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这一系列的文章主要是为一般的、非专业开发岗位(如移动端)的工程师准备#xff0c;一方面可以对网络的基本知识有基本的了解#xff0c;另一方面不至于面试中被问到相关问题时束手无策。知识以 TCP/IP 协议簇为主#xff0c;也会有应用层和数据链路层的简单介绍。
文…背景
这一系列的文章主要是为一般的、非专业开发岗位(如移动端)的工程师准备一方面可以对网络的基本知识有基本的了解另一方面不至于面试中被问到相关问题时束手无策。知识以 TCP/IP 协议簇为主也会有应用层和数据链路层的简单介绍。
文章内容不会很难也不会过多讨论各种算法目标是以最快的速度达到最深的理解。内容肯定比直接百度搜索“TCP/IP协议”然后随便看一篇文章要丰富得多但也不足以让读者凭此就能胜任网络开发的工作。
诚然面试以 TCP/UDP/HTTP 等协议为主IP 协议都涉及甚少更遑论数据链路层等。但我希望可以从原理上理解那些问题而不是临时抱佛脚背了一些答案然后在面试后忘干净。不要为面试而准备面试为了完善自己的知识体系而准备。如果你觉得这正是你需要的Lets Begin
OSI七层模型和协议
在这一节中我们不谈这些层和协议的具体作用目前只要知道 OSI 模型中网络被分为七层由底层向高层依次是物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层和应用层。
协议是一个 Big 很高出现很频繁的词。其实它很好理解它实际上是一种通信双方共同遵守的规范。比如我需要把性别和年龄传递给另外一台主机那么我可以定义一个A 协议协议规定数据的前 4 个字节表示性别后四个字节表示年龄。这样对方主机接收时就知道前 4 个字节是性别而不会错把它当成年龄来处理。
整个互联网世界能够运行完全得益于各个软件、硬件厂商严格遵守现有的协议。以 IP 协议为例你可以随便修改它然后自己弄出一个 IP2 协议只不过没有人认可、遵守这个协议所以它毫无用武之地。
物理层
物理层处于 OSI 七层模型的最底端它的主要任务是将比特流与电子信号进行转换。
在计算机的世界中一切都由 0 和 1 组成。你看到的这篇文章在通过网络传输到你电脑的过程中自然也是以 0 和 1 的形式存在。但是网络传输的介质(比如光纤双绞线电波等)中显然是不存在 0 和 1 的。比如在光线中数据通过光的形式传递。0 和 1 以光的亮灭表示其中的转换由物理层完成。
如果没有物理层由 0 和 1 构成的比特流就无法在物理介质中传播。
数据链路层
数据链路层处于 OSI 七层模型的第二层它定义了通过通信介质相互连接的设备之间数据传输的规范。
在数据链路层中数据不再以 0、1 序列的形式存在它们被分割为一个一个的“帧”然后再进行传输。
数据链路层中有两个重要的概念MAC 地址和分组交换。
MAC地址
MAC 地址是被烧录到网卡 ROM 中的一串数字长度为 48 比特它在世界范围内唯一(不考虑虚拟机自定义 MAC 地址)。由于 MAC 地址的唯一性它可以被用来区分不同的节点一旦指定了 MAC 地址就不可能出现不知道往哪个设备传输数据的情况。
分组交换
分组交换是指将较大的数据分割为若干个较小的数据然后依次发送。使用分组交换的原因是不同的数据链路有各自的最大传输单元(MTU: Maximum Transmission Unit)。不同的数据链路就好比不同的运输渠道一辆卡车(对应通信介质)的载重量为 5 吨。那么通过卡车运送 20 吨的货物就需要把这些货物分成四部分每份重 5 吨。如果运输机的载重量是 30 吨那么这些货物不需要分割直接一架运输机就可以拉走。
以以太网(一种数据链路)为例它的MTU是 1500 字节也就是通过以太网传输的数据必须分割为若干帧每个帧的数据长度不超过 1500 字节。如果上层传来的数据超过这个长度数据链路层需要分割后再发送。
以太网帧
我们用以太网举例介绍一下以太网帧的格式。
以太网帧的开头是“前导码(Preamble)”长度为 8 字节这一段没什么用重点在于以太网帧的本体。
本体由首部数据和 FCS 三部分组成 自学过程 类型部分存储了上层协议的编号比如上层是 IP 协议则编号为 0800。
FCS 表示帧校验序列(Frame Check Sequence)用于判断帧是否在传输过程中有损坏(比如电子噪声干扰)。FCS 保存着发送帧除以某个多项式的余数接收到的帧也做相同计算如果得到的值与 FCS 相同则表示没有出错。
交换机
交换机是一种在数据链路层工作的网络设备它有多个端口可以连接不同的设备。交换机根据每个帧中的目标 MAC 地址决定向哪个端口发送数据此时它需要参考“转发表”
转发表并非手动设置而是交换机自动学习得到的。当某个设备向交换机发送帧时交换机将帧的源 MAC 地址和接口对应起来作为一条记录添加到转发表中。
下图描述了交换机自学过程的原理 自学过程 关于数据链路层最重要的一点还是它的定义“通过通信介质相互连接的设备之间数据传输的规范”。这说明数据链路层的协议适用于处于同一种数据链路两端的节点。如果不能理解这一点就无法理解网络层和 IP 协议。
数据链路层的意义在于如果没有数据链路层数据只能以流的形式存在与通信介质中不知道该发送往哪里过长的数据流可能无法在通信介质中传输。 文bestswifter简书作者 原文链接http://www.jianshu.com/p/f16d7f3c8d5f 著作权归作者所有转载请联系作者获得授权并标注“简书作者”。
