網上關於網路基礎的文章有很多,而且有很多都是很優秀的文章.這系列的文章只是作為自己梳理計算機網路知識點之用.文章從計算機網路起源開始,逐步分析計算機網路為何發展成今天的樣子.我們知道,兩台計算機想要互相通訊,一定需要某種介質連線這兩台主機.而連線主機的介質有很多,可以是藍芽,光纖,雙絞線.但是不管使用什麼介質連線,最後到達另一台主機的時候,這些訊號都要被轉換成電磁訊號.把其他訊號轉換成電磁訊號的裝置被稱為調劑調節器,也就是我們俗稱的貓.所以如果你家使用光纖,那麼就有一台調製調解器把光學訊號轉換成電磁訊號才能被計算機識別.
電磁訊號到達主機的時候,最先通過網絡卡.平時說得百兆網絡卡,千兆網絡卡是指網絡卡一次性可以處理100m(百兆網絡卡),1000m(千兆網絡卡)bit的資料.
兩台計算機通過一條線(注:這裡包括下文的線都指某種連線介質)連線就可以通訊,但是需要通訊的主機多了之後,就需要管理如何連線這些主機,於是就演化出了三種網路模型
如上圖,可以很容易理解什麼是匯流排型網路:即所有通訊主機都連線在同一條線上,訊號藉由這條匯流排傳遞到對方主機.那麼現在以下幾個問題 :
a要跟b通訊,如何保證b可以收到a傳送的資料,而不是被其他人收到?
a給b傳送訊號的時候,c跟d可不可以通訊?
要解決這些問題,要引入乙個mac位址的概念,在mac位址是一串用十六進製制表示的數字,mac位址被寫死在網絡卡上.每個網絡卡上的mac位址都是獨一無二的,所以mac位址可以用作標識整個網際網路上唯一的乙個網路裝置.假設一台主機只有一張網絡卡,那麼乙個mac就可以用來標識唯一一台主機.
知道了mac位址之後,我們來看在匯流排型網路模型中主機是如何通訊的 :
有了mac位址之後,a要傳送給b資料,只要在資料報前面加上自己和主機b的mac位址之後把資料傳送出去,這個時候這個匯流排上瞬間都會充斥著這些資料,之後b, c, d都會接收到這些訊號,但是每台主機會查詢資料報前面接收方的mac位址,只有接受方的mac位址跟自己的mac位址匹配才會接受資料,其他主機會忽略這些訊號.這樣子,第乙個問題就解決了.上面說了,a傳送資料給b的時候整個匯流排上都充斥著電訊號,那麼c跟d必然就不能通訊了,不然就亂了.其中一台主機傳送訊號,其他主機都能夠收到訊號,這種現象稱為廣播上面說了,a傳送資料給b的時候,其他主機就不能傳送資料, 那麼就得有乙個機制保證的確只能有乙個主機傳送訊號.這種機制稱作載波偵聽多路訪問,衝突檢測(csma/cd).其工作原理類似 :
a在傳送訊號之前先檢測是否有主機在傳送訊號,如果沒有.馬上開始傳送訊號.而且在傳送的同時還要繼續監聽匯流排上是否有其他主機傳送訊號,一旦有,馬上停止傳送.等待一段時間再傳送.載波偵聽多路訪問,衝突檢測(csma/cd)的這個機制.正是乙太網的標準.
環狀網路模型亦如其名,所有的主機用通訊裝置連線成乙個環狀.這種網路模型最開始由ibm研發,環狀網路保證衝突的方式類似 :
在環狀網路的通道上有乙個令牌,沒有主機傳送訊號的時候就在通道上遊蕩,只要有主機想要傳送訊號,就要馬上抓住令牌,一旦持有令牌就可以傳送訊號.但是這種網路模型為ibm的商業專案,所以並沒有流行開,而是匯流排模型作為乙太網技術被現在的網際網路接受.我們現在的網際網路世界都是基於乙太網.
除了這兩種模型之外,還有一種稱為星形網路,其本質是匯流排網路的一種變形,所以這裡略過.
回顧一下最開始的通訊過程,一旦乙個匯流排模型上連線的主機多了之後,會出現兩個問題 :
.所以當乙個網路模型上的主機越來越多,就要把乙個網路分成兩個網路.
如上圖,把乙個網路分成兩個網路,但是出現乙個問題:分成兩個模型之後兩個模型之間如何通訊?這就要靠途中s1這個裝置了,這個裝置被稱為網橋或者橋接器
現在,我們來看一下主機之間是如何通訊的 :
通過上面的分析知道,橋接器能夠智慧型的判斷當前通訊是乙個網路中的主機互相通訊還是跨網路通訊.橋接器能夠做到這一點的原因是:橋接器內部維護了一張表,這張表記錄了每個網路中有哪些主機.這張表的資料可以人工填寫,或者橋接器也可以自己智慧型學習生成資料.
現在有了橋接器之後,我們就可以有效避免衝突,隔絕了衝突域.a和b之間的通訊就不會影響到a1跟b1之間的通訊,主機之間通訊的效率就變得更高了.那我們極端一點,乙個橋接器上有多個r1介面, 每個介面只連線一台主機.這樣子橋接器就演化成了交換機.
注意:交換機跟橋接器的關係並不是像上面講得那麼簡單.交換機跟橋接器在定義上還是有區別的,網上有很多說交換機就是多個介面的橋接器,這個說法不能說錯,但是不嚴謹.不過我們這裡可以不必糾結於此,因為交換機跟橋接器在作用是類似的,這裡你可以把交換機當做是多個介面的網橋.現在,網路模型已經演變成上圖的樣子,看起來好像又回到最開始的匯流排網路模型.但是不同的是,使用交換機之後,a跟b通訊的同時,c跟d也能通訊.而且a給b傳送資料的時候,b也可以給a傳送資料.因為每台主機可以使用兩條線跟交換機相連.一條負責對外傳送資料,一條負責接收資料.像上圖這種,如果要主機a傳送了乙個廣播,那麼b,c,d,e都可以收到這個廣播,稱為a,b,c,d,e在同乙個廣播域.但是,當多個交換機互相連線,某個交換機上的一台主機傳送了乙個廣播資料,那麼交換機收到這個廣播資料的時候,也會把這個廣播資料**給另乙個交換機,而這個交換機也會傳送這個廣播.以此下去,整個網路內都會收到這個廣播,當這些主機都向外傳送廣播,就會造成廣播風暴.我們使用橋接器/交換機隔絕了衝突域,提高了計算機通訊的效率,但是廣播風暴的存在仍然會造成計算機通訊的效率低下,因此我們還需要解決廣播風暴.
然而,不幸的是,廣播風暴在使用mac位址標識主機的情況下是沒有辦法解決的,所以在mac位址的基礎上,引入了邏輯位址,即ip位址.並且使用路由器來連線交換機.這樣子就可以解決廣播風暴的問題.更多關於ip&&路由,以及接下來的計算機網路基礎,請移步文章計算機網路2.
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