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外观

物理层和数据链路层 ​

网络互连模型 ​

为了更好地促进互联网络的研究和发展，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

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请求过程

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网络分层

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物理层（Physical） ​

物理层定义了接口标准、线缆标准、传输速率、传输方式等

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数字信号、模拟信号 ​

  • 模拟信号（Analog Signal）
    • 连续的信号，适合长距离传输
    • 抗干扰能力差，受到干扰时波形变形很难纠正
  • 数字信号（Digital Signal）
    • 离散的信号，不适合长距离传输
    • 抗干扰能力强，受到干扰时波形失真可以修复

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数据通信模型 ​

  • 局域网通信模型

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  • 广域网通信模型

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信道（Channel） ​

信道：信息传输的通道，一条传输介质上（比如网线）上可以有多条信道

  • 单工通信
    • 信号只能往一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传输方向
    • 比如：无线电广播、有线电广播
  • 半双工通信
    • 信号可以双向传输，但必须是交替进行，同一时间只能往一个方向传输
    • 比如：对讲机、集线器同轴电缆组建的网络
  • 全双工通信
    • 信号可以同时双向传输
    • 比如：手机（打电话，听说同时进行）、交换机组建的网络

链路：从 1 个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线），中间没有其他交换节点

在不同类型的链路上传递数据所用协议不一样

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数据链路：在一条链路上传输数据时，需要有对应的通信协议来控制数据的传输

  • 不同类型的数据链路，所用的通信协议可能是不同的
    • 广播信道：CSMA/CD 协议（比如：同轴电缆、集线器组成的网络）
    • 点对点信道：PPP 协议（比如：2 个路由器之间的信道）

数据链路层的 3 个基本问题：

  • 封装成帧
  • 透明成帧
  • 差错检验

封装成帧 ​

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帧（Frame）的数据部分

  • 就是网络层传递下来的数据包（IP 数据包，Packet）

最大传递单元 MTU（Maximum Transfer Unit）

  • 每一种数据链路层协议都规定了所能够传送的帧的数据长度上限
  • 以太网的 MTU 为 1500 个字节

透明传输 ​

  • 使用 SOH（Start Of Header）作为帧开始符
  • 使用 EOT（End Of Transmission）作为帧结束符

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数据部分一旦出现了 SOH、EOT，就需要进行转义

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差错检验 ​

FCS 是根据 帧的数据部分 + 数据链路层首部 计算得出的

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CSMA/CD协议 ​

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectio）

  • 载波侦听（信道没有信号传输才发送）、多路访问、冲突检测（多个信号发送检测冲突还是正常）

使用 CSMA/CD 的网络可以称为是以太网（Ethernet），它传输的是以太网帧

  • 以太网帧的格式有：Ethernet V2 标准、IEEE 的 802.3 标准
  • 使用最多的是：Ethernet V2 标准

为了能够检测正在发送的帧是否产生了冲突，以太网的帧至少要 64 字节

用交换机组件的网络，已经支持全双工通信，不需要再使用 CSMA/CD，但它传输的帧依然是以太网帧

  • 所以，用交换机组建的网络，依然可以叫以太网

Ethernet V2 ​

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首部：目标MAC + 源MAC + 网络类型

  • 以太网帧：首部 + 数据 + FCS
  • 数据的长度至少是：64 - 6 - 6 - 2 - 4 = 46 个字节

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当数据部分的长度小于 46 字节时

  • 数据链路层会在数据的后面加入一些字节填充
  • 接收端会将添加的字节去掉

长度总结：

  • 以太网帧的数据长度：46 ~ 1500 字节
  • 以太网帧的长度：64 ~ 1518 字节（目标MAC + 源MAC + 网络类型 + 数据 + FCS）

网卡 ​

  • 网卡接收到一个帧，首先会进行差错校验，如果校验通过则接受，否则丢弃
  • Wireshark 抓到的帧没有 FCS，因为它抓到的是差错校验通过的帧（帧尾的 FCS 会被硬件去掉）

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PPP 协议 ​

PPP（Point to Point Protocol）

  • Address 字段：图中的值是 0xFF，形同虚设，点到点信道不需要源MAC、目标MAC地址
  • Control 字段：图中的值是 0x03，目前没有什么作用
  • Protocol 字段：内部用到的协议类型
  • 帧开始符、帧结束符：0x7E

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  • 将 0x7E 替换成 0x7D5E
  • 将 0x7D 替换成 0x7D5D

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常备不懈，才能有备无患