1: 1层,2层,3层?

    这篇文章主要是面向自学TCP/IP的读者的.因为市面上讲解计算机网络的书虽然非常多,但是个人认为没有一本可以做到深入浅出的.都是照搬某些权威书籍中的概念,使得很多读者读了之后还是没有具体概念.希望我写的东西可以让大家有个具体概念,而不是只停留在能够背出官方的,严谨的,深奥的概念.
   
    TCP/IP基础讲座-1: 1层,2层,3层?

    读过关于网络的课程的,都知道ISO-OSI 7层协议这个名词,许多书籍都会具体的画出那幅图,然后标注上物理层,数据链路层,网络层等等.背的大家要死.但是却又不知道具体这些层次干吗用的勒?

    其实在互联网中,由于实际使用的是TCP/IP模型,也就是DOD模型(现在不知道没关系,后面会说).所以7层模型在现实网络环境中只是一个理论上,学究派的东西.这个模型中,我们真正关心的是下面的3层.

    1.物理层

    哦.是的.这个名词还算容易了解.网卡还有那些网线构成了这一层.那些在网线中传播的二进制数据流是这层的具体表象.也就是说,这一层上面没有什么协议(不是很精确的说法,但是你可以这么理解).有的都是电流而已.我们把两台机器用网线连起来.或者用HUB把机器都连起来,这些工作就是物理层的工作.

    有2个设备属于物理层的,一个是中继器,一个是HUB.大家知道.物理上面的连线距离一长就会产生电信号的衰减.为了重新加强这个信号,我们就需要在一定距离之后加上一个信号放大器,这就是中继器(repeater)

    恩...这个比较容易理解.repeater就是连接在2根网线之间的么.没有做任何处理.所以只是一个物理设备.属于1层的.

    那么集线器(HUB)呢?这个怎么会是在1层???似乎非常难以理解.

    当我说出HUB的本质,大家就能够清楚了解了

    HUB的本质其实只是一个多口中继器(MULTI PORT REPEATER).啊...这样大家能够理解了.HUB不叫多口中继器其实只是为了销售上面的策略.他的本质就是连接多根网线的一个物理设备.也是不对经过的电信号做任何逻辑处理的.

    2.数据链路层

    欧~这个名词有些别扭了.DATA LINK层.英文似乎更加容易理解.

    这个层面上面的东西不再是电信号了.而是DATA了.对,既然是DATA就有了逻辑关系了.这个层面上面的基本单位是帧(Frame).这层和物理层的接触是最紧密的.他是把从网线上面传输的电流转换成0和1的组合.

    物理层只是网卡对网线发出或者接受各种电平信号,那就是说物理层是无法判别电流的来源和目标的.那么把电流打成0和1的帧之后.里面就有逻辑数据了.有了数据,就可以判别数据从何而来,到何处去.所以也就可以真正的形成LINK.

    既然可以判别地址,那么地址是按照什么来判别的呢?

    那就是最重要的概念之一:MAC地址

    大家肯定都听说过我们的网卡都有MAC地址

    有些人可能也知道MAC地址都是唯一的.

    对.MAC地址是全球唯一的.也就是说你的网卡虽然便宜.但是他也是世界上独一无二的.

    有些人说他可以改MAC.那就不是唯一了.对.虽然可以更改,那只是欺骗上层对封包里面的MAC地址进行改写.你网卡真正的MAC地址是固化的.无法修改的.

    我们有了MAC地址了.这样就可以有针对性对所有连接在一起的计算机进行通讯了.是的.我们终于可以在一个局域网内通讯了.

    但是有个问题我们前面没有提到.就是既然物理层传输的是电信号.那么如果我有2台机器一起发电信号,信号岂不是混乱了么?

    非常正确.这个问题在网络里面成为"碰撞",所以协议里面规定了如果你需要往外发数据,一定需要先看看电缆里面有没有别的信号.如果没有,那就可以发.如果2者同时发送,检测到碰撞之后2者分别等待一个随机时间,然后重发.这个就是重要的"碰撞检测".

    哈.看来问题解决了.不是么.现在整个网络可以正常运行了.

    确实如此.但是如果连接在网络上的计算机越来越多,那么碰撞的现象会越来越频繁.这样效率一定很低了.恩.这里还有一个重要概念"冲突域".在同一个物理上连接的网络上的所有设备是属于同一个冲突域的.

    接着就需要引入我们的2层设备来分割冲突域了.

    网桥(Bridge)就是连接2个不同的物理网络的.主要功能是在2个网络之间转发Frame.因为从实际中我们可以知道.其实很多时候并非整个网络都在相互通讯.最多相互通讯的一组计算机我们可以分在一个小的冲突域内.这样分割以后可以减少冲突域,也就相对的减少了冲突的机会.而之间使用网桥来桥接,由于网桥两边的通讯不是非常频繁,所以使用网桥来为2边作为"代言人".这样任意一个小网络里面产生冲突的机会就少了.

    交换机(Switch)是我们最熟悉的设备了,交换机的本质其实就是一个多口网桥(Multi port Bridge).同理可得.交换机的每个口后面都是一个冲突域.我们都说交换机比HUB快,就是因为交换机分割了所有的冲突域.

    由于现在交换机非常便宜.所以一般我们都是直接在交换机的口上接计算机.这样每台计算机都是一个独立的冲突域.这样碰撞的问题就没有了.所以速度是比HUB快.

    而前面说过.2层设备主要是个转发的功能.交换机的主要功能就是转发包.而不是让所有的冲突域直接物理连接.所以交换机有CPU,有内存,可以对frame进行处理等等.这些也是交换机和HUB的区别

    3.网络层

    我们前面的一些技术就可以构建出局域网了.有了网络层以后.数据才能够真正的在整个世界间传送

    由于伦纳德·博萨卡(Leonard Bosack)和姗蒂•雷纳(Sandy Lerner)为了解决他们之间的通信问题(关于路由器发明的版本有很多.你听到的别的说法可能比这个说法更准确,但是谁知道呢.呵呵).路由器被发明用来解决"信息孤岛"问题.而且如果是由SWITCH来构建整个网络,那么整个网络将会有"中心节点",这样也不符合ARPANET的初衷.所以我们有了这一层.(这样说可能会感觉本末倒置,但是先这么理解吧.)

    这一层的基本单元是包(Packet).所有的包都有一个IP头.啊.听起来很熟悉不是么.IP就是用来在这层上面标识包的来源和目的地址的.

    这层的一个主要概念就是"路由",也就是和switch一样,把包转发到其他的地方.不过有个不同的地方,switch只有知道具体的MAC在哪里的情况下才能够发送给指定的计算机,而路由则不需要知道最终IP所在的计算机在哪个位置,只要知道那个途径可以过去就可以工作.

    这3层构建了整个网络的基础.由于TCP/IP模型将最下面2层合并成为一层,所以在TCP/IP里面总共这2层也是整个构架最基础的内容.而网络方面要做的工作也都是针对于这2层做的.

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