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网络是如何进行通信

网络是如何进行通信的

简介

在现代社会中,网络已经成为我们生活中不可或缺的一部分。从上网搜索信息、在线购物到远程工作和社交媒体,我们几乎无时无刻不与网络保持着联系。但是,网络究竟是个什么玩意,它是如何工作的呢?让我们来深入探讨一下网络的本质和通信原理。

何为网络

网络从它的字面意思来看,“网”指的是由线交叉形成的结构,而“络”指的是线的交织、交绕,也常用于形容事物的联系和关系。因此,从字面上看,“网络”可以理解为“由线交叉形成的联系和关系”。

在网络中,由线与线交叉在一起的点,称为节点,这个节点就是网络中的实体,他们可以是物理设备,也可以是虚拟的逻辑实体,它们在网络中扮演着不同的角色和功能。

  • 物理设备:
    • 物理节点就是网络中的实际硬件设备,如计算机、服务器、交换机、路由器等。这些设备通过物理连接(如网线、光纤)将它们连接在一起,形成一个网络。每个物理设备节点都具有自己的硬件特征和功能,如计算能力、存储能力和网络传输能力。
  • 逻辑实体
    • 逻辑节点是指在网络中的虚拟实体或服务,它们通过网络连接进行通信和交互。逻辑实体节点可以是一个运行在物理设备上的软件程序、虚拟机、容器等。它们可能不具备独立的硬件特征,但通过运行在物理设备上实现了特定的功能,如网络服务、数据存储、应用程序等。

网络就是通过他们组成了一张庞大的网,我们可以通过这张网,去获取更多的信息,这张庞大的网就是互联网,它连接了世界各地的设备和人们,使信息能够自由流动。

这就是网络,它帮助我们能更容易的获取信息、去看到世界上各处美丽的经典、让我们能足不出户就能享受生活。

网络是如何工作的

我们知道在人与人之间的沟通中,都是靠语言和文字等方式来进行沟通,但是不同的国家有不同的语言,甚至说在不同地区都会存在着语言差异,那我们是怎么解决的呢,规定一个通用的语言,例如我们中文就用普通话和汉字作为规则,它是我们的通用语言。那么在网络中,节点与节点之间是怎么沟通的呢?在此处就要引入协议这一概念了。

我们已经知道了,在网络中节点与节点之间进行沟通,它们是使用协议,那么构造协议的方法又是怎么样的呢?总不可能,随意定下几个协议,就可以用了吧!所以说既然是协议,那就要是一种大家都能做到的一定规则,在网络中协议有三个基本要素:语法 语义 时序他们分别代表着:

语法:信息的结构,可以看作是"模版"
语义:信息的意义和操作,通俗来讲就是“要干什么”
时序 :信息发送的顺序和间隔,通俗来讲就是“先后顺序”

他们相互配合,就形成了的网络协议雏形,这些要素确保了信息的结构、意义和传输顺序的一致性,为网络通信提供了一套统一的规则和约定。通过网络协议的指导和规范,不同节点能够按照共同的规范进行通信和交互,实现数据的可靠传输和正确处理。

网络通信的原理

通过网络协议的基本要素,形成了非常多的网络协议,而最为经典的协议架构就是OSI模型,它是现在TCP/IP协议族的原型。
在OSI模型中,提出了层次化网络概念,它将网络通信分解为不同的层次,每个层次都履行特定的功能和任务。这种层次化的结构有助于协议的设计、开发和维护,同时也提供了灵活性和可扩展性。
OSI模型的七个层次分别是:

  1. 物理层(Physical Layer):负责传输比特流,并管理物理连接。

  2. 数据链路层(Data Link Layer):在直接相连的节点之间传输帧(帧是数据和控制信息的组合)。

  3. 网络层(Network Layer):负责为数据包(包括源和目标地址)选择并建立路径。

  4. 传输层(Transport Layer):提供端到端的可靠的数据传输服务,并管理分段和流量控制。

  5. 会话层(Session Layer):负责建立、管理和终止会话(进程之间的通信)。

  6. 表示层(Presentation Layer):处理数据的表示形式,如加密、解密和压缩。

  7. 应用层(Application Layer):提供各种网络应用服务。

在这里插入图片描述

通过将网络通信分解为多个层次,OSI模型的设计目标是使不同层次之间的关注点和责任分离,从而实现模块化和可组合性。每个层次专注于解决特定的问题,并提供特定的功能,而不需要了解和干涉其他层次的实现细节。

而在TCP/IP协议族中,通过将多个层次合并或整合到较少的层次,形成一个更简化和实用的协议栈。在TCP/IP协议族中,它的分层是这样的:

  1. 网络接口层(Network Interface Layer):

    • 该层负责处理网络硬件和物理传输,确保数据能够在网络中正确地传输。它包括了物理层和数据链路层的功能。
  2. 网络层(Internet Layer):

    • 这是TCP/IP协议族中的核心层次,它负责处理数据包的路由和转发,确保数据能够在不同的网络之间传输。IP协议是这个层次中最重要的协议。
  3. 传输层(Transport Layer):

    • 这个层次负责提供端到端的可靠数据传输服务,也就是确保数据从源节点传输到目标节点的可靠性和完整性。在TCP/IP协议族中,主要有TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)两种协议。
  4. 应用层(Application Layer):

    • 这是协议栈的最上层,提供各种应用程序之间的通信服务。在这个层次上,有各种特定的应用层协议,例如HTTP(超文本传输协议)、DNS(域名系统)、FTP(文件传输协议)等。

我们已经大致的了解了网络协议,现在我们再来看看,从微信发送一个信息,它会经历那些故事。

信息的故事

当我们发送一条信息时,首先是在应用层使用微信,编辑好一条信息,这就好像是在邮寄快递,应用层的微信为在这张快递单上,写下目的ip的地址,然后它会进入到第一道工厂,到传输层进行处理。
传输层接受到信息后,会根据应用层的socket(套接字)判断,它是属于UDP还是TCP,确定使用的是TCP后,传输层会先把信息分割为更小的数据块,并为每个数据块个包装好,包装标题是,源端口号、目的端口号,序号等的一系列控制信息,并发往下一站网络层。

网络层就相当于是一个中转站,在收到穿传输层工厂,在网络层接收到数据块后,它根据目的IP地址和路由表,来确定数据块的传输路径。类比中的中转站会根据目的地信息将快递送往正确的下一站,网络层也会根据目的IP地址将数据块传递到适当的下一站网络节点。

在网络层的处理过程中,首先通过目的IP地址查找路由表来确定最佳的传输路径。路由表中存储了一系列规则和路由信息,指示数据包应该被发送到哪个接口或下一跳路由器。根据路由表的信息,网络层选择合适的接口或下一跳路由器,并将数据块发送给它们。

到达下一站的网络节点后,数据块经过一系列的中转和路由选择,直至到达目标主机。类比中的中转站进行中转和选择合适的交通工具,网络层也进行类似的操作,将信息传输到目标主机。

在目标主机上,网络层接收到数据块后,会将数据块交给传输层进行后续处理。传输层会根据数据块的源端口号和目的端口号,将数据块分发给对应的应用程序微信。
就这样信息完成了一次历险旅程。

总结

随着科技的不断发展,网络将继续在我们的生活中扮演重要的角色。5G技术的普及和物联网的发展将使连接更加广泛和快速。人工智能和大数据分析的应用将进一步改善网络性能和服务。虚拟现实和增强现实技术将为我们带来更丰富的互动体验。

然而,网络发展也面临一些挑战。网络安全和隐私保护是亟待解决的问题,黑客入侵、数据泄露等问题已经时常发生。此外,数字鸿沟和网络普及度的不平衡也需要关注和解决。

尽管存在挑战,网络的意义和潜力无可否认。网络作为现代社会的重要基础设施,正不断推动着社会的进步和创新。我们应该共同努力解决网络发展中的问题,并充分利用网络所带来的方便和机遇,以推动更加智慧和可持续的未来。

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