计算机网络——从物理层到应用层

网络是互联网的核心,没有网络的互联网就像没有路的城市,只能在自己独里的环境工作,无法彼此联系。

互联网的实现,分成好几层。每一层都有自己的功能,就像建筑物一样,每一层都靠下一层支持。

用户接触到的,只是最上面的一层,根本没有感觉到下面的层。要理解互联网,必须从最下层开始,自下而上理解每一层的功能。

如何分层有不同的模型,有的模型分七层,有的分四层。在此我们用五层模型进行解释。分别是,实体层链路层网络层传输层应用层

我们从下往上介绍:

实体层

又叫物理层。物理层的主要作用就是负责传输代表0/1的电信号,以及尽可能的屏蔽传输媒体和通信手段的差异。

实体层偏硬件设施
包含用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式把N台电脑连接起来的物理手段。

在五层模型中,只有物理层是真正意义上实现了直接通信的,其余部分都只是逻辑上实现直接通信(为了方便理解,屏蔽掉下层的通信)。一个数据通信系统可以分三大部分:源系统、传输系统、目的系统

其中源系统一般包括两个部分:

源点:主要负责产生要传输的数据。例如将键盘输入的汉字转化为数字比特流。

发送器:源点产生的比特流经过发送器编码后才能在传输系统中进行传输,典型的发送器就是调制器。

目的系统也包括两个部分:

接受器:接受传输系统传输过来的信号,并将其转换为能被目的系统处理的信息。例如解调器。

终点:从接收器获取传输过来的比特流,并将其输入,例如转为汉字显示在屏幕上。

信号分为两大类:

模拟信号,又称连续信号;

数字信号,又称离散信号;

信道:一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接受信道。可分为以下三种:

单向通信:又称单工通信,只能有一个方向的通信。

双向交替通信:又称半双工通信,双方都可以发送信息,但是不能同时发送。比如一方发送一方接受,一段时间后再反过来。

全双工通信:双方可以同时发送和接受信息。

链路层

链路是是一段物理线路,数据链路层是把实现某些协议的硬件和软件加到链路层上的结果。

链路层的主要功能是确定了0和1传播时的组合方式。

数据链路层的三个基本问题:封装成帧、透明传输、差错检测

封装成帧

发送方首先把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧,再通过物理层发送到链路;

我们可以根据帧的首部和尾部的标记,可以从比特流中识别出一个帧。

接收方在数据链路层中将帧取出,并上抛给网络层。

透明传输

帧的开始和结束的标记使用专门的控制字符,我们输入的字符数据部分显然不会出现这样的控制字符,所以我们输入的东西都可以通过这样的帧传输,成为透明传输。

差错检测

比特在传输过程中会出现差错,这就叫做比特差错,最广泛的检测方法是循环亢余检测。

MAC地址

信息的发送是建立在MAC地址之上的,MAC地址是每台电脑的独一无二的标识符,也叫做网卡地址,发送者通过接受者的网卡信息正确地发送信息。

网络层

网络层主要用于区分不同的计算机是否属于同一个子网络,若不属于同一个子网络,则需要通过网关转发的形式来发送数据

IP协议

IP协议规定
每台计算机都有一个属于自己的网络地址,也叫ip地址,由32个2进制位组成,或4段十进制位,如192.168.1.101

子网掩码

IP地址的前面不确定个代表了此主机所在的网络,省下的代表主机名,为了确定该主机所在的网络,引入了子网掩码,子网掩码对应IP地址,网络部分全为1,主机部分为0,通过IP地址与子网掩码的与操作之后是否相同,进而判断多台主机是否处于同一个网络之中。

关于数据报、分组、MAC帧的联系

当数据报太大的时候,被分为多个分组,每个分组的首部都存储着源地址和目的地址(IP地址)

当IP数据报下传到数据链路层时,数据链路层会为其加上首部和尾部,其中首部也包含源地址和目的地址(MAC地址)

传输层

传输层对上为应用层提供通信服务,也为相互通信的应用进程提供逻辑通信。

IP协议把分组送到目的主机,但是只是停留在主机的网络层,而不是主机中的应用进程。

运输层的主要作用就是让网络层的分组通过端口进入到应用程序的进程当中。主要有TCP/UDP协议(见TCP/IP详解)。

端口:传输层的一个面向网络层的接口(可以理解为一个门,有很多个这样的门牌号不同的门)客户发起通信请求时必须知道对方的IP地址和端口号

套接字:TCP协议使用的连接点。套接字=IP地址+端口号。

应用层

主要内容有:

域名系统DNS、ftp协议、Http协议

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