网络基本概念及OSI参考模型、TCP/IP协议简介

当今时代,运行一台没有连接网络的计算机几乎是难以想象的,幸运的是,Linux从一开始就是为网络开发的,并且网络也是Linux做的最好的事情之一。掌握网络知识,对于Linux学习而言,就显得非常有必要了。本节我们将带大家了解一些网络的基本概念,以及OSI参考模型和TCP/IP协议。

本节索引:

一、网络概念

二、OSI参考模型

三、TCP/IP协议及模型

四、常见网络设备

 

当今时代,运行一台没有连接网络的计算机几乎是难以想象的,幸运的是,Linux从一开始就是为

网络开发的,并且网络也是Linux做的最好的事情之一。掌握网络知识,对于Linux学习而言,就显

得非常有必要了。本节我们将带大家了解一些网络的基本概念,以及OSI参考模型和TCP/IP协议。

 

一、网络概念

什么是网络?

网络是由节点和连线构成,表示诸多对象及其相互联系。在计算机领域中,网络是信息传输、接收、

共享的虚拟平台,通过它把各个点、面、体的信息联系到一起,从而实现这些资源的共享。

网络是人类发展史来最重要的发明,提高了科技和人类社会的发展。

 

网络应用程序:

Web 浏览器(Chrome、IE、Firefox等)

即时消息(QQ、微信、钉钉等)

电子邮件(Outlook、foxmail 等)

协作(视频会议、VNC、Netmeeting、WebEx 等)

web网络服务(apache,nginx,IIS)

文件网络服务(ftp,nfs,samba)

数据库服务( MySQL,MariaDB, MongoDB)

中间件服务(Tomcat,JBoss)

安全服务( Netfilter)

 

网络的特征:

速度

成本

安全性

可用性

可扩展性

可靠性

拓扑

 

拓扑结构:

网络拓扑可分为物理拓扑逻辑拓扑

物理拓扑描述了物理设备的布线方式

逻辑拓扑描述了信息在网络中的流动方式

 

物理拓扑中又分为多种拓扑结构,常见类型有:

总线拓扑:所有设备均可接收信号

星型拓扑:通过中心点传输;单一故障点

拓展星型拓扑:比星型拓扑的复原能力更强

环拓扑:信号绕环传输;单一故障点

双环拓扑:信号沿相反方向传输;比单环复原能力更强

全网状拓扑:容错能力强;但实施成本高

部分网状拓扑:在容错能力与成本之间寻求平衡

 

 

三种通讯模式:

单播unicast

广播broadcast

组播multicast

 

非屏蔽式双绞线UTP:交叉线,直通线

 

UTP交叉线线序

T568B:橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕

T568A:绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕

 

网络通讯传输模式

单工:单词传播,如收音机,广播电台

双工:双向

全双工:同时双向,如手机

半双工:轮流双向,如对讲机

 

 

二、OSI参考模型

OSI(Open System Interconnect)开放系统互连参考模型是国际标准化组织(ISO)和国际电

报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型,为开放式互连信息系统提供了一种

功能结构的框架。它从低到高分别是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层

和应用层。

 

其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架,并为保持相关标准的一致性和兼容性

提供共同的参考。OSI参考模型如下图所示:

 

模型

 

OSI模型的七层结构:下层为相邻的上层提供服务

 

应用层:

作用:针对特定应用的协议

PDU:message

协议有:HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP

特性:网络进程访问应用层

为应用程序进行(如电子邮件、文件传输和终端仿真)提供网络服务

提供用户身份验证

 

 

表示层:

作用:设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换

PDU:message

格式有,JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等

特性:数据表示

确保接收系统可以读出该数据

格式化数据

构建数据

协商用于应用层的数据传输语法

提供加密

 

 

会话层:

作用:通信管理。负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)。管理传输层

以下的分层

PDU:message

对应主机进程,指本地主机与远程主机正在进行的会话

特性:主机间通信

建立、管理和终止在应用程序之间的会话

 

 

传输层:

作用:管理两个节点之间的数据传输,负责可靠传输(确保数据被可靠的传送到目

的地址)。

PDU:段segment

协议有:TCP UDP,数据包一旦离开网卡即进入网络传输层

特性:传输问题

确保数据传输的可靠性

建立、维护和终止虚拟电路

通过错误检测和恢复

信息流控制来保障可靠性

 

 

网络层:

作用:地址管理与路由选择

PDU:包packet

逻辑地址:IP地址

协议有:ICMP IGMP IP(IPV4 IPV6) ARP RARP

特性:数据传输

路由数据包

选择传递数据的最佳路径

支持逻辑寻址和路径选择

 

 

数据链路层:

作用:互连设备之间传送和识别数据帧

PDU:帧frame

物理地址:MAC地址

特性:访问介质

定义如何格式化数据以便进行传输以及如何控制对网络的访问

支持错误检测

 

 

物理层:

作用:以“0”、“1”代表电压的高低、灯光的闪灭。界定连接器和网线的规格

PDU:节bit

特性:二进制传输

为启动、维护已经关闭物流链路定义了电气规范、机械规范、过程规范和功能规范

单位:位bit

 

 

PDU: Protocol Data Unit,协议数据单元是指对等层次之间传递的数据单位

物理层的 PDU是数据位 bit

数据链路层的 PDU是数据帧 frame

网络层的PDU是数据包 packet

传输层的 PDU是数据段 segment

其他更高层次的PDU是消息 message

 

三、TCP/IP协议

TCP/IP也称”国际协议簇”, 即不仅指 TCP/IP协议本身,而且包括与其有关的协议。 TCP

为传输控制协议,IP为网际协议,是网络层最重要的协议。采用TCP/IP协议通过互联网传

送信息可减少网络中的传输阻塞,方便大批量的数据在网上传输,从而提高网络的传输效率。

TCP/IP协议簇的主要协议有TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等

 

TCP/IP模型共定义了四层,分别是应用层,和OSI参考模型的分层有对应关系:

模型对应

网络访问层(Network Access Layer)与OSI模型中的物理层以及数据链路层对应,在TCP/IP参考模

型中并没有详细描述,只是指出主机必须使用某种协议与网络相连。

 

Internet层(Internet Layer)是整个体系结构的关键部分,其功能是使主机可以把分组发往任何网

络,并使分组独立地传向目标。这些分组可能经由不同的网络,到达的顺序和发送的顺序也可能

不同。高层如果需要顺序收发,那么就必须自行处理对分组的排序。互联网层使用因特网协议(IP

,Internet Protocol)。TCP/IP参考模型的互联网层和OSI参考模型的网络层在功能上非常相似。

 

传输层(Tramsport Layer)使源端和目的端机器上的对等实体可以进行会话。在这一层定义了两个

端到端的协议:传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)和用户数据报协议(UDP,

User Datagram Protocol)。

 

应用层(Application Layer)包含所有的高层协议,包括:虚拟终端协议(TELNET,

TELecommunications NETwork)、文件传输协议(FTP,File Transfer Protocol)、电子邮件传输协议

(SMTP,Simple,Mail Transfer Protocol)、域名服务(DNS,Domain Name Service)、网上新闻传输协议

(NNTP,Net News Transfer Protocol)和超文本传送协议(HTTP,HyperText Transfer Protocol)等。

 

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四、常见网络设备

Hub集线器

Hub:多端口中继器,现已基本淘汰

Hub并不记忆该信息包是由哪个MAC地址发出,哪个MAC地址在Hub的哪个端口

Hub的特点:

共享带宽

半双工

 

以太网桥

交换式以太网的优势

扩展了网络带宽

分割了网络冲突域,使网络冲突被限制在最小的范围内

交换机作为更加智能的交换设备,能够提供更多用户所要

求的功能:优先级、虚拟网、远程检测…

 

学习时源MAC地址,转发时目的MAC地址

网桥是不能隔断广播的

同一广播域主机数量越多,网络性能越差

 

交换机(switch)

交换机是一种基于MAC(网卡的硬件地址)识别,能完成封装转发数据

包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,

通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源

地址到达目的地址。

 

Hub和交换机区别

集线器属于OSI的第一层物理层设备,而网桥属于OSI的第二层数据链路层设备

从工作方式来看,集线器是一种广播模式,所有端口在一个冲突域里面。网桥

的可以通过端口隔离冲突

Hub是所有共享总线和共享带宽。网桥每个端口占一个带宽

 

 

路由器(router)

路由:把一个数据包从一个设备发送到不同网络里的另一个设备上去。这些工作

依靠路由器来完成。路由器只关心网络的状态和决定网络中的最佳路径。路由的实

现依靠路由器中的路由表来完成。为了实现路由,路由器需要做下列事情:

分隔广播域

选择路由表中到达目标最好的路径

维护和检查路由信息

连接广域网

 

双绞线物理层

wifi网络层

以太网数据链路层

 

搭建网络的分层网络架构:核心层、分布层、访问层

核心层Core Layer:企业级应用快速转发

分布层Distribution Layer:广播域,路由,安全,远程接入,访问层汇聚

访问层AccessLayer:终端接入

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