1 网络基础知识

1.1 网络的网络

网络把主机连接起来,而互联网是把多种不同的网络连接起来,因此互联网是网络的网络。

1.2 协议

协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时实现达成的一种“约定”。

分组交换协议:

分组交换是指将大数据分割为一个个叫做包(Packet)的较小单位进行传输的方法。

每个分组都有首部和尾部,包含了源地址和目的地址等控制信息,在同一个传输线路上同时传输多个分组互相不会影响,因此在同一条传输线路上允许同时传输多个分组,也就是说分组交换不需要占用传输线路。

在一个邮局通信系统中,邮局收到一份邮件之后,先存储下来,然后把相同目的地的邮件一起转发到下一个目的地,这个过程就是存储转发过程,分组交换也使用了存储转发过程。

发送端地址、接收端地址以及分组序号写入的部分称为报文首部。通信协议中,通常会规定报文首部应该写入那些信息、如何处理这些信息。相互通信的每一台计算机则根据协议构造报文首部、读取内容首部等。

 

1.3 计算机网络体系结构

(1)五层协议

  • 应用层 :为特定应用程序提供数据传输服务并规定应用程序中通信的相关细节,例如 HTTP、DNS 等协议。数据单位为报文

  • 传输层 :为进程提供通用数据传输服务。由于应用层协议很多,定义通用的传输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。运输层包括两种协议:传输控制协议 TCP,提供面向连接、可靠的数据传                 输服务,数据单位为报文段;用户数据报协议 UDP,提供无连接、尽最大努力的数据传输服务,数据单位为用户数据报。TCP 主要提供完整性服务,UDP 主要提供及时性服务。

  • 网络层 :为主机提供数据传输服务。而传输层协议是为主机中的进程提供数据传输服务。网络层把传输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分组

  • 数据链路层 :网络层针对的还是主机之间的数据传输服务,而主机之间可以有很多链路,链路层协议就是为同一链路的主机提供数据传输服务。数据链路层把网络层传下来的分组封装成

  • 物理层 :考虑的是怎样在传输媒体上传输数据0、1比特流,而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异,使数据链路层感觉不到这些差异。

(2)OSI七层协议

其中表示层和会话层用途如下:

  • 表示层 :数据压缩、加密以及数据描述,也就是说它主要负责数据格式的转换,这使得应用程序不必关心在各台主机中数据内部格式不同的问题。

  • 会话层 :建立及管理会话。

五层协议没有表示层和会话层,而是将这些功能留给应用程序开发者处理。

(3)TCP/IP的四层协议

它只有四层,相当于五层协议中数据链路层和物理层合并为网络接口层。

TCP/IP 体系结构不严格遵循 OSI 分层概念,应用层可能会直接使用 IP 层或者网络接口层。

TCP/IP 协议族是一种沙漏形状,中间小两边大,IP 协议在其中占据举足轻重的地位。

1.4 传输方式的分类

1.4.1 面向连接型与面向无连接型

面向有连接型中,在发送数据之前,需要在收发主机之间建立一条通信线路。因此,在面向有连接的情况下,必须在通信传输前后,专门进行建立和断开连接的处理,例如平常打电话,只有对端拿起电话才能真正通话,电话扣上就结束通话。

面向无连接型则不需要建立和断开连接。发送端可于任何时候自由发送数据。接收端也永远不会知道自己会何时从哪儿接收到数据,例如邮局寄包裹。

1.4.2 电路交换与分组交换

电路交换用于电话通信系统,两个用户要通信之前需要建立一条专用的物理链路,并且在整个通信过程中始终占用该链路。由于通信的过程中不可能一直在使用传输线路,因此电路交换对线路的利用率很低,往往不到 10%。

在分组交换中,每个分组都有首部和尾部,包含了源地址和目的地址等控制信息,在同一个传输线路上同时传输多个分组互相不会影响,因此在同一条传输线路上允许同时传输多个分组,也就是说分组交换不需要占用传输线路。

在一个邮局通信系统中,邮局收到一份邮件之后,先存储下来,然后把相同目的地的邮件一起转发到下一个目的地,这个过程就是存储转发过程,分组交换也使用了存储转发过程。

1.4.3 根据接收端数量分类

单播:一对一通信,例如早期的固话。

广播:将消息从一台主机发送给与之相连的所有其他主机,例如电视播放。

多播:与广播相似,也是将消息发给多个接收主机。不同之处在于多播要限定某一组主机作为接收端。,例如电视会议。

任播:指在特定的多台主机中选出一台最符合网络条件的主机作为目标主机发送信息。

1.5 地址

1.5.1 地址唯一性

一个地址必须明确的表示一个主题对象。在同一个通信网络中不允许有两个相同地址的通信主体存在。这就是地址的唯一性。

1.5.2 地址的层次性

地址除了要具有唯一性以外还需要具有层次性,这样才能高效的从众多地址中找出通信的目标地址,例如电话号码包含国家区号和国内区号,又如通信地址包含国名、省名、市名、区名等。

其中,MAC地址由设备的制造商针对每块网卡进行分别指定,我们可以通过制造商识别号、制造商内部产品编号以及产品通用编号确保MAC地址的唯一性。然而无法确定这个网卡用到了什么地方,故不具有层次性。而IP地址由网络号和主机号两部分组成。即使通信主体的IP地址不同,若主机号不同,网络号相同,也能说明它们处于同一个网段,所以IP地址具有层次性。

所以,虽然MAC地址是真正负责最终通信的地址,但在实际寻址过程中,IP地址必不可少。

1.6 网络的构成要素

1.6.1 网卡

任何一台计算机连接网络时,必须要使用网卡(网络接口卡 NIC)。有时也叫做网络适配卡、LAN卡。

1.6.2 中继器

中继器(Repeater)是在OSI模型的第1层----物理层面上延长网络的设备。

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。

中继器并不负责判断数据是否有误。虽然可以完成不同媒介之间的转接工作,但是不能在传输速度不同的媒介之间转发。

1.6.4 网桥/二层交换机

 

 

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