日常生活场景中的网络初级知识

场景一
两台电脑之间传输数据
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平时我们再使用电脑的时候,向发送的文件,是一件很简单的操作,但你知道这背后的逻辑原理吗?

先为大家介绍相关的模型和协议,OSI开放式系统互联参考模型
模型分为七层,分别为:

应用层:更加方便的应用从网络中接收到的数据。需关注的协议:http协议。
表示层:解决不同系统之间的通信语法问题。
会话层:应用程序设备的会话区域,提供会话层地址,为应用程序设定规则。
传输层:解决了主机间的数据传输,数据间的传输可以是不同网络的,同时传输层解决了传输质量的问题。需要关注的协议:TCP/UDP
网络层:将网络地址翻译成对应的物理地址,并决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层同故宫综合考虑发送优先级,网络拥塞程度,服务质量,可自动选择从节点A到节点B的最佳路径。存在的硬件设备:路由器。需关注的协议:IP。
数据链路层:在传输比特流的时候会出现错峰、传输不完整的情况,数据链路层就可以提供错误检测和纠正,以确保数据传输的可靠性。存在的硬件设备:交换机。
物理层:将比特流转化为电流强弱来传输,在到达目的地后转化为0101的字节码。存在的硬件设备:网卡
TCP/IP协议
传输控制协议/网际协议(TCP/IP)是指能够在多个不同网络间时间信息传输的协议。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP和IP两个协议,而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议,只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性,所以被称为TCP/IP协议。
文件传输协议(FTP)是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议,它工作在OSI模型的第七层,TCP模型的第四层,及应用层,使用TCP传输而不是UDP,客户在和服务器建立连接前要经过一个“三次握手”的过程,保证客户与服务器之间的连接时是可靠的,而且时面向连接,为数据传输提供可靠保证。
传输控制协议(TCP)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
用户数据报协议(UDP)是Internet协议集支持一个无连接的传输协议,该协议被称为UDP为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的IP数据包的方法。
TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。OSI模型共有七层,从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。这显然是有些复杂的,所以在TCP/IP协议中,它们被简化为了四个层次。
(1)应用层、表示层、会话层三个层次提供的服务相差不是很大,所以在TCP/IP协议中,它们被合并为应用层一个层次。
(2)由于运输车和网络层在网络协议中的地位十分重要,所以在TCP/IP协议中它们被作为独立的两个层次。
(3)因为数据链路层和物理层的内容相差不多,所以在TCP/IP协议中它们被归并在网络接口层一个层次里。只有四层体系结构的TCP/IP协议,与由七层体系结构的OSI相比要简单了不少,也正是这样,TCP/IP协议在实际的应用中效率更高,成本更低。
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在OSI开放式系统互联参考模型,上三层为应用程序加工处理数据,下四层负责数据的传输。例如,在A电脑向B电脑发送一张图片时,上三层就负责将图片转化为二进制表示,下四层负责将数据从A电脑传输到B电脑。将数据从高层向低层加工的过程,过程中数据将不断变大,并为数据加头部,这一过程称之为封装。反之,解封装就是数据从低层向高层的一个读取过程,期间数据将不断变小。
这里有一个小问题,图示网络在理论上可以无限扩大吗?
答案肯定是不可以的,网线的本质还是一条电线,电流在传输的途中是会衰减的。既然这样我们可不可以在电流传输途中加一个增压装置,因此人们发明了中继器(放大器)。但是在信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差,这种现象叫失真。所以图示网络无法在理论上实现无限传输。
场景二
多电脑之间的数据传输
首先介绍计算机网络常见的几种连接方式
1.直线型拓扑
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直线型拓:扑需要的电缆数量少,线缆长度短,易于布线和维护,但如果中间一个出现问题整个网络就会瘫痪。
2.环型拓扑
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环形拓扑:相比于直线型,环形多了一条网络路径,但也没有好到哪里去。
3.星型拓扑
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星型拓扑:星型拓扑不会因为一个结点损坏而影响其他结点的传输。
星型拓扑是最为常见的一种网络拓扑结构。因此我们选用星型拓扑网络。图中中间的设备名为交换机。那它应该具有什么功能呢?

1.提供了大量可供线缆连接的端口,并具有网桥、集线器和中继器的功能
2.完全没有冲突,所有节点可以同时收发数据,交换机可以将比特流转化为二进制的数据,存储在内存中,所有就不会存在冲突的问题,不会出现数据流丢失的情况。
3.识别记录MAC地址,MAC地址就是电脑的身份证,出厂烧录,全球唯一,以16进制显示。交换机可以识别电脑的MAC地址。当数据帧进入交换机时,交换机先查看数据中源MAC地址,然后将其与对应的接口进行映射记录(MAC地址表);之后查看数据中的目标MAC,再查下本地的MAC地址表,找到对应的接口;若找到记录 ,就仅向该接口转发(单播);若没有记录将洪泛该流量。

洪泛:流量从本地的进入接口外,其他所有接口复制一份

例如A电脑要向B电脑发送数据时,需要先向告诉路由器你的MAC地址,路由器先会把你的MAC地址记录下来,然后把B电脑的MAC告诉A电脑,路由器再将数据帧传给B电脑。若交换机也不知道B电脑的MAC,交换机就会给除了消息源的每个电脑发消息,“问你的B电脑吗”,消息B听到了就会给路由器回应,“我是B,我是B”,并告诉交换机自己的MAC,交换机再将B的MAC告诉A并做记录到表中。

现在我们考虑之前的问题—图示网络在理论上可以无限扩大吗?
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答:是可以的,一个交换机连一个交换机就可以实现理论上的无限扩大,但在实际中这种网络在到达一定程度后会变很卡。当一个网络达到一定规模后,难免就会发生多次洪泛,洪泛的区域就称之为洪泛区间,而洪泛除了对目标电脑外都是“垃圾”,就好比你每次出门都要先处理完门口的垃圾,很令人头疼。要想继续扩大网络就需要一个设备来隔绝两个不同的洪泛范围,路由器也就应运而生。

那路由器是如何做到的呢?

要理解路由器的工作原理,就必须了解一个重要的协议 —网际互连协议(IP),IP是整个TCP/IP协议族的核心,也是构成互联网的基础。其中IP地址是用来识别网络上的设备,IP地址是由网络地址与主机地址两部分所组成。例如 192.168.1.1 就是一个IPv4地址,IPV4地址由32位二进制构成,与IP地址有着密切关系的是子网掩码。用来指明一个IP地址的网络地址和主机地址。例如,IP地址:192.168.1.1;子网掩码:255.255.255.0,说明该IP的前24位是网络位,后8位是主机位。在同一个网络位下的IP地址属于一个洪泛范围,也称为一个广播域。
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左边电脑和右边的电脑处于两个不同的广播域,路由器是两个广播域的边界。若设置路由器左端的网关位192.168.1.0,右端网关位192.168.2.0.此时若左端的电脑想与IP为192.168.2.2的电脑建立通讯,路由器可以让数据包通过,但要想与IP为192.168.3.2的电脑建立通讯,数据包是无法通过的,路由器也承担着网络关卡的作用。
场景三
上网冲浪
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上网冲浪已成为大多数人每日必做的事,但知道其背后的逻辑吗?

老规矩还是要先了解相关的协议和服务----超文本传输协议(HTTP协议),域名解析服务(DNS )

HTTP是一个简单的请求-响应协议,它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应。
域名解析服务(DNS )是将域名转换为IP地址的服务。
当我们访问淘宝的时候,输入www.taobao.com,点击回车,进入后就可以买买买了。访问淘宝就是访问一个服务器,服务器是超高配的电脑,拥有某种专用操作系统,提供某种服务。每个服务器都有专属的IP地址,访问服务器也就是访问一个IP地址。DNS的作用就是将www.taobao.com转换为相对应的IP地址。

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