计算机网络基础详解(OSI参考模型和TCP/IP协议栈)

计算机网络概述

三个概念

  • 局域网:覆盖范围小,设备自己购买进行搭建,带宽固定。
  • 广域网:距离远,花钱租带宽。
  • Internet: 由ISP提供网络服务,ISP有自己的机房。

构建局域网的一个标准:主机和交换机之间的网线距离不能超过100m,交换机和机房交换机之间的距离不能超过100m。

计算机网络基础详解(OSI参考模型和TCP/IP协议栈)

如上图所示,是一个简单的局域网模型图,教室里的笔记本电脑通过网线与交换机相连,然后每个教室的交换机又与机房的交换机相连,机房的交换机与外部Internet相连,从而教室里的电脑能够上网,几个教室的电脑构成了一个简单的局域网。

  • 接入层交换机:直接与主机相连的交换机
  • 汇聚层交换机:机房用来与接入层交换机相连的交换机
  • 汇聚层交换机接口的带宽一定要大于接入层交换机接口的带宽,不然会产生拥塞。

这里稍微解释一下ISP,ISP指的是网络服务提供商,在中国就是移动,联通,电信三大运营商,或者长城宽带。我们通过将家用电脑或者学校的局域网接入ISP,就可以上网。

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如上图所示,为用户接入ISP的一个模型,图里有电信和网通两个ISP运营商,两个运营商之间通过1000M带宽的网线相连,所以,两个运营商的网也是互通的。但是从带宽来看,如果上网人数太多,你要从电信网访问联通网的服务器,就容易卡顿。所以一般为了解决这个问题,一般互联网公司都会在每个运营商那放一台服务器。这就是为什么平常我们下载东西的时候会碰到网通下载,电信下载的方式让你选择,游戏会有网通区和电信区,这也是一个道理。

用浏览器访问服务器数据传输的三个过程:

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  • 1、主机自带DNS地址,输入网址后,主机将数据包发往DNS服务器,DNS服务器解析出网址对应的IP地址,然后将数据包返回到主机。
  • 2、主机通过DNS服务器返回的IP地址访问网址所对应的服务器(将数据包通过网络发往服务器)
  • 3、服务器接收到访问申请后,将数据包返回到主机。

问题:既然MAC地址和公网IP地址都是全球唯一的地址,那是不是只有其中一种就可以实现功能呢?

在实际的计算机网络中,MAC地址和IP地址分别有不同的功能:MAC地址决定数据包下一跳给谁,IP地址决定数据包最终到哪去。全球网络只有全部通过交换机连接,才可能只用MAC地址实现数据包收发(现实中不可能实现)

服务器在给主机回传网页的时候,由于网页的数据量太大,而数据包封装的时候,最大传输单元(MTU)为1500B,所以需要将一个网页的数据进行切割,封装成多个数据包进行传输。

OSI参考模型

层级名称 每一层的功能
应用层(Application) 包括所有产生网络流量的程序
表示层(Presentation) 对应用程序的数据进行重新编码解码,压缩解压缩,加密解密
会话层(Session) 数据传输前建立一个会话,数据传输时维持这个会话,结束时中断这个会话
传输层(Translation) 表明上层使用的应用程序,如果需要可以建立端到端的可靠连接
网络层(Network) 负责选择最佳路径,规划I地址。(IPv4/ipv6)
数据链路层(Data link) 定义了数据帧的开始与结束。实现透明传输,差错校验。
物理层(Physical) 定义了网线接口的标准,规定了电器标准。如何在物理链路上传输速度更快。

每层之间相对独立,OSI参考模型从下到上,依次为其上层提供服务。

注:一台计算机上可以静态添加多个IP地址,然后添加路由后,可以进行访问!!!

通过OSI参考模型可以解决的一些小问题:

  • 物理层:网络传播介质的故障或者速率问题(2000年以前的光纤不支持千兆!!!)
  • 会话层:通过查看会话层建立会话的状态,可以查木马(在命令窗口使用netstate -n 查看建立的会话,通过netstate -nb查看建立会话的程序。)
  • 表示层:平常如果遇到现实的网页乱码的话,便是表示层出现了问题。

利用OSI模型排除网络故障

  • 1、物理层故障时,查看网卡状态,查看连接状态,查看发送与接收的数据包(如下图)
  • 2、数据链路层故障:MAC地址冲突 ,ADSL拨号上网服务欠费导致网断,带宽(网速)没办法协商 计算机连接到错误的VLAN。
  • 3、网络层故障:计算机没有配网关,配置了错误的IP地址和子网掩码 ,路由器上没有配置相应的路由
  • 4、应用层故障:网站或者浏览器配置问题,比如浏览器访问时配置了一个错误的代理服务器。

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MAC地址冲突:一般来说,每台主机有全球唯一的MAC地址,为逻辑地址,不会构成MAC地址冲突。但是,可以通过改注册表修改MAC地址,而不使用本机网卡的MAC地址。

OSI参考模型和网络安全

  • 1、物理层安全
  • 2、数据链路层安全 ADSL账号密码 VLAN 交换机端口绑定MAC地址
  • 3、网络层安全 设置ACL(访问控制列表)控制数据流量。
  • 4、应用层安全 开发的应用程序没有漏洞。

OSI参考模型和TCP/IP协议栈对比

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计算机网络的性能指标

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  • 速率:连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率,也称data rate 单位:b/s,kb/s,Mb/s
  • 带宽:数据通信领域中,数字信道所能传送的最高数据率。
  • 吞吐量:在单位时间内通过某个网络的数据量
  • 信道利用率(详细介绍如下图)
  • 往返时间(详细介绍如下图)

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如上图中,通过第二个网络的吞吐量就是5M+10M=15M

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下图是我进行实际操作的图,通过ping主机网关得到的往返时间:

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从图中可以看到,往返平均时间为1ms

电信号的发送带宽不能特别大,否则接收端高低电平无法识别,但是光纤传播光信号时没有这个问题,虽然光纤传导光信号的速度没有电信号传播的快。

8.8.8.8:谷歌的DNS服务器

信道/网络利用率越低,时延越小,反之,时延越大。

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数据封装和接封装的过程:

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客户与服务器之间的通信就是,客户发送数据出去,经过封装,然后通过物理层发送出去,经过网络到达服务器物理层,然后开始一层一层解封装,最后收到客户发送的数据。