学习笔记——网络参考模型——TCP/IP模型(物理层)

一、TCP/IP模型-物理层

1、数据传输(交换)的形式

(1)电路交换

特点:通信双方独占通信链路。

优点:数据传输时延小,适用于实时通信;数据按序发送,不存在失序问题;适合模拟信号和数字信号传输。

缺点:连接建立时间长;独占信道,信道利用率低;不同类型、不同速率的终端难以直接通信;难以进行差错控制。

(2)报文交换

特点:报文整个地发送,一次一跳,是分组交换的前身。

优点:不用预先建立连接,没有建立连接时延,可以随时发送报文;按照存储–转发机制,对数据包进行错误检测,并且能支持不同速度、规格的输入/输出端口间的交换;有路径选择,当某条线路发生故障时,可以选择其他线路,提高传输可靠性;一个报文可以同时发送到多个目的地址;提高信道利用率。

缺点:进入交换节点之后要经历存储–转发过程,时延大,当网络通信量增大时,时延加剧,不适合实时业务数据传输;只能传输数字信号;报文长度无限制,每个中间节点都要完整接收报文,当线路较忙时,中间节点可能需要存储其他报文,要求每个节点具有较大的缓存区。

(3)分组交换

特点:分组交换和报文交换的思想类似,不同的是分组交换将数据切成一个个小片分开传送。分组交换可以分为数据报分组交换和虚电路分组交换。

虚电路分组交换:不同于电路交换(有物理链路),而是建立一条逻辑链路。在信息交换之前,需要在发送端和接收端之间先建立一个逻辑连接,然后才开始传送分组,所有分组沿相同的路径进行交换转发,通信结束后再拆除该逻辑连接。分组能按序到达。

数据报分组交换:

特点:数据包的传输彼此独立,互不影响,可以按照不同的路由机制到达目的地,并重新组合。

优点:相比报文交换,所需缓存区更小;减少了出错几率,提高了传输可靠性。

缺点:相比报文交换,需要在每个分组都加上源目地址、分组编号等信息,传输信息量增大;有失序问题(数据报交换)。使用数据报分组交换时,采用TCP控制数据可靠传输,运输层采用TCP协议后,用三次握手建立连接,四次挥手此时释放连接,同时将失序数据分组存储在缓存区中,确保数据按序到达,此时也就相当于虚电路交换。

电路交换是面向连接的,分组交换是无连接的。

2、报文层次

(1)报文的每个层次之间有联系的

例如:数据链路层为三层的网络层服务。

二层: 类型(type)            ARP:0x0806      IP:0x0800

三层: 协议号(protocol)   TCP:6    UDP:17

四层:端口(port)      HTTP:80     FTP:21      telnet:23

抓取QQ 包:参考封装协议oicq

node节点:3层以上设备的一个接口

3、数据通信过程

(1)发送方数据封装

假设你正在通过网页浏览器访问华为官网,当你输入完网址,敲下回车后,计算机内部会发生下列事情∶

1.IE浏览器(应用程序)调用HTTP(应用层协议),完成应用层数据的封装(图中DATA还应包括HTTP头部,此处省略)。

2.HTTP依靠传输层的TCP进行数据的可靠性传输,将封装好的数据传递到TCP模块。

3.TCP模块给应用层传递下来的Data添加上相应的TCP头部信息(源端口、目的端口等)。此时的PDU被称作Segment(段)。

4.在IPv4网络中,TCP模块会将封装好的Segment(段)传递给网络层的IPv4模块(若在IPv6环境,会交给IPv6模块进行处理)。

5.IPv4模块在收到TCP模块传递来的Segment(段)之后,完成IPv4头部的封装,此时的PDU被称为Packet(包)。

6.由于使用了Ethernet作为数据链路层协议,故在IPv4模块完成封装之后,会将Packet(包)交由数据链路层的Ethernet模块(例如以太网卡)处理。

7.Ethernet模块在收到IPv4模块传递来的Packet(段)之后,添加上相应的Ethernet头部信息和FCS帧尾,此时的PDU被称为Frame(帧)。

8.在Ethernet模块封装完毕之后,会将数据传递到物理层。

9.根据物理介质的不同,物理层负责将数字信号转换成电信号,光信号,电磁波(无线)信号等。

10、转换完成的信号在网络中开始传递。

(2)中间网络数据传输

封装好的完整数据,将会在网络中被传递。

一般情况下∶

网络中的二层设备(如以太网交换机)只会解封装数据的二层头部,根据二层头部的信息进行相应的"交换"操作。

网络中的三层设备(如路由器)只会解封装到三层头部,并且根据三层头部的信息进行相应的"路由"操作。

(3)接收方数据解封装

经过中间网络传递之后,数据最终到达目的服务器。根据不同的协议头部的信息,数据将被一层层的解封装并做相应的处理和传递,最终交由WEB服务器上的应用程序进行处理。

4、网络介质

两个终端,用一条能承载数据传输的物理介质(也称为传输介质)连接起来,就组成了一个最简单的网络。

数据传输三要素:网卡(数据处理)、网线(承载)、协议栈(沟通语言)

(2)传输介质分类

传输介质的作用:1、实现设备的连接 2、实现数据的传输

双绞线∶当今以太网最常见的传输介质,按照抗电磁干扰能力还可以分为∶STP-屏蔽双绞线、UTP-非屏蔽双绞线。传输距离为100米,速率1000兆。

光纤传输,按照功能部件可分为∶

光纤∶光传输介质,简单就是一根玻璃纤维,用于约束光传输的通道。传输距离为2000米

光模块∶将电信号与光信号互转的器件,产生光信号。

串口电缆在WAN(Wide Area Network,广域网)中大规模使用,根据WAN线路类型不同,串口电缆在设备上连接的接口类型也不同∶异/同步串口、ATM接口、POS接口、CE1/PRI 接口等。

无线信号的传输可以通过电磁波进行,例如∶无线路由器将数据通过调制以电磁波发送出去,移动终端的无线网卡将电磁波解调,得到数据,完成从无线路由器到移动终端的数据传输。

5、冲突域

术语

备注

冲突

Collision多个设备如果同时连接在一个传送信道上,发生的冲撞会导致信号破坏

冲突域

Collision Domain 能产生冲突的设备的集合(区域)。

数据产生碰撞的范围 HUB所有的接口 处于同一个冲突域中 CSMA/CD =效率

冲突域:是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合,冲突域内所有节点竞争同一带宽,一个节点发出的报文(无论是单播、组播、广播),其余节点都可以收到。

在共享网络,以太网络使用CSMA/CD技术,避免冲突问题。

CSMA/CD的基本工作过程如下∶

终端设备不停的检测共享线路的状态,如果线路空闲则发送数据,如果线路不空闲则一直等待。

如果有另外一个设备同时发送数据,两个设备发送的数据必然产生冲突,导致线路上的信号不稳定。终端设备检测到这种不稳定之后,马上停止发送自己的数据。

终端设备发送一连串干扰脉冲,然后等待一段时间之后再进行发送数据。

发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备,特别是跟自己在同一个时刻发送数据的设备,线路上已经产生了冲突。

CSMA/CD的工作原理可简单总结为∶先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发。

6、广播域

术语

备注

广播

Broadcast 发磅给所有目标

广播域

Broadcast Domain 能收到广播的设备的集合(区域)

广播报文所能到达的整个访问范围称为二层广播域,简称广播域,同一广播域内的主机都能收到广播报文。

全1MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF为广播地址,所有节点都会处理目的地址为广播地址的数据帧,该数据帧所能到达的整个访问范围称为二层广播域,简称广播域。

  此例中,RTA和RTB把整个网络分成了三个不同的局域网,每个局域网为一个广播域。LAN1内部的主机直接可以通过交换机实现相互通信,LAN2内部的主机之间也是如此。但是,LAN1内部的主机与LAN2内部的主机之间则必须要通过路由器才能实现相互通信。


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