网络通信基础概念扫盲

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计算机之间的通信

计算机之间的通信大致如下:在知道对方IP地址的下通过发送ARP广播信息来获取对方的Mac地址(网卡地址),输送数据到网卡。

在被网卡接收时:

  • 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来处理
  • 如果网卡发现数据的目标Mac地址不是自己,就将会数据丢弃,不会交给上一层来处理

计算机之间的链接方式:

  • 网线直连
  • 同轴电缆
  • 集线器
  • 网桥
  • 交换机
  • 路由器

网线直连

网线直连的方式非常简单,两台计算机通过网线直连后,只要是IP在同一网段即可进行通信

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过程:

  1. 计算机0(1)当前只知道目标IP地址192.168.1.11
  2. 发送ARP广播,其中包含源IP地址和源Mac地址,目标IP地址,此时目标Mac地址FFFF.FFFF.FFFF
  3. 计算机0(2)收到广播后发现目标IP地址是自己,故回复广播信息,其中把自己的Mac地址添加进去
  4. 计算机0(1)收到计算机0(2)Mac地址
  5. 两台计算机可以开始通信

同轴电缆

image.png 如图所示同轴电缆是一种比较陈旧的方式,它有以下特点以及不足:

  • 同轴电缆属于半双工通信,也就是说同一时间只能发送一条消息,而且如果是图中第一台计算机发送消息,此信息会一直向前发送直到接触到终结电阻或者其他计算机
  • 容易导致冲突
  • 由于每次发送信息都会发送给每一台计算机,所以导致信息不安全
  • 如果同轴电缆某一段断了会导致整个通信也中断

集线器

image.png 集线器是继同轴电缆之后的一种改良方式,它的特点如下:

  • 同样也是半双工通信
  • 容易冲突
  • 集线器也是一种很无脑的方式,同样会将消息发送给所有连接的设备

网桥

image.png 从上图可以看到网桥链接了两个集线器,它的特点如下:

  • 相较于集线器的无脑,网桥会记录每个接口侧的Mac地址,在得知Mac地址后,消息的发送具有了辨识性,不再像集线器那样会发送给所有设备
  • 由于会记录每个接口侧的Mac地址,从而可以起到隔离冲突域的作用

交换机

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交换机可以看做是集线器网桥的结合:

  • 相当于多接口的网桥
  • 实现全双工通信
  • 集线器更安全
  • 局域网交换机可以作为最终方案

路由器

image.png 路由器的接受和发送信息过程和以上其它几个并不一样,首先计算机A计算机B处于同一网段中,也要配置好其默认网关为192.168.1.1,同样计算机C计算机D处于同一网段中,也要配置好其默认网关为192.168.2.1,并且配置路由器连接端口的网关地址,接下来将详细描述计算机A计算机C的通信过程

过程:

  • 计算机A发送ARP广播获取与路由器相连的端口0的Mac地址
  • 计算机A通过路由器的端口0发送消息给目标IP192.168.2.11
  • 路由器端口1发送ARP广播获取计算机CMac地址
  • 计算机A计算机C通过路由器网关进行通信

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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
  • 连接的设备处于同一个广播域

路由器:

  • 可以在不同网段之间转发数据
  • 隔绝广播域