计算机网络导论

网络结构的演变

网状结构

最开始的网络，主机之间都是两两相连

好处

这样连接，好处是安全性比较高（A与B之间的连线断了，可以绕一下C）；
另外通信不需要互相等待（没有中间交换设备，所以没有竞争的中立资源，所以不需要排队），网络延迟小

需要说明的一点是，网线其实是电路线，通过高低电压的01信号传输信息

此时聪明的小伙伴会提出问题：现在不是有光纤吗，你怎么说网线是电缆线呢？

这样说其实没错，过去没有光纤的时候网线确实是电缆线，通过高低电压传输0101的数据；现在我们通过光纤，只有传输过程是光信号，到我们真正上网使用会将光信号转化为电信号（光猫，也叫调制解调器），所以本质上我们使用的还是电信号

坏处

但是随着机器数量的增多，这样的连接线数量也越来越多

假设我们现在有10万台计算机，按照这种方式连接，每台计算机需要连接99999条线，共4,999,950,000条线，公式是n*(n-1)/2

需要的电缆数量太多，而且电路会越来越复杂

星形结构1

好处

电缆数量 = 计算机数量；
电路简单；

坏处

同时发会互相干扰，因为电压会互相叠加（势能）

星型结构2

所以我们中间加一个交换设备，先发给交换设备，然后交换设备再轮流转发

但是即便是这样，也可能会出现干扰，比如A和B同时给对方发信息，这里一般有两种模式处理：

可以同时发而不需要等待对方的，就是全双工模式；
不能同时双向发，只能一侧发完另一侧发，这样叫半双工；

坏处

另外， 不管全双工还是半双工，都需要在交换设备处排队等待（涉及到了资源的竞争）

现实网络交换结构

每家每户都有各自的网络设备（手机，电脑等），他们通过路由器连接，并轮流转发；
路由器连接到交换机，轮流转发请求，基本上每隔几栋楼会产生一个交换机（一般是在弱电井中，12，24，36根网线的都有）；
交换机再连接到核心交换（核心交换的性能更为强劲），核心交换再连接到更高一级的设备……一般是6~8级的连接设备

家用的交换设备是路由器，小区楼之间用小型交换机作为交换设备

向上交换能力依次提升，小区交换机，街道交换机，乡镇交换机，区县交换机……最大的交换机是国家的大区（华北，东北，西北，华中，华东，华南……等），这些交换机之间两两连接

大区之间的数据会互相备份，保证出现问题能够恢复

国与国之间通过海底光缆等互相通信

计算机通信的原理

MAC地址

上面我们说了，最后我们用星型结构将计算机连接起来

我们连接起来是为了什么？自然是为了通信

那么现在问题来了，A要怎样才能发到B那边？

在一个小范围的虚拟内网中，我们一般使用MAC地址进行计算机的区分

MAC地址是每一个带有网卡的设备出厂时给予的一个，全球唯一的，不可改变的物理地址

中间的交换设备当中一般会存储一个MAC地址表，用于转发数据

这样，A只需要在发送数据时，携带B的MAC地址，即可发送数据给B

IP地址

但是MAC只能用于小范围的设备定位，假设跨省甚至跨国的两台计算机通信，依然使用MAC地址，需要遍历上千万的设备才能查询到，显然是不合理的

此时就用到了IP地址

IP = 网络部分（行政划分）+主机部分

IP主要作用是为了寻址

ip地址最多定位到某个交换设备的ip，但是不知道是这个交换设备哪台计算机，所以需要更进一步的，全球唯一的标识（目标设备id，即MAC地址）

IP和MAC共同合作才能实现端到端的通信

以112.113.87.50为例，112.113.87是可能代表网络部分，指定了你是哪个省，哪个市，哪个县的，最后一位表示你的上级交换机的ip地址

DNS服务器

百度的域名是www.baidu.com，我们访问百度只需要输入域名即可，不需要知道它的ip，这就是域名解析

将域名与ip映射起来，需要ip时将域名转化为ip，需要域名时将ip转化为域名

DNS服务器的地址写在了电话卡当中，以下这个是某些移动电话卡的DNS服务器地址

三大运营商各自有各自的DNS服务器集群

当我们访问www.baidu.com时，会先请求DNS服务器（百度会先将自己的域名写入DNS服务器当中），将域名转化为ip，返回给我们；然后我们再带着数据访问百度服务器的ip（可能不止一个ip）；最后百度服务器将数据返回给我们