硬盘驱动器的主要组件
如前所述，硬盘驱动器有各种尺寸。在这里，尺寸有不同的含义：高度、周长和容量。硬盘驱动器的外形规格决定了前两个特性。硬盘驱动器的容量与硬盘的外形规格有关，但更多的是使用技术的功能。
外形规格
正如我们在前一章中讨论的那样，外形因素（form factor）决定了计算机机箱、主板、电源等的外形和尺寸。然而，对于硬盘驱动器，外形因素决定了硬盘的高度、宽度、长度，以及其与主机计算机连接器的类型和位置。以下部分将讨论服务器中常见的硬盘外形规格。
小型外形规格（SFF）
SFF 比大多数其他常见形式要小。内部磁盘盘片的直径平均为 2.5 英寸。SFF 标准规定驱动器的宽度为 2.7 英寸，总长度为 100 毫米（或 3.93 英寸），高度范围从 5 毫米（0.20 英寸）到 15 毫米（0.59 英寸）。由于其紧凑的尺寸，SFF 硬盘驱动器在笔记本电脑和其他便携式计算机中非常常见。SFF 驱动器也可以用于桌面计算机，但需要安装支架以填充 3.5 英寸的硬盘位。
由于其存储容量可达到 5 TB，SFF 驱动器在某些服务器环境中得到了应用。在这些系统中，交互式和事务处理系统使用 SFF 驱动器，而备份、归档和大容量备份则使用更大的驱动器或技术。
大型外形因子（LFF）
大型外形因子（LFF）硬盘驱动器的高度维度可以从 19.9 毫米（0.78 英寸）到 26.1 毫米（1.03 英寸）不等。虽然这看起来并不大，但最新的 LFF 驱动器可以存储多达 100 TB，具体取决于其技术（稍后会详细介绍）。LFF 驱动器的长度为 146 毫米（5.75 英寸），宽度为 101.6 毫米（4.0 英寸）。下图展示了 SFF 和 LFF 大小的差异：
3.5 英寸 LFF（左）与 2.5 英寸 SFF（右）对比
图片来源：Seagate Technology, LLC
HDD 规格与配置
HDD 的技术规格描述了其技术、接口、容量和操作速度。对于任何 HDD，都有两组规格：设备规格和配置规格。设备规格表示磁盘驱动器组件和操作的原始或未格式化的测量值。配置规格，也称为逻辑配置，反映了在格式化或分区磁盘介质后对设备规格所做的任何更改。
与内部或外部磁盘驱动器相关的重要设备规格如下：
-
每分钟转速（RPM）：HDD 的两种主要转速为 7,200 和 5,400，这表示磁盘驱动器中的磁盘盘片每分钟旋转的次数。更高的转速意味着更快的磁盘驱动器。例如，7,200 RPM 的驱动器大约比 5,400 RPM 的驱动器快三分之一。在这种情况下，更快意味着磁盘盘片上的存储位在读写头下移动的速度更快，从而加快了数据传输过程。
-
接口：驱动器支持的通信接口类型可以指示驱动器的容量、用于传输数据到或从 HDD 的总线宽度以及其最大（原始）数据存储容量。下表显示了目前流行的硬盘总线接口的传输速率和最大容量（有关更多信息，请参阅本章后面的硬盘接口部分）：
| HDD 接口 | 最大传输速率（Mbps） | 最大容量（TB） |
|---|---|---|
| PATA | 133 | 1 |
| SCSI | 320 | 1 |
| SATA | 600 | 12 |
| SAS | 750 | 12 |
常用硬盘接口的特点
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访问时间：这是磁盘控制器启动 I/O 操作后，直到数据可以从磁盘介质读取或写入之前所发生的各个时序元素的总和。访问时间包括以下内容：
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寻道时间：是指执行器臂将读/写磁头定位到合适的磁盘盘片上，并将其移动到包含目标数据扇区的盘片上的磁道所需的时间。
-
旋转延迟：也叫做旋转延迟或延迟，是指旋转的磁盘盘片将目标数据扇区移动到读/写磁头下所需的时间。
-
命令执行时间 和 稳定时间：这些测量通常非常小，可能不会包含在制造商的硬盘驱动器性能规格中。命令执行时间是指建立各个元素之间的连接所需的时间，这些元素涉及数据从内存或硬盘驱动器的传输。稳定时间是指将读/写磁头放置到位置，以便将数据写入磁盘介质或从磁盘介质读取数据所需的时间。大多数硬盘驱动器规格将稳定时间计入寻道时间。
-
-
吞吐量：也叫做 数据传输速率 (DTR)，这是指在特定操作中，将数据从一个位置移动到另一个位置所需的时间。在硬盘驱动器的上下文中，吞吐量分为 读取吞吐量 和 写入吞吐量。在这两种情况下，它表示从读/写磁头到内存（读取吞吐量），或从内存到读/写磁头（写入吞吐量）所需的时间。
-
每秒 I/O 操作数（IOPS）：读作 eye-ops，IOPS 衡量硬盘驱动器每秒从随机非连续地址读取和写入操作的次数。这个测量的结构可能会因不同制造商而有所不同，因此它可能不是一个可靠的指标来比较硬盘驱动器。
磁盘容量 – 十进制与二进制
存储设备（如硬盘驱动器）的存储容量既以十进制值也以二进制值表示，这可能会让设备上实际可用的空间产生混淆。例如，1000¹⁰ 或 1 KB 的十进制值常常与 2¹⁰ 或 1024¹⁰ 交换使用，后者也被称为 1 KB。
硬盘驱动器和其他一些存储设备在格式化后，通常会显示出约七个百分点的容量损失。例如，一个新的 1 GB 硬盘驱动器格式化后只剩下大约 938 MB。这一差异代表了总存储容量的七百分比，似乎消失了。
产生混淆的原因在于，计算机由于其设计的原因，使用二进制来表示数值，比如将 2²⁰视为与 10⁶相等，或者将 1,048,576 视为与 1,000,000 等价，实际上 1MB 等于 1MB。
以下表格列出了更常用的前缀符号及其等效值：
| 前缀 | 值 | 十进制指数 | 十进制值 | 二进制指数 | 二进制值 |
|---|---|---|---|---|---|
| Kilo | 千 | 10³ | 1,000 | 210 | 1,024 |
| Mega | 百万 | 10⁶ | 1,000,000 | 220 | 1,048,576 |
| Giga | 十亿 | 10⁹ | 1,000,000,000 | 230 | 1,073,741,824 |
| Tera | 万亿 | 10¹² | 1,000,000,000,000 | 240 | 1,099,511,627,776 |
| Peta | 千万亿 | 10¹⁵ | 1,000,000,000,000,000 | 250 | 1,125,899,906,842,624 |
| Exa | 百万亿 | 10¹⁸ | 1,000,000,000,000,000,000 | 260 | 1152921504606846976 |
| Zetta | 十亿亿 | 10²¹ | 1,000,000,000,000,000,000,000 | 270 | 1180591620717411303424 |
| Yotta | 十亿亿亿 | 10²⁴ | 1,000,000,000,000,000,000,000,000 | 280 | 1,208,925,819,614,629,174,706,176 |
数字表示法前缀
硬盘驱动器（HDD）与固态硬盘驱动器（SSD）
机械硬盘（HDD），或常见的硬盘，至少有八个主要的活动部件，其中一些部件在硬盘驱动器的主要组件图像中有所展示，该图像出现在本章前面的硬盘规格部分。仅仅是“活动部件”一词就足以让人警觉，因为任何活动的部件都可能损坏或磨损。当然，并不是很多硬盘由于执行臂卡住或偶尔的读写间隙错误而发生故障，但它们是有可能发生的。理想情况下，硬盘应该没有活动部件，这样就不会有机械故障的威胁。而 SSD 就是这样的设备。
SSD 的工作原理与 USB 闪存驱动器类似，二者都将数据存储在半导体芯片中（见下图）。固态（Solid-state）这一术语自晶体管收音机时代便开始流行，指的是由半导体组成的电路。固态还意味着没有活动部件。SSD 大多设计为便携式或紧凑型计算机的内部安装设备，但也可以作为外部设备使用，类似于非常大的闪存驱动器。SSD 通常使用 SAS 或 SATA 接口：
SSD 的爆炸视图。
图片提供：英特尔公司
使用 SSD 相较于 HDD 的好处主要体现在三方面：可靠性、速度和减少的能耗。如下面的表格所示，SSD 在某些极端情况下优于 HDD。平均而言，SSD 的速度是 HDD 的四倍左右，并且功耗仅为 HDD 的一半。另一方面，SSD 的存储容量尚未赶上 HDD，其每 GB 的成本也要高得多。这意味着，SSD 存储设备在可靠性、速度和操作成本方面更具优势。然而，初期成本较高：
| 特性 | HDD | SSD |
|---|---|---|
| 故障率 | 150 万小时 MTBF* | 200 万小时 MTBF* |
| 读/写速度 | 50 – 120 MBps | 200 – 550 MBps |
| 电力使用 | 6 – 7 瓦特 | 2 – 3 瓦特 |
| 最大容量 | 10 TB | 4 TB |
| 成本 | $ 0.03/GB | $ 0.20/GB |
HDD 与 SSD 的物理特性比较
- MTBF = 平均故障间隔时间
SSD 规格和配置
比较 HDD 与 SSD 的速度时很简单——SSD 更快。问题的答案是，HDD 和 SSD 之间的区别是什么？ 其实是几乎所有的东西。嗯，也许不是所有的。毕竟，SSD 没有所有的运动部件，实际上它没有任何 HDD 的运动部件。这排除了某些性能规格的比较，例如转速（RPM）、旋转延迟、稳定时间等。
虽然 HDD 是串行访问设备，但 SSD 是随机访问设备。你可以随机访问 HDD，但访问数据时会有延迟。而在 SSD 上，你可以直接访问数据。与 HDD 相关的物理延迟问题不会影响 SSD 的性能。像 IOPS、访问时间和吞吐量等指标，可能高出或低于 HDD 许多倍。也要记住，SSD 目前仍然更贵。
硬盘接口
虽然 HDD 可能位于系统机箱内部，但它是与主板和 CPU 连接的外围设备。HDD 与计算机进行通信，即通过驱动接口交换数据。驱动接口是设备驱动程序、硬盘设备、内存和控制器用来传递数据请求及所请求数据的总线结构。
HDD 接口可以是字串行的，也可以是比特串行的。字面导向接口通过并行比特信号传输数据，数据位宽为 8 位、16 位或 32 位。字面导向接口的例子包括小型计算机串行接口（SCSI）和并行高级技术附件（PATA）。比特导向接口通过主机总线适配器（HBA）进行互联。比特导向接口的例子有光纤通道（FC）、串行 ATA（SATA）和串行附加 SCSI（SAS）。
安全+考试中你需要了解的 HDD 驱动接口如下：
-
PATA：PATA 使用并行比特信号在 HDD 与控制器和驱动器之间传输数据。它通过 80 针电缆与系统连接，电缆传递 5V 信号。并不是每根导线都传输数据。事实上，每两根导线中的一根是接地线。由于连接电缆的尺寸，PATA 硬盘是内置设备。PATA 设备能够以最高 80 MBps 的数据速率传输数据。
-
SATA：SATA 使用串行位信号在硬盘驱动器（HDD）与主板、控制器和驱动器之间传输数据。SATA 通过 7 根导线的电缆以更高的速度传输数据。SATA 的出现主要是因为 PATA 标准无法支持更大容量磁盘驱动器的更高数据传输速率（DTRs）。SATA 设备的数据传输速率最高可达 600 MBps。
-
SCSI：SCSI（scuzzy）为多种设备提供了多连接接口，包括硬盘驱动器（HDD）、光驱、打印机、扫描仪及其他外设。最多可以连接 15 个设备到一个 SCSI 接口，而该接口仅占用主机计算机中的一个 HBA 插槽。SCSI 使用并行位信号传输，数据传输速率（DTR）可达到 80 MBps。
-
SAS：SAS 在其基础接口 SCSI 的基础上进行了改进，扩展了其多项能力和容量。SAS 控制器直接连接到 SAS 硬盘驱动器（HDD）。SAS 可以在单个接口上连接最多 128 个不同的设备。它是一个全双工接口，数据传输速率（DTR）可达到 3.0 GBps。SAS 的另一个重要特点是它是热插拔技术。
-
FC：FC 技术主要是一种在数据中心和服务器农场中常用的通信协议。尽管其名称表明它基于光纤电缆，但由于它是基于协议的，因此所使用的传输介质可以是同轴电缆、铜双绞线或光纤电缆。使用的电缆类型决定了 FC 连接设备之间的分离长度。铜连接节点的最大距离应在 100 英尺以内，而多模光纤电缆连接的设备可以相隔最长 10 公里（6.67 英里）。由于其可靠性、灵活性、速度和传输距离，FC 技术正在替代数据中心中的 SCSI。目前，FC 的最大数据传输速率（DTR）可以达到 128 GBps。
数据存储系统
在这一点上，我们需要简要介绍一些基本的磁盘存储术语和概念。在 Server+考试中，通常假定你已经掌握这些术语和概念，因此这是我们需要覆盖的内容。在接下来的几节中，我们将探讨数据存储和检索方法、技术及系统的技术组织。
直接附加存储（DAS）
DAS 的名称应该不言而喻。DAS 是任何直接连接或附加到计算机上的存储设备，包括 HDD、SSD、USB、磁带、光盘、闪存驱动器等。安装在计算机机箱内的硬盘驱动器就是 DAS；通过 USB 连接的外部硬盘驱动器也是 DAS；USB 磁带驱动器也是 DAS。换句话说，如果一个数据存储设备直接连接到计算机及其总线，那么它就是 DAS。
网络附加存储（NAS）
如下图所示，NAS 是一个或多个附加到网络上的数据存储设备，网络客户端可以共享这些设备。NAS 对于网络用户来说，看起来类似于 DAS，尤其是当使用网络文件系统（NFS）时。NFS 是一种网络文件共享协议，允许经过认证和授权的用户访问网络文件系统和资源，如 NAS。虽然 NFS 是 NAS 系统的常见组成部分，但它也可以与无结构的 HDD 集群一起使用，这些集群通常被称为一堆磁盘（JBOD）。在 JBOD 配置中，磁盘作为独立设备运行：
一台 16 盘位的 NAS 设备
图片来源：Infortrend 科技公司
存储区域网络（SAN）
FC 通信的一个常见应用，特别是在大型网络和数据中心中，是 SAN。SAN 是一个独立的存储设备网络和专用交换机网络，它为连接的网络节点提供高速数据访问。对于网络服务器来说，SAN 的一部分看起来就像直接连接到该服务器一样。每个连接到 SAN 的服务器都有相同的视图。SAN 为网络服务器提供了在存储设备之间移动数据的能力，并执行备份和恢复操作，此外，还为多个服务器提供数据访问。
SAN Fabric
如下图所示，最简单的 SAN 由一个或多个网络服务器组成，这些服务器通过一个或多个专用交换机连接到由两个或更多硬盘驱动器组成的数据存储阵列。在此图中，红色虚线框框住了所谓的Fabric，即 SAN 中由交换机控制的磁盘驱动器网络：
SAN 的组成部分
SAN 通信
大多数 SAN 使用两种通信技术中的一种：FC 和互联网 SCSI（iSCSI）：
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FC SAN： FC 是最常用的 SAN 通信技术。基于 FC 的 SAN 包含 FC 交换机，用于互联存储设备，并配有 FC HBA（主机总线适配器），将 FC 交换机连接到网络服务器。
-
iSCSI SAN： iSCSI 替代方案不需要基于 FC 的 SAN 中的专用设备。iSCSI SAN 可以在以太网交换机和物理连接到存储设备及网络服务器上运行。其结果是一个低成本、但性能较低的 SAN 解决方案。
另一种 SAN 选项是以太网光纤通道（FCoE）。FCoE 将以太网和 FC 信号合并到一个共同的网络介质中。然而，并非所有的以太网网络设备都支持 FCoE 标准。
逻辑单元号（LUN）区域划分与屏蔽
在基于任何通信技术的存储区域网络（SAN）中，一个关键元素是 LUN。LUN 是分配给 SAN 存储单元的身份标识，它可以是硬盘驱动器（HDD）的一个部分、整个 HDD，甚至多个 HDD，尤其是在 RAID 配置中。LUN 代表存储介质与网络客户端之间的映射，指示哪些网络主机可以访问哪些由 SAN 管理的数据。
在 FC SAN 中，设置 LUN 分区明确指定哪些网络服务器/主机可以访问特定的 LUN 及其内容。如下面的示意图所示，左侧的服务器具有访问第一个和第三个 LUN 的区域权限，而右侧的服务器可以访问第二个和第四个 LUN。LUN 分区是 FC SAN 特有的。iSCSI 和 FCoE 由于使用以太网技术，设置方式与虚拟局域网（VLAN）类似：
LUN 分区确定哪些主机可以访问哪些 LUN
一旦 LUN 分区配置完成，LUN 掩蔽会应用额外的限制，能够将 LUN 从特定的服务器和主机中隐藏。虽然 LUN 掩蔽可以作为许多数据中心中的安全策略的一部分，但其主要用途通常是限制访问，仅允许网络服务器或主机（及其用户）访问所需的数据。
文件系统
任何计算机，无论是独立的还是网络连接的，都会使用文件系统来组织它在辅助存储上存储的数据。文件系统不仅仅是用于存储数据文件的模式，它还包括命名、存储、定位和检索数据所使用的过程、方法和结构。尽管它也被一些人用来指代磁盘分区。
操作系统和文件系统
网络服务器可以使用各种各样的文件系统，一些是操作系统专有的，另一些则是标准或更通用的。例如，以下表格显示了来自不同供应商的几种 Linux 版本都使用了扩展文件系统版本 3（ext3）和后来的ext4。Windows 系统依赖于新技术文件系统（NTFS）多年，并且至今仍在使用，但新的文件系统正在不断出现：
| 发布年份 | 操作系统 | 文件系统 |
|---|---|---|
| 2000 | Windows Server 2000 | NTFS |
| 2005 | Fedora/Ubuntu/Debian Linux | ext3 |
| 2006 | Windows Vista | NTFS |
| 2009 | Windows 7 | NTFS |
| 2012 | Windows Server 2012 | 弹性文件系统（ReFS） |
| 2013 | Fedora/Ubuntu/Debian Linux | 扩展文件系统版本 4（ext4） |
| 2015 | OpenSUSE 42.1 | 更好的文件系统（Btrfs）/扩展文件系统（XFS） |
| 2017 | macOS | 苹果文件系统（APFS） |
各种操作系统及其相关文件系统的历史示例
文件共享
服务器消息块（SMB）是一种文件共享协议，它赋予应用程序访问网络上文件和其他网络资源的能力。网络客户端能够在任何配置为响应 SMB 客户端请求的网络服务器上创建、打开、读取、写入或移动数据文件。SMB 协议有一个标准的 SMB 请求消息格式，但针对不同的操作系统或系统要求，开发了不同的方言和格式变化。其中一种方言，实际上是最早的方言之一，就是通用互联网文件系统（CIFS），这是微软为访问网络上的文件和打印服务所使用的 SMB 版本。微软用自己版本的 SMB 取代了 CIFS。
另一个常见的 SMB 方言是Samba，它使 Windows 计算机能够与运行 UNIX 或 Linux 操作系统的计算机共享文件。Samba 结合了多种不同的协议和服务，包括 SMB 和NetBIOS over TCP/IP（NBT）。
RAID
数据中心和服务器管理中的一个重要元素是可用性，因为在一个网络中，数据存储和通信链路总是可用的，这意味着全天候、每周 7 天都有可用。在一个电力驱动的世界中，使电气设备始终可用，不仅仅是依赖备份电源单元、不间断电源系统（UPSs）和发电机。即使电力保证始终可用，仍然有许多其他威胁可能影响系统或网络的可用性。然而，在你为 Server+考试做准备时，我们应重点关注数据存储设备和系统的可用性，特别是它们的可靠性。
RAID 是一种技术方法，用于提高数据存储系统的可用性、可靠性和性能，尤其是在大型数据中心、云系统和高吞吐量事务处理系统（TPSs）中。一般来说，RAID 系统建立在两个或更多的 HDD 或 SSD 卷上，这些卷同步运行。没有 RAID 标准，每个提供 RAID 解决方案的公司都可以提供自己的规格和级别。然而，通常会实施一些常见的做法和配置。
条带化和镜像
条带化和镜像是 RAID 系统用于创建数据冗余的方法：
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条带化将数据分成块，存储在两个或更多的磁盘驱动器或存储卷上。这些块的大小根据提供商不同而有所变化，从单个字节和固定长度的块到整个分区。例如，一个有 5 个硬盘的 RAID 系统可能会将 128 KB 的数据块条带化到每个驱动器上，如果需要，还会通过重复顺序来继续进行。一个有 10 个磁盘的 RAID 系统可能会将一个 10 MB 的文件条带化到每个磁盘上，每个磁盘的条带大小为 1 MB。
-
镜像本质上是将数据复制或拷贝到两个或更多驱动器上。镜像的主要目的是提供数据文件的准确副本，例如，以便当原始文件或存储它的驱动器发生故障时，它可以作为故障转移。尽管镜像类似于备份，但它是在线并立即可用的，而备份则需要更多的步骤。镜像文件通常是同步的，这意味着对原始文件的更新也会同步到镜像中。这还可能加速数据访问操作，因为可以从两个副本中读取数据文件的不同部分。
RAID 级别
RAID 级别是一种功能性方法，结合了数据条带化或镜像，或者两者兼有，并且可能会应用奇偶校验，也可能不使用。多年来，厂商和供应商定义了 10 个或更多 RAID 级别，其中一些仍然作为准标准在使用，而另一些则已经过时。
下表列出了常见的 RAID 级别，这些级别可能会出现在 Server+考试中：
| RAID 级别 | 描述 | 最小磁盘数 |
|---|---|---|
| 0 | 数据条带化；无奇偶校验 | 2 |
| 1 | 镜像；无奇偶校验 | 2 |
| 5 | 数据条带化；有奇偶校验 | 3 |
| 6 | 数据条带化；双重奇偶校验 | 4 |
| 1+0 (10) | 数据条带化与镜像结合；无奇偶校验 | 4 |
活跃的 RAID 级别
- RAID 0：RAID 级别 0 并不是一种冗余或数据恢复方法，它更像是一种性能增强工具。通过将数据条带化到多个磁盘驱动器中，数据的 I/O 处理速度得以提升。下图展示了在三个磁盘上进行条带化的示意图：
RAID 0 将数据块条带化到多个磁盘上
- RAID 1：RAID 级别 1 提供数据块的镜像或副本，如果磁盘驱动器发生故障或主数据副本损坏，镜像可以用于继续处理。下图展示了 RAID 1 镜像的示意图：
RAID 1 将数据镜像保存到另一块磁盘上
- RAID 5：RAID 级别 5 看起来像是 RAID 0 加上奇偶校验（见下图）。相似之处仅此而已，因为 RAID 5 是企业网络和数据中心中最常见的 RAID 实现，它利用条带化的数据和奇偶校验信息，从出现故障的磁盘中恢复数据块，以便处理可以不中断地继续进行。RAID 5 实现的缺点是，在 I/O 密集型环境中，尤其是有大量写操作的环境下，延迟可能成为一个问题：
RAID 5 将数据和奇偶校验信息条带化到多个驱动器上
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RAID 6：RAID 级别 6 本质上是 RAID 5 的双倍奇偶校验版本，这意味着可以有两个或更多磁盘驱动器故障，而处理仍能继续。也就是说，前提是阵列中有两个以上的磁盘。RAID 6 也在企业网络和数据中心中广泛使用。
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RAID 10：RAID 级别 1+0 或 10 将级别 1 的镜像与级别 0 的条带化结合在一起，但没有奇偶校验。该 RAID 级别在较小的网络和服务器中很受欢迎，并通过软件 RAID 应用程序进行应用。
RAID 实现
RAID 系统可以在服务器、SAN 或 NAS 上以硬件 RAID 或软件 RAID 形式实现。从操作上讲，两个 RAID 类型之间并没有太大区别，尽管许多专家更倾向于使用硬件 RAID。如果存在差异，它们主要体现在 RAID 处理的位置。在软件 RAID 实现中，RAID 处理由服务器的（通常是 RAID 主机服务器的）CPU 执行。硬件 RAID 的实现方式有多种：可以通过安装在主机服务器中的 RAID 控制器扩展卡（如下图所示）；也可以是独立的 RAID 控制器设备；或是具有嵌入式 RAID 控制器的磁盘驱动器。性能通常是两者之间的主要区别，硬件 RAID 有优势。然而，这些差异取决于磁盘驱动器的数量、格式化方式和使用的 RAID 级别：
一张硬件 RAID 控制器扩展卡
图片来源：HighPoint 公司
数组控制器，也称为磁盘阵列控制器、RAID 控制器和存储处理器（SP），管理和控制磁盘驱动器阵列，并将其呈现给服务器和主机作为一个或多个逻辑单元。磁盘阵列可以是一个大的 JBOD，也可以配置为 NAS 或 SAN。一个数组控制器通常有三个主要组件：处理器、RAM 和 I/O 接口。处理器解析传入的数据请求，决定数据是要提供还是要存储。数据移动所需的指令和寻址信息存储在 RAM 中。I/O 组件通常至少有一个前端端口与主机计算机的主机适配器通信，以及一个后端端口与磁盘驱动器连接。
RAID 系统通常包括电池备份缓存内存。该缓存提供了一个缓冲区，使 RAID 控制器能够比将数据写入磁盘的速度更快地处理 I/O 操作的双向数据。电池供电可确保在发生断电时数据得以保留。在更大的 RAID 实现中，冗余磁盘阵列控制器（RDAC）与主磁盘阵列控制器共享一个双端口连接，在主控制器发生故障时提供即时备份和故障切换。如果没有这种冗余，磁盘阵列控制器故障将导致磁盘阵列无法访问。
磁盘配额
系统和网络管理员不仅需要确保系统或网络的运行，并保持对用户的可用性。其职责还包括管理、控制和分配系统资源。多用户系统上的硬盘空间可能需要设置使用限制，以为所有用户提供足够的存储空间。实现这一目标的一种方法是设置磁盘配额。
磁盘配额，即在用户或组级别设置的配额，限制写入硬盘的单个文件或数据块的最大大小。通常，磁盘配额是针对个人用户或组的，分为两种配额设置类型：用户配额或数据块配额，文件配额或 inode 配额（UNIX）。用户配额限制个人或组账户的最大磁盘使用量。文件配额限制用户或组创建的文件数量和/或大小。
此外，磁盘配额的类型是特定于文件系统的。磁盘配额可以在大多数操作系统中设置，包括 Windows（参见下图）、UNIX 和 Linux：
在 Windows 系统上设置磁盘配额
磁盘压缩
许多管理员将磁盘压缩视为减少数据文件在硬盘上占用空间的一种方式。甚至有人声称，磁盘压缩可能会加快 I/O 过程，因为压缩/解压缩操作发生在内存中。事实上，这正是吉尔斯特定律（Gilster’s Law）适用的另一个场所：
“你永远无法确定，一切都取决于情况。”
一般来说，磁盘压缩可能会略微增加 I/O 过程的时间，无论是读取还是写入。根据以压缩形式存储的数据的性质，存储在磁盘上的数据量增加可能会减轻压缩带来的延迟。在高容量 I/O 系统中，压缩磁盘可能不是最佳解决方案。然而，在 I/O 活动较少的数据归档或数据仓库中，压缩磁盘则是更合适的选择。
磁盘压缩减少了存储数据在磁盘介质上占用的空间。磁盘压缩不同于文件压缩，后者仅压缩单个文件，而磁盘压缩压缩写入磁盘的所有数据。当启用磁盘压缩时，操作系统和硬盘控制器之间的一个数据压缩工具会拦截写入或读取受影响硬盘的任何数据。根据需要，数据会被压缩或解压缩，并传递给下一个环节。
高可用性 (HA)
网络服务器及所有其他网络连接系统的一个极其重要的特性就是高可用性（HA）。具有 HA 特性的系统在大部分时间内处于运行和可用状态。HA 通过系统应该或实际实现的正常运行时间百分比来衡量。你可能听说过表达“四个九（9999）”。这指的是在表示正常运行时间百分比时，小数点右侧的数字个数（如下面的表格所示）：
| 可用性 | 常见名称 | 每年停机时间 | 每月停机时间 | 每周停机时间 | 每天停机时间 |
|---|---|---|---|---|---|
| 99.9999999% | 9 个九 | 31.56 毫秒 | 2.63 毫秒 | 604.80 微秒 | 86.40 微秒 |
| 99.999% | 5 个九 | 5.26 分钟 | 26.30 秒 | 6.05 秒 | 864.00 毫秒 |
| 99.99% | 4 个九 | 52.60 分钟 | 4.38 分钟 | 1.01 分钟 | 8.64 秒 |
| 99% | 2 个九 | 3.65 天 | 7.31 小时 | 1.68 小时 | 14.40 分钟 |
| 55.5555555% | 9 个五 | 162.33 天 | 13.53 天 | 74.92 小时 | 10.67 小时 |
一些常用的高可用性措施及其时间等效
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ms: 毫秒
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µs: 微秒
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sec: 秒
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min: 分钟
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hrs: 小时
九个 9（9-nines）
如前表所示，高可用性的含义可能会根据网络服务器和网络连接设备的用途和使用而有所不同。网络中的每个支持设备，如 RAID、NAS、SAN、路由与远程访问服务（RRAS）等，通常都对数据中心管理员和用户有一定的高可用性期望。9 个 9的目标可能对于大多数服务器操作来说过于激进，每年仅允许 31.56 毫秒的停机时间。然而，许多服务级别协议（SLA）或客户或订阅者支持承诺，通常为四个或五个 9，承诺每年停机时间不超过 5 到 52 分钟。这些承诺通常是来自服务器或数据中心实际结果的平均值，或是网络配置中为提供所需可用性而设定的目标。
容错
高可用性的目标是保持系统的可用性和可访问性，而容错的目标是在组件或系统故障的情况下保留所有进行中的数据和操作。容忍故障或失败对于任何服务器或服务器连接存储阵列都是至关重要的。容错集成到系统中的程度取决于所提供服务的性质以及涉及数据的敏感性。一个需要全天候高需求的系统，必须始终可用，结合了高可用性和容错原则。在另一个极端，系统的容错可能更多是一个软着陆，提供所需的时间以保存所有进行中的数据。
任何级别的容错都有三个一般特点：
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没有单点故障：任何可能故障并导致系统崩溃的系统元素都有一个故障转移或冗余元素来进行备份。
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组件故障不应该导致系统停机：如果组件发生故障，替换组件不需要关闭任何或所有系统的电源。
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任何故障或失败都能轻松识别和隔离：故障组件不会导致数据或处理丢失或中断。
这些原则可以应用于任何系统的三大故障领域：硬件、软件和电力。
更换故障组件
替换或使故障组件脱机而不影响用户或操作的能力是高可用性和容错的主要目标。避免因替换故障组件而需要关闭整个系统是最终目标。然而，并非在所有情况下都需要关闭整个系统或仅仅是故障组件。一些组件具备在运行中替换的能力，随时更换。
无论如何，硬件故障和电源组件更换有三种常见的方法：
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热交换：热交换涉及在系统运行并完全操作的情况下，立即切换或物理更换故障组件。热交换设备的例子，称为热备件，包括音频设备、显示器、USB 设备、SATA 硬盘和网络插口。
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温交换：温交换要求在替换或切换过程中暂停系统或故障组件的操作。通常，温交换涉及介质的更换，而不是整个组件。
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冷交换：冷交换涉及完全关闭系统，通过应用冷备件来进行升级、更换或修理。
磁盘存储容量规划
预测计算机、系统或数据中心未来需要多少存储空间，无论是近期还是远期，都是一项棘手的任务。一方面，您不想不必要地引入过多的存储容量，浪费原本可以用于其他地方的资金。另一方面，存储空间不足可能意味着系统中断和更高的紧急价格。诀窍是找到一个平衡点，在特定的时间框架内拥有适当的磁盘空间，并制定清晰的计划，确定何时需要增加或减少存储空间。
大多数硬盘制造商提供磁盘容量规划工具，您可以用来预测未来的存储需求。此外，还有一些系统管理软件包包含容量规划功能（见下图）。但是，在开始预测未来需求之前，请确保您了解磁盘存储需求的来源，以及其他技术或方法如何解决容量需求。磁盘存储技术和方法，如分层存储、数据压缩、虚拟化、SAN 和 NAS，可能是更好且更经济的选择：
磁盘空间容量规划报告
图片来源：Power Admin, LLC
其他存储设备
其他不适合高效数据检索的数据存储设备适用于数据备份、文件存档和灾难恢复。在这些设备中，磁带可能是最常用的介质，原因有二：便携性和成本。
磁带
磁带是一种涂有铁氧体或铬层的塑料或镁带，可以通过磁化或去磁来表示数据位，这些数据被写入磁带上，采用最多 128 条轨道的平行或螺旋模式。最初，磁带存储在卷轴上，但今天，它通常包装在塑料盒（磁带盒）内。
数据是顺序地写入或从磁带中读取的，这意味着要从磁带的末端检索数据，必须跳过前面的所有数据。历史上，磁带并不是一种随机访问的介质。然而，新的技术，如线性磁带开放标准（LTO），通过将数据对象与其元数据分开存储，表现得像随机访问。LTFS 组织允许磁带存储多达 220 TB 的数据。
企业或其他任何组织通常将其记录的磁带存储在磁带库中，无论是用于常规系统备份、数据档案，还是灾难恢复。
磁带库可以是一个有组织的存储设施或柜子，按时间顺序、目的或内容顺序存储磁带。然而，能够按设定的时间表顺序旋转几个磁带盒的磁带设备也被称为磁带库。
光学存储
另一种用于数据备份、存储大文件、从一台计算机转移数据或编程到另一台计算机，或商业软件应用程序的光学数据存储技术。光盘驱动器（ODD）可以读取或写入光盘，但大多数情况下，光盘作为输入设备使用。
常见的光盘类型包括紧凑型光盘（CD）、数字多功能/视频光盘（DVD）和蓝光光盘。曾几何时，光盘被认为比大多数便携式磁带介质更好。一个 CD 可以存储多达 700 MB 的数据；一个 DVD 可以容纳最多 8.4 GB；而一个蓝光光盘最多可以包含 50 GB 的数据。然而，随着 USB 闪存驱动器（U 盘/闪存驱动器）现在可以存储多达 256 GB 的数据，光盘驱动器作为备份介质的能力可能有限。
摘要
形状因素决定了计算机外壳、主板、电源和磁盘存储驱动器的外形和适配性，形状因素设置了高度、宽度、长度以及连接到主机计算机的连接器的类型和位置。HDD 设备规格包括 RPM、接口、访问时间、吞吐量和 IOPS。HDD 是顺序设备，而 SSD 是随机访问设备。
SSD 通过固态半导体芯片存储数据，并且没有活动部件。SSD 使用 SAS 或 SATA 接口。磁盘驱动器接口是字串行或比特串行和比特导向的接口，通过 HBA、FC、SATA 和 SAS 连接。PATA 使用并行比特信号传输。SATA 使用串行比特信号传输。SCSI 为多个设备提供连接接口。SAS 扩展了 SCSI。NAS 是将存储设备集群化并显示为网络共享的设备。SAN 是一个存储设备和交换机的网络，提供对连接网络节点的访问。LUN 标识一个 SAN 存储单元。数据在二级存储上以文件系统组织。SMB 帮助应用程序访问网络上的文件和网络资源。SMB 有不同版本或方言，特定操作系统有其独特的实现方式，例如 CIFS。
RAID 系统是由两个或多个同步操作的 HDD 或 SSD 卷构建的。RAID 系统通过条带化（striping）和镜像（mirroring）方法创建数据冗余。条带化将数据分割成条带，存储在两个或多个硬盘驱动器上；镜像则将数据复制到两个或多个硬盘驱动器上。RAID 级别包括条带化或镜像，或者两者兼有，也可能使用奇偶校验。RAID 0 使用条带化，但不是冗余方法；RAID 1 提供镜像功能，可以在磁盘驱动器故障或数据损坏时保持数据可用；RAID 5 类似于 RAID 0，但增加了奇偶校验，使用条带化的数据和奇偶校验信息来重建故障硬盘上的数据块；RAID 6 相当于 RAID 5，但奇偶校验信息被加倍，通常应用于更大的网络中；RAID 1+0 或 10 结合了 RAID 1 的镜像和 RAID 0 的条带化，但不使用奇偶校验。硬件 RAID 通过主机服务器中的控制卡、独立的 RAID 设备，或通过带有嵌入式控制器的硬盘实现。磁盘压缩可以减少数据在磁盘介质上占用的空间。磁盘压缩与文件压缩不同。操作系统与硬盘之间的数据压缩工具拦截传输中的数据，并根据需要进行压缩或解压，然后继续传送数据。
HA（高可用性）是指系统的正常运行时间占比很高的状态。容错系统能够在组件或系统故障时继续运行。热插拔是指在系统保持完全正常运行的情况下，立即切换或更换故障组件。温插拔要求暂停操作，虽然系统仍然通电，但需要停机更换故障组件。冷插拔需要关机才能更换或修复组件。其他介质和存储设备，如磁带和光存储设备，也可以用来存储数据。
问题
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以下哪些是 HDD 和 SSD 之间的区别？请选择所有适用项：
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旋转延迟
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访问时间
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存储容量
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以上所有
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SSD 设备使用以下哪两种接口？请选择两种。
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PATA
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SATA
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SCSI（小型计算机系统接口）
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SAS
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以下哪项存储技术描述的是多个独立磁盘未配置成阵列的情况？
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RAID（冗余磁盘阵列）
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DAS（直接附加存储）
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SAN（存储区域网络）
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JBOD（独立磁盘冗余阵列）
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以下哪项最佳描述了 SAN？
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一个或多个直接连接到计算机的存储设备
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一个数据存储设备集群，看起来像是直接附加存储
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一个自包含的存储设备网络和交换机，提供高速数据访问
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用于识别服务器和主机访问权限的分区
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以下哪两项描述了在 SAN 中服务器和主机访问数据资源的方式？
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文件权限
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LUN 分区
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LUN 掩蔽
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文件系统
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Linux 和 Windows 常见的文件系统分别是：
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Linux 和 UNIX
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DOS 和 Windows
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ext3 和 NTFS
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EFS 和 RAID
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SAMBA 是哪种应用层协议的实现？
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HTTP/FTP
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IPSec/WPA
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SBA/TCP
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SMB/CIFS
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在不同的 RAID 级别中，应用了哪两种冗余方法？选择两项。
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镜像
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压缩
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加密
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条带化
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以下哪项不是 RAID 的数据冗余级别？
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RAID 0
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RAID 1
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RAID 5
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RAID 10
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一个系统如果在相当长的一段时间内保持完全运行并能被用户访问，则被认为是：
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容错
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抗故障
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高可用性
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极高可用性
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将左边的名称与右边最能描述它的描述匹配。
a. 热插拔
b. 冷插拔
c. 温插拔
1. 需要关闭系统电源才能进行替换或修复
2. 在系统保持完全运行的情况下，立即切换或替换故障组件
3. 在系统仍然通电的情况下暂停操作，以便替换故障组件
第四章：服务器操作系统
计算机系统有五个主要组件：硬件、软件、人员、文档和数据。缺少其中任何一个组件，系统的意义就会大大降低。当然，还有一种版本识别输入–处理–输出（IPOS）模型，它由输入、处理、输出和存储（指主内存，而非磁盘驱动器）组成。在这两种模型中，软件和处理虽然与其各自模型的其他组件同样重要，但它们代表了让我们在计算机上完成任务的催化剂。
在本书的前三章中，我们研究了网络服务器的典型硬件，包括其外部和内部硬件以及用于存储数据的硬件。在本章中，我们将继续探讨所有计算机系统的主要软件——操作系统，特别是网络操作系统（NOSes）。在本章中，我们将重点讨论三种最流行的操作系统（也是你在 Server+考试中会遇到的）：Windows Server、Linux Enterprise 和 macOS Server。
在本章中，我们将涵盖以下主题：
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网络服务器
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操作系统与硬件
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启动顺序
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文件系统
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网络配置
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用户帐户
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网络操作系统优化
网络服务器
首先，让我们达成共识，明确网络服务器是什么，它的功能是什么。正如我们在第一章《服务器硬件》中讨论的那样，服务器从技术上来说是一种在网络计算机上运行的软件包，它处理并响应来自主机的请求，为网络客户端提供资源以满足请求。服务器有许多不同的类型，每种都有自己的目的和功能。在接下来的章节中，我们将研究你在 Server+考试中可能遇到的各种服务器。
服务器功能
网络服务器的一般功能是为网络客户端提供服务。从最基本的层面来看，服务器就像餐厅中的服务员，满足客户的需求。就像餐厅中的服务员一样，不同职责有不同的专门化服务器，例如酒水服务员、厨师和端盘员，每个人都专注于某一个目的或相关的任务群体。
然而，如果我们将网络服务器的定义扩展到包括硬件、操作系统、管理工具、协议、数据存储和通信，它的功能将包括为网络客户端提供管理、安全、资源和其他服务。一个网络服务器可能支持单一角色、功能或应用程序。一台网络连接的计算机可能支持多个服务器角色和应用程序。
无论服务器硬件上运行着什么服务器软件，且服务器在网络中担任何种角色，有一件事在每个服务器上都是常见的——即网络操作系统（NOS）。并不是每个支持某种类型服务器软件的网络节点都需要一个网络操作系统，但那些负责用户账户、访问权限和安全性的服务器当然需要。
网络服务器操作系统
我们所说的操作系统与网络操作系统之间有几个区别。这些区别不仅仅局限于，但直接与标题中“网络”的包含有关。像几乎所有的计算机操作系统一样，如 Windows、Linux 和 macOS，网络操作系统提供系统控制和管理功能，但面向多个工作站。
操作系统（OS）功能
计算机的操作系统是提供用户利用计算机硬件的手段的系统软件。操作系统管理、控制、保护并维护计算机的物理电子设备。大多数情况下，我们往往把操作系统视为理所当然，很少考虑它是如何工作的，或者它到底做了什么。毕竟，它使我们所做的一切成为可能！
操作系统有五个主要功能：
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用户/计算机通信
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内存管理
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硬件的控制与协调
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内部和网络文件管理
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用户、数据、应用程序和资源的安全
用户/计算机通信
用户通过图形用户界面（GUI）或命令行界面（CLI）与操作系统或应用程序进行交互。促进这种交流是任何操作系统的主要功能。以下截图展示了用户如何通过 GUI 和 CLI 选择或输入请求或命令：
图形用户界面（左）和命令行界面（右）示例
内存管理
操作系统，无论是网络操作系统还是其他类型，都负责为用户或系统启动的程序分配内存。当用户启动一个不属于操作系统内核的进程或程序时，也就是说，这个程序已经在内存中（很可能是这样），它会从二级存储复制到主内存中分配的空间。分配的内存空间作为程序指令和数据的存储区域，在将这些数据传递到缓存内存和 CPU 之前和之后。
动态加载和链接
操作系统通常将较小的程序（仅由一个模块组成的程序）和数据块完全加载到内存中。然而，较大的程序，特别是那些有多个模块的程序，无法完全适应可分配的内存空间，因此操作系统使用一种叫做动态加载的过程。动态加载会先加载程序的第一个模块，即包含第一条指令的模块，然后在需要时将其他模块加载到同一空间中。
另一种内存管理方法是动态链接。许多程序，尤其是那些采用面向对象编程（OOP）的方法，具有相关联的定义、方法和函数库。程序执行时，操作系统会创建一个链接，将模块中调用的任何对象与其在库中的定义相连接以进行执行。这避免了将整个库加载到内存中的需要。
内存分配
内存分配是操作系统用于分配和分配内存空间给程序的过程。通常，内存分配过程有四种方法：
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首次适配：内存可用表中第一个足够大以满足程序或模块需求的内存空间块
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下一个适配：紧接着上一个分配内存块之后的下一个内存空间块，满足程序或模块的需求
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最佳适配：足够大以满足程序或模块需求的最小可用内存块
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最差适配：任何可用的内存块，大小大于程序或模块的需求
操作系统的内存管理功能可以采用前述的任何内存分配方法。无论如何，内存分配要么是静态的，要么是动态的。编译器通常确定程序及其模块的静态分配。动态分配是灵活的。动态加载和链接是两种动态内存分配的方式。
硬件的控制与协调
操作系统能够通过计算机的 BIOS 与一些设备（例如键盘）进行通信，因为有标准的设备使用简单的标准命令集。然而，许多设备和组件具有独特的命令和指令集，这些命令和指令集通常与其他设备不兼容。操作系统几乎不可能包含与计算机上安装的每种内外部设备的所有型号和品牌通信所需的命令。因此，设备驱动程序软件，针对特定设备的品牌或型号，充当操作系统与设备控制器之间的中介。设备驱动程序使操作系统能够协调硬件组件和设备的操作。
一些硬件设备驱动程序在操作系统中，而一些则在基本输入输出系统（BIOS）和互补金属氧化物半导体（CMOS）中，还有一些位于主板芯片组中。然而，大多数情况下，设备驱动程序的安装发生在计算机上安装相关设备之前或之后。有些设备软件程序协助设备配置和设备驱动程序的安装。
系统资源的使用
操作系统与设备驱动程序的通信比仅仅传输数据更加复杂。设备驱动程序或操作系统如何知道需要执行某个操作？ 它们如何相互通信，表示请求的操作已经完成，如果涉及数据，数据在哪里？
系统资源是最常见的答案。系统资源实际上是计算机中任何可寻址的元素。系统资源是主内存 (RAM) 的一部分，专门用于操作系统与设备之间的交互。系统资源还可以由 CPU、主板、芯片组及其他系统组件提供。然而，与设备控制和通信相关的系统资源是那些位于 RAM 中的资源。
系统资源分为四类：
- 中断请求 (IRQ)：在教室或小组会议中，如果你想提问，可能会把手举过头顶并等待被认出。IRQ 的工作原理基本相同——当设备或操作系统需要 CPU 执行某个任务时，它通过设置一个分配好的 IRQ 开启，就像是 举手 一样。CPU 会频繁检查 IRQ，如果发现某个 IRQ 已被开启，CPU 就会中断当前的任务，去处理这个请求，这也是 “中断” 一词的来源。任务完成后，IRQ 会被设置为 关闭。以下截图展示了 Windows 系统上的 IRQ：
Windows 系统的 IRQ 分配
- I/O 地址：计算机上每个安装的 I/O 设备都有一个或多个分配给它的地址。这个地址有多个名称，包括 I/O 端口、端口地址，或简称 端口，用于特定地指定一个设备，并不是内存中的地址。这个地址就像是房屋的街道地址。主板的地址总线在 I/O 地址和内存地址之间切换。当总线设置为 I/O 地址时，硬件设备控制器会监视总线上的各自地址。如果设备看到自己的 I/O 地址，它就会做出相应的回应。以下截图展示了 Windows 系统的 I/O 地址分配：
Windows 系统的 I/O 地址分配
- 内存地址：除了 I/O 地址外，I/O 设备还可以被分配一块内存作为数据缓冲区或临时存储空间。并不是每个设备都会得到一个内存地址，且分配的空间也不会很大。正如以下截图所示，某些物理和逻辑设备有多个内存地址分配：
Windows 系统的内存地址分配
- 直接内存访问 (DMA) 地址：DMA 设备是计算机的 I/O 或存储设备，能够直接从主内存读取和写入数据。DMA 传输不涉及 CPU，从而使 CPU 可以处理其他任务：
Windows 系统中 DMA 设备的属性对话框
以下截图展示了一个开源实用程序，可用于检查 Linux 系统的信息，包括系统资源：
KInfocenter 提供关于 Linux 系统的信息，包括系统资源
内部和网络文件管理
数据文件的管理，无论是在内部存储设备、网络附加存储（NAS）还是存储区域网络（SAN）中，都是操作系统的主要功能。文件管理包括数据单元的创建、修改、传输和删除，这些数据单元以完整块的形式存储。在执行文件管理时，操作系统与硬件控制器、驱动程序软件，甚至可能与数据管理系统（如数据库管理系统 DBMS）进行交互。
操作系统的文件管理功能执行的任务包括以下内容：
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创建新数据文件并记录它们在存储介质上的位置
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提供修改数据文件的功能，并在必要时进行重新定位
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执行删除数据文件及其所有引用
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将数据文件组织到文件系统、目录或文件夹中，以便于访问
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促进多个用户访问数据文件
用户、数据、应用程序和资源安全
操作系统的安全条款包括操作系统为实现和维护机密性、完整性和可用性（CIA）而应用的规则、功能、过程和设置。组织的安全政策必须包括对操作系统及其物理和环境安全的保护，包括防盗、防损坏或防销毁。然而，操作系统安全的主要关注点必须是执行规则并执行防止未经授权入侵或干扰的任务。
操作系统的安全性要求某些活动成为正常操作的一部分，包括以下内容：
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执行补丁和更新管理
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应用防病毒和恶意软件更新
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检查所有网络流量，进出流量，通过防火墙和/或其他安全设备
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定期检查和管理用户及组账户的权限和权限
硬件配置
要理解操作系统与硬件配置设置和规范之间的关系，你需要明白，操作系统天生是简洁的，而硬件则笨拙。操作系统的很大一部分工作是使硬件看起来比实际更为简洁。
在接下来的部分中，我们将探讨操作系统、其各个部分，以及它与硬件的关系。
操作系统的主要部分
一个操作系统有三个主要部分：
- 内核：现代操作系统是模块化的，这意味着大多数基本服务，如内存管理、I/O 处理和 CPU 交互，都包含在启动时加载并保持在内存中的模块——内核。其他功能和工具根据需要加载到内存中。如以下图所示，操作系统内核有两种类型——单体内核和微内核。单体操作系统，如 Windows、macOS 和 Linux，包含计算机和用户启动软件所需的基本功能。正如以下图所示，微内核操作系统将对用户启动程序的支持推向用户空间。目前，尚未有广泛使用的微内核系统：
两种类型的操作系统内核
- Shell：操作系统 shell 是一个程序，操作系统启动它来提供用户界面，通常以命令行界面（CLI）的形式，如下图所示。在 UNIX/Linux 系统中，有几个 shell，每个都有自己的一组命令和功能，如 Bourne-Again Shell（Bash）、C shell 和 Korn shell。在 Windows 系统中，桌面上显示的 GUI 代表了一个 shell。Windows 命令提示符也代表了一个 shell：
在 Linux shell 的命令提示符下输入的命令
- 文件系统：当你创建一个文件并将其存储到硬盘时，你会假设将来能够找到它。文件系统维护文件或数据块在磁盘驱动器上的物理位置，并保持位置与文件名的交叉引用索引。文件系统以目录、文件夹、文件和对象的形式组织数据存储。常用的文件系统有 Windows 的 NTFS 和 Linux 系统的 ext3 和 ext4。
操作系统与硬件
计算机硬件、软件和固件的配置指定了其功能和操作的参数和设置。计算机 BIOS 或 统一可扩展固件接口（UEFI）、操作系统和支持系统中的硬件配置设置，定义了计算机的启动、已安装的设备以及若干性能和操作参数。
不是每个程序或应用程序都会使用计算机上的每个硬件组件。任何程序使用的硬件将取决于其功能和目的。如果一个程序只接受两个数字从用户输入，将它们相加并将结果显示到显示设备，而不存储结果，那么程序的需求和用户的操作会影响所使用的硬件。在这个特定的情况下，所涉及的硬件如下：
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HDD：程序加载到 RAM
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RAM：程序被分配了一个指定空间，指令被传递给 CPU
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CPU：指令被执行
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显示：结果被传递给控制器并显示
当然，操作系统是引导该顺序的催化剂，但在此过程中，操作系统只涉及完成任务所需的硬件。那么，操作系统如何知道它可以使用哪些硬件呢？ 这就是 BIOS/UEFI 存储在 CMOS 中的内容。这些信息为操作系统提供了它可以使用的硬件设备列表，以及如何以及在哪里访问每个设备。
引导顺序
计算机系统启动的一个主要部分，即其启动过程，是将操作系统内核加载到 RAM 中，以便 CPU 能将控制权交给操作系统。为了执行此过程，引导程序必须知道在哪里查找操作系统，这可以是 HDD、CD、闪存驱动器或任何可启动设备。在 BIOS/UEFI 设置中，可以设置引导过程应查找设备的顺序，以定位主引导记录（MBR）。引导程序将按照优先顺序查看每个设备，并从第一个找到引导信息的设备启动计算机。以下截图显示了一个简单的 UEFI 引导顺序列表：
UEFI 配置的引导优先级对话框
固件
自计算机诞生以来，我们根据计算机指令和组件的存放位置或其一般特征对其进行分类。我们能触摸和感受到的组件是硬件。那些我们不能实际触摸、感受或持有，但可以改变的，则称为软件。然而，在计算机系统中，有一个我们无法触摸、感受或改变的组件，特别是在老式系统中。这个组件存在于硬件和软件之间，我们称之为固件。
我们今天所说的固件可以分为两种主要技术：
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BIOS：一种传统技术，它使用在制造过程中永久加载（烧录）到半导体中的数据和指令。这些指令启动 BIOS 开始启动过程并加载引导程序以完成启动过程。这种低级别的固件形式是主板的一部分，属于只读存储器（ROM）/可编程只读存储器（PROM）、一次性可编程（OTP）和可编程逻辑阵列（PLA）芯片。
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UEFI：这项新技术正在取代大多数计算机上的 BIOS，但基本上执行相同的功能。事实上，UEFI 依赖 BIOS 来进行开机自检（POST）功能和配置规范（通常称为 CMOS）。几乎所有 2010 年以后生产的计算机都具有 UEFI，有些还包含 BIOS。以下截图显示了包含 BIOS/UEFI 设置的系统信息：
系统信息对话框中的 BIOS/UEFI 设置
尽管固件通常是永久的，但大多数计算机系统的固件是可以升级的。具体的操作流程因主板制造商、操作系统或系统的年代不同而有所差异，但以下步骤通常是用来更新系统固件的过程：
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验证你是否正在安装更新版本的 UEFI/BIOS。在 Windows 系统中，运行
MSINFO32。在 Linux 系统中，如果/sys/firmware/efi目录存在，则系统正在使用 UEFI。如果该目录不存在，则系统正在使用 BIOS。记录版本号和日期，并将其与主板制造商网站上的信息进行比较。 -
启动计算机，当显示屏提示按哪个键进入 UEFI/BIOS 设置时，按下该键。某些系统在 UEFI/BIOS 工具中包括固件更新功能。
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如果没有更新工具，下载并解压更新文件，并将其存储在 USB 闪存驱动器或外部硬盘驱动器上。
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重启系统并在 UEFI/BIOS 设置页面访问固件更新或闪存工具。将现有固件备份到外部驱动器，以防更新过程中出现问题。
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使用固件更新工具，选择更新的版本镜像并开始更新。升级过程应该只需几分钟，但无论如何，在升级过程完成之前，绝对不要重新启动、关闭或断电计算机。
准备操作系统的磁盘
安装新版本的现有操作系统或完全更换操作系统有两种方法。如果你继续使用相同的操作系统并仅安装一个更新版本，例如将 Windows 10 升级到 Windows 某版本，你可以选择执行更新，或者进行所谓的全新安装。本质上，全新安装会删除旧版本中任何过时或不再适用的元素，并将其替换为新版本。全新安装也可以意味着硬盘驱动器是新的，且安装在全新的磁盘驱动器上。从一个版本升级到另一个版本意味着不需要进行全新安装，安装将使用发布商的安装程序或设置程序。另一方面，如果你是用一个操作系统替换另一个操作系统，例如将 Windows 替换为 Linux，那么在安装新操作系统之前有一些事项你需要了解，并且需要采取一些步骤。
准备硬盘驱动器的方法取决于系统配置和使用的启动过程。BIOS 创建 MBR，而 UEFI 创建GUID 分区表（GPT）。MBR 创建传统的 BIOS 分区表，而 GPT 创建 UEFI 分区表。GUID 是微软术语，表示全球唯一标识符，仅适用于其系统。其余操作系统世界使用术语通用唯一标识符（UUID），其结构与 GUID 基本相同。GPT（UEFI）系统能够在 HDD 上定义和创建超过四个分区，并且如果磁盘驱动器为 4TB 或更大，则必须使用 GPT。低于这些阈值时，如果存在，MBR（BIOS）系统仍然有效。以下截图展示了 Windows 系统硬盘的分区表类型：
显示硬盘驱动器（HDD）分区样式的属性对话框
以下步骤是为安装操作系统准备磁盘的常规过程：
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验证进行安装的计算机是否符合或超过操作系统发布者发布的系统要求。
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如果硬盘驱动器上有你希望保留的数据，请将整个系统备份到外部介质，如外部硬盘驱动器或云服务。
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如果你希望从 Windows 系统上的硬盘驱动器中删除所有之前的数据和内容，请使用磁盘管理格式选项。在 Linux 系统上，使用
fdisk命令。 -
使用磁盘管理工具或在 Windows 命令提示符下使用
DISKPART.EXE命令创建安装所需的磁盘分区。以下截图展示了DISKPART命令的示例。在 Linux 系统中，使用fdisk命令。 -
创建分区后，将其格式化为适当的分区表标准：
显示 DISKPART.EXE 命令
文件系统
当你将数据存储在硬盘驱动器（HDD）、USB 连接存储设备或任何其他数据存储设备时，它需要有一个组织结构，以便将来能够找到单个文件。文件系统组织并结构化存储介质，并跟踪存储在其上的文件。除了位置外，文件系统还会为每个文件目录化标识数据，包括文件名、大小、状态、创建和修改日期、访问权限、所有权、文件类型等。
格式化
文件系统在数据存储设备上的位置，可能有多个分区或只有一个大分区，是通过格式化过程完成的。每个分区可以拥有不同的文件系统。格式化一个驱动器通常会执行三件事：识别一个分区作为一个有界结构；删除（擦除）分区中的所有现有数据和索引（如果有的话）；并在分区中初始化一个文件系统及其索引。每个主要操作系统都有一个格式化磁盘驱动器分区的工具：Windows 磁盘管理、Linux 的 GParted和Mac OS 磁盘工具。
操作系统下的文件系统
在 Server+ 考试中，您将遇到有关 Windows、Linux 和 macOS 文件系统的问题和参考资料。以下是包含的文件系统：
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Windows：
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文件分配表 32（FAT32）：曾一度是 Windows 系统的默认标准，主要用于闪存驱动器的格式。
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新技术文件系统（NTFS）：Windows 系统的默认文件系统。Windows 系统分区必须使用 NTFS。
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Linux/Unix：
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更好的文件系统（Btrfs）：为 Linux 添加了池化、快照、校验和等功能。
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扩展文件系统版本 2、3 和 4（ext2、ext3 和 ext4）：基于Unix 文件系统（UFS）的文件系统，用于追踪单个文件。
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Reiser 文件系统（ReiserFS）：为 Linux 提供的一个日志文件系统。
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Z 文件系统（ZFS）：最初为 Solaris 操作系统开发，Linux 系统常常支持 NAS。
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Mac OS：
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苹果文件系统（APFS）：在后期的 Mac OS X 系统中替代了 HFS+ 操作系统。
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分层文件系统 Plus（HFS+）：旧版 Mac OS 系统的事实标准文件系统。
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日志记录
有些文件系统执行日志记录操作，而有些则不执行，尽管大多数这类文件系统属于遗留文件系统。日志文件系统在将更改应用到介质之前，会将文件系统更改记录到一个日志中，日志实际上是一个文件系统活动日志。通常，日志文件会存放在一个独立于文件系统的设备上。如果文件系统损坏，日志文件提供恢复数据。日志文件系统的示例包括 NTFS、ReiserFS、ext3 和 ext4。
特殊功能文件系统
有时，一个文件系统实际上并不完全是文件系统，而是可能执行某些文件系统功能。虚拟机文件系统（VMFS）与虚拟化系统的虚拟机监控器一起工作，用于存储和管理虚拟机的快照和镜像。交换空间，也称为交换空间，是操作系统用来将不活跃的内存页存储到二级存储设备的专用分区中，从而释放内存资源（根据需要）。闪存友好文件系统（F2FS）是一个开源的闪存驱动器文件系统。
网络配置
安装和激活任何网络操作系统（NOS）的一个重要步骤是为其配置支持的网络。在接下来的章节和步骤中，我们将介绍配置 Windows Server 系统和 Linux 系统的一些重要设置和值的过程。
配置主机名
服务器（或任何网络节点）的主机名用于标识该节点，以便计算机网络能够与其他节点进行通信并访问网络外的设备和服务。实际上，设备的主机名就是其昵称。
在 Windows Server 上配置主机名
设置 Windows Server 安装的主机名，请按照以下步骤操作：
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点击 Windows 图标以显示开始菜单。
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右键点击“此电脑”选项以显示系统窗口。
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在系统窗口的右侧，点击“更改设置”按钮以显示系统属性对话框：
该电脑选项的属性窗口
- 在计算机名称文本框中输入你希望分配给服务器的名称。唯一的硬性规定是名称中不能有空格：
为系统分配主机名
在 Linux 服务器上配置主机名
在 Linux 服务器上，有两个主机名需要配置：一个与网络相关的主机名和一个本地主机名。设置主机名的步骤如下：
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以 root 管理员身份（超级用户）登录系统。
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进入
/etc/sysconfig目录，查找网络文件并显示其内容，应该如下所示：
# cat network
NETWORKING=yes
NETWORKING_IPV6=no
HOSTNAME=localhost.localdomain
cat命令显示文件网络的内容。注意文件的最后一行包含主机名设置。
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使用 Linux 编辑器（如 vi 或 edit）将
HOSTNAME值更改为你希望使用的主机名。编辑完成后，保存文件。 -
编辑后的文件现在应包含更新后的主机名值。例如，网络文件现在可能包含如下内容：
# cat network
NETWORKING=yes
NETWORKING_IPV6=no
HOSTNAME=server+os1
localhosts文件中的主机名也需要设置。进入/etc目录查找hosts文件。其内容应该类似如下：
# cat hosts
127.0.0.1 localhost.localdomain localhost
::1 localhost6.localdomain6 localhost6
- 使用编辑器，将
localhost.localdomain localhost值替换为新的主机名，并保存文件。更改后，hosts 文件应包含如下内容：
# cat hosts
127.0.0.1 server+os1
::1 localhost6.localdomain6 localhost6
- 你可能还想将终端身份设置为服务器的主机名。局域网使用终端名称来定位服务器。要更改终端的主机名，请使用
hostname命令：
# hostname server+os1
要验证更改，使用不带参数的hostname命令。
用户账户
在 Windows Server 系统中，用户可能有一种或两种账户类型：本地账户或域用户账户。本地用户账户仅限用户访问在单个网络节点上，由文件和文件夹权限授予访问权限的资源，或任何该用户是其成员的组资源。域用户账户可以根据为用户或用户所在组分配的访问权限访问本地资源、网络资源或两者。
创建本地用户账户
在 Windows Server 上设置本地用户账户，按照以下步骤操作：
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右键点击开始图标或按 Windows 键 + x 打开开始右键菜单。
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选择“计算机管理”选项以显示其窗口。
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在左侧导航窗格中，点击“本地用户和组”选项下的“用户”。然后会显示如下截图所示的视图：
通过计算机管理窗口添加新用户
- 在右侧的操作面板中，点击“更多…”打开选项列表。在该列表中，点击“新建用户…”打开新用户对话框：
新用户对话框
- 填写新用户的信息并点击“创建”按钮。对话框将清空并准备好使用，以便你可以添加其他用户。如果完成，点击“关闭”。注意，新的用户现在已经出现在计算机管理窗口的用户列表中。请记住，本地用户账户的密码无法恢复，因此你可能需要提醒用户使用他们能记住的密码。
如果新用户需要管理员权限或属于其他组，请使用以下步骤将该用户添加到适用的组：
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- 在计算机管理窗口的中心窗格中，右击新用户的名称，并从出现的选项列表中选择“属性”，以显示该用户的属性对话框：
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在用户属性对话框中将用户添加到一个组
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- 从“成员：”列表中点击一个组名，这里是“管理员”，然后点击“添加”。你可以重复此操作，将用户添加到更多组中。
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创建域用户账户
创建域用户账户假设网络中至少存在一个域。在 Windows 环境中，域是一个网络，其中一个中央域控制器的数据库包含所有域用户账户、安全配置以及网络中硬件设备的信息。网络的活动目录（AD）服务管理域用户账户。要在 Windows Server 系统上创建新的域用户账户，请按照以下步骤操作：
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从开始菜单中，打开服务器管理器并下拉“工具”菜单。
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在“工具”菜单中，选择“活动目录用户和计算机”选项，显示其对话框。
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在左侧导航窗格中，点击“用户”文件夹。在出现的选项列表中，点击“新建”。在其选项列表中，点击“用户”以显示“新对象 - 用户”对话框，如下图所示：
新对象 – 用户对话框
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填写新用户的信息后，点击“下一步”按钮，进入另一个“新对象 – 用户”对话框并输入用户的密码。点击“下一步”进入“新对象 – 用户”摘要对话框。
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如果显示的所有信息正确，请点击“完成”按钮。如果需要更正，使用“返回”按钮。
将工作站添加到域
要在任何网络上进行通信，PC 必须加入该网络，这意味着 PC 的网络接口必须连接并加入到网络服务器的管理系统中。在 Windows 系统中，PC 加入域。将 PC 添加到域的过程如下：
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在控制面板上，点击“系统”选项，并在左侧面板的选项中选择“关于”。
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点击“加入域”按钮会打开第一个域识别对话框。
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在接下来的步骤中，你将看到三到四个“加入域”对话框。第一个对话框，如下图所示，会询问你要将 PC 添加到哪个域。如果域名有效，请输入你（个人）用于登录该域的用户名和密码。在系统验证你输入的信息时，可能会显示第一个屏幕的空白副本：
域名对话框
- 如果你输入的信息有效，下一步的对话框将询问将使用此 PC 的人的用户名以及用户的账户类型，例如管理员、用户、标准用户等。
连接到网络
将 PC 加入域是一回事，但将 PC 实际连接到网络进行主动通信则是另一回事。一旦 PC 进入域，下一步就是验证所有电子设备是否同步并能相互操作。换句话说，PC 能与网络进行通信吗？
当然，用于网络通信的介质确实会影响网络通信的设置，正如你所预期的那样。然而，你会惊讶地发现，实际影响其实非常小。无论是物理电缆还是射频（RF）通信，它们主要都是以以太网为基础的网络。
将 PC 连接到网络
为了确保 PC 能连接到网络，需要在测试通信之前验证必要的元素是否已激活。第一个要检查的元素是连接服务。通过电缆连接的网络需要将“有线自动配置”服务的启动类型设置为自动，如下图所示。如果工作站连接到无线局域网，则应设置 WLAN 自动配置服务；如果工作站连接到无线广域网，则需要配置 WWAN 自动配置服务。无论这三种网络服务中的哪一个被激活，其他两个都应该被禁用：
Windows 服务维护窗口
添加服务器角色和功能
服务器角色是一个或多个程序或工具集，服务器可以使用它们为用户、计算机组或应用程序提供特定的功能或服务。服务器角色和功能确定了服务器的目的或角色。例如，一个 Windows 服务器可能只有单一的角色，或者配置为 AD 域服务器，或者它可能具有多个不同的角色。
若要在 Windows Server 系统中添加或移除角色和功能，请按照以下步骤操作：
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在 Windows Server 系统上，打开服务器管理器。
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点击“管理”菜单选项，然后选择“添加角色和功能”，如以下截图所示，打开“开始之前”页面，进入添加角色和功能向导。此页面列出了一系列在添加、修改或删除服务器角色和功能之前，您应该考虑执行的任务：
Windows 2012 R2 系统的服务器管理器页面
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点击“下一步”以进入选择安装类型页面。选择基于角色或基于功能的安装选项。点击“下一步”按钮以继续。
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在“选择目标服务器”页面，点击左侧导航窗格中的“服务器选择”选项，然后从网络中选择一台服务器或虚拟硬盘。
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点击“下一步”进入选择服务器角色页面，如以下截图所示。在此页面的主要区域中，列出了分配给在前一步中选择的服务器或虚拟磁盘的角色和功能列表。完成选择后，点击“下一步”进入选择功能页面。根据所选角色，可能会首先显示“角色服务”页面：
添加角色和功能向导的选择服务器角色页面
- 在“选择功能”页面，选择任何您希望添加到目标服务器的功能。完成后，点击“下一步”按钮进入安装进度页面，页面中包含所选角色和功能的摘要，如以下截图所示。如果列表正确，点击“下一步”按钮进入安装页面并开始安装过程：
添加角色和功能向导的安装进度页面
- 安装完成后，点击“关闭”返回服务器管理器。
无人值守和远程安装
网络管理员经常需要因各种原因访问远程计算机。网络管理员面临的常见任务之一是软件升级，包括操作系统或运行诊断工具。过去，这些任务需要通信行业所称的拖车访问，即到远程位置进行实地访问。如果远程指的是大楼内其他地方，通常不会有太大问题。然而，如果远程指的是另一个州、国家或大陆，所需的时间和成本可能会显著增加。目前有许多不同的标准、软件和技术，可以让网络管理员在无需离开办公桌、只需访问网络工作站的情况下进行这些更改。
其中第一个工具是英特尔的Wired for Management（WfM）规范，它允许网络管理员创建自动化程序，通过网络完成客户端的维护和管理。你还可以与其他工具配合使用，例如LANDesk 客户端管理器（LDCM），它是一个监控网络客户端硬件问题的软件工具，以及桌面管理接口（DMI），它是一个应用程序编程接口（API），允许软件对网络客户端进行清单管理，比如查看客户端的主板、扩展总线卡和应用软件等细节。
另一个与 WfM 配合使用的工具是预启动执行环境（PXE），发音为pixi。PXE 使得网络管理员能够通过仅与客户端启用 PXE 的网络接口卡（NIC）或网络适配器交互，从服务器启动网络客户端。即使 PC 关闭电源，PXE 客户端也能通过其 NIC 连接到网络。PXE 客户端不需要操作系统或任何其他软件，即使它在客户端上，也无需这些就能进行远程启动。网络管理员可以使用如简易文件传输协议（TFTP）等工具将软件或数据传输到客户端。
Windows 系统和 Linux 系统大多数都提供 PXE 网络启动程序（NBP）。Windows 系统提供远程安装服务（RIS），该服务集成了 PXE 标准。Linux 系统支持PXELINUX和gPXE工具。
NOS 优化
网络用户期望网络能够满足他们在带宽、速度和响应性方面的个性化需求。这三个期望对于用户来说是一个整体——一个持续稳定运行的网络，能够提供他们所期望的服务。网络管理员可以使用多种流程、技术和方法，在任何层级上促进网络的效率和效果。
网络管理员确保网络始终满足用户需求的一些方法包括：
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带宽：网络管理员充分理解，10 Gbps 的网络并不意味着用户，无论是单独还是集体，都能享受到如此大的带宽。每个网络在提供可用网络的同时，必须考虑带宽损失。对于用户来说，网络管理员的主要工作是保持高带宽，以满足每个人的需求。
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高可用性和容错性：正如本章前面讨论的，高可用性（HA）和容错性可以是用户依赖的网络的关键特性。系统设计时实现的每年 525,600 分钟的可用时间目标，都是重要的设计目标。
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负载均衡：在大型网络和数据中心中，服务器通常是集群或分布式的，负载均衡能够接受多个输入源并将它们分配给多个处理器，从而平衡负载的处理和出站流量。
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服务质量（QoS）：尽管其名称反映了用户如何衡量网络的性能，但 QoS 是指网络通过多种通信方式提供各种服务的能力，能够满足组织的需求。一个支持数据、语音和视频的网络就具备了 QoS。
总结
网络操作系统（NOS）为网络客户端和资源提供系统控制和管理功能，并为网络客户端提供管理、安全、资源和其他服务。操作系统有五个主要功能：用户/计算机通信、内存管理、控制和协调硬件、内部和网络文件管理，以及用户、数据、应用程序和资源的安全。系统资源分为四类：IRQ、中断地址、内存地址和直接内存访问（DMA）地址。
操作系统的文件管理功能包括创建新文件、提供文件修改功能、执行文件删除、组织文件以便于访问，以及促进多个用户的访问。操作系统的安全性要求进行补丁和更新管理、病毒和恶意软件更新、安全设备检查所有流量，并定期审查用户和组账户的权限和权利。操作系统有三个主要部分：内核、外壳和文件系统。文件系统组织存储介质并跟踪存储在其中的文件。它还为每个文件编目标识文件的数据。格式化驱动器会将分区识别为一个有界的结构，删除现有的数据和索引，并在该分区内初始化文件系统及其索引。
BIOS 或 UEFI 中的硬件配置设置、操作系统和支持系统定义了启动、已安装设备以及性能和操作参数。固件是两种通用技术之一：BIOS 和 UEFI。WfM 允许自动化程序通过网络进行客户端维护和管理。DMI 允许软件对网络客户端的硬件和软件进行清单管理。PXE 使网络管理员能够远程启动网络客户端。TFTP 将软件或数据传输到远程客户端。
问题
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网络服务器的基本功能是什么？
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与互联网通信
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向网络客户端提供服务
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入侵检测与防御
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提供代理服务器功能
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以下哪项不是网络服务器的功能？
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管理
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安全
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缓存
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资源分配
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以下哪项不是操作系统管理的系统资源？
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IRQ
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I/O 地址
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设备驱动程序
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DMA 地址
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操作系统的文件管理功能包括创建、修改和删除数据文件，还包括什么？
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文件可访问性
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限制访问为单个用户
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对所有文件应用加密
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转换文件名
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操作系统有三个主要部分。以下哪个不是这些部分之一？
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设备驱动程序
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内核
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Shell
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文件系统
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两种最常见的固件系统配置系统是什么？（选择两项）
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CMOS
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BIOS
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FAT32
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UEFI
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APFS
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在 Linux 系统上配置的文件系统可能是以下哪种？
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NTFS
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APFS
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BTRFS
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HFS+
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哪个标识符用于标识服务器，以便进行通信和访问网络资源？
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用户帐户名
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主机名
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服务器名称
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群组帐户名
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在 Windows Server 网络中，网络管理员可以授予域用户哪种访问权限？（选择所有适用项）
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本地计算机资源
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基于服务器的资源
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网络附加资源
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WAN 资源
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网络管理员希望开启并启动连接到组织网络的远程 PC。以下哪项服务可以实现这一操作？
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QoS
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DMI
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PXE
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TFTP
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第五章：寻址
如果仅依靠一般的房屋描述，你很难在大城市中找到一个特定的地址。同样，如果你只知道文件中的内容，计算机的 操作系统（OS）也会很难为你找到数据文件。
在过去，当次级存储较小的时候，在软盘或硬盘上找到文件相对容易。通过点对点网络连接另一台 PC 也很简单，并不需要太多的地址——只需用到并行端口的内部地址。
然而，在当今庞大的网络和存储技术中，各层次的寻址是计算中的一个基本部分。
本章中，我们将探讨计算和网络中使用的各种寻址方案——它们的结构、表示方式以及目的。我们还将讨论计算机与网络之间的接口，以及提供连接、传输和安全的协议与服务。
我们采用从外到内的方式来进行寻址，从 互联网协议（IP）寻址开始，最终到 媒体访问控制（MAC）和端口寻址。
本章将涵盖以下主题：
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IP 寻址
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IP 版本 4
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IP 版本 6
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MAC 寻址
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地址解析
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端口和协议
IP 寻址
对于 Server+ 考试，我们其实不需要覆盖网络寻址的整个历史，从 50 多年前的分组交换技术发展到今天的 IPv6 寻址。
当 TCP 于 1974 年取代了早期的 网络控制协议（NCP）时，它既执行数据传输，也负责消息路由。后来，这两项功能被拆分，形成了我们今天所知的 TCP 和 IP，即 TCP/IP 协议套件。
IP 版本 4
IP 的主要目的是在通过通信链路互联的计算和路由设备网络中提供一条路径，这些设备以非结构化的方式连接。
早期，互联网的一个核心设计特点便是它没有单点故障。这促成了其故意散乱的结构，以及对灵活寻址方案的需求。
TCP/IP 协议经过多年的发展，成为了今天仍然广泛使用的标准。由于开发者面临来自大型通信公司、政府机构以及中小型企业的压力，一个地址类系统被引入，将可用的地址范围划分开来，以便为所有方提供充足的网络地址——至少在最初是如此。
IPv4 地址结构
我们通常所称的 IP 地址，即 IPv4 地址，由 32 位二进制组成，分为四个八位的八位组（即每组八个比特）。为了方便人类使用，一种名为 点分十进制 的格式将二进制地址转换成四个十进制数，每个数字之间用点（句点）分隔。
例如，以下显示了一个 IP 地址的二进制数字版本及其对应的十进制数字：
Binary value: 10101001.1110011.00011001.11011010
Decimal value: 169\. 115.25.218
每一组四个八位字节代表一个可寻址的网络位置。
一个八位字节可以存储从 00000000 到 11111111 的二进制值，或者在十进制中从 0 到 255。因此，IPv4 地址的总范围从以下地址开始：
00000000.00000000.00000000.00000000 (decimal 0.0.0.0)
范围可达到以下：
11111111.11111111.11111111.11111111 (decimal 255.255.255.255)
该范围内有相当数量的地址被预留用于特殊用途。这意味着并不是所有该范围内的地址都可以分配给网络节点。我们稍后会在本节中详细讨论。
类别化 IP 地址
如下表所示，IPv4 地址方案包括五种地址类别，尽管只有三种类别已被广泛使用。D类和E类地址分别为 IPv4 下的多播和研究实验用途预留：
| 地址类别 | 起始地址 | 结束地址 | 网络地址 | 每个网络的主机数量 |
|---|---|---|---|---|
| A | 1.0.0.0 | 126.255.255.255 | 126 | 16,777,214 |
| B | 128.0.0.0 | 191.255.255.255 | 16,382 | 65,534 |
| C | 192.0.0.0 | 223.255.255.255 | 2,097,150 | 254 |
| D | 224.0.0.0 | 239.255.255.255 | 保留用于多播 | |
| E | 240.0.0.0 | 254.255.255.255 | 实验和研究 |
IPv4 地址类别
表格中显示的地址类别简化了地址分配给各种通信、制造、服务、政府机构和希望成为互联网服务提供商（ISP）的公司的过程。如果一个组织能够基于其网络或商业模式的规模证明其有一定的需求，它将从相应的地址类别中获得一个地址块。
局域网地址
然而，像所有美好的事物一样，IPv4 地址（所有 40 亿个地址）很快就开始枯竭。IPv6 正在开发中，但技术和网络管理员还没有准备好进行升级。
因此，为了避免 IPv4 地址的完全耗尽，出现了多种技术来最大化 IP 地址的使用，并尽量减少对额外地址的需求。这些发展包括私有 IP 地址、子网划分、CIDR、NAT、PAT 等。
私有 IP 地址
在某个时刻，有人意识到，在组织的网关路由器（边缘路由器）背后的网络附加设备中，局域网（LAN）中的设备实际上不需要分配公共 IP 地址。大多数局域网流量是在其节点之间传输的，并发生在数据链路层（第二层），使用媒体访问控制（MAC）子层地址（物理地址）。
但是，如果一个拥有多个局域网的组织没有足够的公共 IP 地址来为每个网络节点配置独立的 IP 地址，该怎么办？ 找到足够的 IPv4 地址仅是其中一个问题。
尽管它减少了可分配 IPv4 地址池中的地址数量，但仍有三个地址块，分别来自 A、B 和 C 类，被保留用于作为私有地址使用。互联网号码分配局（IANA）为任何位于网关路由器或网络地址转换（NAT）设备后的网络指定了私有 IP 地址（稍后会详细介绍）。根据定义，私有 IP 地址是不可路由的。
如下表所示，每个可分配的地址类别（A、B、C）都有一系列私有 IP 地址：
| IPv4 地址类别 | 私有地址范围 | 可用的私有地址数量 |
|---|---|---|
| A | 10.0.0.0-10.255.255.255 | 16,777,216 |
| B | 172.16.0.0-172.31.255.254 | 1,048,576 |
| C | 192.168.0.0-192.168.255.254 | 65,536 |
IPv4 私有地址
如你所见，每个地址块提供了足够数量的可分配私有地址，几乎适用于所有的局域网。
一个组织也可以将同一组私有地址分配给其两个或更多的网络，只要每个网络都通过路由器或 NAT 设备访问外部网络。
网络和主机 ID
IP 地址包含两部分重要信息——网络标识符和主机标识符。每个 IPv4 地址类别使用不同数量的位来表示每个标识符。
下表展示了每个类别中网络（n）和主机（h）所使用的位数：
| 地址类别 | 第一字节的高位 | 地址掩码模式 | 网络 ID 位 | 主机 ID 位 | 默认地址掩码 |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0 | n.h.h.h | 7 | 24 | 255.0.0.0 |
| B | 10 | n.n.h.h | 14 | 16 | 255.255.0.0 |
| C | 110 | n.n.n.h | 21 | 8 | 255.255.255.0 |
地址掩码和类别 ID 从 IPv4 地址中提取网络 ID
第一（最左边）八位字节中的高位（最左侧）位或位组合表示 IPv4 地址的地址类。为什么？ 简单的回答是，从 IPv4 地址中提取网络 ID 需要使用适当的地址掩码。
提取 IPv4 地址的网络 ID 过程是对地址与对应于地址类别的掩码进行按位与（AND）操作。下表展示了执行的步骤：
| IPv4 地址（十进制） | 10.25.115.88 |
|---|---|
| IPv4 地址（二进制） | 00001010.00011001.01110011.01011000 |
| A 类默认掩码 | 11111111.00000000.00000000.00000000 |
| 网络 ID（二进制） | 00001010.00000000.00000000.00000000 |
| 网络 ID（十进制） | 10.0.0.0 |
从 A 类 IPv4 地址中提取网络 ID 的步骤
首先，将IPv4 dot.decimal地址转换为二进制。然后，默认的 A 类地址（第一位为0）的二进制地址掩码与 IPv4 地址进行按位与（AND）运算。
按位与运算过程比较两个比特，如果两个比特的值都是 1，则结果为 1。所有其他比特组合的结果为零。例如，在上表中，IPv4 地址的二进制值为 00001010，默认的 Class A 掩码的二进制值为 11111111。按位与运算比较这两个值；只有当两个比特（上位和下位，地址和掩码）都为 1 时，结果才会设置为 1。
该操作类似于以下内容：
IPv4 地址和地址掩码的按位与运算
网络地址转换（NAT）
由于私有 IPv4 地址不可路由，具有私有地址的局域网节点无法从互联网请求内容。对互联网服务器的任何内容请求都必须包含请求者的 IP 地址。
如果源地址是私有地址，服务器或服务器与请求者之间的任何中间设备都无法知道请求节点所在的 192.168.0.0 私有网络。
为了解决这个问题，配置在网关路由器上的 NAT 协议使用公共 IP 地址作为请求者私有地址的别名。NAT 将分配的公共地址和匹配的私有地址之间的配对记录在一个表中。当响应到达时，NAT 使用其源地址（发送方）查找请求者/目标的私有地址，并转发信息。
下图展示了这一过程的各个元素：
NAT 协议的功能元素
虽然图示展示了具有多个别名地址的 NAT 操作，但许多 NAT 实现仅使用一个公共地址（通常是路由器的地址），并以图示相同的方式跟踪请求。
启用单一公共地址使用的主要机制是端口地址转换（PAT），也称为 NAT 过载。为了区分出站请求，PAT 将一个唯一的端口号应用于请求的局域网节点的私有地址。
碰撞域
以太网局域网中常见的两个问题是碰撞和广播消息。碰撞发生在两个（或更多）节点尝试同时在网络介质上传输时，从而有效地破坏了这两个消息。
广播消息是以太网网络操作的正常部分，但减少网络的规模也可以减少这些消息对网络性能的影响。
以太网网络使用一种名为碰撞感知多重访问/碰撞检测（CSMA/CD）的程序来检测网络介质上是否发生了碰撞。CSMA/CD 使用退避计时器来错开碰撞节点的重传。在无线网络上，CSMA/碰撞避免（CSMA/CA）程序尝试在碰撞发生之前避免碰撞。
无论网络介质是电缆还是无线电频率波，网络节点都必须共享公共介质，并且通常是同时进行。
通过集线器或中继器连接的网络节点组是一个碰撞域。如下面的示意图所示，网络集线器后面的网络段是碰撞域，在这种情况下，网络交换机后面存在三个碰撞域：
局域网中的碰撞域和广播域
事实上，所有在交换机后面的节点都属于一个大的碰撞域。如果这些工作站位于无线网络上，这种情况尤其成立。
广播域
另一方面，广播域包括所有能够相互通信的网络节点。在几乎所有网络中，广播域包含了所有碰撞域，如前面的示意图所示。
在计算机网络中，广播基本上与无线电或电视中的广播含义相同。网络节点将消息（通常是请求）广播到整个网络，意味着每个活跃的连接设备。
在大多数情况下，局域网上的广播消息会导致每个接收节点发送出自己的广播消息。这就是网络管理员试图限制广播域整体大小的原因。
广播消息的两个最常见用途如下：
-
启动：当你启动或重启计算机时，其操作系统会在网络上发送广播消息，请求其 IP 地址配置。它发送广播消息是因为此时它还没有动态主机配置协议（DHCP）服务器的地址。如果一切正常，DHCP 服务器只会向请求的节点返回其配置数据。任何具有非常专门功能或设置的计算机可能不使用或不应使用 DHCP 配置。在这些情况下，节点应使用静态配置设置进行配置。
-
地址解析：地址解析协议（ARP）及其镜像协议反向地址解析协议（RARP）使用广播消息请求网络节点告知它们是否具有某个特定的 MAC 地址（稍后会详细说明），并返回其 IP 地址。请求也可以是反向的，即 RARP 请求某个 IP 地址对应的 MAC 地址。
广播消息携带一个独特的 IP 地址，该地址专门为此目的保留：255.255.255.255。当网络设备看到此目标地址的消息时，它们会知道这是广播消息。
无类域间路由（CIDR）
另一种表示 IPv4 地址的方法是 CIDR 地址表示法，它消除了大多数对地址掩码的需求。
CIDR（可发音为 cedar、cider 或 kidder，也称为 超级网络）表示 IPv4 地址中指定网络 ID 的位数，而不考虑它属于哪个地址类。
例如，标准的 A 类地址具有以下模式：
nnnnnnnn.hhhhhhhh.hhhhhhhh.hhhhhhhh
这里，n 表示网络 ID，h 表示主机 ID。
因此，在地址 101.15.105.10 中，网络 ID 是 101.0.0.0。它的地址掩码是 255.0.0.0。该地址以 CIDR 表示法表达为 101.15.105.10/8，这表示最左侧的八位是网络 ID。
CIDR 提供了更大的灵活性，使得在不需要额外的 IPv4 地址的情况下扩展网络。
子网划分
子网络（子网）是一个较大网络的逻辑分段，能够为网络提供多种好处，包括以下内容：
-
限制广播消息：子网划分将网络划分为更小的广播和冲突域
-
扩展网络规模：子网划分促进了网络的扩展，而无需购买额外的 IP 地址
-
安全性：子网划分允许将受保护的部门或功能进行隔离，例如会计或研究
子网划分是一种逻辑寻址技术，通过使用现有的 IPv4 地址创建更小的子网络。子网划分的基本原理是重新分配地址掩码中的一个或多个位，这些位在此情况下成为 子网掩码，以提供额外的网络（子网络），如下图所示：
从主机 ID 中借用一个或多个位，在 IPv4 地址中创建子网 ID
子网和主机
首先，我们确定子网的数量以及每个子网上可用的主机数量。通常，这部分计算可能需要一点试验和错误。
下表列出了 ServersRUs 公司的各个部门，以及每个部门所需的工作站（主机）数量：
| 部门 | 主机数量 |
|---|---|
| 会计 | 7 |
| 客户支持 | 18 |
| IT | 8 |
| 管理 | 6 |
| 人力资源 | 4 |
ServersRUs 的子网和主机需求
如果我们希望为每个部门设置一个子网，我们需要能够划分五个子网。在一般的子网划分方法中，每个子网将具有相同数量的主机，在此情况下，主机数量至少需要是 18 台。
记住，在确定从主机 ID 中取多少位并应用到子网 ID 时，2 的借用位数次方即为它所创建的子网数。例如，ServersRUs 需要五个子网，而 5 不是 2 的幂次。在 2 的幂次序列中，最小值为 1 (2⁰)、2 (2¹)、4 (2²) 和 8 (2³)。
在这些中，只有 2³ 或 8，提供了所需的五个子网，剩余的三个子网在需要时可以使用。
我们已经确定要从主机 ID 中移走三个位，用于子网 ID。这使得每个子网内的主机 ID 留下了五个位。五个位足够为每个子网提供所需的主机数吗？ 客户支持部门需要 18 个主机，这应该是我们的目标数。所以，如果我们将 2 的 5 次方（位数）进行计算，我们可以在每个子网上提供 32 个主机。
子网划分中有一个公式，用于计算可用子网数和每个子网可用的主机数：2n-2 = 可寻址的子网或主机数。在此公式中，n 表示借用的位数（子网）或剩余的位数（主机）。稍后我们将讨论这个 -2。
以下表格展示了 IPv4 C 类子网地址：
| 借用的位 | 子网数 | 每个子网的主机数 | 子网掩码 | CIDR |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 254 | 255.255.255.0 | /24 |
| 1 | 2 | 126 | 255.255.255.128 | /25 |
| 2 | 4 | 62 | 255.255.255.192 | /26 |
| 3 | 8 | 30 | 255.255.255.224 | /27 |
| 4 | 16 | 14 | 255.255.255.240 | /28 |
| 5 | 32 | 6 | 255.255.255.248 | /29 |
| 6 | 64 | 2 | 255.255.255.252 | /30 |
IPv4 C 类子网地址
子网掩码
如前表所示，借用位改变了地址掩码/子网掩码的值。如果我们不借用任何位，我们就有一个标准的 C 类网络，包含一个网络和 254 个主机。然而，如果我们重新分配了四个位，我们就可以为每个子网提供 14 个可用主机，总共可以使用 16 个子网。
因为我们在已有的 C 类地址掩码 24 位基础上增加了四个位，现在我们网络的网络 ID 中有 28 位（/28）。以下表格展示了这如何影响子网掩码的值：
| 十进制值 | 255.255.255.0 | C 类地址掩码 |
|---|---|---|
| 二进制值 | 11111111.11111111.11111111.00000000 | C 类地址掩码 |
| 借用的位 | .11100000 | 23 = 8 个子网 |
| 新的二进制值 | 11111111.11111111.11111111.11100000 | |
| 新的十进制值 | 255.255.255.224 | 128+61+32 (27+26+25) |
构建子网掩码
网络和广播地址
在任何网络中，整个网络的地址始终是分配的地址范围中的第一个地址。例如，IPv4 地址 10.0.14.210 是一个网络主机的 C 类地址，而它的网络地址，通常分配给网关路由器，是 10.0.0.0。
在 ServersRUs 示例中，每个子网都有一个分配的地址范围。该范围中的第一个地址是其网络地址。网络或子网的广播地址是其地址范围中的最后一个地址。
在10.0.14.210示例中，广播地址是10.255.255.255，它是10.0.0.0地址范围内某个子网（具有 16,777,214 个主机）的最后一个地址。
以下表格显示了 ServersRUs 网络中的完整地址范围：
| 子网网络 ID | 子网主机地址 | 子网广播 ID |
|---|---|---|
192.168.32.0 | 192.168.32.1 到 192.168.32.30 | 192.168.32.31 |
192.168.32.32 | 192.168.32.33 到 192.168.32.62 | 192.168.32.63 |
192.168.32.64 | 192.168.32.65 到 192.168.32.94 | 192.168.32.95 |
192.168.32.96 | 192.168.32.97 到 192.168.32.126 | 192.168.32.127 |
192.168.32.128 | 192.168.32.129 到 192.168.32.158 | 192.168.32.159 |
192.168.32.160 | 192.168.32.161 到 192.168.32.190 | 192.168.32.191 |
192.168.32.192 | 192.168.32.193 到 192.168.32.222 | 192.168.32.223 |
192.168.32.224 | 192.168.32.225 到 192.168.32.254 | 192.168.32.255 |
服务器 RUs 网络的子网寻址
请注意，第一个子网的网络 ID 是整个地址范围的第一个地址（192.168.32.0 – 192.168.32.255）。其他七个子网的网络 ID 是其范围中的第一个地址，广播地址是其范围中的最后一个地址。
每个前面表格中显示的子网都有 30 个可寻址主机，一个网络 ID 和一个广播地址。子网掩码（255.255.255.224）对于所有子网都是相同的。
互联网协议版本 6（IPv6）
IPv6 首次引入于 1998 年，已慢慢取代或补充 IPv4 地址，特别是在过去几年中加速了普及。IPv6 的发展原因是为了预防 IPv4 地址的快速枯竭。
IPv6 结构扩展了可用的网络和主机地址数量，应该足够满足可预见的未来需求。IPv6 地址空间提供了 2,128 个地址，即大约 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456（340+无穷大）个单独的地址。
目前，这些地址中大约只有 20%是可用的。不过不用担心，我们不会很快用完这些地址，因为目前的地址池足够为地球上每个人分配超过 3,000 个地址。
IPv6 地址结构
IPv6 将 IP 地址长度增加到 128 位，分为八个 16 位块。每个 16 位块表示四个十六进制值，称为十六位块。以下表格显示了四位二进制表示的十六进制值：
| 十六进制值 | 二进制值 |
|---|---|
| 0 | 0000 |
| 1 | 0001 |
| 2 | 0010 |
| 3 | 0011 |
| 4 | 0100 |
| 5 | 0101 |
| 6 | 0110 |
| 7 | 0111 |
| 8 | 1000 |
| 9 | 1001 |
| A | 1010 |
| B | 1011 |
| C | 1100 |
| D | 1101 |
| E | 1110 |
| F | 1111 |
十六进制和二进制值的等效项
地址 FE80:0000:0000:0000:0202:FFFA:C4DD:7435 是 IPv6 格式的一个示例。
请注意，尽管 IPv4 使用点号/句点分隔其各个部分，IPv6 使用冒号 (:)。
IPv6 地址的前三个位设置为 0012，这导致所有公共 IPv6 地址的第一个十六进制组只有四个十六进制值，并且以 2 或 3 开头。例如，1234:5678:98A4::ABCD 不是有效的公共 IPv6 地址，因为它以 1 开头，而 234:5678:98A4::ABCD 也不是有效地址，因为它的第一个十六进制组只有三个数字。
IPv6 地址范围从 2000:: 到 3FFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF，将地址池的大小缩小到 2125。
保留前缀
IPv6 地址的第一个十六进制组可能包含某些值，以表示某种指定类型的事务或消息。IPv6 中常用的保留前缀如下：
-
2002::/16—6to4 路由。通过 IPv4 隧道提供 IPv6 消息的路由。 -
fe80::/10—链路本地地址。主要用于本地网络内的配置和发现；路由器不转发此类地址。 -
ff00::/8—多播地址。请参见下表，了解一些保留的多播地址：
| 地址 | 描述 |
|---|---|
ff02::1 | 本地网络段上的所有节点 |
ff02::2 | 本地网络段上的所有路由器 |
ff02::5 | OSPFv3 所有 SPF 路由器 |
ff02::9 | RIP 路由器 |
ff05::1:3 | 本地网络站点上的所有 DHCP 服务器 |
ff0x::fb | 多播 DNS |
ff0x::114 | 用于实验 |
IPv6 多播消息的保留前缀示例
IPv6 地址压缩
IPv6 允许压缩只有零的部分，将两个或更多连续的十六进制组替换为双冒号 (::)。例如，前面的地址压缩为 FE80::0202:FFFA:C4DD:7435。
然而，一个 IPv6 地址只能包含一个双冒号。这意味着，如果一个地址有两个或更多全为零的十六进制组，则压缩只能应用于其中一个。例如，地址 FE80:0000:0000:0000:0202:0000:0000:7435 压缩为 FE80::0202:0000:0000:7435。
IPv6 前导零压缩
一个十六进制组的最左侧（最重要的）位置如果有一个或多个零，则该组可以被压缩，去掉零。例如，十六进制组 00A7 会变成 A7，或者十六进制组 0000 会压缩为 0。地址 FE80::0202:0000:0000:7435 进一步压缩为 FE80::202:0:0:7435，这显示了两种压缩方法的应用。
IPv6 网络 ID
因为 IPv6 没有定义地址类别，所以地址的一个固定部分表示网络标识符。按照标准，IPv6 地址的前 64 位标识消息源或目的地的网络地址，但这可以有所变化。
单主机的网络有一个 128 位的网络 ID。IPv6 使用 CIDR 表示法来表示地址中的网络 ID。一个/64 的地址其前 64 位为网络地址。
IPv6 还保留了某些特定的位长度用于特殊目的。下表列出了其中的一些：
| 前缀 | CIDR 表示法 | 用途 |
|---|---|---|
:: | /96 | 兼容 IPv4 的地址 |
:: | /128 | 用于软件内部地址的未指定地址 |
::1 | /128 | 回环地址，指向本地主机，相当于 IPv4 的本地主机地址127.0.0.1 |
fc00:: | /7 | 一个唯一本地地址（ULA），仅在协调站点内部路由 |
fe80:: | /10 | 链路本地地址，仅在本地物理链路上有效 |
保留的 IPv6 地址和 CIDR 表示法
地址类别
IPv6 地址通常属于以下三种地址类别之一：
-
Unicast：一个 IPv6 单播地址标识单一目的地，带有该单播地址的数据包将发送到该地址。
-
Multicast：一个 IPv6 多播地址标识一组可能分布在多个网络中的节点。每个包含在多播地址中的节点都会接收该传输。
-
Anycast：一个带有 Anycast 地址的 IPv6 数据包只会发送到一组节点中的一个。接收节点通常是距离最短且最可用的节点。
下图展示了三种地址类别：
IPv6 地址类别
MAC 地址
IP 地址适用于局域网内部的地址分配，但实际上并不是内部通信所必需的。例如，以太网网络使用一种在 OSI 模型第 2 层（数据链路层）上运行的地址方案——MAC 地址，也叫数据链路控制（DLC）地址或物理地址。虽然这个号码更像是一个标识号码，但它的全球唯一性使其在局部网络中的地址分配中非常理想。
每个网络或通信设备的制造商，如网卡、交换机、调制解调器、路由器等，都将一个唯一的标识号码永久嵌入到他们生产的每一台设备中。制造商将这个号码嵌入到 ROM 或固件中，使其成为设备的一部分，永久存在。
一个 MAC/DLC 地址由 48 位组成，其十六进制值标识了制造商和设备。MAC/DLC 号码的前 24 位标识了制造商的组织唯一标识符（OUI）代码，由电气和电子工程师学会（IEEE）分配给生产商。
剩下的 24 位包含一个实质上是序列号的部分，该序列号对 OUI 是唯一的。OUI 和序列号的组合形成了一个唯一的标识号码。
例如，在笔记本电脑的网络适配器中有 MAC/DLC 地址5C-E0-C5-B6-B3-9A。这个数字的前三部分（5C-E0-C5）表示其制造商是英特尔公司（马来西亚）。将十六进制序列号转换为十进制得到值 11973530，不管这意味着什么。但是，这个独特的组合提供了一个不重复的值，第二层技术用作地址。
地址解析
当您拥有一种类型的地址，但需要另一种类型时，可以使用地址解析协议或服务。例如，当您拥有一个人的姓名和地址，但需要他或她的电话号码时。在这种情况下，地址解析方法是在电话目录中查找姓名和地址以找到您需要的号码。
在计算机网络上，有些设备或配置地址适合某些用途，但对其他用途则不适用。在以太网网络上，网络适配器的 MAC/DLC 地址足以进行网络内的通信。但是，发送到本地网络之外目的地的消息需要另一种级别的地址。
使用一个 OSI 层的地址来了解另一个 OSI 层上对应的地址称为地址解析。通常，这意味着将 MAC 地址解析为 IP 地址（或反之），或者将 Web 域名解析为 IP 地址。
执行地址解析的主要协议和网络服务，在本地网络上是地址解析协议（ARP），在公共网络上是域名系统（DNS）。
ARP
ARP 将 IPv4 地址（逻辑地址）转换为其对应的 MAC/DLC 地址（物理地址）。这使得从本地网络外部到达的消息能够转发到其目的地。ARP 是一个 OSI 第二层协议，通常是网络适配器的设备驱动程序的一部分。
需要路由的消息数据包不能使用 MAC 地址作为其源地址，必须使用 IP 地址。ARP 执行此查找，并提供相应的 IP 地址。
曾经有一个反向操作，逆地址解析（RARP），将 IP 解析为 MAC 地址。然而，这项服务现在是动态主机配置协议（DHCP）的一部分。
DNS
如果所有站点仅使用 IP 地址，互联网将变得更加复杂。记住所有数字 IP 地址，尤其是 IPv6 地址，将会很困难。为了解决这个潜在问题，我们使用域名和顶级域名设计符号的组合，例如packt.com，其中packt是域名，.com是顶级域名（TLD）标识。
DNS 搜索
域名标识了网络上的特定权威或自治领域。域名是唯一的，并且只分配给单个实体，尽管有些实体试图在拼写或发音上接近其他人的域名。熟悉的域名示例包括google、amazon、euronews和baidu。最受欢迎的顶级域包括.com、.net、.info、.gov和.edu。
在美国之外，许多域名还包括国家代码作为 TLD，例如.uk、.ca、.cn或.de。
DNS 搜索通常工作如下：
-
用户在浏览器的位置栏中输入网站的完全合格域名（FQDN），例如
www.packt.com，其中www是分配给packt.com的 Web 服务器的主机名。 -
浏览器检测到必须将 FQDN 解析为 IP 地址，并向其指定的 DNS 服务器发送查询。
-
DNS 服务器在其
.com条目中搜索packt，并将相应的 IP 地址（52.216.233.42）返回给浏览器。 -
然后，浏览器为所请求的页面向 IP 地址
52.216.233.42发出 HTTP 请求。
域后缀
默认的域后缀搜索列表允许一个或多个不合格的单一名称或标识词来启动 DNS 搜索。该列表包含应作为 IP 地址的 DNS 搜索一部分的域。
例如，如果generic.mysite.info是要解析的 FQDN，并且mysite.info搜索域包含其他主机名，如 normal、usual 或 occasional，使用搜索域后缀进行域搜索对用户更为方便。通过将mysite.info包含在域搜索列表中，用户只需输入主机名。同样，只需在地址栏中输入generic，浏览器就会在向 DNS 服务器发送请求之前将搜索域/域后缀附加到主机名。
域后缀搜索列表可能包含多个搜索域，每个域会生成一个向 DNS 服务器的单独请求。
Windows Internet 名称服务（WINS）
在 Windows 系统中，DNS 和 WINS 都可以解析设备和网络名称。但是，这两个服务有很大的不同。WINS 是一个仅在 Windows 系统上运行的 Microsoft 实用程序，而 DNS 是系统和平台无关的。
此外，在以下表中列出了几个其他区别：
| 特性 | DNS | WINS |
|---|---|---|
| IP 地址分配 | 静态 IP 地址 | 动态 IP 地址 |
| 名称解析 | 主机名到 IP 地址 | NetBIOS 名称到 IP 地址 |
| 数据库修改 | 复制整个数据库 | 增量修改 |
| TCP/IP 应用服务 | 支持所有服务 | 不支持 TCP/IP 服务 |
DNS 与 WINS 基本特性
在 Windows 操作系统的后续版本中，对 WINS 的改进导致了基于 TCP/IP 的 WINS，使其与 DNS 更兼容（以及 DNS 与 WINS）。传统的 WINS 仍在使用中，但正在逐渐消失。
端口和协议
另一种网络寻址方式使用传输层端口来指定特定网络数据包要发送到的端点。端口一词可以指以下任意一种：
-
一个硬件连接点，例如交换机或路由器上的 RJ-45 连接插孔。
-
一个定义的软件结构，它与 IP 地址一起建立一个 套接字，即处理传入数据包的软件的完整地址。
我们这里使用的是第二种定义。
数据通过网络以 协议数据单元 (PDU) 形式传输。在 OSI 模型的不同层次，PDU 被赋予不同的名称——例如，在网络层上，PDU 被称为 数据包，在数据链路层，它被称为 帧。
在传输层，PDU 有两个名称——段（TCP 协议）和数据报（UDP 协议）。这一点的要旨在于端口与 TCP 和 UDP 相关联，并与每个协议的段和数据报有关。
知名端口
IANA 可分配的端口号范围从 0 到 65535。其中，端口 0 到 1023 是知名端口。知名端口是指在私有网络或公共互联网中存在的服务或协议，且是常见的基于服务器的应用程序。
如下表所示，每种协议/端口组合都与一个数字端口相关联：
| 协议 | TCP 端口号 | UDP 端口号 |
|---|---|---|
| 域名系统 (DNS) | 53 | 53 |
| 动态主机配置协议 (DHCP) | 67 和 68 | |
| 文件传输协议 (FTP) | 20 和 21 | |
| FTP over TLS/SSL (FTPS) | 989/990 | 989/990 |
| HTTP over TLS/SSL (HTTPS) | 443 | |
| 超文本传输协议 (HTTP) | 80 | |
| 互联网邮件访问协议 v4 (IMAP4) | 143 | 143 |
| 轻量级数据访问协议 (LDAP) | 389 | 389 |
| 网络时间协议 (NTP) | 123 | |
| 邮局协议 3 (POP3) | 110 | |
| 安全 FTP (SFTP) | ||
| 安全外壳 (SSH) / 安全复制 (SCP) / 安全 FTP (SFTP) | 22 | 22 |
| 简单邮件传输协议 (SMTP) | 25 | 25 |
| 简单网络管理协议 (SNMP) | 161 | 161 |
| Telnet | 23 | 23 |
知名的 TCP/UDP 端口
端口号附加在地址的末尾，指定了处理软件、协议或服务。例如，将一个段定向到 10.0.0.20:80 表示它是一个 HTTP 消息。IP 地址与端口号的组合创建了一个套接字。
注册端口
接下来的端口号范围是 1024 到 49151 的注册端口，这些是个人和公司可以注册用于特定软件包或应用程序的端口号。
在 Server+ 考试中，你可能会遇到以下两个注册端口：
| 协议 | TCP 端口号 | UDP 端口号 |
|---|---|---|
| LDAP—AD | 3268 | 3268 |
| 远程桌面协议 (RDP) | 3389 | 3389 |
Server+考试注册的 TCP/UDP 端口
最后一组端口号，从 49152 到 65535，是动态（或私有）端口。IANA 不注册这些端口号；它们可供公众一般使用，主要用于内部目的。
总结
在本章中，我们讨论了 IPv4 地址是 32 位，分为四个八位字节，采用点十进制格式表示。一个八位字节可以保存从 0 到 255 的值。
我们讨论了 IPv4 地址如何具有 A、B、C、D 和 E 等地址类别。私有地址用于局域网。每个 IPv4 地址类别都有一个标准子网掩码来标识其网络 ID：A 类——8 位；B 类——16 位；C 类——24 位。NAT 设备用公共地址来掩码私有地址，而 PAT 则对私有地址应用端口号。
接下来，我们讨论了节点尝试同时传输时如何发生碰撞。广播消息的影响在较小的网络中减少。CSMA/CD 检测碰撞，并使发生碰撞的节点的重传错开。无线网络使用 CSMA/CA 来避免碰撞。常见的广播有启动和地址解析。CIDR 表示 IPv4 地址的网络 ID 中包含的位数。
接着，我们讨论了子网，它是一个更大网络的逻辑分段。子网划分通过更改子网掩码来提供额外的子网 ID。子网地址范围内的第一个地址是它的网络地址。子网的广播地址是它地址范围内的最后一个地址。
接下来，我们讨论了 IPv6。这将地址长度增加到 128 位，分为八个 16 位块，称为 hextets。前 64 位标识网络 ID。IPv6 地址可以是单播、组播或任播。以太网网络使用 MAC/DLC 地址来识别制造商和设备。前 24 位是 OUI；剩余 24 位是序列号。
我们继续研究了执行地址解析的协议和网络服务，分别是 ARP、WINS 和 DNS。ARP 将 IP 地址转换为相应的 MAC 地址，WINS 将 NetBIOS 名称转换为 MAC 地址，DNS 将 FQDN 转换为 IP 地址。
最后，我们讨论了端口——这些是软件定义的标识符，与 IP 地址结合使用，以标识套接字，指定处理传入数据包的软件。端口号范围从0到65535。端口0到1023是知名端口。
问题
-
以下哪个最能描述 IPv4 地址？
-
无类
-
五个 32 位的类别，分布在四个八位字节中
-
八个 16 位块中的 128 位
-
网络标识符具有固定大小
-
-
哪个 IPv4 地址类别使用 16 位来标识地址的网络部分？
-
A 类
-
B 类
-
C 类
-
D 类
-
IPv4 是无类的
-
-
哪个网络服务为内部网络节点提供别名公共地址，而这些节点具有私有局域网地址？
-
DHCP
-
DNS
-
WINS
-
NAT
-
-
在下图显示的子网中，红色虚线包含了以下哪一部分？
-
广播域
-
IPv4
-
碰撞域
-
IPv6
-
-
有线以太网网络使用哪种技术来管理消息碰撞？
-
CSMA/CA
-
TCP/IP
-
CSMA/CD
-
NAT
-
-
以下哪项可能是子网的广播地址？
-
10.0.0.0 -
192.168.32.10 -
201.255.255.255 -
168.92.15.0
-
-
以下哪项是 CIDR 表示法的示例？
-
2020::15AD:0:25FF -
201.110.25.16/24 -
10.0.0.0 -
198.168.32.10:80
-
-
双冒号插入 IPv6 地址中意味着什么？
-
它掩码了一个或多个不用于路由的部分
-
它掩码了包含所有零的一个或多个部分
-
它掩码了包含 FFFF16 的一个或多个部分
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它表示一个 TCP/UDP 端口号
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以下哪项不是 IPv6 地址类别？
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多播
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单播
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任播
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广播
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以下哪项是公认的 TCP/UDP 端口号范围？
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0到65535 -
1024到49151 -
0到1023 -
49152到65535
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