数据在计算机网络中的传输过程2023.05.18

1.数据传输过程

以在浏览器中输入淘宝网为例,介绍数据在互联网是如何传输的。我们将要发送的数据包称作A(无论经历了怎么的编码都叫做A)。
0.在发送数据之前,主机应该有自己的MAC地址和IP地址才具备发送的条件,每一块网卡上都有一个唯一的MAC地址,IP地址使用DHCP动态主机配置协议统一管理。
1.打开百度,输入淘宝网址(又称域名),在浏览器缓存中查找是否保存有这个域名对应的IP地址,如果没有。将采用DNS(域名解析协议)解析ip地址,具体过程为:网络客户端PC输入www.baidu.com问本地DNS服务器,该网址的ip地址是多少,本地服务器查看缓存列表,缓存中没有就去问根(13台)DNS服务器,根回复去问.com区域管理,.com回应,由163.com管理,由163.com服务器返回ip地址,完成域名解析。
2.已知对端IP之后,此时由应用层打包http协议找到传输层的对应端口,传输层使用UDP、TCP之一打包到网络层(UDP面向报文主要用于高速数据的实时传输,TCP面向连接,区别于UDP最大的特点是在传输数据之前先要建立连接(这是数据之外的开销,就是常说的三次握手),传输结束后要结束连接(四次挥手),而UDP可能随时的发送报文)。此时A在主机中的网络层。
3.互联网分三个区域,接入层(用户主机所在一级,或大或小的局域网),汇聚层(运营商管理的交互机与数据链路),核心网。A要通过自己所处的局域网必须经过该局域网的路由器(指的是实验室多台主机共用的那个路由器,或者家里的路由器),路由器去寻找接入层与汇聚层之间的交换机。那么此时A应该打包MAC头,到数据链路层,可首先应该知道该路由器的MAC地址,此时用到了ARP地址解析协议(广播ARP报文),已知对端的ip地址,获取对端的MAC地址,已知对端MAC之后,A打包MAC头,在以太网中传输到路由器上。注:以太网中传输是用到MAC地址的,而以太网是局域网的组网协议(类似的协议还有WLAN!),也就是说对于发送端,MAC地址或者说以太网协议,仅在本地主机到那个直连的路由器之间应用。
4.A到达路由器之后,将寻找最短路径(路由)找对端,将采用到RIP路由信息协议和OSFP开放式最短路径优先协议找下一跳的路径,当A到达核心网中时,由于AS域自治,可能还需使用AS之间的边界网关协议BGP,最终A到达淘宝服务器。
5.淘宝服务器响应A的请求,返回数据将经历A来时经历的动作到达A。这种交互方式称之为C/S交互,常见的如访问网址;与之对应的另一种交互方式是P2P,例如微信聊天(发消息不去找服务器,而是找某个客户端)。

2.协议表格与理解如下:

TCP/IP模型 协议 理解
应用层 http、ftp、snmp、telnet等   以C/S为例,网络通信的本质是运行在C上的应用中的某个进程与运行在S上的应用的某个进程通信,进程是与传输层的端口一一对应的。因此不同协议决定走不同的传输层端口。
传输层 TCP、UDP  TCP面向连接,将在发送数据之前进行连接管理,使用三次握手建立连接,四次挥手释放连接,中间还有流控制,差错控制,重传机制等手段确保通信正确;UDP面向报文,可随时发送数据报文到对端,不管对端的状态,不管数据的正确性,常用于高速数据的实时传输
网络层  RIP、OSFP、BGP、ICMP、IP协议 RIP、OSFP是内部网关协议、BGP是边界网关协议,ICMP用来差错控制。
       
数据链路层 以太网协议,WLAN协议  IEEE802.3定义了以太网协议(最通用),IEEE802.11定义了WLAN协议
物理层  不同的介质   如同轴电缆,双绞线,微波

3.互联网中的设备


网卡    网卡是工作在链路层的网络组件,是局域网中连接计算机和传输介质的接口,以前通过插槽接入主板,现在大多做在一起了。网络接口板又称为通信适配器或网络适配器(network adapter)或网络接口卡NIC(Network Interface Card),但是更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡”。
中继器    物理层延长设备,中继器从一个网络电缆里接收信号, 放大它们,将其送入下一个电缆。(现已被淘汰)
集线器    集线器又叫Hub,是一种用于“星形”网络组织的中心设备。它具备中继器的特点,端口比中继器更密集,因此又把集线器叫做端口更多的中继器。集线器是一种半双工(同一时间只能接收或发送数据,不能同时既接受又发送数据)。例如1号接口接收数据,2.3.4端口都能收到信息,广播方式传输,具有安全风险。
网桥\2层交互机    网桥是一种对帧进行转发的技术,根据MAC分区块(数据链路层)。网桥将网络的同一网段在数据链路层连接起来,只能连接同构网络(同一网段),不能连接异构网络(不同网段)。(这是因为他没有网络层,不能区分网段)
它能将一个大的LAN分割为多个网段,或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN
路由器/3层交换机    网络互联、路由选择、分组转发(数据处理)、协议转换(如左边局域网使用以太网协议,右边网络使用tcp/ip协议)等功能。
网关    网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器,由于历史的原因,许多有关TCP/IP的文献曾经把网络层使用的路由器称为网关,在今天很多局域网采用都是路由来接入网络,因此通常指的网关就是路由器的IP。采用DHCP自动获得默认网关,另外一种自动获得网关的办法是通过安装代理服务器软件(如MS Proxy)的客户端程序来自动获得,其原理和方法和DHCP有相似之处。
 

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