【计算机网络】计算机网络基础二

news2024/9/21 10:12:01

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- `以太网的通信原理`
- `令牌环网的通信原理`
- `网络传输基本流程 `
- - `数据包封装和分用 `
  - - `网络传输流程图 `
    - `局域网通信（同一个网段内的两台主机进行文件传输）`
    - `跨网络转发`
  - `网络中的地址管理`
  - - - `对比 IP地址和 Mac地址的区别`
        `提炼 IP网络的意义和网络通信的宏观流程`

`以太网的通信原理`

载波侦听
- 在发送数据之前，设备会不断监听传输介质（如电缆或光纤）上的信号。
- 如果没有检测到活动的信号，即介质被认为是空闲的，设备就可以开始发送数据。
冲突检测（数据碰撞）
- 在发送数据的过程中，设备会同时监测传输介质上的信号。
- 如果检测到冲突，即多个设备同时发送数据导致信号的干扰，设备会立即中止发送，并发送一段短的干扰信号（称为“冲突信号”）来通知其他设备发生了冲突。（一个局域网一般叫做碰撞域，在一个局域网中，同一时刻只允许一台主机向碰撞域中发送数据）
退避与重传
- 当设备检测到冲突后，会随机选择一个退避时间（这个时间根据设备的优先级来确定，优先级高的设备等待时间较短）。
- 在退避时间结束后，设备会重新尝试发送数据。
局域网本质是一个临界资源，只是不是通过加锁实现的，是通过冲突检测和退避与重传实现的。
如果想要黑掉一个局域网，只需要向局域网中不断发送垃圾数据，让其造成一直数据碰撞。

`令牌环网的通信原理`

令牌环网的通信原理主要基于一个称为“令牌”的特殊控制帧来管理网络中数据的传输。以下是令牌环网通信原理的详细解释：

网络拓扑结构
- 令牌环网采用环形拓扑结构，所有的计算机或工作站通过物理或逻辑的连接线路连接成一个环形结构。在这种结构中，数据沿着环形网络从一个工作站传递到另一个工作站，形成一个闭环。
令牌传递机制
- 令牌的产生与传递：网络中有一个特殊的帧，即“令牌”，它在环中不断地单向传递。令牌通常处于空闲状态，表示网络上的任何工作站都可以使用网络进行数据传输。
- 等待令牌：当某个工作站想要发送数据时，它必须等待令牌的到来。只有持有令牌的工作站才有权发送数据帧。
- 发送数据：当工作站收到令牌并检测到其处于空闲状态时，该工作站可以将令牌的状态改为忙，并附加上要发送的数据，从而将数据帧发送到环中。
数据帧的传输与接收
- 数据帧的传输：数据帧沿着环形网络继续传递，每个工作站接收到数据帧后都会检查其目的地址。
- 如果目的地址与工作站自己的地址不匹配，工作站将数据帧原封不动地转发给下一个工作站。
- 如果目的地址与工作站的地址匹配，该工作站会复制数据帧的内容，并将其从网络上移除，同时处理接收到的数据。
- 数据帧的确认：发送数据的工作站在数据帧完成一圈并返回时，会检查确认信息，以确保数据被正确接收。
令牌的回收与再生
- 数据帧的移除与令牌恢复：一旦数据帧被接收并验证无误，原始发送工作站会从网络上移除该数据帧，并重新生成一个空闲状态的令牌，以便其他工作站可以使用。
- 令牌的继续传递：恢复空闲状态的令牌将继续在环中传递，为下一个想要发送数据的工作站提供机会。
冲突解决与数据完整性
- 冲突解决：由于令牌环网采用令牌传递机制，因此网络中不会出现多个工作站同时发送数据导致的冲突问题。这种机制确保了数据传输的公平性和有序性。
- 数据完整性：为了确保数据在环中传输的完整性，每个数据帧都会在传输过程中逐跳检验。如果检验发现错误，数据帧将被丢弃，并由发送节点重发。
令牌环网的特点
- 同一时刻，环上只有一个数据帧在传输（即只有一个节点在传输数据）。

`网络传输基本流程`

`数据包封装和分用`

不同的协议层对数据包有不同的称谓,在应用层叫request/response，在传输层叫做数据段,在网络层叫做数据报,在链路层叫做数据帧。
应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header)（协议报头）,称为封装。除去每一层的协议报头，剩余的叫叫做有效载荷。
首部信息中包含了一些类似于首部有多长, 载荷有多长, 上层协议是什么等信息。
数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部(报头与有效载荷分离), 根据首部中的 “上层协议字段” 将数据交给对应的上层协议处理，称为解包与分用。

下图为数据封装的过程