学习笔记——网络参考模型——TCP/IP模型（物理层）

一、TCP/IP模型-物理层

1、数据传输(交换)的形式

(1)电路交换

特点：通信双方独占通信链路。

优点：数据传输时延小，适用于实时通信；数据按序发送，不存在失序问题；适合模拟信号和数字信号传输。

缺点：连接建立时间长；独占信道，信道利用率低；不同类型、不同速率的终端难以直接通信；难以进行差错控制。

(2)报文交换

特点：报文整个地发送，一次一跳，是分组交换的前身。

优点：不用预先建立连接，没有建立连接时延，可以随时发送报文；按照存储–转发机制，对数据包进行错误检测，并且能支持不同速度、规格的输入/输出端口间的交换；有路径选择，当某条线路发生故障时，可以选择其他线路，提高传输可靠性；一个报文可以同时发送到多个目的地址；提高信道利用率。

缺点：进入交换节点之后要经历存储–转发过程，时延大，当网络通信量增大时，时延加剧，不适合实时业务数据传输；只能传输数字信号；报文长度无限制，每个中间节点都要完整接收报文，当线路较忙时，中间节点可能需要存储其他报文，要求每个节点具有较大的缓存区。

(3)分组交换

特点：分组交换和报文交换的思想类似，不同的是分组交换将数据切成一个个小片分开传送。分组交换可以分为数据报分组交换和虚电路分组交换。

虚电路分组交换：不同于电路交换(有物理链路)，而是建立一条逻辑链路。在信息交换之前，需要在发送端和接收端之间先建立一个逻辑连接，然后才开始传送分组，所有分组沿相同的路径进行交换转发，通信结束后再拆除该逻辑连接。分组能按序到达。

数据报分组交换：

特点：数据包的传输彼此独立，互不影响，可以按照不同的路由机制到达目的地，并重新组合。

优点：相比报文交换，所需缓存区更小；减少了出错几率，提高了传输可靠性。

缺点：相比报文交换，需要在每个分组都加上源目地址、分组编号等信息，传输信息量增大；有失序问题(数据报交换)。使用数据报分组交换时，采用TCP控制数据可靠传输，运输层采用TCP协议后，用三次握手建立连接，四次挥手此时释放连接，同时将失序数据分组存储在缓存区中，确保数据按序到达，此时也就相当于虚电路交换。

电路交换是面向连接的，分组交换是无连接的。

2、报文层次

(1)报文的每个层次之间有联系的

例如：数据链路层为三层的网络层服务。

二层: 类型(type)            ARP:0x0806      IP:0x0800

三层: 协议号(protocol)   TCP:6    UDP:17

四层：端口(port)      HTTP:80     FTP:21      telnet:23

抓取QQ 包：参考封装协议oicq

node节点：3层以上设备的一个接口

3、数据通信过程

(1)发送方数据封装

假设你正在通过网页浏览器访问华为官网，当你输入完网址，敲下回车后，计算机内部会发生下列事情∶

1.IE浏览器(应用程序)调用HTTP(应用层协议)，完成应用层数据的封装(图中DATA还应包括HTTP头部，此处省略)。

2.HTTP依靠传输层的TCP进行数据的可靠性传输，将封装好的数据传递到TCP模块。

3.TCP模块给应用层传递下来的Data添加上相应的TCP头部信息(源端口、目的端口等)。此时的PDU被称作Segment(段)。

4.在IPv4网络中，TCP模块会将封装好的Segment(段)传递给网络层的IPv4模块(若在IPv6环境，会交给IPv6模块进行处理)。

5.IPv4模块在收到TCP模块传递来的Segment(段)之后，完成IPv4头部的封装，此时的PDU被称为Packet(包)。

6.由于使用了Ethernet作为数据链路层协议，故在IPv4模块完成封装之后，会将Packet(包)交由数据链路层的Ethernet模块(例如以太网卡)处理。

7.Ethernet模块在收到IPv4模块传递来的Packet(段)之后，添加上相应的Ethernet头部信息和FCS帧尾，此时的PDU被称为Frame(帧)。

8.在Ethernet模块封装完毕之后，会将数据传递到物理层。

9.根据物理介质的不同，物理层负责将数字信号转换成电信号，光信号，电磁波(无线)信号等。

10、转换完成的信号在网络中开始传递。

(2)中间网络数据传输

封装好的完整数据，将会在网络中被传递。

一般情况下∶

网络中的二层设备(如以太网交换机)只会解封装数据的二层头部，根据二层头部的信息进行相应的"交换"操作。

网络中的三层设备(如路由器)只会解封装到三层头部，并且根据三层头部的信息进行相应的"路由"操作。

(3)接收方数据解封装

经过中间网络传递之后，数据最终到达目的服务器。根据不同的协议头部的信息，数据将被一层层的解封装并做相应的处理和传递，最终交由WEB服务器上的应用程序进行处理。

4、网络介质

两个终端，用一条能承载数据传输的物理介质(也称为传输介质)连接起来，就组成了一个最简单的网络。

数据传输三要素：网卡(数据处理)、网线(承载)、协议栈(沟通语言)

(2)传输介质分类

传输介质的作用：1、实现设备的连接 2、实现数据的传输

双绞线∶当今以太网最常见的传输介质，按照抗电磁干扰能力还可以分为∶STP-屏蔽双绞线、UTP-非屏蔽双绞线。传输距离为100米，速率1000兆。

光纤传输，按照功能部件可分为∶

光纤∶光传输介质，简单就是一根玻璃纤维，用于约束光传输的通道。传输距离为2000米

光模块∶将电信号与光信号互转的器件，产生光信号。

串口电缆在WAN(Wide Area Network，广域网)中大规模使用，根据WAN线路类型不同，串口电缆在设备上连接的接口类型也不同∶异/同步串口、ATM接口、POS接口、CE1/PRI 接口等。

无线信号的传输可以通过电磁波进行，例如∶无线路由器将数据通过调制以电磁波发送出去，移动终端的无线网卡将电磁波解调，得到数据，完成从无线路由器到移动终端的数据传输。

5、冲突域

冲突域:是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合，冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节点发出的报文(无论是单播、组播、广播)，其余节点都可以收到。

在共享网络，以太网络使用CSMA/CD技术，避免冲突问题。

CSMA/CD的基本工作过程如下∶

终端设备不停的检测共享线路的状态，如果线路空闲则发送数据，如果线路不空闲则一直等待。

如果有另外一个设备同时发送数据，两个设备发送的数据必然产生冲突，导致线路上的信号不稳定。终端设备检测到这种不稳定之后，马上停止发送自己的数据。

终端设备发送一连串干扰脉冲，然后等待一段时间之后再进行发送数据。

发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备，特别是跟自己在同一个时刻发送数据的设备，线路上已经产生了冲突。

CSMA/CD的工作原理可简单总结为∶先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。

6、广播域

广播报文所能到达的整个访问范围称为二层广播域，简称广播域，同一广播域内的主机都能收到广播报文。

全1的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF为广播地址，所有节点都会处理目的地址为广播地址的数据帧，该数据帧所能到达的整个访问范围称为二层广播域，简称广播域。

　　此例中，RTA和RTB把整个网络分成了三个不同的局域网，每个局域网为一个广播域。LAN1内部的主机直接可以通过交换机实现相互通信，LAN2内部的主机之间也是如此。但是，LAN1内部的主机与LAN2内部的主机之间则必须要通过路由器才能实现相互通信。

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