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!-阿里云开发者社区

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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!

简介: 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
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  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。

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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

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  而且在消息通信的过程中具体的执行流程为:

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  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。

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  通过Packet Tracer模拟为:

image.png

  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!1.gif

  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。

image.png

  第二个ARP广播

image.png

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  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!

2.gif

  查看具体的协议信息可以看到对应的MAC信息

image.png

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!

image.png

  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:

image.png

  同样的在集线器中也是需要寻找MAC地址的。3.gif

  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!

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  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

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  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。

4.gif

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!

image.png

  结构可以为:

image.png

  也可以多个交换机直连

image.png

  我们来看下通信的流程图

5.gif

  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:

image.png也可以和交换器一起使用

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在路由器的两侧我们需要分别配置网关:

image.png

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然后计算机要能找到路由器,我们也需要设置网关

image.png

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

11.gif

然后我们再跨网段访问看看:12.gif

13.gif

最后来看下跨域访问的效果吧

14.gif

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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