局域网与广域网、网络分层(为什么要分层、OSI分层模型与TCP/IP分层模型的区别)、局域网的通信原理(交换机)、数据包的封装与分用、MAC地址和IP地址的区别

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局域网与广域网、网络分层(为什么要分层、OSI分层模型与TCP/IP分层模型的区别)、局域网的通信原理(交换机)、数据包的封装与分用、MAC地址和IP地址的区别

2024-07-14 15:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录 1.局域网和广域网2. 网络分层2.1 网络为什么要分层?2.2 OSI分层模型与TCP/IP分层模型的区别 3. 局域网的通信原理3.1 交换机 4. 数据包的封装与分用5. MAC地址和IP地址的区别

1.局域网和广域网

  早期 生产计算机 的目的就是为了 计算,但每个计算机之间相互独立。小A可以在计算机A上完成计算,小B可以在计算机B上完成计算,小C可以在计算机C上完成计算,但是三者没有任何关系,如果此时小B的计算需要小A计算完成后的数据,就需要将小A计算完成的数据传送给B,那么怎么样将数据传送过去呢?   我们自然而然想到U盘,可是在计算机刚出生的年代是没有U盘的呀,于是我们想到了磁盘,可是我们知道磁盘的速度很慢,于是就有人想着:能不能将多台计算机连接在一起,完成数据共享。 在这里插入图片描述   意思是用网线将各个主机连接起来,每个人将数据修改或者计算后都交给服务器,其他主机如果想要使用数据就从服务器中取。

  局域网(Local Area Network):是指在某一区域内由多台计算机连接在一起组成的计算机组。即 同一根主线上连接的所有主机称为一个局域网。 数据可以在局域网中相互传送,直接通信。   广域网(Wide Area Network):是一种跨越大的、地域性的计算机网络的集合。将远隔千里的计算机都连接在一起。   不同局域网之间是通过路由器进行信息传送的   但是所谓的"局域网"和"广域网" 只是一个相对的概念,比如将局域网看成县,那么广域网就可以当做市,将局域网看成陕西,广域网就可以看成中国。可是我们知道庞大的地球也被称之为地球村,夸张的说,我们也可以将地球看成一个局域网。

2. 网络分层 2.1 网络为什么要分层?

  先不谈网络,我们想想现实中我们常吃的汉堡为什么要分层,众所周知汉堡属于快餐系列,那为什么汉堡要分层呢?当然是为了制作简单啦。烤面包的人烤面包,炸鸡腿的人炸鸡腿,最后由专门的人组装起来,方便快捷。还有就是我们写过很多的程序c语言或者java,如果没有函数,一股脑的将所有语句写在主函数里,会导致代码极其混乱,一个错误会导致千千万万个错误,但是有了函数就不一样了,这个函数出错了只需要改这个函数即可,并不会影响其它的函数,此时函数在这里就相当于分层了。   那么类比网络假设此时 有语言层:汉语、英语 通信设备层:电话、手机。此时A和B可以通过电话用汉语达成协议,A和B可以通过手机用汉语达成协议,A和B可以通过电话用英语达成协议,B和C也可以通过电话或者手机用汉语或者英语达成协议……   此时改变语言层也能顺利达成协议,改变通信设备层也能顺利达成协议。

可见,网络分层使得层与层之间互不影响,便于维护。

2.2 OSI分层模型与TCP/IP分层模型的区别

  OSI(Open System Interconnection 开放系统互联) 七层网络模型称为开放式系统互联参考模型 在这里插入图片描述

物理层: 相当于硬件,负责设备与设备之间的通信,物理层的能力决定了最大传输速率,传输距离,抗干扰性等。集线器Hub工作在物理层。集线器起一个信号放大的作用,长距离传输信号衰减,使用集线器使得信号放大!!换句话说集线器大致确定了最大传输距离。数据链路层:解决了局域网之间的数据通信,交换机工作在数据链路层。网路层: 解决了广域网之间的数据通信,路由器工作在数据链路层。传输层: 负责主机之间的数据传送。应用层: A将消息可靠的送向B,应用层决定B怎么样使用数据 3. 局域网的通信原理

首先举一个生活中的例子 假设一个班级是一个局域网:

老师说 :张三,站起来。 张三站了起来

  这中间到底经过了怎么样的过程,难道是张三和老师在直接通信吗? 在这个情景中看似张三和老师直接通信,事实情况告诉我们,这个情景中其实还有一大批的吃瓜群众(张三的同班同学),但是当老师说张三站起来的时候,只有张三做出了反应,难道老师说的话只有张三能听见吗?肯定不是啦,事实上所有的学生都听见了,并且在短时间内迅速的判断自己是不是张三,大多数人经过判断后确定自己不是张三,就忽视这条消息,但是张三判断自己是张三,确定这条消息是发给自己的,并且做出了回应。一个班级就类比一个局域网 局域网内A主机与B主机的通信,所有的主机都收到了但是大多数主机会丢弃这条消息。   假设老师刚想说话的时候,李四也想说话,老师和李四一起说话,就可能导致全班收到的消息很混乱,所以 在同一时刻局域网中只允许一台主机发消息,如果同时发消息会产生 消息碰撞,并且在局域网中所有主机都必须有碰撞检测的能力,检测到消息碰撞,就不必做出回应。也就是张三和老师同时说话,使得同学们听不清它们之间到底在说什么,就没有人对他们的话做出回应。   既然老师和李四都想说话,作为老师肯定会谦让自己的学生让学生先说,作为学生要尊重自己的老师让老师先说,两个人就开始等待,等待对方说完自己再接着说 这就是所谓的碰撞避免,碰撞避免的核心就是等。   老师说张三起立的时候,大家迅速判断自己是不是张三,判断的依据就是看自己的名字是不是张三,事实上计算机也有自己的名字,就是计算机的MAC地址,MAC地址用来识别 数据链路层 中相连的结点,通常是唯一的,长度为48位,6个字节 ,所以在网络传输中A主机发送消息给B主机,只需要在发送时带上B主机的MAC地址即可,B主机在判断时就知道是发送给自己的。

3.1 交换机

  在局域网中主机与主机之间存在消息碰撞,那么肯定是主机越少碰撞的机会越少,但是假设局域网中主机非常多,怎么办呢?即怎么样减少碰撞呢?

  数据链路层中的交换机 可以减少碰撞次数,交换机的作用主要为两点,一是数据转发,主机将消息先送到转换机,转换机识别你要发送给谁,进而转交给谁,但是当交换机发生消息碰撞时,就不会把碰撞消息交给其他主机。二是划分碰撞域,一个区域的消息碰撞不会影响其它区域。有几个交换机就有几个碰撞域。 在这里插入图片描述 如图三个交换机就有三个碰撞域

4. 数据包的封装与分用

TCP/IP的通信过程 在这里插入图片描述

不同的协议层对数据包有不同的称谓,在链路层叫做数据帧、在网络层叫做数据包(datagram)、在传输层叫做数据段(segment)。应用层数据通过协议栈发送到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(报头),称为封装,就如同你在淘宝上买了东西,快递员会封装起来送到你手上。 在这里插入图片描述对于每一条数据分为报头和有效载荷,传输层的有效载荷为应用层报头和用户数据,即除了自己的报头外都是有效载荷。网路中任何一层只关心自己的报头并不关心有效载荷,就像快递员只管把货物送到但是却不关心你买的是什么。数据封装成数据帧后发送到传输介质以太网上,到达目的主机后没层协议在剥掉相应的首部,并根据首部中的"上层协议"字段,将数据交给对应的上层协议。对于每一层,都需要有将报头和有效载荷分离的功能(解包),并且能够判断将有效载荷交给上层的谁 5. MAC地址和IP地址的区别 整体与局部 信息传递时候,需要知道的其实是两个地址:终点地址 、下一跳的地址 ,IP地址本质上是终点地址,它在跳过路由器的时候不会改变,而MAC地址则是下一跳的地址,每跳过一次路由器都会改变。这就是为什么还要用MAC地址的原因之一,它起到了记录下一跳的信息的作用。即唐三藏西天取经 终点是西天,但是路上会经过很多地方,IP地址就相当于西天,MAC地址则是下一站到达的地方。IP地址是在IP协议中,用来标识网络中不同主机的地址。MAC地址用来识别数据链路层中相连的结点。IP4 4字节 32 位 IP6 16字节 128位。MAC 6字节 48位 MAC地址唯一。


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