《图解TCP/IP》—第二篇：网络基础知识2

网络基础知识2

• 四、OSI参考模型通信处理举例
• • 1、7层通信
  • 2、会话层以上的处理
  • 3、传输层以下的处理
• 五、传输方式的分类
• • 1、面向有连接型与面向无连接型
  • 2、电路交换与分组交换
  • 3、根据接收端数量分类
• 六、地址
• • 1、地址的唯一性
  • 2、地址的层次性
• 七、网络的构成要素
• • 1、通信媒介与数据链路
  • 2、网卡
  • 3、中继器（Repeater）
  • 4、网桥/2层交换机
  • 5、路由器/3层交换机
  • 6、网关

四、OSI参考模型通信处理举例

1、7层通信

2、会话层以上的处理

假定用户A要给用户B发送一封内容为“早上好”的邮件。各层所进行的操作：

1. 应用层：当用户编辑完要发送的内容并点击“发送”开始，就进入应用层协议的处理。该协议会在所要传送数据的前端附加一个首部（标签）信息。主机B收到数据后，分析其数据首部与数据正文，并将邮件保存到硬盘或其他非易失性存储器以备进行相应处理。如果主机B上收件人的邮箱已满无法接受新邮件，则返回一个错误给发送方。对这类异常的处理也正属于应用层需要解决的问题。
2. 表示层：首先利用表示层，将数据从“某个计算机特定的数据格式”转化为“网络通用的标准数据格式”后再发送出去。接收端主机收到数据以后将这些网络标准格式的数据恢复为“该计算机特定的数据格式”，然后再进行相应处理。
3. 会话层：决定采用何种连接方法是会话层的主要责任。会话层只对何时建立连接、何时发送数据等问题进行管理，并不具有实际传输数据的功能。

3、传输层以下的处理

1. 传输层：在两个主机之间创建逻辑上的通信连接即是传输层的主要作用。此外，传输层为确保所传输的数据到达目标地址，会在通信两端的计算机之间进行确认，如果数据没有到达，它会负责重发。保证数据传输的可靠性是传输层的一个重要作用，然而实际上将数据传输给对端的处理是有网络层来完成的。
2. 网络层：作用是在网络与网络相互连接的环境中，将数据从发送端主机发送到接收端主机。
3. 数据链路层：通信传输实际上是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用就是在这些通过传输介质互连的设备之间进行数据处理。
4. 物理层：在物理层中，将数据的0、1转换为电压和脉冲光传输给物理的传输介质，而相互直连的设备之间使用地址实现传输。这种地址称为MAC地址，也可称为物理地址或硬件地址。采用MAC地址，目的是为了识别连接到同一传输介质上的设备。

ps：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，而数据链路层则只负责发送一个分段内的数据。

五、传输方式的分类

1、面向有连接型与面向无连接型

通过网络发送数据，大致可以分为面向有连接与面向无连接两种类型：

• 面向有连接型：在发送数据之前，需要在收发主机之间连接一条通信线路。
• 面向无连接型：不要求建立和断开连接。发送端可于任何时候自由发送数据。反之，接收端也永远不知道自己会在何时从哪里收到数据。因此，接收端需要时常确认是否收到了数据。

2、电路交换与分组交换

网络通信方式大致分为两种—电路交换和分组交换。

• 电路交换：在电路交换中，交换机主要负责数据的中转处理。
• 分组交换：即让连接到通信电路的计算机将所要发送的数据分成多个数据包，按照一定的顺序排列之后分别发送。在分组交换中，由分组交换机（路由器）连接通信线路。
  • 分组交换处理过程：发送端计算机将数据分组发送给路由器，路由器收到这些分组数据以后，缓存到自己的缓冲区，然后再转发给目标计算机。因此，分组交换也有另一个名称：蓄积交换。
  • 路由器接收到数据以后，会按照顺序缓存到相应的队列当中，再以先进先出的顺序将它们逐一发送出去。

3、根据接收端数量分类

• 单播：1对1通信
• 广播：将消息从1台主机发送给与之相连的所有其他主机。进行广播通信的计算机也有它们的广播范围，只有在这个范围之内的计算机才能收到相应的广播信息。这个范围叫做广播域。
• 多播：多播与广播类似，也是将消息发送给多个接收主机，不同之处在于多播要限定某一组主机作为接收端。
• 任播：是指在特定的多台主机中选出一台作为接收端的一种通信方式。任播通信从目标主机群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。通常，所被选中的那台特定主机将返回一个单播信号，随后发送端主机只跟这台主机进行通信。任播在实际网络中的应用有DNS根域名解析服务器。

六、地址

TCP/IP通信中使用MAC地址、IP地址、端口号等信息作为地址标识。

1、地址的唯一性

一个地址必须明确地表示一个主体对象，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。

2、地址的层次性

• MAC地址和IP地址在标识一个通信主体时虽然都具有唯一性，但是他们当中只有IP地址具有层次性。
• 虽然MAC地址是真正负责最终通信的地址，但是在实际寻址过程中，IP地址却必不可少。
• IP地址由网络号和主机号两部分组成。若主机号不同，网络号相同，说明它们处于同一网段。
• MAC寻址中所参考的表叫地址转发表，记录的是实际的MAC地址本身；而IP寻址中所参考的叫做路由控制表，记录的IP地址则是集中了之后的网络号。

七、网络的构成要素

1、通信媒介与数据链路

计算机之间通过电缆相互连接。

传播速率：两个设备之间数据流动的物理速度称为传输速率。单位为bps（每秒比特数）。传输速率高是指单位时间内传输的数据量有多少。传输速率又称作带宽，带宽越宽越大网络传输能力就越强。

吞吐量：主机之间实际的传输速率被称作吞吐量。单位与带宽一致，吞吐量不仅衡量带宽，同时也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占用份额等。

2、网卡

任意一台计算机连接网络时，必须使用网卡，计算机必须具备能够接入无线网的NIC才能保证连接到网络。网络接口卡（NIC）有时也被叫做网络适配器、网卡、LAN卡。

3、中继器（Repeater）

中继器是在OSI模型的第1层——物理层面上延长网络的设备。

有些中继器可以提供多个端口服务。这种中继器被称作中继集线器或集线器。

4、网桥/2层交换机

网桥是在OSI模型的第2层——数据链路层面上连接两个网络的设备。它能够识别数据链路层中的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，再重新生成信号作为一个全新的帧转发给相连的另一个网段。

数据链路的数据帧中有一个数据位叫做FCS，用于校验数据是否正确送达目的地。

自学式网桥：有些网桥能够判断是否将数据报文转发给相邻的网段，这种网桥被称作自学式网桥。

5、路由器/3层交换机

路由器是在OSI模型的第3层——网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。网桥是根据物理地址（MAC地址）进行处理，而路由器是根据IP地址进行处理的。

路由器还有分担网络负荷的作用。

6、网关

网关是OSI参考模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备。

代理服务器（Proxy Server）也是网关的一种，称为应用网关。有了代理服务器，客户端与服务器之间无需在网络层上直接通信，而是从传输层到应用层对数据和访问进行各种控制和处理。防火墙就是一款通过网关通信，针对不同应用提高安全性的产品。

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