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第一章 网络基础知识

计算机网络出现的背景

从单独使用的独立模式到计算机连接起来的网络互连模式。

计算机网络规模可分为WAN(wide Area Network, 广域网)和LAN(Local Area Network, 局域网)

计算机网络发展的7个阶段

  • 批处理
    • 将程序和数据装入卡带或者磁盘,由计算机按照一定顺序读取,一并批量处理。
  • 分时系统
    • 多个终端访问同一主机,但是这不是计算机与计算机之间相连。
  • 计算机之间的通信
    • 计算机与计算机之间由通信线路连接
  • 计算机网络的产生
    • 开始实验基于分组交换的计算机网络
  • 互联网的普及
  • 以互联网技术为中心的时代
  • 从“单纯建立连接”到“安全建立连接”

协议

两个人进行对话:

  • 汉语和英语就是“协议”
  • 聊天就是“通信”
  • 说话的内容就是“数据”
分组交换协议

将一大块数据分块,加上首部,发送给目标主机,目标主机删除首部后重新拼接成一大块数据。

协议由谁规定

协议分层与OSI参考模型

什么是分层:

用手机和父母打电话,就是一个分层,你的下一层是手机,手机再通过协议传输到另一个手机上面,手机的上一层就是你的父母

OSI参考模型
7应用层针对特定应用的协议
6表示层设备固有数据格式和网络标准数据的转换
5会话层通讯管理,负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)。管理传输层以下的分层
4传输层管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输(确保数据被可靠地传送到目标地址)
3网络层地址管理和路由选择
2数据链路层互联设备之间的识别数据帧
1物理层以“0”、“1”代表电压的高低、灯管的闪灭。界定连接器和网线的规格

OSI参考模型用协议定义了每一层的作用,协议是约定具体内容的规范

OSI参考模型通信处理举例

七层通信自上而下的传出,经过路由器的三层(物理层、数据链路层、网络层)后自下而上的传入。

传输方式的分类

面向有连接型

在发送数据之前,需要在收发主机之间连接一条通信线路。

在通信前后要专门进行建立和断开连接的处理

面向无连接型

不要求建立和断开连接,但是也不能保证接收端是否收到了数据。

电路交换与分组交换

电路交换因为通过两个交换机之间的电路交换数据,所以受限与之间电路的数量,故而同时通信的用户数量有上限

而分组交换中,路由器与路由器之间通常只有一条线路,这是一条共享线路,路由器两端的用户都可以使用,线路中通过队列进行缓存。(但是因为路由器的缓存饱和或者溢出的时候,救出发生分组数据丢失、无法发送到对端的情况)

单播、广播、多播、任博

单播:一对一通信

广播:一对多通信,但限同一个数据链路中的全部

多播:一对多通信,但限同一个数据链路中的部分

任博:一对一通信,但可以在同一个数据链路中任选通信

地址

地址的唯一性

单播中是唯一的寻找,但是广播或者多播的对象都有共同的特征,所以他们也是唯一的。

地址的层次性

想要高效寻找一个地址,遍历就很难高效,所以将地址分层(通过特征)

例如:想要寻找A-b-1的地址,先找A,再找b,后找1。这样就能快速定位。

注意:这里的地址不是MAC地址,而是IP地址。

网络的构成要素

设备作用
网卡使计算机联网的设备
中继器(Repeater)从物理层上延长网络的设备
网桥(Bridge)/2层交换机从数据链路层上延长网络的设备
路由器(Router)/3层交换机通过网络层转发分组数据的设备
4~7层交换机处理传输层以上各层网络传输的设备
网关(Gateway)转换协议的设备
通信媒介与数据链路

就是电缆

数据阐述过程中,两个设备之间数据流动的物理速度称为数据速率。单位为dps(Bits Per Second, 每秒比特数),又称为带宽,越大传输能力越强。

网卡

网络接口卡(NIC)也叫网络适配器,网卡,LAN卡

没有网卡的设备上不了网

  • 将电脑的数据封装成帧,通过通信媒介将数据发送到网络上
  • 接受网络其他设备发送的帧,将其重新组合成数据,发送到当前电脑上
中继器
  • 中继器是对减弱的信号进行放大和发送的设备
  • 中继器通过物理层的连接延长网络
  • 即使在数据链路层出现某些错误,中继器仍能转发数据
  • 中继器无法改变传输速度

在物理层上延长网络的设备,由电缆传过来的电信号或光信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆,当然放大不是无限的。

有的中继器可以提供多个端口服务,这种中继器被称为中继集线器或集线器。集线器的每个端口都可以成为一个中继器。

网桥/2层交换机
  • 网桥根据数据帧的内容转发数据给相邻的网络
  • 网桥没有连接网段个数的限制
  • 网桥基本上只用于连接相同类型的网络,当然传输速率不同也不是不可以

网桥通过物理地址(MAC地址)进行处理

能够是被数据链路层中的数据帧,并将这些数据帧临时存储与内存,在重新生成信号作为一个全新的帧转发给相邻的另一个网段。

数据链路的数据帧中有一个数据位叫做FCS,用以校验数据是否正常送达目的地。

网桥的产生就是为了解决第二层的所有功能。

网桥能通过地址自学机制和过滤功能控制网络流量。

有些网桥能够判断是否将数据报文转发给相邻的网段,这种网桥被称为自学式网桥。这种网桥能够记住曾经通过自己转发的所有数据帧的MAC地址并保存到自己的内存表中。

交换集线器(Hub)也是网桥的一种,交换集线器中连接电缆的每个端口都能提供类似网桥的功能。

工作流程:

  • 接受到数据包的时候,先读取源MAC信息,知道源MAC地址是连接在哪个接口上的
  • 读取目的MAC信息,并在自己的地址表进行查询,如果有对应端口,就通过这个端口发出去
  • 如果没有,会将数据发送到所有的端口上,当目的计算机回应时就会打表储存
路由器/3层交换机
  • 路由器是连接网络与网络的设备
  • 可以将分组报文发送给另一个目标路由器地址
  • 基本上可以连接任意两个数据链路

路由器通过IP地址进行处理

路由器在网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备

路由器可以连接两个不同的数据链路,例如一个以太网一个FDDI,家中的宽带路由器是路由器的一种

路由器还可以分担网络负荷,甚至有的路由器具备一定的网络安全功能

4 ~ 7层交换机

负责处理OSI模型从传输层到应用层的数据

例如带宽控制与广域网加速、特殊应用访问加速、防火墙等等的应用

网关

负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备

与4~7层交换机一样都对数据进行转换,但是网关是在两个不能进行直接通信的协议之间进行翻译,实现二者之间 的通信

现代网络实态

核心网(骨干网)->边缘网络(功能路由器,3层交换机)->接入层(汇聚层)

两个地点之间无论走那条路,认为物理路线虽然不同,但是认为逻辑路线是相同的

互联网通信

一般家庭或者公司想要使用互联网,都会汇集到接入层

移动通信

手机终端会连入终端,终端传入基站,基站进入交换机交换机将声音与数据分开,分别进入相应的主干网

从信息发布者的角度看网络

如果一个数据被多次访问,可以托管主机服务,为减少访问延迟。这就是数据中心

虚拟化和云

用软件模拟硬件,在有必要增减硬件的时候用软件实现按需分配、按比例分配




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