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网络协议(四):网络互联模型、物理层、数据链路层

网络协议系列文章

网络协议(一):基本概念、计算机之间的连接方式

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网络协议(四):网络互联模型、物理层、数据链路层


目录

  • 一、网络互联模型
  • 二、物理层(Physical)
  • 三、数据链路层(Data Link)
  • 四、数据链路层通信协议
    • 1、CSMA/CD协议
    • 网卡
    • 2、PPP协议

一、网络互联模型

  • 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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网络分层对应的通信协议和数据名称

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二、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

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  • 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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注:网线一般不能超过100米;数字信号适用于短距离传输

  • 广域网通信模型

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信道

  • 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、有线电视广播
  • 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
  • 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)

三、数据链路层(Data Link)

  • 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

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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、集线器等组成的网络)
    • 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个概念(封装成帧、透明传输、差错检验),任何链路都需要

封装成帧

  • 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)
  • 最大传输单元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
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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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  • 若数据部分出现 EOT,容易让接收端产生错误的理解,所以数据部分一旦出现了SOH、EOT,就需要进行转义:在后面加上ESC

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差错检验

  • FCS是根据数据部分 + 首部计算得出的
  • 数据传输前和传输后都会计算FCS用来检验数据是否出错

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四、数据链路层通信协议

1、CSMA/CD协议

  • CSMA/CD:载波侦听多路访问/冲突检测
  • 使用了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
  • 用交换机组建的网络,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,依然可以叫做以太网

Ethernet V2帧的格式

  • 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:64-目标MAC(6)-源MAC(6)-类型(2)-FCS(4) = 46字节

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Ethernet V2标准

  • 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

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网卡

  • 网卡接收到一个帧,首先会进行差错校验,如果校验通过则接收,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)
  • Wireshark抓不到差错校验失败的帧

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2、PPP协议

  • 帧开始符、帧结束符:0x7E
  • 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

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  • PPP协议 —— 字节填充

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