一、网络基础架构
1.电脑
(一个单独的计算机所拥有的层:应用层 表示层 介质访问控制层 物理层)
世界上第一台通用计算机“ENIAC”于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生。
2.OSI七层参考模型(开放式系统互连)---核心思想:分层
(1)应用层
(人机交互---抽象语言的键入和输出) 抽象语言--->编码
(2)表示层
(表示层之下一定是二进制) 编码--->二进制
(3)会话层
应用程序内部地址,区分程序内的各个终端(会话)
上三层和应用程序有关,应用程序处理层面---->统称为应用层
(4)传输层
提供端口号,对数据进行分段(受MTU控制) ,实现端到端,应用到应用之间的传输。由TCP/UDP实现。
(端口号由16位二进制构成,0-65535.---一般不用0作为传输层的端口号,1-1023为注明端口号)
<1> MTU:最大传输单元---默认1500字节
<2> 端口号:0-65535
0-1023---注明端口 1024-65535---高端口(动态端口)
注明端口默认用于固定对应服务器的服务端口;高端口用于随机对应终端上的各个进程
<3> TCP:传输控制协议---面向连接的可靠传输协议 (完成传输层的基本工作之上,还需进一步保障传输的可靠性。)
面向连接:通过TCP三次握手建立端到端的虚链路
可靠传输:4种可靠机制---确认、重传、排序、流控(滑动窗口)
TCP报头:
- 优点:可靠
- 缺点:占带宽,为达成机制,传输速率会变慢
<4> UDP:用户数据报文协议---非面向连接的不可靠传输协议
仅完成传输层的基本工作---分段和端口号
UDP报头:
UDP传输的过程就类似于寄信,其特点如下:
- 无连接:知道对端的IP和端口号就直接进行数据传输,不需要建立连接。
- 不可靠:没有确认机制,没有重传机制;如果因为网络故障该段无法发到对方,UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息。
checksum:校验和就是抽样值,检验数据是否完整、正确。
延时要求高用UDP,可靠性要求高用TCP
附:生活中常见服务和对应的端口号以及选择的协议:
例:HTTP(超文本传输协议)端口号是80
(5)网络层
网络层主要应用协议----Internet协议---IP(为路由器服务,与洪泛范围有关)
根据IP地址进行编制寻址:SIP(源IP);DIP(目标IP)
我们应如何获取目标IP地址?
- 直接知道服务器的IP地址
- 通过域名访问服务器
- 通过应用程序访问
- 通过广播获取
(6)数据链路层 = LLC + MAC
逻辑访问控制层(LLC) 保障了二层传输的可靠性
介质访问控制层(MAC) 本质:二进制--->电流 (长波为1,短波为0。控制CPU的设备)
MAC:48位二进制构成。
- 全球唯一
- 格式统一 --- SMAC(源MAC) DMAC(目标MAC)
如何获取MAC地址:ARP协议(地址解析协议)---通过一种地址获取另一种地址
(7)物理层
---相当于CPU(定义电器电压、光学特性、接口规范)
下四层用来传输数据,负责数据的传递和转发--->统称为数据流层
PDU—协议数据单元
应用层 --- 数据报文
传输层 --- 数据段
网络层 --- 数据包
数据链路层 ---数据帧
物理层 --- 比特流
3.如何将网络变大?
(1)节点(终端)增加---HUB集线器
<1> 连接方式
- 直线型——总线型
- 环型——增多了一次容错机会
- 星型——中心到站点(轴辐状)--性价比最好
- 网状——多环(优点:容错高;距离短;带宽好)(缺点:费用高)
<2> 集线器环境下的问题:
- 安全问题
- 传输效率低(延时)
- 唯一标识(地址)
- 冲突(电流和电流的直接相遇)
解决问题:
地址:MAC(介质访问控制)地址。(全球唯一,烧录到网卡)---48位二进制--16进制表示9(属于介质层)
冲突:(早期冲突检测)---CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测--相当于排队
(2)传输距离延长
距离限制:最佳距离为100米
如何延长:由于电信号在网线上传输属于弱电,需要中继器来延长距离(有限延长)
(3)网络变大核心要求:网桥--->交换机
- 无线传输距离
- 没有冲突---所有节点可以同时收发自己的数据
- 一对一单播
(4)交换机:交换机是二层设备,只能识别MAC地址
<1> 交换机的作用:
- 提供端口密度(继承了HUB集线器的作用)
- 基于数据识别再转发,实现了理论上的无限传输距离
- 基于数据识别,存储在转发,解决了冲突问题
- 基于MAC地址识别、记录、查询,实现了单播通讯
<2> 交换机在介质访问控制层的作用:将电流与二进制之间进行识别转换
<3> 交换机的工作过程:
数据电流进入交换机,交换机将其识别为二层的二进制,然后识别数据帧中的源MAC地址,将其记录到本地的MAC地址表中(MAC地址表:记录各个MAC对应的接口),之后关注目标数据帧中的目标MAC地址,查询本地MAC地址表中是否有记录。存在记录将基于记录的接口唯一转发(单播);无记录,进行洪泛。
附:洪泛:除流量进入的接口外,其他所有接口复制转出。
(5)IPV4地址:32位二进制构成 点分十进制标识---IPV4地址处于网络层(第三层)
<1> IP地址由网络位和主机位共同组成。(IP地址基于广播域进行网段划分)
- 网络位:对应洪泛范围
- 主机位:表示范围内唯一
例:192.168.1.1--11000000 10101000 00000001 00000001 (每八位分一段)
<2> 子网掩码:每个IP地址均配一个子网掩码,区分IP地址中的网络位和主机位
附:IPV4报头
Time to Live(TTL):生存时间。默认为255 128 64
(6)ARP(地址解析协议)
- 通过对对端的一种地址来获取对端的另一种地址
- 通过对端IP地址获取对端MAC地址的行为需要用到广播机制
附:广播:迫使交换机进行洪泛行为(目标MAC全F,该MAC在网络中不存在)
(7)网络变大的流程:
网络变大-->要求:无限距离,无冲突,一对一单播-->交换机来实现-->识别MAV地址,存在记录则单播;不存在记录则洪泛-->洪泛-->洪泛范围(接收到同一个洪泛流量的范围,在多个交换机下)(洪泛范围过大,网络必然变卡)-->路由器-->IP地址-->ARP-->广播-->广播域(相当于洪泛范围)
(ARP使用广播进行MAC查询)
附:
路由器的每一个接口,都是洪泛范围的边界(洪泛流量不能通过,单播流量可以通过)。路由器的作用是用来隔离广播域的。网关:挡住广播,转出单播。
两个电脑进行通讯,在一个洪泛范围和不在一个洪泛范围的通讯方式不同。判断其在不在同一个洪泛范围,可以直接使用IP地址进行判断。