小码哥《网络协议从入门到底层原理》笔记（一、二）：基本概念、集线器、网桥、交换机、路由器

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网络互连模型

• 为了更好地促进互联网络的研究和发展，国际标准化组织ISO在1985年制定了网络互连模型
• OSI 参考模型(Open System Interconnect Reference Model)，具有7 层结构
• 实际开发和学习中，主要使用4层的TCP/IP协议和5层的学习研究版。

请求过程

• 在网络请求客户端向服务器发送数据过程中，每一层都负责拼接一部分数据。
• 在客户端接收服务器返回的数据时，每一层都负责拆除一部分数据。

计算机之间的通信基础

• 需要得知对方的IP地址
• 最终是根据MAC地址(网卡地址), 输送数据到网卡, 被网卡接收
  • 数据中包括源IP、目标IP地址、源MAC地址、目标MAC地址
  • 如果网卡发现数据的目标MAC地址是自己, 就会将数据传递给上一层处理
  • 如果网卡发现数据的目标MAC地址 不是自己, 就会将数据丢弃, 不会传递给上一层进行处理

计算机之间的连接方式

网线直连

• 需要用交叉线（不是直通线）
• ping命令使用的是ICMP协议，前提是需要知道对方的ip地址，最终是根据MAC地址输送数据到网卡，被网卡接收。
• 当不知道对方MAC地址时，使用ARP协议，进行广播。
• 广播只在同一个网段中传播，目的是获取MAC地址，给所有连接设备发广播，询问对应ip地址下的MAC地址。
• ARP协议的广播中，目标MAC地址为FFFF.FFFF.FFFF。即16进制MAC地址，换算二进制全是1。
• 全是1的MAC地址，代表广播，表示在同一个网段的所有连接设备都能接收。
• ARP协议是有缓存的，当下次在ping的时候，就不需要再去获取ip地址了，而是直接执行ICMP协议。

同轴电缆（Coaxial）

• 多台设备连接方式
• 半双工通信
  • 同一时间，单向通信
• 容易冲突
  • 电缆两个方向同时有数据汇入时，会发生冲突。
• 不安全
  • 数据不会单向走入对应的计算机，而是向所有设备发送数据。
• 中间断了, 整个就瘫了
  • 失去了终止电阻

集线器（Hub）

• 优点：
  • 某两条线路发生冲突，其他线路任可通信
• 缺点：
  • 如果连接了1000台设备， ARP协议就会发送1000条数据。即使知道对方MAC地址，发送数据任然需要同时发送给1000台设备。
  • 半双工通信
  • 容易冲突
  • 不安全

网桥（Hub）

• 能够通过自学习得知每个结构那侧的MAC地址，从而起到隔绝冲突域的作用。
  • 通过MAC地址表
  • 当数据通过网桥MAC地址表确定目标MAC地址不在另一侧时，就不会继续向另一侧发送数据了。
  • 如果左右两侧数据可以被网桥分隔，那么左右两侧可以同时进行通信。

交换机（Switch）

• 相当于接口更多的网桥
  • 学习能力，能记住每个接口对应的MAC地址
• 全双工通信，双向通信
• 比集线器安全
• 区域网最终方案

全球所有设备都用交换机连接会是什么情况？

• 会接收到全球设备的广播
• IP地址不够用

路由器（Router）

• 可以在不同网段之间转发数据
• 隔绝广播域
  • 不同网段之间的广播是发不过去的

不同网段如何通信

• 主机发数据之前先判断目标IP地址与主机是否在相同网段
  • 在同一个网段，发送ARP，通过交换机、集线器传递数据。
  • 不在同一个网段
    • 主机先发送ARP到路由器网关，确定网关MAC地址。
    • 主机发送数据给网关，网关再决定出口是哪个网关。
    • 在出口网关发送ARP，以确认接收方MAC地址。
    • 最后出口网关将数据发送给接收方。

总结

• 网线直连, 同轴电缆, 集线器, 网桥, 交换机
  • 连接的设备必须在同一网段
  • 连接的设备处在同一广播域
• 路由器
  • 可以在不同网段之间转发数据
  • 隔绝广播域
    • 不同网段之间的广播是发不过去的
• 主机发数据之前, 首先会判断目标主机的ip地址跟它是否在同一个网段
  • 在同一个网段: ARP
  • 不在同一个网段: 通过路由器转发数据