数通IA基础介绍

简单网络架构

数通说的是数据通信,而我们RS课程中最核心的也就是数据通信,要想了解数据的传输首先我们先了解一个简单的网络架构
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简单的网络架构由三个基础部分组成:

网络设备
传输介质
软件(网络服务)

网络设备通常是我们的手机电脑,或者骨干网络中的路由器交换机等

而传输介质分为了物理介质和非物理介质,物理介质是我们通常所说的双绞线或者光纤,双绞线应用广泛,既可以作为骨干网络传输介质,也可以成为用户设备接入网络的介质。而光纤主要用于骨干网络中设备的互连,并且双绞线价格相比光纤便宜且不易损坏,接入方便等特性使得双绞线成为我们生活中常用的接入网络介质,而光纤传输质量好,且传输距离远,信号衰减小等特点使得双绞线被大量应用在ISP(运营商)骨干网络中最为基本传输介质。同样作用在大型数据中心等环境中。

软件则是物理设备进行数据传输所具备的环境,如通用路由平台CRT(华为设备使用的基于TCP/IP的操作系统),WINDOWS上的TCP/IP服务等。

冲突域

早期的以太网环境中使用的是同轴电缆作为传输介质,而同轴电缆因为其价格比双绞线贵,且安装麻烦,重量偏重,最重要的是传输速度同阶比不过双绞线而被我们双绞线全面的替代。目前同轴电缆还用于视频音频的传输中,在我们的电视,或者音频解析设备等上使用。
除了使用同轴电缆作为传输介质外,早期的以太网环境的网络结构大多数为总线型,使用集线器将我们的以太网设备全部连在一根同轴电缆上
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这会造成一种冲突的现象,我们将这整个网络环境称为一个冲突域。
在冲突域中设备均处于半双工的工作模式,半双工指的是设备既可以接收数据也可以发送数据,不过同一时间下只能执行一个动作,而总线型的网络架构使得数据在发送的时候容易产生冲突。例如上面所示,主机A在发送数据时,主机D也同时发送了一个数据,单个链路中同时存在2个相反方向的电流,即产生了冲突。这时候就要使用CSMA/CD技术,简单来讲这个CSMA/CD就是解决总线型网络架构下的数据冲突问题。

CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测技术)

具体技术可以简单描述成:先听后发,边发边听,冲突停发,延迟重发
在发送数据前先侦听链路状况,发现无数据时才进行发送,边发送数据边侦听链路状态,一旦发生冲突现象就停止发送数据,并通告其他冲突域中的设备都停止发送,大家运行随机延迟算法,算出不同的随机数后,最快的重新继续数据发送,剩下的继续这个流程直到所有数据传完。

网络模型

网络模型最出名的莫过于TCP/IP,或许你不了解它,但一定听说过这玩意,我们生活中绝大部分的网络架构都基于TCP/IP,除了TCP/IP模型外还有一种OSI模型,更多的是被我们用来作为一个网络层次的参考学习使用。

在讲解网络模型前先说明下网络环境,在数通中网络被分为了局域网与广域网。
局域网是一个企业或者由一个组织搭建的统一的网络环境,类似一个企业的企业网络,学校的校园网等等,而广域网是运营商搭建的骨干网络。按规模来看的话,一个局域网最多也就一个学校或者一个企业的范围,而广域网则有一个城市的网络范围或者更大。我们目前所学的数通IA更多的是关注我们的局域网的范围内,局域网内使用最广泛的数据封装格式是以太网帧的格式,因此我们也时常用以太网来指代局域网的称呼。

OSI七层模型
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TCP/IP
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TCP/IP模型定义了一个网络的标准结构,使得不同的企业或者运营商们只要按照同一个的网络标准去设计软件或者设备就可以互相传输数据。我们数通中学习的重点为传输层,网络层以及数据链路层。

应用层 服务于我们应用程序,提供相应的网络服务,比如HTTP网络服务,FTP传输服务,DHCP,邮件等。
传输层 对数据进行封装传输层头部,主要有TCP和UDP协议,TCP建立三次握手连接,并且对数据进行分段重组,丢失重传,控制数据大小等功能使得TCP成为传输文件等对数据传输过程中稳定性完整性要求高的一个协议,而UDP上述功能一概没有,UDP最有效的一点是其结构简单,传输方式粗暴,但速度快效率高,使得UDP成为视频语音聊天数据的传输协议。还有一点是传输层封装的重点是端口,系统会给每一个访问网络的应用程序分配一个端口号,用来区分不同的应用。传输层的端口用来确定本地什么应用访问对端什么应用或者服务
网络层 网路层封装一个网络层头部,网络层主要有IP、ARP、ICMP协议,其中重点是IP协议,IP协议封装了IP地址以及其他字段,IP地址作为互联网上身份的标识对数据传输起到关键作用。并且IP地址还可以让路由器根据其来制定路径,使得在复杂的网络环境中找到一个优选的传输路径,这也是网络层的作用之一。ARP主要用来寻找对端的物理地址即MAC地址,ICMP主要用来测试网络连通性与检查传输不通原因。
数据链路层 作为最接近物理层的层次,数据链路层给数据封装一层数据链路层的头部,主要分为EthernetⅡ(以太网帧)和802.3两种形式,目前最常用的是EthernetⅡ的形式,以太网帧中重点为MAC地址,MAC地址做为网卡上绑定的信息,是不可更改且理论上全世界唯一的地址,用作在网络环境中唯一标识你的真正身份。IP地址与MAC地址结合使用使得数据在我们的网络环境中能快速的找到目标。数据链路层还有的作用是将数据转换为二进制形式放入物理层进行传输
物理层 定义了一大堆物理层介质的传输标准等,这里不过多涉及。
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