什么是交换机?什么是路由器?网络通信的底层原理到底是怎么回事?不清楚的程序猿快来科普下吧!
本文是一篇科普文章,主要是帮助大家理解清楚网络通信底层的根本原因。
一、网络通信模型
为了更好地促进互联网的研究和发展,国际标准化组织ISO在1985 年指定了网络互联模型。OSI 参考模型(Open System Interconnect Reference Model),具有 7 层结构
而且在消息通信的过程中具体的执行流程为:
网络传输的数据其实会通过这七层协议来进行数据的封装和拆解,具体每层的作用后面详细介绍,先清楚这些大概流程即可。
二、计算机通信
1.计算机通信的基础
首先我们需要清楚的知道,要实现两台计算机之间的相互通信,前提是需要指定对方的IP地址,但是最终是通过MAC地址(网卡地址),输送数据到网卡,然后被对方网卡接受。那么其中的发现过程到底是怎么样的呢?接下来我们一一的拆解
1.1 网线直连
计算机与计算机直接要实现相互连接,最直接的方式就是通过网线直连的方式。
通过Packet Tracer模拟为:
为什么说网络通信访问的其实是网关呢?在这儿我们同样可以演示出来。(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
在192.168.1.20
直连 192.168.1.21
是会首先通过ARP
操作来获取MAC地址,在获取了MAC地址后才通过ICMP协议来完成相关的通信操作。
第二个ARP广播
到这儿192.168.1.20
就已经获取到192.168.1.21
的MAC地址,然后就可以完成通信操作了。因为缓存的作用,第二次再访问的时候就不需要在通过ARP来获取器MAC地址了。(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
查看具体的协议信息可以看到对应的MAC信息
1.2 同轴电缆
直连的方式首先必须是在同一个网段才可以,第二就是如果节点比较多会很麻烦,这时我们可以通过同轴电缆来处理。(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
这种方式是很早以前使用的方式,特点是:
- 半双工通信
- 容易冲突
- 不完全
- 中间断了,整个就都瘫痪了
1.3 集线器(Hub)
集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思,相比于同轴电缆的T型结构,集线器会更高效些,如图:
同样的在集线器中也是需要寻找MAC地址的。
在上面的动态图中我们可以看到 40 节点要连接 42 节点,那么需要先通过ARP广播获取到 42的MAC地址,这个过程中也会广播到41,只是会失效。40获取到42的MAC地址后会通过集线器来发送信息,会发送到当前拓扑图中的其他节点,只是会校验如果要接收的节点的MAC地址不是我的就不会接收。这也意味着通过抓包工具是可以窃取到对应的信息的,所以不安全。同时因为集线器同样还是半双工通信
所以容易冲突。而且和同轴电缆一样也是没有智商的。所以效率不高。
- 半双工通信
- 容易冲突
- 数据不安全
- 和同轴电缆一样没有智商
1.4 网桥(Bridge)
针对集线器
所具有的缺点,我们可以通过网桥
来完善。(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
网桥可以通过自学的方式缓存记录每个接口那侧的MAC地址,从而起到隔绝冲突域的作用
首先在获取41的MAC地址时,ARP广告还是会广告整个区域的。但是在获取到了41的MAC地址后,在发送消息的时候携带了41的MAC地址,在经过网桥时,网桥之前已经记录了41是在左侧的,所以就中断了链路。
1.5 交换机(Switch)
其实集线器加网桥的这种方式已经过时了,我们现在使用的都是交换器,可以把交换器看成是集线器加网桥的组合。(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
结构可以为:
也可以多个交换机直连
我们来看下通信的流程图
通过上面的动图我们可以看到使用了交换机后,在获取MAC地址的时候还是会ARP广告寻址,但是在获取到了MAC地址后再发送信息的会就只会发送到准确的机器上了,相比之前更安全了,而且交换机是全双工通信
效率更高。
但是交换机
同样只能处理同一个网段的节点,而且如果全世界的机器都是通过交换器来实现互联的话,在ARP广播的时候就会产生广播风暴
.这时引入了路由器
的概念。(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
1.6 路由器(Router)
网线直连,同轴电缆,集线器,网桥,交换机的特点:
- 连接的设备必须在同一网段
- 连接的设备处在同一广播域
路由器:
- 可以在不同网段之间转发数据
- 隔绝广播域
可以路由器单独使用:
也可以和交换器一起使用
在路由器的两侧我们需要分别配置网关:
然后计算机要能找到路由器,我们也需要设置网关
配置好路由器之后我们就也可以来看下效果了,首先192.168.2.10
访问 192.168.2.12
然后我们再跨网段访问看看:
最后来看下跨域访问的效果吧
好了,本文就介绍到这里了,感觉有帮助的一键三连吧!!!(欢迎+V: boge_java),获取相关的资料哦!
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