36张图详解网络基础知识

2023-05-24 0 593

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FTP

器上实用性 NAT、 PPPOE 等机能,再透过电信子公司提供更多的网络公交线路把以太网网络连接到网络中,智能手机就能玩游戏玩QQ、刷抖音了。

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以太网 :小范围内的专有网络,两个家庭成员内的网络、两个子公司内的网络、两个校内的网络都归属于以太网。

以太网:把相同地域性的以太网相数据传输接起来的网络。电信子公司构筑以太网同时实现跨地区的网络数据传输。

网络:数据服务在世界上的网络。网络是两个对外开放、数据服务的网络,不归属于任何人对个人和任何人政府机构,网络连接网络后可以和网络的任何人两台PS3展开通讯。

单纯而言,是智能手机、有线交换机等电子设备透过多种相同FTP同时实现通讯。FTP是为的是通讯多方能相互沟通交流而表述的国际标准或准则,电子设备如果遵从完全相同的FTP就能同时实现通讯。那网络协定又是谁明确规定的呢? ISO 制订了两个国际标准 OSI , 当中的 OSI ZigBee常被用作FTP的制订。

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OSI ZigBee

OSI ZigBee将FTP提供更多的服务项目分为 7 层,并表述每几层的服务项目文本,同时实现每几层服务项目的是协定,协定的概要是准则。上上层间透过USB展开可视化,同几层间透过协定展开可视化。 OSI ZigBee只对各层的服务项目做了粗略地的区分,并没有对协定展开详尽的表述,但很多协定都相关联了 7 个多层的某几层。因此要介绍网络,具体而言要介绍 OSI ZigBee。

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网络层

OSIZigBee的第 7 层(Azamgarh)。插件和网络间的USB,间接向使用者提供更多服务项目。网络层协定有邮件、远距登入等协定。

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表示层

OSIZigBee的第 6 层。负责数据格式的相互转换,如编码、数据格式转换和加密解密等。保证两个系统网络层发出的信息可被另一系统的网络层读出。

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会话层

OSIZigBee的第 5 层。主要是管理和协调相同PS3上各种进程间的通讯(对话),即负责建立、管理和终止插件间的会话。

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传输层

OSIZigBee的第 4 层。为上层协定提供更多通讯PS3间的可靠和透明的数据传输服务项目,包括处理差错控制和流量控制等问题。只在通讯主机上处理,不需要在交换机上处理。

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网络层

OSIZigBee的第 3 层。在网络上将数据传输到目的地址,主要负责寻址和路由选择。

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数据链路层

OSIZigBee的第 2 层。负责物理层面上两个数据传输PS3间的通讯传输,将由 0 、 1 组成的比特流划分为数据帧传输给对端,即数据帧的生成与接收。通讯传输实际上是透过物理的传输介质同时实现的。 数据链路层的作用是在这些透过传输介质数据传输的电子设备间展开数据处理。

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, 而数据链路层则只负责发送两个分段内的数据。

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物理层

OSIZigBee的第 1 层(最底层)。负责逻辑信号(比特流)与物理信号(电信号、光信号)间的相互转换,透过传输介质为数据链路层提供更多物理连接。

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TCP/IP ZigBee

由于 OSI ZigBee把服务项目划得过于琐碎,先表述ZigBee再表述协定,有点理想化。 TCP/IP 模型则正好相反,透过已有的协定归纳总结出来的模型,成为业界的实际FTP国际标准。

TCP/IP 是有由 IETF 建议、推进其国际标准化的一种协定,是 IP 、 TCP 、 HTTP 等协定的集合。TCP/IP 是为使用网络而开发制订的协定族,因此网络的协定是 TCP/IP 。

先介绍下 TCP/IP 与 OSI 多层间的相关联关系,以及 TCP/IP 每层的主要协定。

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网络网络连接层

TCP/IP 是以 OSI ZigBee的物理层和数据链路层的机能是透明的为前提制订的,并未对这两层展开表述,因此能把物理层和数据链路层合并称为网络网络连接层。网络网络连接层是对网络介质的管理,表述如何使用网络来传送数据。但在通讯过程中这两层起到的作用不一样,因此也有把物理层和数据链路层分别称为硬件、网络USB层。 TCP/IP 分为四层或者五层都能,如果能理解当中的原理即可。

电子设备间透过物理的传输介质数据传输, 而数据传输的电子设备间使用 MAC 地址同时实现数据传输。采用 MAC 地址,目的是为的是识别连接到同两个传输介质上的电子设备。

网络层

相当于 OSI 模型中的第 3 层网络层,使用 IP 协定。 IP 协定基于 IP 地址转发分包数据,作用是将数据包从源地址发送到目的地址。

TCP/IP 多层中的网络层与传输层的机能通常由操作系统提供更多。 交换机是透过网络层同时实现转发数据包的机能。

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网络传输中,每个节点会根据数据的地址信息,来判断该报文应该由哪个网卡发送出去。各个地址会参考两个发出USB列表, MAC 寻址中所参考的这张表叫做 MAC 地址转发表,而 IP 寻址中所参考的叫做路由控制表。 MAC 地址转发表根据自学自动生成。 路由控制表则根据路由协定自动生成。 MAC 地址转发表中所记录的是实际的 MAC 地址本身,而路由表中记录的 IP 地址则是集中了之后的网络号(即网络号与子网掩码)。

IP

IP 是跨越网络传送数据包,使用 IP 地址作为PS3的标识,使整个网络都能收到数据的协定。 IP 协定独立于底层介质,同时实现从源到目的的数据转发。IP 协定不具有重发机制,归属于非可靠性传输协定。

ICMP

用作在 IP PS3、交换机间传递控制消息,用来诊断网络的健康状况。

ARP

从数据包的 IP 地址中解析出 MAC 地址的一种协定。

传输层

相当于 OSI 模型中的第 4 层传输层,主要机能是让插件间相互通讯,透过端口号识别插件,使用的协定有面向连接的 TCP 协定和面向无连接的 UDP 协定。

面向连接是在发送数据之前, 在收发PS3间连接一条逻辑通讯链路。好比平常打电话,输入完对方电话号码拨出之后,只有对方接通电话才能真正通话,通话结束后将电话机扣上就如同切断电源。

面向无连接不要求建立和断开连接。发送端可于任何人时候自由发送数据。如同去寄信,不需要确认收件人信息是否真实存在,也不需要确认收件人是否能收到信件,如果有个寄件地址就能寄信了。

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TCP

TCP 是一种面向有连接的传输层协定,能对自己提供更多的连接实施控制。适用作要求可靠传输的应用,例如文件传输。

UDP

UDP 是一种面向无连接的传输层协定,不会对自己提供更多的连接实施控制。适用作实时应用,例如:IP电话、视频会议、直播等。

网络层

相当于 OSI 模型中的第 5 – 7 层的集合,不仅要同时实现 OSI 模型网络层的机能,还要同时实现会话层和表示层的机能。 HTTP 、 POP3 、 TELNET 、 SSH 、 FTP 、 SNMP都是网络层协定。

TCP/IP 应用的架构绝大多数归属于客户端/服务项目端模型。 提供更多服务项目的程序叫服务项目端, 接受服务项目的程序叫客户端。客户端能随时发送请求给服务项目端。

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HTTP

是 WWW 浏览器和服务项目器间的网络层通讯协定,所传输数据的主要格式是 HTML 。 HTTP 表述高级命令或者方法供浏览器用来与Web服务项目器通讯。

POP3

单纯邮件传输协定,邮件客户端和邮件服务项目器使用。

TELNET 和 SSH

远距终端协定,用作远距管理网络电子设备。 TELNET 是明文传输, SSH 是加密传输。

SNMP

单纯网络管理协定,用作网管软件展开网络电子设备的监控和管理。

封装与解封装

通常,为协定提供更多的信息为包头部,所要发送的文本为数据。每个多层中,都会对所发送的数据附加两个头部,在这个头部中包含了该层必要的信息, 如发送的目标地址以及协定相关信息。在下几层的角度看,从上一多层收到的包全部都被认为是本层的数据。

数据发送前,按照ZigBee从上到下,在数据经过每几层时,添加协定报文头部信息,这个过程叫封装。

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数据接收后,按照ZigBee从下到上,在数据经过每几层时,去掉协定头部信息,这个过程叫解封装。

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经过传输层协定封装后的数据称为段,经过网络层协定封装后的数据称为包,经过数据链路层协定封装后的数据称为帧,物理层传输的数据为比特。

TCP/IP 通讯中使用 MAC 地址、 IP 地址、端口号等信息作为地址标识。甚至在网络层中,能将邮件地址作为网络通讯的地址。

实际数据传输举例

实际生活中,网络是使用的 TCP/IP 协定展开网络连接的。我们以访问网站为例,看看网络是如何展开通讯的。

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发送数据包

访问 HTTP 网站页面时,打开浏览器,输入网址,敲下回车键就开始展开 TCP/IP 通讯了。

插件处理

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具体而言,插件中会展开 HTML 格式编码处理,相当于 OSI 的表示层机能。编码转化后,不一定会马上发送出去,相当于会话层的机能。在请求发送的那一刻,建立 TCP 连接,然后在 TCP 连接上发送数据。接下来是将数据发送给下几层的 TCP 展开处理。

TCP 模块处理

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TCP 会将网络层发来的数据顺利的发送至目的地。同时实现可靠传输的机能,需要给数据封装 TCP 头部信息。 TCP 头部信息包括源端口号和目的端口号(识别PS3上应用)、序号(确认哪部分是数据)以及校验和(判断数据是否被损坏)。随后封装了 TCP 头部信息的段再发送给 IP 。

IP 模块处理

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IP 将 TCP 传过来的数据段当做自己的数据,并封装 IP 头部信息。 IP 头部信息中包含目的 IP 地址和源 IP 地址,以及上层协定类型信息。

IP 包生成后,根据PS3路由表展开数据发送。

网络USB处理

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网络USB对传过来的 IP 包封装上以太网头部信息并展开发送处理。以太网头部信息包含目的 MAC 地址、源 MAC 地址,以及上层协定类型信息。然后将以太网数据帧透过物理层传输给接收端。发送处理中的 FCS 由硬件计算, 添加到包的最后。设置 FCS 的目的是为的是判断数据包是否由于噪声而被破坏。

接收数据包

包的接收流程是发送流程的反向过程。

网络USB处理

收到以太网包后,具体而言查看头部信息的目的 MAC 地址是否是发给自己的包。如果不是发送给自己的包就丢弃。如果是发送给自己的包,查看上层协定类型是 IP 包,以太网帧解封装成 IP 包,传给 IP 模块展开处理。如果是无法识别的协定类型,则丢弃数据。

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IP 模块处理

收到 IP 包后,展开类似处理。根据头部信息的目的 IP 地址判断是否是发送给自己包,如果是发送给自己的包,则查看上几层的协定类型。上几层协定是 TCP ,就把 IP 包解封装发送给 TCP 协定处理。

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假如有交换机,且接收端不是自己的地址,那么根据路由控制表转发数据。

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TCP 模块处理

收到 TCP 段后,具体而言查看校验和,判断数据是否被破坏。然后检查是否按照序号接收数据。最后检查端口号,确定具体的插件。

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数据接收完毕后,发送两个 “ 确认回执 ” 给发送端。如果这个回执信息未能达到发送端,那么发送端会认为接收端没有接收到数据而一直反复发送。

数据被完整接收后,会把 TCP 段解封装发送给由端口号识别的插件。

插件处理

插件收到数据后,透过解析数据文本获知发送端请求的网页文本,然后按照 HTTP 协定展开后续数据可视化。

网络构成

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构筑一套网络涉及各种线缆和网络电子设备。下面介绍一些常见的硬件电子设备。硬件电子设备所说的层数是参照的 OSI ZigBee,而不是 TCP/IP 模型。

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通讯介质与数据链路

电子设备间通过线缆展开连接。有线线缆有双绞线、光纤、串口线等。根据数据链路相同选择相关联的线缆。传输介质还能被分为电波、微波等相同类型的电磁波。

传输速率:单位为 bps ,是指单位时间内传输的数据量有多少。又称作带宽,带宽越大网络传输能力就越强。

吞吐量:单位为 bps ,PS3间实际的传输速率。吞吐量这个词不仅衡量带宽, 同时也衡量PS3的 CPU 处理能力、 网络的拥堵程度、 报文中数据字段的占有份额等信息。

网卡

任一PS3连接网络时,必须要使用网卡。能是有线网卡,用来连接有线网络,也能是有线网卡连接 WiFi 网络。每块网卡都有两个唯一的 MAC 地址,也叫做硬件地址或物理地址。

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二层交换机

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二层交换机位于 OSI 模型的第 2 层(数据链路层)。它能识别数据链路层中的数据帧,并将帧转发给相连的另两个数据链路。

数据帧中有两个数据位叫做 FCS ,用以校验数据是否正确送达目的地。二层交换机透过检查这个值,将损坏的数据丢弃。

二层交换机根据 MAC 地址自学机制判断是否需要转发数据帧。

交换机 / 三层交换机

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交换机是在 OSI 模型的第 3 层(网络层)上连接两个网络、并对报文展开转发的电子设备。二层交换机是根据 MAC 地址展开处理,而交换机 / 三层交换机则是根据 IP 地址展开处理的。 因此 TCP/IP 中网络层的地址就成为的是 IP 地址。

交换机能连接相同的数据链路。比如连接两个以太网,或者连接两个以太网与两个有线网。家庭成员里面常见的有线交换机也是交换机的一种。

四至七层交换机

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四至七层交换机负责处理 OSI 模型中从传输层至网络层的数据。以 TCP 等协定的传输层及其上面的网络层为基础,分析收发数据,并对其展开特定的处理。例如,视频网站的两台服务项目器不能满足访问需求,透过负载均衡电子设备将访问分发到后台多个服务项目器上,是四至七层交换机的一种。还有带宽控制、以太网加速器、防火墙等应用场景。

总结

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网络层电子设备有电脑、智能手机、服务项目器等。网络层电子设备不转发数据,它们是数据的源或目的,拥有网络层以下的各层机能。发送数据时,从上而下的顺序,逐层对数据展开封装,再透过以太网将数据发送出去。接收数据时,从下而上的顺序,逐层对数据展开解封装,最终恢复成原始数据。

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数据链路层电子设备有二层交换机、网桥等。二层网络电子设备只转发数据,透过识别数据的 MAC 地址展开转发。二层交换机接收数据后,对数据最外层封装的以太网头部信息展开查看,看到数据的目的 MAC 地址后,把数据帧从相关联端口发送出去。交换机并不会对数据帧展开解封装,如果知道 MAC 地址信息就能正确地将数据转发出去。

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网络层电子设备有交换机、三层交换机等。三层网络电子设备只转发数据,透过识别数据的 IP 地址展开转发。交换机接收数据后,具体而言查看最外层封装的以太网头部信息,当目的 MAC 地址是自己时,就会将以太网头部解封装,查看数据的 IP 地址。根据 IP 路由表做出转发决定时,交换机会把下一跳电子设备的 MAC 地址作为以太网头部的目的 MAC 地址,重新封装以太网头部并将数据转发出去。

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转发数据的网络电子设备和网络层的数据,就像快递员和包裹一样。快递员根据目的地址运送包裹,不必介绍包裹里的概要。

透过多层机能来区分网络电子设备已经不再适用,交换机集成三层路由机能是三层交换机,有线AP集成交换机机能是有线交换机。但为的是方便说明,通常是介绍单个电子设备的机能和原理。

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参考资料:

图解TCP/IP – 竹下隆史

网络基础 – 田果

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