网络模型--介绍性指南

网络是我们能写这个博客并能如此轻松地将其发送给数百万读者的主要原因。在计算机网络这个主题中，我们对整体情况进行了探讨。计算机网络处理的是系统之间的通信。同时，它也考虑到从源头发送的信息应该如何最有效地到达目的地。这就好比一个交通拥挤的城市，有大量的交通。

联网的目的

为了在两个不同的主机上的两个不同的进程之间建立通信，我们需要确保网络的行为符合需求，并且就像没有网络存在一样，两个进程都在同一个主机上。

在研究跨网络通信时，涉及到各种参数。

1. 硬件。实现路由、计算和安全的组件。其他例子包括路由器、传输线、光纤、服务器终端等。
2. 固件。固件被定义为在硬件中实现特定功能的软件。它们是针对硬件的。
3. 软件。终端用户用来与计算机互动，从而与其他计算机互动的应用程序。
4. 安全性。整个通信需要端到端的安全。只有接收者才能收到信息。确保这一点的过程被称为加密，它属于网络安全的范畴。
5. 路由。让我们考虑一个例子。你，一个印度居民，正在与你在美国的朋友进行Skype通话。信息的最佳路径是什么？它可以通过中国、俄罗斯、地下海洋电缆网或美国。另一种可能性是信息经过海湾地区。我们该如何选择？值得庆幸的是，路由算法通过考虑距离、流量和成功传输的概率，简化了路由的工作。
6. 拓扑结构。互联网是一个由小网络组成的非常大的网络。这些小网络中的每一个也都在内部进行通信。为通信建立的结构被称为拓扑结构。一些不同的类型是。
   • 网状拓扑结构
   • 网状拓扑结构
   • 总线拓扑
   • 星形拓扑结构
   • 环状拓扑结构
7. 传输技术。有两种传输媒介。有线和无线。当今时代的互联网主要是有线的。只有在用户端点，无线路由器才充斥着无线传输的空间。互联网的未来正朝着无线传输的方向发展。像SpaceX这样的公司正在发射他们的卫星舰队，以建立实现更广泛的无线传输所需的基础设施。

这是一个令人兴奋的话题，今天我们将讨论与网络有关的不同模式，以及它们如何处理上述参数。

什么是网络模型？

网络模型描述了用于在源系统和目的系统之间建立通信的架构、组件和设计。网络模型的别名包括协议堆栈、协议套件、网络堆栈和网络协议。目前有2种主要的模型。让我们来看看它们

1. 开放系统互连（OSI）模型
2. 传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）模型

OSI模型

OSI是开放系统互连的意思。它是建立系统间通信的一个开放标准。我们将更深入地了解这个模型。

• 应用层。整个过程从终端用户的设备开始。这可以是一个电话、笔记本电脑、服务器等。应用层为程序和用户之间的数据交换提供接口。例如，Facebook的网络应用/移动应用是我们喜欢、分享、评论和执行各种其他活动的界面。所有这些活动都会产生需要在网络上传输的数据片断。

• 表现层。表现层确保字符从主机系统的原始格式转换为接收系统的格式。它还增加了加密和解密功能。数据压缩是在这一层处理的。

• 会话层。该层的加入使浏览过程中的会话得以维持。这有助于实现认证、授权、同步和对话控制。让我们考虑一些例子来理解会话层的意义。

  • 认证。一旦用户登录，他/她应该保持登录状态，直到他/她退出。获取用户的认证状态就发生在这一层。
  • 授权。对网站的特定部分的访问权是给超级用户和管理员的。
  • 对话控制。允许运行WebEx等应用程序的各种系统进行通信。这里的挑战是同时发送和接收数据，这一点通过会话层下的半双工或全双工协议来克服。
  • 同步化。数字体验依赖于音频和视频的同步。会话层确保收到的音频和视频的时间戳是正确的顺序。

• **传输层。**传输层是OSI模型中的第四层，实现以下服务。

  • 可靠性。该层确保发送的数据包在没有损坏的情况下被接收。如果没有，则重新发送该数据包。这可能会增加一个延迟。但是，它适用于必须保证数据完整性的应用。
  • 流量控制。发送信息的速度受到缓冲区大小和接收器容量的限制。流量控制算法考虑到了由于传播、排队和传输造成的延迟。
  • 拥塞控制。在路由器中，数据包的进入可以根据当前的流量来决定。
  • 多路复用和解复用。在传输层之前，端口并不发挥主要作用。端口可以被认为是同一网络通道的多个输入。传输层实现了对各种应用输入的复用。在接收端，传输层将数据包发送至相应的端口。这个动作类似于解复用的动作。

• 网络层。网络层是最重要的层之一。它实现了许多功能，如。

  • 地址分配。IP地址被分配给主机。有两种分配地址的方式。静态和动态。静态地址是手动分配的，在任何情况下都不会改变。另一方面，动态IP是在需要的基础上分配的。
  • 路由。选择路由可以手动或自动完成。今天，大部分都是自动的。有两种主要的算法用于路由选择。距离矢量路由和链路状态路由。
  • 分片。在传输层内，对数据的最大允许尺寸有一个限制。因此，在传输层，比特被相应地分割。分片是适用于从传输层收到的分段数据包的相同过程。其目的是将从传输层收到的数据包纳入框架。

• 数据链路层。数据链路层（DLL）的主要责任是确保流量控制、错误控制、访问控制、成帧和物理地址的读取。我们将详细介绍每一个过程。

  • 帧。从上一层获取数据包并在数据包上添加一个帧的过程被称为成帧。帧包括数据，如数据包的末端、信息长度等，以便在接收端获得准确信息。
  • 流量控制。DLL限制流量的大小，等待接收方确认第一批帧后再发送下一批。
  • 错误控制。由于长距离的传输，有时信息的比特可能会被破坏。比特的损坏会导致服务质量下降。下面列出了一些处理数据损坏的方法。
    • 丢弃数据损坏位
    • 修复损坏的比特
  • 还有其他纠错算法，如循环冗余检查、校验和、奇偶校验位等。

• 物理层。该层处理物理链接的电气、机械、功能和程序特性。网络拓扑结构属于这一层。物理层的一个突出方面是编码。编码是指数据的表述。编码的目的是确保所传输的信息在发送时没有任何错误的最大概率。有不同类型的编码可用。它们在表示0和1的方式上有所不同。基本的表示方法是-5V信号表示0，+5V信号表示1。错误的概率很高，因此需要各种其他方案。让我们直观地回顾一下其中的一些方案。

  • 曼彻斯特编码。

  图像源

  • NRZ 编码。

    图像源

TCP/IP模型

我们所说的互联网的网络是基于TCP/IP模型的。因此，它也被称为TCP/IP协议套件。它是一个专门为互联网建立的四层架构。该协议在IETF（Request For Comments）RFC791和793中定义，我们在OSI模型中看到的许多层在TCP/IP模型中是没有的。互联网需要以下特点。

• 可靠性
• 安全性
• 流量效率

TCP/IP模型在传输层使用TCP，在网络层使用IP。网络模型的四个层次如下。

• 应用层。在TCP/IP模型中，应用层包括OSI模型的前三层，即应用层、表现层和会话层。
• 传输层。该层与OSI模型中提到的层相同。传输控制协议（TCP）在这个模型中被使用。TCP确保可靠性并帮助避免网络拥堵。
• 网络层。互联网协议（IP）主要用于该层。直到最近，IPv4是最普遍使用的协议。它提供了32位的地址分配。它支持大约429万个独特的设备。在20世纪90年代末，设备的数量超过了400万大关，因此引入了IPv6。IPv6是允许43亿台设备的协议。它有128位的网络地址分配。要了解更多关于IPv6的信息，以及为什么切换到它很重要，你可以在这里阅读这篇文章。
• 网络接口。它可以实现数据的传输。该层对应于OSI模型中的数据链路层和物理层。

总结

在这篇文章中，我们已经成功地介绍了网络的基础知识，了解了各种网络模型的基本原理。我们希望更多有抱负的网络工程师受到启发，深入研究计算机网络的主题。