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简介
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简介
在现代社会中网络已经成为我们生活中不可或缺的一部分。从上网搜索信息、在线购物到远程工作和社交媒体我们几乎无时无刻不与网络保持着联系。但是网络究竟是个什么玩意它是如何工作的呢让我们来深入探讨一下网络的本质和通信原理。
何为网络
网络从它的字面意思来看“网”指的是由线交叉形成的结构而“络”指的是线的交织、交绕也常用于形容事物的联系和关系。因此从字面上看“网络”可以理解为“由线交叉形成的联系和关系”。 在网络中由线与线交叉在一起的点称为节点这个节点就是网络中的实体他们可以是物理设备也可以是虚拟的逻辑实体它们在网络中扮演着不同的角色和功能。
物理设备 物理节点就是网络中的实际硬件设备如计算机、服务器、交换机、路由器等。这些设备通过物理连接如网线、光纤将它们连接在一起形成一个网络。每个物理设备节点都具有自己的硬件特征和功能如计算能力、存储能力和网络传输能力。 逻辑实体 逻辑节点是指在网络中的虚拟实体或服务它们通过网络连接进行通信和交互。逻辑实体节点可以是一个运行在物理设备上的软件程序、虚拟机、容器等。它们可能不具备独立的硬件特征但通过运行在物理设备上实现了特定的功能如网络服务、数据存储、应用程序等。
网络就是通过他们组成了一张庞大的网我们可以通过这张网去获取更多的信息这张庞大的网就是互联网它连接了世界各地的设备和人们使信息能够自由流动。
这就是网络它帮助我们能更容易的获取信息、去看到世界上各处美丽的经典、让我们能足不出户就能享受生活。
网络是如何工作的
我们知道在人与人之间的沟通中都是靠语言和文字等方式来进行沟通但是不同的国家有不同的语言甚至说在不同地区都会存在着语言差异那我们是怎么解决的呢规定一个通用的语言例如我们中文就用普通话和汉字作为规则它是我们的通用语言。那么在网络中节点与节点之间是怎么沟通的呢在此处就要引入协议这一概念了。
我们已经知道了在网络中节点与节点之间进行沟通它们是使用协议那么构造协议的方法又是怎么样的呢总不可能随意定下几个协议就可以用了吧所以说既然是协议,那就要是一种大家都能做到的一定规则在网络中协议有三个基本要素语法 语义 时序他们分别代表着
语法信息的结构可以看作是模版 语义信息的意义和操作通俗来讲就是“要干什么” 时序 信息发送的顺序和间隔通俗来讲就是“先后顺序”
他们相互配合就形成了的网络协议雏形这些要素确保了信息的结构、意义和传输顺序的一致性为网络通信提供了一套统一的规则和约定。通过网络协议的指导和规范不同节点能够按照共同的规范进行通信和交互实现数据的可靠传输和正确处理。
网络通信的原理
通过网络协议的基本要素形成了非常多的网络协议而最为经典的协议架构就是OSI模型它是现在TCP/IP协议族的原型。 在OSI模型中提出了层次化网络概念它将网络通信分解为不同的层次每个层次都履行特定的功能和任务。这种层次化的结构有助于协议的设计、开发和维护同时也提供了灵活性和可扩展性。 OSI模型的七个层次分别是 物理层Physical Layer负责传输比特流并管理物理连接。 数据链路层Data Link Layer在直接相连的节点之间传输帧帧是数据和控制信息的组合。 网络层Network Layer负责为数据包包括源和目标地址选择并建立路径。 传输层Transport Layer提供端到端的可靠的数据传输服务并管理分段和流量控制。 会话层Session Layer负责建立、管理和终止会话进程之间的通信。 表示层Presentation Layer处理数据的表示形式如加密、解密和压缩。 应用层Application Layer提供各种网络应用服务。 通过将网络通信分解为多个层次OSI模型的设计目标是使不同层次之间的关注点和责任分离从而实现模块化和可组合性。每个层次专注于解决特定的问题并提供特定的功能而不需要了解和干涉其他层次的实现细节。
而在TCP/IP协议族中通过将多个层次合并或整合到较少的层次形成一个更简化和实用的协议栈。在TCP/IP协议族中它的分层是这样的 网络接口层Network Interface Layer 该层负责处理网络硬件和物理传输确保数据能够在网络中正确地传输。它包括了物理层和数据链路层的功能。 网络层Internet Layer 这是TCP/IP协议族中的核心层次它负责处理数据包的路由和转发确保数据能够在不同的网络之间传输。IP协议是这个层次中最重要的协议。 传输层Transport Layer 这个层次负责提供端到端的可靠数据传输服务也就是确保数据从源节点传输到目标节点的可靠性和完整性。在TCP/IP协议族中主要有TCP传输控制协议和UDP用户数据报协议两种协议。 应用层Application Layer 这是协议栈的最上层提供各种应用程序之间的通信服务。在这个层次上有各种特定的应用层协议例如HTTP超文本传输协议、DNS域名系统、FTP文件传输协议等。
我们已经大致的了解了网络协议现在我们再来看看从微信发送一个信息它会经历那些故事。
信息的故事
当我们发送一条信息时首先是在应用层使用微信编辑好一条信息这就好像是在邮寄快递应用层的微信为在这张快递单上写下目的ip的地址然后它会进入到第一道工厂到传输层进行处理。 传输层接受到信息后会根据应用层的socket套接字判断它是属于UDP还是TCP确定使用的是TCP后传输层会先把信息分割为更小的数据块并为每个数据块个包装好包装标题是源端口号、目的端口号序号等的一系列控制信息并发往下一站网络层。
网络层就相当于是一个中转站在收到穿传输层工厂在网络层接收到数据块后它根据目的IP地址和路由表来确定数据块的传输路径。类比中的中转站会根据目的地信息将快递送往正确的下一站网络层也会根据目的IP地址将数据块传递到适当的下一站网络节点。
在网络层的处理过程中首先通过目的IP地址查找路由表来确定最佳的传输路径。路由表中存储了一系列规则和路由信息指示数据包应该被发送到哪个接口或下一跳路由器。根据路由表的信息网络层选择合适的接口或下一跳路由器并将数据块发送给它们。
到达下一站的网络节点后数据块经过一系列的中转和路由选择直至到达目标主机。类比中的中转站进行中转和选择合适的交通工具网络层也进行类似的操作将信息传输到目标主机。
在目标主机上网络层接收到数据块后会将数据块交给传输层进行后续处理。传输层会根据数据块的源端口号和目的端口号将数据块分发给对应的应用程序微信。 就这样信息完成了一次历险旅程。
总结
随着科技的不断发展网络将继续在我们的生活中扮演重要的角色。5G技术的普及和物联网的发展将使连接更加广泛和快速。人工智能和大数据分析的应用将进一步改善网络性能和服务。虚拟现实和增强现实技术将为我们带来更丰富的互动体验。
然而网络发展也面临一些挑战。网络安全和隐私保护是亟待解决的问题黑客入侵、数据泄露等问题已经时常发生。此外数字鸿沟和网络普及度的不平衡也需要关注和解决。
尽管存在挑战网络的意义和潜力无可否认。网络作为现代社会的重要基础设施正不断推动着社会的进步和创新。我们应该共同努力解决网络发展中的问题并充分利用网络所带来的方便和机遇以推动更加智慧和可持续的未来。
