鸟哥的私房菜网络篇

2.1.2 计算机网络组成组件

接下来，让我们来谈谈那么组成计算机网络的组件有哪些呢？这些组件的定义为何啊？

• 节点 (node)：节点主要是具有网络地址 (IP) 的设备之称， 因此上面图示中的一般PC、Linux服务器、ADSL调制解调器与网络打印机等，个别都可以称为一个 node ！ 那中间那个集线器 (hub) 是不是节点呢？因为他不具有 IP ，因此 hub 不是节点。
• 服务器主机 (server)：就网络联机的方向来说，提供数据以『响应』给用户的主机， 都可以被称为是一部服务器。举例来说，Yahoo 是个 WWW 服务器，昆山的 FTP (http://ftp.ksu.edu.tw/) 是个文件服务器等等。
• 工作站 (workstation) 或客户端 (client)：任何可以在计算机网络输入的设备都可以是工作站， 若以联机发起的方向来说，主动发起联机去『要求』数据的，就可以称为是客户端 (client)。举例来说，一般 PC 打开浏览器对 Yahoo 要求新闻数据，那一般 PC 就是客户端。
• 网络卡 (Network Interface Card, NIC)：内建或者是外插在主机上面的一个设备， 主要提供网络联机的卡片，目前大都使用具有 RJ-45 接头的以太网络卡。一般 node 上都具有一个以上的网络卡， 以达成网络联机的功能。
• 网络接口：利用软件设计出来的网络接口，主要在提供网络地址 (IP) 的任务。 一张网卡至少可以搭配一个以上的网络接口；而每部主机内部其实也都拥有一个内部的网络接口，那就是 loopback (lo) 这个循环测试接口！
• 网络形态或拓朴 (topology)：各个节点在网络上面的链接方式，一般讲的是物理连接方式。 举例来说，上图中显示的是一种被称为星形联机 (star) 的方式，主要是透过一个中间连接设备， 以放射状的方式连接各个节点的一种形态，这就是一种拓朴。

网关 (route) 或通讯闸 (gateway)：具有两个以上的网络接口， 可以连接两个以上不同的网段的设备，例如 IP 分享器就是一个常见的网关设备。那上面的 ADSL 调制解调器算不算网关呢？ 其实不太能算，因为调制解调器通常视为一个在主机内的网卡设备，我们可以在一般 PC 上面透过拨号软件， 将调制解调器仿真成为一张实体网卡 (ppp) ，因此他不太能算是网关设备啦

2.1.4 计算机网络协议： OSI 七层协定

每一个阶层所负责的任务是什么呢？简单的说，每一层负责的任务如下：(注6, 注8, 注9)

事实上， OSI 七层协议只是一个参考的模型 (model)，目前的网络社会并没有什么很知名的操作系统在使用 OSI 七层协议的联网程序代码。那...讲这么多干嘛？这是因为 OSI 所定义出来的七层协议在解释网络传输的情况来说， 可以解释的非常棒，因此大家都拿 OSI 七层协议来做为网络的教学与概念的理解。至于实际的联网程序代码，那就交给 TCP/IP 这个玩意儿吧！

2.1.5 计算机网络协议： TCP/IP

虽然 OSI 七层协议的架构非常严谨，是学习网络的好材料。但是也就是因为太过严谨了，因此程序撰写相当不容易， 所以造成它在发展上面些许的困扰。而由 ARPANET 发展而来的 TCP/IP 又如何呢？其实 TCP/IP 也是使用 OSI 七层协议的观念， 所以同样具有分层的架构，只是将它简化为四层，在结构上面比较没有这么严谨，程序撰写会比较容易些。后来在 1990 年代由于 email, WWW 的流行，造成 TCP/IP 这个标准为大家所接受，这也造就目前我们的网络社会啰！

既然 TCP/IP 是由 OSI 七层协议简化而来，那么这两者之间有没有什么相关性呢？它们的相关性可以图示如下， 同时这里也列出目前在这架构底下常见的通讯协议、封包格式与相关标准：

从上图中，我们可以发现 TCP/IP 将应用、表现、会谈三层整合成一个应用层，在应用层上面可以实作的程序协议有 HTTP, SMTP, DNS 等等。 传送层则没有变，不过依据传送的可靠性又将封包格式分为连接导向的 TCP 及非连接导向的 UDP 封包格式。网络层也没有变，主要内容是提供了 IP 封包，并可选择最佳路由来到达目标 IP 地址。数据链结层与物理层则整合成为一个链结层，包括定义硬件讯号、 讯框转位串的编码等等，因此主要与硬件 (不论是区网还是广域网) 有关。

那 TCP/IP 是如何运作的呢？我们就拿妳常常连上的 Yahoo 入口网站来做个说明好了，整个联机的状态可以这样看：

1. 应用程序阶段：妳打开浏览器，在浏览器上面输入网址列，按下 [Enter]。此时网址列与相关数据会被浏览器包成一个数据， 并向下传给 TCP/IP 的应用层；
2. 应用层：由应用层提供的 HTTP 通讯协议，将来自浏览器的数据报起来，并给予一个应用层表头，再向传送层丢去；
3. 传送层：由于 HTTP 为可靠联机，因此将该数据丢入 TCP 封包内，并给予一个 TCP 封包的表头，向网络层丢去；
4. 网络层：将 TCP 包裹包进 IP 封包内，再给予一个 IP 表头 (主要就是来源与目标的 IP 啰)，向链结层丢去；
5. 链结层：如果使用以太网络时，此时 IP 会依据 CSMA/CD 的标准，包裹到 MAC 讯框中，并给予 MAC 表头，再转成位串后， 利用传输媒体传送到远程主机上。

等到 Yahoo 收到你的包裹后，在依据相反方向拆解开来，然后交给对应的层级进行分析，最后就让 Yahoo 的 WWW 服务器软件得到你所想要的数据，该服务器软件再根据你的要求，取得正确的资料后，又依循上述的流程，一层一层的包装起来， 最后传送到你的手上！就是这样啰！

根据这样的流程，我们就得要知道每个分层所需要了解的基础知识，这样才算学习网络基础嘛！所以底下我们会依据 TCP/IP 的链结层、网络层、传送层来进行说明，应用层的协议则在后续章节中有对应的协定再来谈啰！同时我们也知道， 网络媒体一次传输的数据量是有限的，因此如果要被传输的数据太大时，我们在分层的包装中，就得要将数据先拆开放到不同的包裹中， 再给包裹一个序号，好让目的端的主机能够藉由这些序号再重新将数据整合回来！很有趣吧！接下来就让我们一层一层来介绍啰！

2.2.1 广域网使用的设备

在 2.1.3 节我们有提到过，广域网使用的设备价格较为低廉。 不过广域网使用到的设备非常的多，一般用户通常会接触到的主要是 ADSL 调制解调器或者是光纤到大厦，以及第四台的 Cable 宽带等。在这里我们先介绍一些比较常见的设备，如果以后你有机会接触到其他设备，再请你依据需求自行查阅相关书籍吧！

• 传统电话拨接：透过 ppp 协议
  
  早期网络大概都只能透过调制解调器加上电话线以及计算机的九针串行端口 (以前接鼠标或游戏杆的插孔)，然后透过 Point-to-Point Protocol (PPP 协议) 配合拨接程序来取得网络 IP 参数，这样就能够上网了。不过这样的速度非常慢，而且当电话拨接后， 就不能够讲电话了！因为 PPP 支持 TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX 等通讯协议，所以使用度非常广！
• 整合服务数字网络 (Integrated Services Digital Network, ISDN)
  
  也是利用现有的电话线路来达成网络联机的目的，只是联机的两端都需要有 ISDN 的调制解调器来提供联机功能。 ISDN 的传输有多种通道可供使用，并且可以将多个信道整合应用，因此速度可以成倍成长。基本的 B 信道速度约为 64Kbps， 但如美国规格使用 23 个以上的通道来达成联机，此时速度可达 1.5Mbps 左右。不过台湾这玩意儿比较少见。
• 非对称数位用路回路 (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL)：透过 pppoe 协议
  
  也是透过电话线来拨接后取得 IP 的一个方法，只不过这个方式使用的是电话的高频部分，与一般讲电话的频率不同。 因此妳可以一边使用 ADSL 上网同时透过同一个电话号码来打电话聊天。在台湾，由于上传/下载的带宽不同， 因此才称为非对称的回路。ADSL 同样使用调制解调器，只是他透过的是 PPPoE (PPP over Ethernet) 的方法！ 将 PPP 仿真在以太网络卡上，因此你的主机需要透过一张网络卡来连接到调制解调器，并透过拨接程序来取得新的接口 (ppp0) 喔！

• 电缆调制解调器 (Cable modem)
  
  主要透过有线电视 (台湾所谓的第四台) 使用的缆线作为网络讯号媒体，同样需要具备调制解调器来连接到 ISP，以取得网络参数来上网。 Cable modem 的带宽主要是分享型的，所以通常具有区域性，并不是你想装就能装的哩！

 CSMA/CD 搭配上述的环境，它的传输情况需要有以下的流程：

1. 监听媒体使用情况 (Carrier Sense)：A 主机要发送网络封包前，需要先对网络媒体进行监听，确认没有人在使用后， 才能够发送出讯框；
2. 多点传输 (Multiple Access)：A 主机所送出的数据会被集线器复制一份，然后传送给所有连接到此集线器的主机！ 也就是说， A 所送出的数据， B, C, D 三部计算机都能够接收的到！但由于目标是 D 主机，因此 B 与 C 会将此讯框数据丢弃，而 D 则会抓下来处理；
3. 碰撞侦测 (Collision Detection)：该讯框数据附有检测能力，若其他主机例如 B 计算机也刚好在同时间发送讯框数据时， 那么 A 与 B 送出的数据碰撞在一块 (出车祸) ，此时这些讯框就是损毁，那么 A 与 B 就会各自随机等待一个时间， 然后重新透过第一步再传送一次该讯框数据。

了解这个程序很重要吗？我们就来谈谈：

• 网络忙碌时，集线器灯号闪个不停，但我的主机明明没有使用网络：
• 透过上述的流程我们会知道，不管哪一部主机发送出讯框，所有的计算机都会接收到！因为集线器会复制一份该数据给所有计算机。 因此，虽然只有一部主机在对外联机，但是在集线器上面的所有计算机灯号就都会闪个不停！
• 我的计算机明明没有被入侵，为何我的数据会被隔壁的计算机窃取：
  透过上述的流程，我们只要在 B 计算机上面安装一套监听软件，这套软件将原本要丢弃的讯框数据捉下来分析，并且加以重组， 就能够知道原本 A 所送出的讯息了。这也是为什么我们都建议重要数据在因特网上面得要『加密』后再传输！
• 既然共享媒体只有一个主机可以使用，为何大家可以同时上网：
  这个问题就有趣了，既然共享媒体一次只能被一个主机所使用，那么万一我传输 100MB 的档案，集线器就得被我使用 80 秒 (以 10Mbps 传输时)，在这期间其他人都不可以使用吗？不是的，由于标准的讯框数据在网络卡与其他以太网络媒体一次只能传输 1500bytes，因此我的 100MB 档案就得要拆成多个小数据报，然后一个一个的传送，每个数据报传送前都要经过 CSMA/CD 的机制。 所以，这个集线器的使用权是大家抢着用的！即使只有一部主机在使用网络媒体时，那么这部主机在发送每个封包间， 也都是需要等待一段时间的 (96 bit time)！
• 讯框要多大比较好？能不能修改讯框？：
  如上所述，那么讯框的大小能不能改变呢？因为如果讯框的容量能够增大，那么小数据报的数量就会减少， 那每个讯框传送间的等待就可以减少了！是这样没错，但是以太网络标准讯框确实定义在 1500 bytes， 但近来的超高速以太网络媒体有支持 Jumbo frame (巨型讯框,注10) 的话，那么就能够将讯框大小改为 9000bytes 哩！但不是很建议大家随便修改啦！为什么呢？2.2.5 MTU 那小节再说。

• 2.2.4 MAC 的封装格式

  上面提到的 CSMA/CD 传送出去的讯框数据，其实就是 MAC 啦！MAC 其实就是我们上面一直讲到的讯框 (frame) 啰！ 只是这个讯框上面有两个很重要的数据，就是目标与来源的网卡卡号，因此我们又简称网卡卡号为 MAC 而已。 简单的说，你可以把 MAC 想成是一个在网络线上面传递的包裹，而这个包裹是整个网络硬件上面传送数据的最小单位了。 也就是说，网络线可想成是一条『一次仅可通过一个人』的独木桥， 而 MAC 就是在这个独木桥上面动的人啦！接下来，来看一看 MAC 这个讯框的内容吧！

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  图 2.2-3、以太网络的 MAC 讯框

  上图中的目的地址与来源地址指的就是网卡卡号 (hardware address, 硬件地址)，我们前面提到，每一张网卡都有一个独一无二的卡号， 那个卡号的目的就在这个讯框的表头数据使用到啦！硬件地址最小由 00:00:00:00:00:00 到 FF:FF:FF:FF:FF:FF (16 进位法)， 这 6 bytes 当中，前 3bytes 为厂商的代码，后 3bytes 则是该厂商自行设定的装置码了。

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原文：http://www.cnblogs.com/lgh344902118/p/6258741.html