网络基础--简单认识网络原理

文章目录

  • 前言
  • 一、计算机的原理
  • 二、网络发展
    • 1.中继器(放大器)
    • 2.集线器
  • 三、全球互联
    • 1.交换机
    • 2.路由器
  • 四、局域网的搭建
  • 总结


前言

网络基础入门学习。


一、计算机的原理

  • 要讲网络,我们首先要从计算机讲起。事实上,计算机的出现是为了能够更快的处理数据,也就是为了更快的计算,才有了计算机。当我们有了第一台计算机,用来计算,这时一台计算机计算量不够了怎么办呢?我们可以再加一台计算机,这就有了网络的基础。

  • 为了两台计算机能够交互数据,我们需要将两台计算机用电线连在一起,我们知道计算机本质是用二进制,也就是0/1的电信号来计算数据。这时候还没有网线,只是用电线将两个电脑连起来,用来传输电信号。现在,我们就有了世界上第一个网络雏形。

  • 要理解网络,我们还要知道一个内容----OSI模型,相信很多人都听过OSI模型,知道OSI模型有七层,由高到低分别是:应用层-表示层-会话层-传输层-网络层-数据链路层-物理层。在这里,我们不讲这七层模型。为了便于理解,我将OSI模型分为了四层。

     4.应用层            将抽象语言(人的语言:声音,文字,图像)-->编码
     3.表示层            编码-->二进制
     2.介质访问控制层     用来控制物理层设备
     1.物理层            硬件设备(cpu等等)
    
  • 了解了这些,我们就可以来探讨我们的网络。我们知道,现在的互联网相当大,包含全球,我们可以发消息让世界各地的人都看到。而最早的网络很小,那么我们是如何让网络变大的呢?接下来,我会带领大家,看看网络是如何一步步发展到今天的地步。

二、网络发展

要想网络变大,首先,直观上就是距离变远,距离越远,网络就越大。还有就是节点数量增加,也就是计算机数量增加。

1.中继器(放大器)

首先来解决一下距离问题。

  • 我们知道,电信号在传递的过程中会越来越弱,因为电压会降低,为了解决这个问题,人们发明了中继器。
  • 中继器工作在物理层,它只有一个功能----加压。
  • 事实上,电信号在传递的过程中,不只是电压降低,波形也会失真。我们要知道,电信号是以0/1不同的波形传递的,这样才能携带信息,如果波形失真,那么信息也会丢失。而中继器工作在物理层,它只能加压,并不能还原波形,所以中继器也不能无限延长距离。
  • 这时候我们先把距离放一放,看看节点数量。

2.集线器

当我们由两个电脑变成多个电脑,首先要想的问题是,如何连接它们?

  • 在这里有两种结构,环形结构和星形结构。我们选择的是星形结构,环形结构有很多显而易见的问题。
    网络基础--简单认识网络原理_第1张图片
    网络基础--简单认识网络原理_第2张图片

  • 什么是星形结构,就是将多个电脑连接在同一个设备上。这个设备是什么呢----集线器。

  • 集线器是中继器的一种,不同的是集线器有多个接口,集线器接收数据后,也是会给电信号加压,然后会给每个接口都发送一份数据。这时候就产生了新的问题。其中有两个非常致命。

  • 第一个致命问题。我们会发现,当一个网络只有两个人的时候,pc1发消息pc2接受就可以,因为pc1发的消息一定是给pc2的。但是当网络有多个人时,如何知道pc1是给谁发消息呢?这时候我们就需要一个地址来标识信息。

  • 第二个致命问题。当一个网络有多个人时,有一个瞬间,pc1和pc2同时发出了一个消息。他们两个的电信号相遇时会发生什么?两个电信号会相互抵消,导致任何一个人的消息都无法发出去。这就是冲突。

  • 还有两个不那么致命的问题,信息安全和延时。我们先来解决两个致命问题。

     1.MAC地址
     MAC地址是每个网络设备出厂时确定的一段序列号,这个序列号全球唯一,所以人们决定用这个MAC地址来作为2层的标识地址
     2.CAMA/CD机制
     CAMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测,简单来说,就是排队。每个主机在发送信息前,先侦听一下,看有没有别的主机在发送数据,如果没有,这个
     主机才会发送数据。(不能完全避免冲突,并且效率低)
    

到了这里,其实这个网络已经不可能无限大了。所以我们来总结一下,到底如何才能让网络无限大。

1.无限的传输距离。
2.没有冲突----所有人可以同时收发数据。
3.单播----一对一收发数据。

三、全球互联

1.交换机

为了解决上面三个问题,人们又发明了交换机。

  • 交换机是工作在二层的设备,它可以识别电信号,并转换成二进制,然后再以电信号的形式重新发送出去。所以理论上讲,交换机可以让传输距离变得无限远。

  • 那么冲突如何解决呢?很简单,因为交换机可以识别电信号,并转换成二进制,所以它就可以将每个口接收的电信号以二进制形式存起来,如果存储空间足够大,那么交换机就可以实现没有冲突

  • 在这里就有一个问题,交换机是如何知道每个接口是谁呢?换句话说,交换机如何知道某一个信息要发送到那个接口去。这里我们有两个方式解决这个问题

     1.询问
     	交换机可以给每个接口发信息问你是谁,交换机是工作在二层的设备,所以可以发送数据,也可以接收数据。
     2.洪泛
     	交换机会给每个接口都转发一遍数据,这个过程叫做洪泛
     在这里,给大家说一下这个阶段信息是如何发送的。
     	首先,pc1和pc2发消息,pc1发送了一个hello给pc2,这个hello首先经过应用层和表示层,转换成二进制数据,在第二层,会给这个数据贴上一
     	个报头,这个报头的内容是:pc1(发送方)的MAC地址和pc2(接收方)的MAC地址,最后再将这个整体数据发送出去。
    

总结

最后,我们选择了第二种方式。如果交换机知道这个数据接收的人在哪一个接口,那么交换机就会单独转发给接收方,如果交换机不知道这个数据接收的人在
哪一个接口,那么交换机就会给每个接口都转发一份数据。数据的发送是双向的,当接收方接收到这个数据是,它就一定要回复一个数据,这样交换机就知道
接收方在什么位置了。
  • 这样做的结果是什么呢?人们发现,当这个网络人数增加到五百人甚至上千的时候,这个网络就会变得非常卡,甚至无法使用。这是为什么呢?

  • 我们知道,交换机在不知道这个数据要发送到哪儿的时候,会选择洪泛,当这个网络的人数很多时,除了要接受的主机除外,其他每个主机都会收到一个垃圾数据,这就会导致延迟。

     在这里,我们来总结一下。我们的目的是让网络变大。
     	大-->无限距离、无冲突、单播-->交换机-->MAC地址-->洪泛-->洪泛范围
     什么是洪泛范围,交换机的每个接口都在洪泛范围内。
    

2.路由器

为了解决交换机洪泛所引发的洪泛范围,路由器诞生了,由此出现的还有网络层及IP协议,还有IP地址。网络层是真正意义上的第三层,有了路由器,才实现了全球互联。

  • 路由器的每个接口都是洪泛范围的边界
    网络基础--简单认识网络原理_第3张图片

  • 现在pc1要找pc2,若交换机知道pc2在哪儿,那么就直接转发给pc2,若不知道pc2在哪儿,就洪泛。

  • pc1要找pc3该怎么做?我们发现不能给交换机,应该直接给路由器。由此就引出了新的概念,当pc1要找的人与他在同一范围和不在同一范围时,寻找的方式不同。那么,该如何判断pc1要找的人与他在不在同一范围内呢?

  • IP地址

     IPV4地址,32位二进制,约42亿多。
     例如:192.168.1.1(点分十进制法)以四个八位二进制分开,十进制显示
     实际上:11000000101010000000000100000001 二进制形式
     二进制-------十进制转换。八位二进制转换
     00000000          0
     00000001          1
     00000010          2
     00000100          4
     00001000          8
     00010000          16
     00100000          32
     01000000          64
     10000000          128
     如何用IP地址来区别范围呢?
     	IP地址有两个部分
     		1100000010101000  0000000100000001
     	    	 网络位            主机位
     	网络位相同,处于同一范围。网络位不同,处于不同范围
     如何区分网络位和主机位?
     	子网掩码,用来标识网络位
     	192.168.1.1 255.255.255.0 表示前24位为网络位。
    

四、局域网的搭建

第一个局域网
网络基础--简单认识网络原理_第4张图片

网络基础--简单认识网络原理_第5张图片
网络基础--简单认识网络原理_第6张图片
网络基础--简单认识网络原理_第7张图片


总结

提示:这里对文章进行总结:
例如:以上就是今天要讲的内容,本文仅仅简单介绍了pandas的使用,而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。

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