文章目录
- 计算机网络 出现的背景
- 计算机网络发展的 7个阶段
- 协议
- 协议标准化
- 协议分层与 OSI 参考模型
- OSI 参考模型 通信处理举例
- 传输方式的分类
- 地址
- 网络的构成因素
- 现代网络实态
计算机网络 出现的背景
分层 | 包的单位 | 应用 | 作用 | 设备 | 首部信息 |
---|---|---|---|---|---|
7 应用层 | 消息 | telnet(远程登录【虚拟终端】服务) ssh(Secure Shell 安全外壳协议) http smtp(Simple Mail Transfer Protocal 电子邮件) pop(Post Office Protocol) ssl/tls ftp文件传输 snmp sip rtp | 为应用程序提供服务 | 应用程序 | |
6 表示层 | 数据报 | html mime(电子邮件传输协议的扩展 支持声音 图像等信息的传输)mib(management information base) | 编码=>将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式 保持数据的一致性 | 应用程序 | |
5 会话层 | 数据报 | 建立和断开通信连接 何时建立连接 何时发送数据 连接方法(一次发一个 一次性发送 建立多个连接同时发送) | 应用程序 | ||
4 传输层 | 数据报(tcp 数据流叫段) | tcp udp udp-lite sctp(Stream Control Transmission Protocol) dccp(Datagram Congestion Control Protocol) | 可靠传输 保持数据的可靠性 | 源端口号+目标端口号(识别主机应用) 序号(表示该段在整个数据段中的序列号) 校验和(判断数据是否被损坏) | |
3 网络层 | 数据报 | arp(Address Resolution Protocol) ipv4 ipv6 icmp(Internet Control Message Protocol) ipsec(Internet Protocol Security) | 寻址和路由选择 IP地址 | 路由器(3 层交换机) | 发送端和接收端的IP地址 + TCP/UDP |
2 数据链路层 | 帧 | 以太网 无线lan(无线局域网) ppp (Point-to-Point Protocol) | 物理层面的通信传输 1个以太网和 2个节点之间的通信 0、1 序列划分为有意义的数据帧传送给对端 MAC地址(物理地址 硬件地址) | (地址自学机制)网桥(2 层交换机) | 发送端和接收端的MAC地址 + 以太网类型 |
1 物理层 | 以太网 无线lan(无线局域网) | 0、1 比特流 与电压高低 光的闪灭 电波的强弱之间的互换 | 中继器 | 设备驱动程序与网络接口 |
包是全能型术语
以太网是一套标准,制定了相当于 OSI 模型 中第一层(物理层)和第二层(数据链路层)的技术规范。
- 在物理层上,以太网采用 RJ45 接口和双绞线,光纤,电磁波等方式来传递信号。
- 在数据链路层上,每个通信节点(主机的网络接口)都有 48 位(bit)全局唯一的 MAC 地址。通信数据流被切分并打包成帧(Frame)来发送,每帧都包含来源节点和目的节点的 MAC 地址。
PPP是现在最流行的点对点链路控制协议:RS232串口链路、电话ISDN线路
网络层与数据链路层都是基于目标地址将数据发送给接收端的 但是网络层负责将整个数据发送给最终目标地址 而数据链路层负责发送一个分段内的数据
独立模式(单机模式) => 网络互连模式
计算机网络按规模:
- wan (wide area network 广域网)大阪 —— 东京——洛杉矶
- man (metropolitan area network 城域网)连接整个城市
- lan (local area network 局域网)一个楼层、一栋楼或一个校园
计算机网络发展的 7个阶段
年代 | 内容 | 特点 |
---|---|---|
195x | 批处理时代 | 大规模计算或处理 |
196x | 分时系统时代 | 多终端访问主机 |
197x | 计算机间通信时代 | 多机分布式处理 |
198x | 计算机网络时代 | 基于分组交换技术 |
199x | 互联网普及时代 | 个人电脑 |
200x | 以互联网为中心的时代 | 电话网 => IP(Internet Protocal) 网 |
201x | 无论何时何地一切皆 tcp/ip 的网络时代 | 单纯建立连接 => 安全建立连接 |
TCP/IP是通信协议的统称
协议
协议:计算机间网络通信事先达成的约定
类比聊天
- 协议:语言(汉语 英语)
- 聊天:通信
- 聊天内容:数据
分组交换协议
分组交换是指将大数据分割成一个个小包的较小单位进行传输的方法
分组交换 = 拆分传输
协议标准化
方言 => 普通话
协议分层与 OSI 参考模型
上下层交互约定:接口
同层交互约定:协议
协议分层(计算机网络) = 模块化开发(计算机软件)
优点
- 扩展性强 灵活性强
- 易于单独实现每个分层的协议 并界定每个分层的具体责任和义务
缺点
- 过分模块化 处理变沉重
- 每个模块不得不实现相似的处理逻辑
类比
- 语言层:汉语 英语
- 通信设备层:电话机 无线电
OSI 参考模型 通信处理举例
发送端 从最上层到最下层 层层打包
接收端 从最下层到最上层 层层拆包
传输方式的分类
根据传输方式分类
- 面向无连接型:邮寄包裹 随时随地发送 接收端需要确认收到数据 e.g. 以太网 IP UDP
- 面向有连接型:打电话 必须在通信传输前后 建立和断开连接(拨打电话 挂掉) ATM 帧中继 TCP
连接
- 数据链路层:物理的 通信线路的连接
- 传输层:创建与管理逻辑上的连接
根据通信方式分类
- 电路交换 电话网 当并发用户数超过交换机间的通信线路数 就意味着通信无法实现
- 分组交换 TCP / IP 将数据分包 排序后分别发送 提高了通信线路的利用率 由分组交换机(路由器)连接通信线路 有缓冲区 缓存队列 蓄积交换
根据接收端分类
- 单播:固定电话
- 广播:电视播放 => 频段 计算机广播通信 => 广播域
- 多播:电视会议 限定某组主机 要掌握谁在哪儿参加会议
- 任播:从目标主机中选择一台最符合网络条件的主机作为目标主机发送消息
地址
- 唯一性
- IP 地址 MAC地址
- 层次性 如 电话号码(国家区号 国内区号)通信地址(国名 省名 市名 区名)快速定位
- 有分层地址:IP 地址(网络号【同一网段(部门 集团组织)】 + 主机号)【路由控制表——网络号】
- 无分层地址:MAC 地址【地址转发表——实际 MAC 地址】
网络号相同的主机在组织结构 提供商类型 地域分布 都比较集中 便于 IP 寻址
网络的构成因素
- 中继器(repeater):集线器(HUB) 物理层延长网络 电缆的光/电信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆 不能在不同传输媒介间转发(网桥或路由器可以)
- 网桥(2 层交换机)(bridge):数据链路层延长网络
- 路由器(3 层交换机)(router):网络层转发分组数据
- 4~7 层交换机(负载均衡器 网络请求分发到多台服务器、广域网加速器、特殊应用访问加速 防火墙):传输层以上各层网络传输
- 网关(gateway):网络接口卡(网络适配器 网卡 LAN卡) 协议转换(翻译)和转发数据 表示层/应用层网关 互联网邮件<=>手机邮件 转换服务 电子邮件协议不同 互联网与手机之间设置了网关 防火墙(网关通信)
DNS 实现负载均衡:多个 IP 地址配置同一个名字 查询到这个名字的客户得到其中一个地址 循环复用 DNS 技术
- 交换集线器:具有网桥功能的 hub
- 集线器:只有中继器功能的 hub
由于路由器会分割数据链路 因此数据链路层的广播消息将无法继续传播
在同一种类型的协议之间转发数据叫做应用网关(代理服务器 只负责转发)
现代网络实态
国道/省道:接入层 汇聚层
高速公路出入口:边缘网络(多功能路由器【按顺序、种类发送数据】、3 层交换机)
高速公路:核心网(骨干网)
骨干网:专注于如何提高业务传输性能和网络的生存性
边缘网:业务智能化的高速路由器和(2 层 / 3 层)交换机
主机 (家) —— 无线局域网 / 交换机(市区街道) —— 接入层 / 汇聚层(国道省道 基站) —— 边缘网络(高速公路出入口) —— 核心网 / 骨干网 / 主干网(高速公路)
大型数据中心 直连 主干网
小型数据中心 直连 边缘网
内部分布着 3 层交换机和高速路由器
路由器和三层交换机的区别是
- 三层交换机:具有部分路由器功能的交换机 三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术 最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发。
- 路由器:根据信道的情况自动选择和设定路由,以最佳路径,按前后顺序发送信号。已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军
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