网络协议 一 七层模型、物理层、数据链路层(CSMA/CD协议、Ethernet V2帧、PPP协议)

目录

• 网络互联模型（了解请求过程、网络分层）
• 物理层（Physical）
  • 数字信号、模拟信号
  • 数据通信模型
  • 信道（单工、半双工、全双工）
• 数据链路层（Data Link）
  • 封装成帧
  • 透明传输
  • 差错检验
  • CSMA/CD协议
  • Ethernet V2帧的格式、Ethernet V2标准
  • PPP协议（Point to Point Protocol）

网络互联模型

请求过程： 物理层加的 1 前七个字节代表 前同步码 后面的 Ethernet V2帧格式有讲。

网络分层：

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

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

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

数据通信模型

局域网通信模型： 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：

信道（单工、半双工、全双工）

• 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 (同轴电缆、集线器)

• 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 (交换机、路由器)

• 信号可以同时双向传输
• 比如手机（打电话，听说同时进行）

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

• 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，所用的通信协议是可能不同的

  • 换句话说: 就是在链路上, 通过同轴电缆, 集线器来组成的PC进行通信的链路, 采用的是CSMA/CD协议, 称为 广播信道
  • 通过两个路由器来组成的PC在不同网段进行通信的链路, 采用的是PPP协议, 称为 点对点信道
  • 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个特点（任何链路都需要）:

• 封装成帧
• 透明传输
• 差错检验

封装成帧

数据链路层, 对网络层传递下来的IP数据包进行帧封装

下图就是一个 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

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

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

差错检验

FCS是根据 帧的数据部分 + 数据链路层首部 计算得出的

• FCS会在数据传输前和传输后都会计算FCS用来检验数据是否出错。

CSMA/CD协议

用在同轴电缆, 集线器来链接PC的时候, 使用的协议

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectio）

• 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、Ethernet V2标准

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

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 (物理层会去掉这些填充)

长度总结

• 以太网帧的数据长度：46~1500 字节 46字节 = 64 - 目标MAC(6) - 源MAC(6) - 类型(2) - FCS(4) 以太网帧的MTU为 1500 个字节
• 以太网帧的长度：64~1518字节 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 1518字节 = 目标MAC(6) + 源MAC(6) + 网络类型(2) + 数据(1500) + FCS(4)

PPP协议（Point to Point Protocol）

用在路由器与路由器链接的协议

• 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

PPP协议 —— 字节填充

• 将 0x7E 替换成 0x7D5E
• 将 0x7D 替换成 0x7D5D

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

注意:

• 集线器 : 没有智商, 充当一个网线, 只涉及 物理层
• 交换机: 接口记录了计算机的MAC地址, 所以它涉及 数据链路层和物理层
• 路由器: 涉及网络层、数据链路层、物理层