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计算机网络概述
网络的范围分级 电路交换网络电路交换 报文交换网络和分组交换网络包交换
将信息打包后在各个结点直接依次传输
常见的网络拓扑结构 OSI七层模型
层与层之间通过接口访问从下到上的记忆顺序物联网书卉试用谐音梗不扣钱
TCP/IP四层模型
其实是对OSI七层模型的一个合并简化
网络的性能指标 物理层
通信基本概念 传输介质 基带传输与数字编码 多路复用技术
频分复用假设a用高频b用低频码分复用a和b一起运输到目的地再各自分开 中继器和两个计算公式
中继器信息在传输过程中会衰减通过中继器将其进行放大整形操作抗衰减集线器是单进多出的中继器
数据链路层
链路结点到结点中间没有路由器
数据链路层是OSI七层模型中的第二层介于物理层和网络层之间主要负责在相邻设备之间可靠地传输数据帧确保数据的完整性和正确性。其主要功能包括帧的封装与解封装、错误检测与纠正、流量控制等。
数据链路层的主要功能
帧的封装与解封装 功能描述 数据链路层将来自网络层的数据通常是分组封装成数据帧以便通过物理层进行传输。 数据帧由帧头Header、帧数据Payload和帧尾Trailer组成分别包含控制信息、数据以及校验信息。 具体操作 封装为数据包添加必要的帧头和帧尾信息形成数据帧。 解封装接收数据帧后移除帧头和帧尾并将数据传递给网络层。物理地址MAC地址寻址 功能描述 数据链路层使用物理地址如MAC地址标识网络设备确保数据能够准确送达目标设备。 源设备在帧头中添加目标设备的MAC地址和源设备的MAC地址。 应用场景 局域网中设备之间的通信需要基于MAC地址。错误检测与纠正 功能描述 数据链路层负责检测数据在传输过程中是否出错如比特翻转、丢失等。 通常在帧尾中添加校验信息如CRC循环冗余校验接收端对数据进行校验以判断是否出错。 某些协议支持简单的错误纠正功能例如请求重传机制。 常见方法 奇偶校验通过比特数量判断是否出错。 CRC校验广泛用于数据链路层的错误检测。
冗余码的计算 点到点信道 数据的透明传输
“透明”表示链路层对上层数据不进行解释或干预数据内容是什么就按什么样子进行传输不会因为链路层的操作而对数据内容产生影响。 核心目标无论数据内容如何变化链路层都能将其正确封装为帧并通过物理链路完整地传递到接收端同时让接收端可以还原出发送端的数据。 广播信道的数据链路 以太网 集线器工作在物理层 网桥工作在数据链路层用于优化以太网隔离冲突识别帧的结构
PDU地址的概念 在不同层PDU地址和传输数据类型不一样
虚拟局域网VLAN ip地址
ip地址概述
路由器连不同网段交换机处理同一网段内的交换信息
IP地址格式 子网掩码
用于区分出ip地址中哪些是网络地址哪些是主机地址 网络地址和广播地址除外如果网络地址相同则不需要通过交换机进行通信 注私有地址是不能直接转发到网上的需要转为公有地址
定长子网的划分
本质上是从主机地址中取出一些位数用来标记不同的子网
变长子网的划分 合并网段 网络层
网络层概述 地址解析协议ARP
即通过目标的ip地址找到mac地址从而找到转发结点
路由相关协议 ICMP报文
用于检测发送过程中的错误
虚拟专用网VPN 将私有地址映射为一个可以通过网络传输的公有地址
传输层
传输层的功能
网络层解决了不同主机之间通信的问题而传输层解决了同一主机中不同进程之间通信的问题
进程标识
采用端口号来标识进程这也就能理解为什么ctf连接时都是连某个端口了
UDP协议
特点就是快但是不可靠
TCP协议 三次握手四次挥手 计算机网络为什么要分层每一层解决了什么问题
计算机网络分层是一种模块化设计方法它将网络通信过程分解为多个层次每一层解决不同的网络问题。通过分层网络协议的设计和实现变得更加清晰和易于管理同时也提高了网络的可扩展性、可维护性和互操作性。
分层设计的思想在 OSI 七层模型和 TCP/IP 模型中得到了广泛应用。每个模型有不同数量的层次但它们的设计思想和目的都是相同的。 为什么要分层 简化网络设计和实现 网络功能复杂分层可以将每个网络问题局限于一个层减少了跨层之间的复杂性使得开发人员可以专注于单一层的功能。 增强可扩展性 新的协议和技术可以仅在某一层进行替换或更新而不影响其他层。例如当出现新的传输协议如 QUIC 替代 TCP时只需要修改传输层的实现其他层如应用层、网络层不需要改变。 提高模块化和灵活性 分层使得每一层的协议和技术具有独立性可以针对不同需求优化和升级。例如应用层可以采用不同的协议如 HTTP、FTP而无需关心底层的传输细节。 实现跨平台的互操作性 通过定义标准接口和协议各个层之间可以独立工作允许不同厂商、不同技术的设备在相同的网络中协同工作。 便于故障排除和管理 分层设计使得网络故障可以被局限到特定的层便于定位和排除问题。例如如果数据包丢失可能是网络层的路由问题如果传输错误可能是传输层的问题。 OSI 七层模型与 TCP/IP 模型
OSI 七层模型和TCP/IP 模型是计算机网络协议体系结构的两种常见分层模型。每个模型有不同数量的层次但它们的设计思想和目的都是相同的。
OSI 七层模型 物理层Physical Layer 解决问题传输介质和信号的物理特性。确保比特在物理媒介如电缆、无线信号上传输。例如电压、信号强度、线缆类型、光纤、无线电波等。 数据链路层Data Link Layer 解决问题节点之间的数据帧传输和错误检测。提供可靠的点对点数据传输确保数据帧从源节点正确传输到目标节点。例如以太网、Wi-Fi、帧检验序列FCS、MAC 地址。 网络层Network Layer 解决问题数据包的路由与转发选择从源到目的地的最佳路径。提供不同网络之间的互联。例如IP 协议、路由协议如 OSPF、BGP。 传输层Transport Layer 解决问题端到端的数据传输提供可靠性、流量控制和差错检测。确保数据按顺序传输且没有丢失。例如TCP、UDP。 会话层Session Layer 解决问题会话管理和数据同步。提供不同应用之间的通信会话管理会话的建立、维护和终止。例如NetBIOS、RPC远程过程调用。 表示层Presentation Layer 解决问题数据格式化与转换确保不同系统之间的数据可以理解。例如数据编码、加密、解密、压缩等。例如JPEG、MPEG、SSL/TLS、ASCII、EBCDIC 编码。 应用层Application Layer 解决问题直接为用户提供网络服务定义应用程序与网络之间的通信方式。处理具体的应用协议。例如HTTP、FTP、SMTP、DNS、SSH。 TCP/IP 模型
TCP/IP 模型是一个四层的模型实际上是基于 OSI 模型的简化版本。它被广泛用于现代互联网中。 网络接口层Network Interface Layer 对应于 OSI 模型中的物理层和数据链路层负责数据在物理媒介上的传输。 互联网层Internet Layer 对应于 OSI 模型中的网络层负责数据包的路由和转发处理 IP 地址、子网、路由等。 传输层Transport Layer 对应于 OSI 模型中的传输层提供端到端的通信服务。常用的协议有 TCP 和 UDP。 应用层Application Layer 对应于 OSI 模型中的应用层、会话层和表示层负责处理特定应用的请求和响应。 每一层解决的具体问题
物理层
问题如何在物理介质上传输比特流如电缆、光纤、无线电波等。解决方案定义信号的电气特性、传输媒介、传输速率等。
数据链路层
问题如何可靠地在局部网络中传输数据帧。解决方案通过帧检验、错误检测和纠正、MAC 地址来确保数据正确传输。
网络层
问题如何从源到目的地传送数据包并在网络中进行路由选择。解决方案使用 IP 协议进行数据包的寻址和路由选择确保数据在多个网络中传输。
传输层
问题如何在两个端点之间建立可靠的数据传输解决数据的顺序、完整性和丢失问题。解决方案使用 TCP 提供可靠传输、重传机制、流量控制等使用 UDP 提供不可靠但低延迟的传输。
会话层
问题如何管理通信会话即通信的持续时间、同步、恢复等。解决方案通过建立、维护和终止会话来协调不同应用程序之间的通信。### 表示层问题如何将数据进行格式化、压缩、加密等转换使不同系统间的数据能够理解。解决方案使用标准数据格式如 JPEG、MPEG、加密和解密技术如 SSL/TLS。
应用层
问题如何让用户或应用程序与网络服务进行交互。解决方案定义具体的网络协议支持用户的各类需求如文件传输、网页浏览、电子邮件等。 总结
网络分层的目的是将复杂的网络通信过程分解成若干个可管理、可维护、可优化的模块每个层次专注于解决特定的网络问题。分层不仅提高了网络协议的灵活性和可扩展性还增强了故障排查和协议互操作性的能力。每一层解决不同的问题从物理层的比特传输到应用层的用户需求每一层都发挥着至关重要的作用。
