網絡技術入門 :一篇文章讓你徹底理解網絡通信中各種協議和設備的作用

本文通過在局域網中新添加一臺主機,到主機配置,最後訪問網頁的一個過程。來說明網絡通信中各種協議和設備的作用。讓大家對整個網絡通信,在架構上有所理解,不對各種協議做深入說明。

本系列文章
網絡技術入門(一):網絡技術基礎知識系統歸結
網絡技術入門(二):兩個主機(客戶端和服務器)通信過程(硬件轉發角度)
網絡技術入門(三):兩個主機(客戶端和服務器)通信過程(數據包交換角度)
網絡技術入門(四):兩個主機(客戶端和服務器)通信過程(TCP/IP通信角度)
網絡技術入門 :HTTP報文和TCP/IP數據包
網絡技術入門 :一篇文章讓你徹底理解網絡通信中各種協議和設備的作用

這裏用在你去公司入職,公司給你新配置一臺電腦爲例。(這裏不用家裏電腦入網爲例,因爲家裏一般電腦較少,只用一個路由器就好,沒有必要用交換機)。

入職一家新的公司,公司給你配置了一臺新的電腦。需要你自己安裝配置

一、硬件配置

涉及到設備:光貓,路由器,交換機,集線器(暫無)

首先你需要了解光貓、路由器、交換機和主機網絡拓撲關係。入戶光纖連接光貓,網線是從光貓出來要接路由器,路由器再接交換機,然後所有的電腦用網線連接到交換機就行了。
光貓有些是光貓和路由器一體的,不需要單獨的路由器設備也可以上網。

可以參考下圖的網絡拓撲理解:
在這裏插入圖片描述

總結:
光貓:
又稱調製調解器,它主要爲了信號轉換,如把模擬信號轉換成數字信號。
.
路由器:
1 連接互聯網中的不同子網絡。
2 實現互聯網中不同子網絡之間的數據轉發。
.
交換機和集線器:
1 連接局域網中的不同主機。
2 實現局域網不同主機之間的數據交換

二、上網設置

涉及到概念:IP地址,子網掩碼,網關的IP地址,DNS的IP地址

打開電腦後需要在網絡配置中配置四個屬性才能上網,這裏可以手動填也可以選擇自動獲取。
在這裏插入圖片描述

  • 本機的IP地址
  • 子網掩碼
  • 網關的IP地址
  • DNS的IP地址
    下面簡稱:通訊四參數,後面會說明這四個參數在哪裏用到。

爲什麼需要配置這四個參數,下一小節說明這四個參數的作用,或者查看網絡技術入門(二):兩個主機(客戶端和服務器)通信過程(硬件轉發角度)

三、訪問網頁

涉及到協議:DHCP協議,DNS,ARP協議,ICMP協議

當我們電腦連接安裝完成(第一小節內容),並且網絡配置完成(第二小節內容),我們就可以上網了。

1 DCHP協議

DHCP(Dynamic Host Configuration
Protocol,動態主機配置協議)通常被應用在大型的局域網絡環境中,主要作用是集中的管理、分配IP地址,使網絡環境中的主機動態的獲得IP地址、Gateway地址、DNS服務器地址等信息,並能夠提升地址的使用率。

計算機配置好後,設置網絡參數時勾選“自動獲得IP地址”和“自動獲得DNS服務器地址”,首先會在局域網內發送DCHP請求,該請求會在局域網內廣播數據包,同一子網絡內每臺計算機都會收到這個包,只有DHCP服務器收到這個包會回覆,而其他計算機會丟棄這個包。
DHCP服務器返回給計算機的數據包,就包含了分配給該計算機的IP地址,子網掩碼,網關地址,DNS服務器IP等參數。

DCHP協議的作用就是爲局域網中新加入的計算機,分配IP地址,子網掩碼,網關地址,DNS服務器IP等參數。
這四個網絡參數可以通過DCHP請求動態獲取,也可以手動填寫來分配。

2 DNS協議 和 ARP協議

DNS(Domain Name System,域名系統),DNS協議是用來將域名轉換爲IP地址(也可以將IP地址轉換爲相應的域名地址)。
ARP(Address Resolution Protocol,地址解析協議),是根據IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協議。

現在我們的計算機可以上網了,我們打開瀏覽器,輸入網址(https://github.com)點擊訪問。
要和github服務器通信,需要知道服務器的IP地址,端口號和MAC地址。

這裏再補充一下:

IP地址、MAC地址和端口號的作用:

1 IP地址可以找到互聯網總目標主機所在的局域網
2 MAC地址能夠找到子網絡中目標網卡(主機)
3 端口號找到目標網卡所在計算機中的目標進程
.

IP地址、MAC地址和端口號的獲取:

1. 目標主機IP地址獲取:操作系統通過域名(https://github.com)向DNS服務器發送請求獲取web服務器的IP地址。DNS服務器的IP地址哪裏來,這裏就用到了通訊四參數DNS服務器的IP地址
2. 進程或服務端口號獲取:TCP/IP協議棧分配,這裏就是操作系統分配。
3. 目標主機MAC地址獲取:通過ARP請求獲取目標主機(或者網關)的MAC地址。(這裏是區分同一子網和不同子網的,具體不詳細講,詳細過程網絡技術入門(二):兩個主機(客戶端和服務器)通信過程(硬件轉發角度))。

首先請求DNS服務器獲取github服務器的IP地址。(這裏請求的DNS服務器用到 通訊四參數DNS服務器的IP地址
TCP/IP協議棧分配端口號。
在獲取web服務器MAC地址的時候,操作系統會區分該web服務器和當前計算機是否在一個子網絡內。
計算的方法就是通過通訊四參數子網掩碼和web服務器IP進行“與”運算(過程自查)。
同一子網絡可以通過發送ARP請求,廣播所有子網內主機獲取目標主機(web服務器)的MAC地址;
不在同一個子網絡,可以通過通訊四參數網關的IP地址獲取網關MAC地址(沒有設置網關的需要ARP請求獲取)。

到目前爲止,目標服務器的IP地址,目標服務器的MAC地址和端口號,都已經知道。就可以發送網絡請求了。
計算機上:數據包會被操作系統(TCP/IP協議棧)交給網卡驅動,網卡驅動把數據報再轉交給網卡。網卡會把數據通過網線傳給交換機(MAC地址表)
交換機:交換機會把數據轉發給路由器(ARP緩存表,路由表)。
路由器: 數據通過路由器在互聯網中轉發,最終被目標主機接收。
web服務器的應答數據包和計算機發送的請求數據包過程一樣。


這裏做一個總結
1 計算機新入網,需要通過 DCHP協議 獲取IP地址,子網掩碼,網關地址,DNS服務器IP參數。才能上網。
2 計算機訪問網頁,需要知道web服務器的 IP地址,端口號和MAC地址。
IP地址:通過DNS協議,根據web服務器域名獲取web服務器IP。
端口號:TCP/IP協議棧分配,這裏就是操作系統分配。
MAC地址:通過ARP協議,根據目標主機IP地址獲取目標主機MAC地址或者網關MAC地址。
(關於ARP協議詳細說明:網絡技術入門(二):兩個主機(客戶端和服務器)通信過程(硬件轉發角度)
3 知道了web服務器的 IP地址,端口號和MAC地址,就可以發送網絡請求了。
計算機上,數據包會被操作系統(TCP/IP協議棧)交給網卡驅動,網卡驅動把數據報再轉交給網卡。
最後網卡會把數據通過網線傳給交換機(MAC地址表),交換機會把數據轉發給路由器(ARP緩存表,路由表)。
數據通過路由器在互聯網中轉發,最終被目標主機接收。

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