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网络原理（1）——基础原理概述

2022-07-07 18:09:00 【瘦皮猴117】

网络原理

基础原理概述

网络原理

应用开发者眼中的网络：跨主机的、两个进程之间的通信。
网络出现的背景及历史：通信学科
国家->机构/组织->家庭->个人

基础原理概述

从硬件角度简述网络通信

数据在传输介质（网线)上的传播（可能存在信号衰退、信号差错等问题)，传入接收方。
至此，两台主机之间只要能用一个网络介质连接，就可以从硬件角度实现数据交换了。

多台主机组网问题

协议与分层

要完成整个通信，中间要处理的问题还是非常复杂的。所以有必要进行分工合作。

当有了分层之后，就需要针对每一层，都指定好一些规范，让大家都去遵守，进而更好地完成工作。这些规范具备一定的权威性，在网络学科下，将其称为协议(protocol)

协议分层

对于网络协议来说，往往分成几个层次进行定义。

什么是协议分层
协议分层类似于打电话时，定义不同的层次的协议：
在这个例子中，协议只有两层；但是实际的网络通信会更加复杂，需要分更多的层次。

网络标准分层

分层
1. 学院派：OSI (Open System Interconnect)提供了一个共7层的解决方案.
2. 实践派：TCP/IP 5层协议(4层协议，表述中省略了物理层)。

网络设备

3个重要的网络设备(network deivce)，注意：这些网络设备不是主机。
1.集线器(hub)
2.交换机(switch sw)
3.路由器(router)

集线器（物理层）

LAN内部的通信问题
1. 最简单的局域网:两台主机直连。
2. 带有一定拓扑的局域网:
使用集线器进行组网，天生就处于同一个冲突域。这是集线器的工作原理导致的。
冲突域
老师说:“张三，请回答一个问题”，这句话谁能听到?所有人都能听到。
但是，只有张三会做出回应。因为我们传送的数据中携带有目标地址（“张三”)。

自习场景下，人人都可以主动起来讲话。导致互相之间都听不到对方说法。——冲突域。
已经在同一个冲突域下，怎么解决？
通过一定的冲突避免算法，进行冲突避免（数据链路层去解决）。
最常见的一种冲突避免算法：发现冲突之后，静默随机时间，再次发送。
即使有冲突避免算法，使得同一个冲突域内的数据可以有效传输了，但信号传输效率还是会产生影响。所以需要：
1.冲突域内的主机不要太多。
2.尽可能减少冲突域的出现。

交换机（数据链路层）

交换机(switch)出现，来减少冲突域、划分冲突域。
集线器：只做工具复制，根本不知道数据是什么。
交换机：需要理解数据链路层放入的目标地址（需要能解析数据链路层协议)，根据数据的目标地址，决定数据给谁、不给谁。
交换机工作在数据链路层。
根据数据中的目标地址，将数据只发给对应的目标。通过交换机也可以组局域网。

广播域

地址

地址：数据链路层的地址指的是MAC地址(物理地址)
MAC地址的长度为48位(6个字节)，通常表示为12个16进制数。
如：00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址
网卡生产的时候已经固定了，全世界的网卡的 MAC地址是不会冲突的。

一个LAN 内部，无论哪种设备，哪种拓扑，主机和主机都已经可以正常的通信了——数据链路层协议的职责。
以上为数据链路的职责＋两个设备(hub、switch)工作在哪一层，基本工作原理。

域名(domain)
www.baidu.com -> 182.193.33.232
localhost -> 127.0.0.1：代表本机的一个域名

路由器（网络层）

网络层：通过数据路由，解决跨LAN的主机间通信问题。路由器工作在网络层。
路由器至少处于两个局域网（至少有两张网卡)。
数据只能在同一个LAN传输路由器横跨两个LAN。所以，跨LAN的传输是需要经过路由器传递的
路由(route)：又称寻路；路由器(router) ：用于完成寻路功能的一种设备。

网络层有自己的地址：IP地址
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节)，如：01100100.00000100.00000101.00000110。
通常用“点分十进制”的方式来表示，即 a.b.c.d的形式(a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数)。如:100.4.5.6.
IP地址是软件地址：同一个网络内部的IP是不应该“重复”的。IP地址是随时变化的。

传输层

传输层：城市对比主机。主机到主机已经全部连接起来了。
例如：城市中的一个人(进程）要另一个城市中的另一个人(进程)进行通信。(进程间的通信)
端口(port) 0-65525两个字节的无符号数。
进程<->端口，类比人<->手机号
写明端口，对应到具体的人，
寄快递，写收件人电话就可以对应到该人。
一个进程可以有多个端口(不冲突)
一个端口只能分配个一个人(不能重复)