网络协议 - 基本概念

本文主要介绍网络通信的基础协议、网络中的一些基础设备的优缺点。

#网络互连模型（OSI参考模型）

简介：国际标准化组织 ISO在 1985 年制定了网络互连模型 OSI 参考模型(Open System Interconnect Reference Model)，具有7层结构。
OSI参考模型(7层)更偏理论，TCP/IP 协议(4层) 在才是在实际中使用的协议，而为了研究和学习计算机网络，又常将之划分为 5层（也就是应用层、会话层和表示层三层统称为应用层）。
数据通过网络协议来传播。
协议^[1]本质就是包装和解包的过程。

#计算机通信基础

IP地址和MAC地址（网卡地址）
通过网卡判断目标MAC地址来决定数据（PDU）是传递还是丢弃。

#计算机互联方式

网线直连、同轴线缆、集线器、网桥、交换机
- 连接的设备必须在同一网段
  - 网段：计算机网络中使用同一物理层直接通讯的部分。（非直连的（也就是通过工作在物理层的设备）如：集线器，中继器(信号增强)转接连接的也视为工作在同一物理层的设备）
  - 补充：通常使用同一物理层的设备必然通过相同介质直接连接。
- 连接的设备处在同一广播域。
广播域和冲突域
- 广播是一种信息的传播方式，指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域(Broadcast Domain)。
- 简单点说，广播域就是指网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合。
- 广播域（Broadcast domain）是计算机网络的一个逻辑划分。
  - 广播域中的任意一个节点可以在数据链路层通过广播的方式到达任意一个节点。
  - 广播域可以被部署在同一个局域网或者被桥接到其他的局域网。
- 与广播域相对的是冲突域。
- 冲突域（collision domain)：在以太网中，如果某个CSMA/CD^[2]网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。
  - 冲突域中所有节点都链接到同一个被交换机和学习型网桥划分的相互连接的中继器集合。
  - 如果以太网中的各个网段以集线器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。
  - 冲突域一般来说小于或者包含在广播域中。一些处在数据链路层的设备能够划分冲突域，但是广播域只能由像路由器或者网络层交换机这样的网络层的设备来进行划分。
广播域和冲突域的区别：
- 广播域可以跨网段，而冲突域只是发生的同一个网段的。以太网中，冲突域是由hub组织的。一个hub就是一个冲突域。交换机的每个端口都是一个冲突域。网段，又叫潜在冲突域。
- 冲突域在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。广播域在网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合
- 冲突域是基于第一层（物理层），而广播域是机于第二层（数据链路层）。
- 广播域就是说，如果站点发出一个广播信号后能接收到这个信号的范围，通常来说一个局域网就是一个广播域。（用路由器连接的除外）。冲突域是一个站点向另一个站点发出信号，除目的站点外，有多少站点能收到这个信号，这些站点就构成一个冲突域。
- HUB 所有端口都在同一个广播域，冲突域内。switch所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口就是一个冲突域
网线直连（使用铜交叉线非直通线）
- 通过ARP协议，广播IP地址来获得MAC地址，可以通过arp -a 命令查看ARP缓存。
同轴线缆
- 半双工通信(单向)
- 容易冲突
- 不安全
- 中间线路断开，整个网络瘫痪
集线器
- 半双工通信
- 容易冲突
- 不安全
网桥
- 能够区分两侧MAC地址（通过学习左右侧记录MAC地址）
- 隔绝了冲突域
交换机
- 全双工通信
- 比集线器安全
- 相当于接口更多的网桥（前身都消失德）
- 二层交换机没有IP层(不存在IP地址和MAC地址)
- 当全球使用交换机连接会出现的问题有：
  - 处在同一网段会导致IP地址不够用
  - 由于所有设备都处在同一广播域，都能接收广播帧，也就会出现广播风暴。
路由器
- 可以在不同网段传播数据
- 隔绝广播域
- 不在同一网段的IP会通过路由器的网关（Gateway）通过路由器转发数据

1.一种通用的标准。 ↩
2.载波侦听多路访问（英语：Carrier Sense Multiple Access，缩写：CSMA）是一种介质访问控制（MAC）的协议。载波侦听（英语：Carrier Sense）指任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送。多路访问（英语：Multiple Access）指多个设备可以同时访问介质，一个设备发送的帧也可以被多个设备接收。 ↩