网络基础知识

时间：2024-07-09 07:09:42

文章目录

  • 网络基础
    • 网络基础概念
    • 网络协议
      • OSI
      • TCP/IP协议
    • 网络和系统的关系
  • 数据传输的过程
    • 数据报的封装和分用
  • IP和MAC

网络基础

刚开始计算机之间是相互独立的，但是由于我们人之间时需要合作需要交流的，也就意味着机器也需要沟通和交流，然后就有把多台计算机连接在一起, 完成数据共享;在随着计算机数量的增多，就需要通过交换机和路由器连接在一起，从此网络就发展起来了。

网络基础概念

局域网LAN: 通过交换机和路由器把计算机连接在一起。
广域网WAN: 将远隔千里的计算机都连在一起。
局域网 和 广域网只是一个相对的概念。

在这里插入图片描述

我们的计算机内部其实也是一个网络结构，不如输入设备和内存之间也是需要通信的，但是因为在一个机器内部，距离是比较短的，所以就算出现什么特殊情况也是很好处理的，现在的网络通信与计算机内部的唯一的区别就是距离变长了，距离变长就会引发一系列问题：

  1. 丢包了怎么办？
  2. 目标机器的定位问题？
  3. 如何让我们的报文，在经历了无数个设备之后还能准确的把数据交给远端的机器？
    要解决这么多的问题，要靠协议。协议的本质就是一种约定。

网络协议

计算机之间的传输媒介是光信号和电信号. 通过 “频率” 和 “强弱” 来表示 0 和 1 这样的信息. 要想传递各种不同的信息, 就需要约定好双方的数据格式。

计算机生产厂商有很多;计算机操作系统, 也有很多;计算机网络硬件设备, 还是有很多;网络要保证各种不同的机器都能无障碍的接入网络，就需要有人站出来, 约定一个共同的标准,大家都来遵守, 这就是网络协议.

网络通信的问题
由于两台主机之间的距离变得很长，并且中间经过的设备很多，所以就会引发一系列新的问题：

  1. 怎么保证把数据交给下一跳主机？
  2. 在转发的过程中，如何进行路径的选择以及目标主机定位的问题？
  3. 如果报文在传输的过程中出现错误或者丢失怎么办？
  4. 递达的数据还要解决如何使用的问题

每一个问题都会有对应的协议来解决，协议有很多。

网络的解决方案

OSI

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，
是一个逻辑上的定义和规范;
把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;
OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输;
它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整. 通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯;但是, 它既复杂又不实用;

TCP/IP协议

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇.TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

在这里插入图片描述

  1. 物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub)工作在物理层.
  2. 数据链路层: 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.
  3. 网络层: 负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.
  4. 传输层: 负责两台主机之间的数据传输. 如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机.
  5. 应用层: 负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 网络编程主要就是针对应用层.

因为物理层我们一般不怎么考虑，因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。

除了物理层以外，其余的4层就对于了我们遇到的4个问题。
在这里插入图片描述
这种结构也称为网络协议栈。

可以看到网络是通过自己的层状结构进行分层每一层解决不同的问题，其实在软件上，绝大部分的解决方案也是层状的。这样的结构可以完成软件的解耦合，非常方便对软件的维护(更新、替换、优化)。

网络和系统的关系

我们会发现系统和网路都是层状结构的，它们看似没有关系，实际上关系非常密切。它们的层次之间实际上是意一一对应的。
在这里插入图片描述
系统可能存在Windows，Linux，MacOs等多种多样的区别，但是因为网络是同一套协议，所以它们的网络接口一定是大同小异的。

在局域网中，不同的主机可以直接通信吗？
答案是可以的，它们可以直接通过Mac地址进行广播，对于不是发给自己的直接丢弃，是发给自己的就进行解包，但是局域网中通知只允许一台主机在局域网中发消息，如果多台主机同时进行发送消息，就会发生消息碰撞，这就是一个碰撞域，所以局域网本身就是一个临界资源，碰撞避免和检测重发就是进行互斥访问。每一个网卡都有一个mac地址，Linux中可以通过ifconfig来查看。
在这里插入图片描述

数据传输的过程

两台TCP通信的过程如下：
在这里插入图片描述
不同层和不同层直接是不访问的，在通信过程中两边对应的层互相传递信息，以达成通信的目的。因为每个层之间的协议是不一样的，无法通信。

跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器.

在这里插入图片描述

数据报的封装和分用

不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报 (datagram),在链路层叫做帧(frame).
应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装。
首部信息中包含了一些类似于首部有多长, 载荷(payload)有多长, 上层协议是什么等信息.
数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部, 根据首部中的 “上层协议字段” 将数据交给对应的上层协议处理。

封装过程：
在这里插入图片描述

分用过程：
在这里插入图片描述

IP和MAC

P地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;
对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;
IP地址主要用来路径的选择，在整个路由的过程中，基本上是一直不变的。

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址)。
MAC地址是用来区别上一跳从哪来，下一跳到哪去的，在整个路由的过程中会一直变化。

相关文章