引言很多朋友在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)一上來(lái)就會(huì)被教材或者網(wǎng)課老師灌輸各種概念協(xié)議學(xué)習(xí)完后會(huì)非常很懵逼各層的協(xié)議到底有什么用我在一臺(tái)手機(jī)的應(yīng)用程序上發(fā)送消息給另外一臺(tái)手機(jī)相應(yīng)的應(yīng)用程序過(guò)程中發(fā)生了什么事情依然覺(jué)得很抽象而且很多網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議在面試中并不會(huì)被提及此篇博文篩掉了晦澀難懂的不重要的協(xié)議并通俗易懂的讓你理解網(wǎng)絡(luò)底層傳輸在此基礎(chǔ)上詳細(xì)講述常用的端到端的高層協(xié)議。其實(shí)課本和網(wǎng)課傳授各種網(wǎng)絡(luò)概念的時(shí)候默認(rèn)我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)是有一定的了解的反而其實(shí)大部分同學(xué)對(duì)網(wǎng)絡(luò)是沒(méi)有一點(diǎn)概念的如果這時(shí)候直接去看相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍反而會(huì)難以接受這會(huì)大大降低我們的學(xué)習(xí)效率?？赐晗旅娴木W(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)帶著這些架構(gòu)再去接觸專(zhuān)業(yè)書(shū)籍反而會(huì)輕松不少。當(dāng)然為了照顧小白里面很多基礎(chǔ)的問(wèn)題有些知識(shí)點(diǎn)如果你知道可以通過(guò)目錄直接跳過(guò)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸形式在我們?yōu)g覽網(wǎng)頁(yè)接收消息時(shí)會(huì)接收各種各樣的信息那這些信息是通過(guò)怎樣的形式傳輸?shù)哪匾弧⑿畔?、?shù)據(jù)和信號(hào)在接觸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸之前先了解信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)的概念信息:信息是我們可以感知和不感知、已知和未知的所有數(shù)據(jù)形式、圖像的集合。數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)是主機(jī)或記錄信息按照一定規(guī)則排列組合的物理符號(hào)。它可以是數(shù)字、文本、圖像也可以是計(jì)算機(jī)代碼?？梢詮膶?shí)驗(yàn)中采集數(shù)據(jù)總結(jié)出通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到的規(guī)律和現(xiàn)象。信號(hào):信號(hào)是傳遞信息的工具和信息載體如光信號(hào)、聲音信號(hào)、電子信號(hào)等其本身在某種程度上具有特定的意義我們將能夠通過(guò)特殊的方法來(lái)識(shí)別其意義。如果你不想看上面的概念或者覺(jué)得很抽象我可以給你舉兩個(gè)例子你在打電話電話線要有【信號(hào)】交換機(jī)交換語(yǔ)音【數(shù)據(jù)】而你和接電話的人交換的是【信息】。信息是你要表達(dá)的意思數(shù)據(jù)就是你在表達(dá)過(guò)程中被記錄下來(lái)的語(yǔ)音通過(guò)某些操作將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、光信號(hào)、波等再通過(guò)線路或者電磁波等無(wú)線介質(zhì)傳播。你通過(guò)微信問(wèn)朋友“你在哪”你想問(wèn)他在哪就是你要傳遞的信息?！澳阍谀摹钡奈淖只蛘呤蔷幊陶Z(yǔ)言中的字符串或者我們通過(guò)將其編碼轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制語(yǔ)言他們都可以叫做數(shù)據(jù)。將二進(jìn)制語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為高低不平的電流通過(guò)線路傳輸給另外一臺(tái)設(shè)備我設(shè)備所發(fā)送的、或者另外一臺(tái)所收到的電流信息就是信號(hào)。當(dāng)然信息和數(shù)據(jù)的意義很寬泛一張圖片、一段文字有時(shí)候即可以叫信息也可以叫數(shù)據(jù)。在有些論文拋出的概念中數(shù)據(jù)和信號(hào)本身也可以叫做信息。如果實(shí)在麻煩,看下面這張圖你可以這樣理解二、數(shù)據(jù)和信號(hào)的轉(zhuǎn)換1、圖片、文字、音頻與二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換無(wú)論是計(jì)算機(jī)本身存儲(chǔ)數(shù)據(jù)還是網(wǎng)絡(luò)傳輸都會(huì)不可避免的使用二進(jìn)制那他們是怎么轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的呢1文字二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換在計(jì)算機(jī)中通常會(huì)使用字符集的編碼方式將字符轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。常見(jiàn)的英文字符集編碼為ASCII和常見(jiàn)的中文字符集編碼UTF-8用于包含中文字符在內(nèi)的多語(yǔ)言字符和UniCode。假設(shè)我們要將英文單詞 Hello 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。首先查找每個(gè)字符的ASCII碼然后將ASCII碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。H 的ASCII碼是 72轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制01001000e 的ASCII碼是 101轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制01100101l 的ASCII碼是 108轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制01101100l 的ASCII碼是 108轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制01101100o 的ASCII碼是 111轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制01101111因此Hello 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為01001000 01100101 01101100 01101100 01101111。假設(shè)我們要將中文字符 你好 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。首先查找每個(gè)字符的UTF-8編碼然后將UTF-8編碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。你E4 BD A0 二進(jìn)制11100100 10111101 10100000 好E5 A5 BD 二進(jìn)制11100101 10100101 10111101因此你好 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為11100100 10100000 10000000 11100100 10100000 10000010。2圖像二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換圖像通常由各個(gè)像素點(diǎn)組成。像素是圖像的最小單元它是圖像中最小的可操作的點(diǎn)。每個(gè)像素都包含有關(guān)其在圖像中位置的信息以及關(guān)于其顏色的信息。圖像的分辨率描述了圖像中有多少個(gè)像素通常以水平和垂直方向的像素?cái)?shù)表示。例如一個(gè)分辨率為1920x1080的圖像意味著它有1920個(gè)像素寬和1080個(gè)像素高。一個(gè)像素通常由1位、8位、24位組成1位顏色深度最簡(jiǎn)單的情況每個(gè)像素只有1位通常用于黑白圖像。這時(shí)每個(gè)像素只能是黑或白對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的0或1。8位顏色深度通常用于灰度圖像每個(gè)像素用8位表示灰度級(jí)別。這允許256種不同的灰度值從0黑色到255白色。24位顏色深度這是常見(jiàn)的真彩色深度一共有三種顏色通道分別是紅、黃、藍(lán)我們小時(shí)候都聽(tīng)說(shuō)過(guò)每種顏色都可以由紅、黃、藍(lán)三種顏色構(gòu)成。常見(jiàn)的 24 位 RGB 圖像包含紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道每個(gè)通道通常占 8 bit合計(jì) 24 bit因此可以表示約 2^{24}1677 萬(wàn)種顏色。3音頻二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換音頻文件是通過(guò)將聲音信號(hào)聲音信號(hào)是連續(xù)的模擬信號(hào)的波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式來(lái)表示的這個(gè)過(guò)程涉及到模數(shù)轉(zhuǎn)換Analog-to-Digital Conversion簡(jiǎn)稱ADC其中模擬信號(hào)聲音波形被采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。2、二進(jìn)制數(shù)據(jù)與信號(hào)的轉(zhuǎn)換1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是以離散的形式表示的信號(hào)它是由一系列離散的數(shù)值構(gòu)成的。這些數(shù)值通常采用二進(jìn)制形式即由 0 和 1 組成。我們以電信號(hào)為例在一定頻率內(nèi)我們以高電伏為1低電伏為0。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)一共有六種方式非歸零編碼NRZ)歸零編碼反向不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼5B/4B編碼由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課本物理層會(huì)詳細(xì)講述內(nèi)容我們以非歸零編碼NRZ)為例在信號(hào)傳輸過(guò)程中我們可以粗虐將得到的數(shù)字信號(hào)的橫軸看作時(shí)間縱軸看作電壓就可以傳輸我們需要的信號(hào)了當(dāng)然實(shí)際的傳輸過(guò)程并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單我舉這個(gè)例子方便大家理解2數(shù)字信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)上文在音頻二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換我們提到聲音是波的形式因此在傳輸過(guò)程中有的時(shí)候我們需要將數(shù)字轉(zhuǎn)換為波或者波轉(zhuǎn)換為數(shù)字調(diào)幅2ASK)碼元0對(duì)應(yīng)沒(méi)有振幅碼元1對(duì)應(yīng)有振幅振幅可以理解為波在y軸上的高低我們也可以將碼元0對(duì)應(yīng)低振幅碼元1對(duì)應(yīng)高振幅。調(diào)頻2FSK:碼元0對(duì)應(yīng)低頻碼元1對(duì)應(yīng)高頻。調(diào)相2PSK碼元1對(duì)應(yīng)一種波形碼元0對(duì)應(yīng)另一種波形調(diào)相可以理解為調(diào)整波的起始位置。3模擬信號(hào)調(diào)制為數(shù)字信號(hào)關(guān)于波轉(zhuǎn)換為數(shù)字的過(guò)程最典型的就是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行編碼的脈碼調(diào)制PCM它主要包括三個(gè)部分抽樣、量化、編碼這一部分不詳細(xì)闡述。三、信號(hào)的傳輸有線傳輸和無(wú)線傳輸是兩種常見(jiàn)的信息傳輸方式它們?cè)谕ㄐ蓬I(lǐng)域有著不同的特點(diǎn)和應(yīng)用有線傳輸是通過(guò)物理導(dǎo)體如電纜、光纜、同軸電纜物理導(dǎo)體這里不詳細(xì)介紹來(lái)傳輸信號(hào)的方式例子如電腦網(wǎng)絡(luò)例如以太網(wǎng)無(wú)線傳輸是通過(guò)空氣中的電磁波來(lái)傳輸信號(hào)的方式不需要物理導(dǎo)體連接例子如移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信無(wú)線局域網(wǎng)Wi-Fi、藍(lán)牙技術(shù)、無(wú)線電和電視廣播。傳輸形式總結(jié)了解完上面知識(shí)后對(duì)于下面這圖相信大家對(duì)信息的傳輸過(guò)程有一定的掌握和理解但這還是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)始。我們?cè)谝欢讼蛄硪欢税l(fā)送消息的時(shí)候電腦在互聯(lián)網(wǎng)中怎么樣定位到另一臺(tái)電腦的如果我是在微信發(fā)的消息另一臺(tái)收到消息的電腦為什么是微信程序收到消息而不是QQ下面我將從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展入手簡(jiǎn)單易懂的講清楚每層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)計(jì)算機(jī)點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程上面提到我們?cè)谝欢讼蛄硪欢税l(fā)送消息的時(shí)候電腦在互聯(lián)網(wǎng)中怎么樣精準(zhǔn)定位到另一外一臺(tái)電腦的下面筆者將簡(jiǎn)單易懂的介紹當(dāng)今常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。四、來(lái)設(shè)計(jì)一下簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)吧給你兩臺(tái)電腦使兩臺(tái)電腦之間能夠互相通信你會(huì)怎么去設(shè)計(jì)呢很簡(jiǎn)單將兩臺(tái)電腦之間連接一根線就可以了我們讓這根線傳遞具有高低電伏的電信號(hào)就能讓兩臺(tái)電腦傳遞消息但是我們發(fā)現(xiàn)電腦越多這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)越麻煩我們要讓每臺(tái)電腦兩兩通信即每個(gè)電腦都要互相連接有n臺(tái)電腦我們就需要n?(n?1)/2條線?五、轉(zhuǎn)發(fā)集線器與物理層的引入1、轉(zhuǎn)發(fā)的思想上面考慮多臺(tái)電腦之間直接連接傳輸消息時(shí)可能會(huì)面臨繁瑣的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題我們可以引入一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即集線器Hub。集線器是一種最基本的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備它能夠?qū)⑦B接到它上面的多臺(tái)電腦連接起來(lái)使每臺(tái)電腦都能夠收到發(fā)送給集線器的消息。集線器就是能做到該功能的最底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一但是集線器很傻他收到消息時(shí)會(huì)同時(shí)把消息發(fā)送給所有設(shè)備包括發(fā)送該消息的設(shè)備。在有6臺(tái)電腦的網(wǎng)絡(luò)中1號(hào)電腦轉(zhuǎn)發(fā)消息給集線器Hub集線器收到消息后會(huì)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)1、2、3、4、5、6號(hào)電腦。在這種情況下1號(hào)電腦發(fā)送信號(hào)的同時(shí)如果二號(hào)也發(fā)送消息很容易造成信號(hào)沖突導(dǎo)致信號(hào)疊加數(shù)據(jù)受損因此我們將一個(gè)集線器及其連接的電腦的結(jié)構(gòu)叫做一個(gè)沖突域。集線器屬于物理層的設(shè)備我們也可以將這個(gè)結(jié)構(gòu)看作簡(jiǎn)單只有物理層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。下面我簡(jiǎn)單的引入集線器的概念2、集線器集線器Hub是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一種基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備屬于物理層設(shè)備。其主要作用是將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起形成一個(gè)共享的物理介質(zhì)通常是電纜或光纖以便它們可以在局域網(wǎng)LAN中進(jìn)行通信。以下是集線器的一些基本特點(diǎn)物理層設(shè)備集線器工作在OSI模型的物理層主要負(fù)責(zé)傳輸比特流而不涉及幀、數(shù)據(jù)包或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的內(nèi)容。廣播集線器是一個(gè)廣播設(shè)備當(dāng)它接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)會(huì)將該幀復(fù)制到所有連接的端口使所有設(shè)備都能收到相同的消息。無(wú)智能集線器對(duì)數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容一無(wú)所知不了解目標(biāo)地址也不進(jìn)行地址學(xué)習(xí)。它只是簡(jiǎn)單地將幀從一個(gè)端口復(fù)制到其他端口不進(jìn)行任何過(guò)濾或選擇性傳輸因此比低效。沖突域由于廣播特性和集線器的特性一臺(tái)設(shè)備發(fā)送消息時(shí)集線器所連接的所有線路都會(huì)被占用。因此集線器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)沖突域collision domain意味著如果兩個(gè)設(shè)備同時(shí)嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)可能會(huì)發(fā)生沖突導(dǎo)致數(shù)據(jù)碰撞和傳輸錯(cuò)誤。總結(jié)一下集線器物理層設(shè)備特點(diǎn)就是只負(fù)責(zé)廣播轉(zhuǎn)發(fā)、沒(méi)有智能、并形成一個(gè)沖突域的設(shè)備。六、存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)協(xié)議交換機(jī)與數(shù)據(jù)鏈路層的引入集線器只會(huì)無(wú)腦將消息轉(zhuǎn)發(fā)給別人但是我們并不知道這消息是發(fā)送給誰(shuí)的只好發(fā)送給所有設(shè)備因此占用所有的鏈路并讓不該收到計(jì)算機(jī)收到了這條消息。交換機(jī)完美的解決了這個(gè)問(wèn)題大大提高了鏈路的利用率。1、通過(guò)存儲(chǔ)、標(biāo)識(shí)、協(xié)議的思想引入一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)模型我們?cè)诩陌臅r(shí)候需要將我們需要寄送的信息地址、寄件人、收件人填寫(xiě)在快遞單上并將快遞單貼在快遞上一起發(fā)出去這就是標(biāo)識(shí)的思想?？爝f單上填寫(xiě)信息地址、寄件人、收件人必須遵循某種規(guī)范比如地址必須是什么省什么市什么縣寄件人、收件人必須是可讀的名字這種規(guī)范就叫做協(xié)議信息填寫(xiě)必須服從協(xié)議的內(nèi)容才能送到指定地點(diǎn)。根據(jù)你填寫(xiě)的地點(diǎn)信息驛站通過(guò)驛站存儲(chǔ)的樞紐信息便知道你的快遞下一個(gè)轉(zhuǎn)存點(diǎn)是哪里這便是存儲(chǔ)。我們模仿的送快遞思想可以建立一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型標(biāo)識(shí)在一個(gè)有八臺(tái)電腦的局域網(wǎng)中每一臺(tái)電腦都有一個(gè)標(biāo)識(shí)分別是0000000100100011。0000發(fā)送信息“a”給0001“a”這就我的快遞“a”轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制就是01100001。協(xié)議在這個(gè)局域網(wǎng)中我規(guī)定一個(gè)協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信號(hào)后八位為標(biāo)識(shí)前四位發(fā)件人后四位為收件人因此我們可以得到一個(gè)標(biāo)識(shí)00000001這個(gè)標(biāo)識(shí)就是我們的快遞單。我們把快遞單貼到快遞上就得到0110000100000001我們?cè)賹⑦@個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)我們定好的協(xié)議找到收件人0001。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何通過(guò)我們定好的協(xié)議找到收件人0001呢其可以通過(guò)這臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)MAC表找到對(duì)應(yīng)的端口再發(fā)送給對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)。這就是交換機(jī)的思想這里方便大家理解只是寫(xiě)的一個(gè)簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)模型。真實(shí)的交換機(jī)標(biāo)識(shí)位于數(shù)據(jù)的頭部而且交換機(jī)的標(biāo)識(shí)一般是由mac地址標(biāo)識(shí)一共48位而非4位請(qǐng)注意后面會(huì)詳細(xì)講到交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備我們可以將下面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)看作最高層次為數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2、設(shè)備網(wǎng)卡唯一標(biāo)識(shí)MAC地址世界上很多通訊設(shè)備標(biāo)識(shí)二進(jìn)制只有4位是不現(xiàn)實(shí)的。為了讓每臺(tái)設(shè)備的網(wǎng)卡都有唯一標(biāo)識(shí)的性質(zhì)我們讓每個(gè)網(wǎng)卡對(duì)應(yīng)一個(gè)MAC地址MAC 地址長(zhǎng) 6 個(gè)字節(jié)共 48 位通常使用十六進(jìn)制數(shù)表示,下面是關(guān)于MAC地址的介紹MAC 地址用于在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)卡即 MAC 地址只作用于網(wǎng)卡每個(gè)網(wǎng)卡都有一個(gè)全球唯一的 MAC 地址。一臺(tái)手機(jī)設(shè)備擁有多個(gè)網(wǎng)卡wifi模組、5G模組等所以一臺(tái)手機(jī)設(shè)備也擁有多個(gè) MAC 地址而且每個(gè) MAC 地址在世界上都是獨(dú)一無(wú)二的。MAC 地址前 24 位由 IEEE 管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一分配后24 位由廠商自由分配保證網(wǎng)卡地址全球唯一。每臺(tái)設(shè)備都有自己的MAC地址大家可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中查到自己本地的MAC地址和自己所連接設(shè)備的MAC地址這些Mac地址都是我們?cè)O(shè)備標(biāo)識(shí)。3、MAC幀之間給大家簡(jiǎn)單的舉例的標(biāo)識(shí)的思想將“標(biāo)簽”加入數(shù)據(jù)的尾部。其實(shí)為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的傳輸環(huán)境這個(gè)”標(biāo)簽“比我們的例子要復(fù)雜很多這個(gè)”標(biāo)簽“會(huì)加到數(shù)據(jù)的頭部和尾部下面是常用的格式這一整個(gè)部分稱為MAC幀數(shù)據(jù)幀MAC幀是數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸形式。4、交換機(jī)1交換機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)Mac表介紹① Mac表組成MAC表有多項(xiàng)MAC表中的每一項(xiàng)都包含兩個(gè)主要信息MAC地址和相應(yīng)的端口號(hào)。表項(xiàng)告訴交換機(jī)特定的MAC地址位于哪個(gè)端口上一個(gè)端口號(hào)可以對(duì)應(yīng)多個(gè)MAC地址。②學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)它會(huì)查看數(shù)據(jù)包中的源MAC地址并通過(guò)該地址查找MAC表找到MAC地址對(duì)應(yīng)的端口。最開(kāi)始交換機(jī)的MAC表是一張空表所以有的時(shí)候在MAC表上找不到MAC地址與其對(duì)應(yīng)的表。所以交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包時(shí)存在兩種可能通過(guò)MAC地址在表上找到對(duì)應(yīng)的端口交換機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)包僅轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)端口而不是廣播到所有端口。通過(guò)MAC地址在表上找不到對(duì)應(yīng)的端口由于交換機(jī)不知道是對(duì)應(yīng)的哪個(gè)端口此時(shí)交換機(jī)會(huì)進(jìn)行廣播每臺(tái)設(shè)備收到廣播消息后會(huì)將收到的信號(hào)數(shù)據(jù)中的MAC地址與自己的MAC地址比較如果相同設(shè)備會(huì)收下數(shù)據(jù)包并給交換機(jī)回復(fù)自己收到了這個(gè)消息交換機(jī)收到回復(fù)消息后就知道MAC地址對(duì)應(yīng)的端口是哪了便會(huì)更新端口索引對(duì)應(yīng)的MAC地址這便是交換機(jī)學(xué)習(xí)迭代的過(guò)程。在沒(méi)有虛擬局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)進(jìn)行廣播時(shí)與其相連的設(shè)備都會(huì)收到交換機(jī)的廣播我們可以將交換機(jī)的廣播范圍看作一個(gè)廣播域。2模擬具有交換機(jī)和集線器的網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程交換機(jī)的端口是可以連接交換機(jī)和集線器的如下圖。接下來(lái)模擬以下網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程兩個(gè)交換機(jī)初始的時(shí)候都是空表①1號(hào)主機(jī)給2號(hào)主機(jī)發(fā)送消息第一步:1號(hào)主機(jī)將MAC幀發(fā)送給交換機(jī)。交換機(jī)收到1號(hào)主機(jī)發(fā)來(lái)的MAC幀后會(huì)將0a-1b-2c-4fd-5c-6e對(duì)應(yīng)1號(hào)端口并記錄于MAC表交換機(jī)查看MAC表沒(méi)有找到2號(hào)主機(jī)的端口。第二步1號(hào)交換機(jī)發(fā)送廣播。2號(hào)主機(jī)收到廣播后比對(duì)MAC地址確認(rèn)是消息發(fā)給自己的后就會(huì)向1號(hào)交換機(jī)發(fā)送回應(yīng)。第三步1號(hào)交換機(jī)收到回應(yīng)修改MAC表。交換機(jī)確定自己的2號(hào)端口對(duì)應(yīng)的MAC地址是00-11-22-33-44-55。②1號(hào)主機(jī)給3號(hào)主機(jī)發(fā)送消息第一步:1號(hào)主機(jī)將MAC幀發(fā)送給交換機(jī)。交換機(jī)收到1號(hào)主機(jī)發(fā)來(lái)的MAC幀后交換機(jī)查看MAC表沒(méi)有找到3號(hào)主機(jī)的端口。第二步:1號(hào)交換機(jī)發(fā)送廣播。2號(hào)交換機(jī)收到廣播后會(huì)將1號(hào)主機(jī)的MAC地址0a-1b-2c-4d-5c-6e對(duì)應(yīng)在自己的1號(hào)端口查找自己的MAC表有沒(méi)有3號(hào)主機(jī)的MAC地址aa-bb-cc-dd-ee-ff發(fā)現(xiàn)沒(méi)有。第三步:2號(hào)交換機(jī)發(fā)送廣播。3號(hào)主機(jī)收到廣播后比對(duì)MAC地址確認(rèn)是發(fā)給自己的后就會(huì)向2號(hào)交換機(jī)發(fā)送回應(yīng)。第四步:2號(hào)交換機(jī)收到回應(yīng)修改MAC表。2號(hào)交換機(jī)確定自己的2號(hào)端口對(duì)應(yīng)的MAC地址是3號(hào)主機(jī)的MAC地址aa-bb-cc-dd-ee-ff并會(huì)向1號(hào)交換機(jī)發(fā)送回應(yīng)。第五步:1號(hào)交換機(jī)收到回應(yīng)修改MAC表。1號(hào)交換機(jī)確定MAC地址aa-bb-cc-dd-ee-ff對(duì)應(yīng)的4號(hào)端口。③2號(hào)主機(jī)給4號(hào)主機(jī)發(fā)送消息第一步:2號(hào)主機(jī)將MAC幀發(fā)送給交換機(jī)。交換機(jī)收到2號(hào)主機(jī)發(fā)來(lái)的MAC幀后交換機(jī)查看MAC表沒(méi)有找到4號(hào)主機(jī)的端口.第二步1號(hào)交換機(jī)發(fā)送廣播。2號(hào)交換機(jī)收到廣播后會(huì)將2號(hào)主機(jī)的MAC地址00-11-22-33-44-55-66對(duì)應(yīng)在自己的1號(hào)端口并查找自己的MAC表有沒(méi)有4號(hào)主機(jī)的地址發(fā)現(xiàn)沒(méi)有。第三步2號(hào)交換機(jī)發(fā)送廣播。集線器收到廣播后會(huì)再次廣播發(fā)送給4和54號(hào)主機(jī)收到廣播后比對(duì)MAC地址確認(rèn)是發(fā)給自己的后發(fā)出回應(yīng)先發(fā)送給交換機(jī)交換機(jī)再?gòu)V播。第四步2號(hào)交換機(jī)收到回應(yīng)修改MAC表。2號(hào)交換機(jī)收到回應(yīng)后便會(huì)確定自己的4號(hào)端口對(duì)應(yīng)的MAC地址是12-34-56-78-9a-bc,并會(huì)向1號(hào)交換機(jī)發(fā)送回應(yīng)。第五步: 1號(hào)交換機(jī)收到回應(yīng)修改MAC表。1號(hào)交換機(jī)也會(huì)將MAC地址12-34-56-78-9a-bc對(duì)應(yīng)自己的4號(hào)端口。我們可以看到在網(wǎng)絡(luò)交流的過(guò)程中交換機(jī)的MAC表也不斷的更新完善我把這個(gè)過(guò)程叫做交換機(jī)不斷迭代學(xué)習(xí)的過(guò)程。3交換機(jī)總結(jié)交換機(jī)Switch是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作在數(shù)據(jù)鏈路層第二層用于在局域網(wǎng)LAN內(nèi)部實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。工作原理交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)和過(guò)濾MAC地址來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。它維護(hù)一個(gè)MAC地址表記錄各個(gè)設(shè)備的MAC地址和與之關(guān)聯(lián)的端口信息。數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)它會(huì)檢查目標(biāo)MAC地址并根據(jù)MAC地址表將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口以確保數(shù)據(jù)僅傳送到目標(biāo)設(shè)備而不是廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過(guò)程交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程來(lái)建立MAC地址表。當(dāng)它首次接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)會(huì)將源MAC地址和源端口的映射存儲(chǔ)到表中。這樣交換機(jī)在以后的數(shù)據(jù)傳輸中就能更快速地找到目標(biāo)設(shè)備的位置。廣播域劃分交換機(jī)有助于減小廣播域的范圍。由于它只在必要的端口上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀而不是廣播到所有端口因此可以有效隔離廣播域提高網(wǎng)絡(luò)性能。避免沖突域交換機(jī)有效減小了沖突域的范圍。與集線器不同交換機(jī)能夠在每個(gè)端口上獨(dú)立工作避免了多臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)導(dǎo)致的信號(hào)沖突。七、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的劃分路由器與網(wǎng)絡(luò)層的引入1、網(wǎng)段劃分的思想在構(gòu)建一個(gè)包含1000臺(tái)電腦的網(wǎng)絡(luò)時(shí)單純依賴交換機(jī)和集線器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在一些顯著的不足。在這種情況下我們不得不連接大量的交換機(jī)和集線器以滿足所有電腦的連接需求。然而這樣的串聯(lián)結(jié)構(gòu)引發(fā)了一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題——廣播洪范。廣播洪范是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)設(shè)備發(fā)送廣播消息時(shí)該消息將被傳遞到網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備無(wú)論它們是否是消息的目標(biāo)。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大廣播洪范將變得更為嚴(yán)重導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率下降和傳輸延遲增加?；ヂ?lián)網(wǎng)的目的是使所有設(shè)備都能相互發(fā)送消息在多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中我們可以將這些設(shè)備分為不同的網(wǎng)段再用一個(gè)設(shè)備將這些網(wǎng)段鏈接起來(lái)縮小廣播域減少?gòu)V播洪范。 路由器就完美的解決了整這個(gè)問(wèn)題。我在網(wǎng)絡(luò)1一臺(tái)設(shè)備發(fā)送消息給網(wǎng)絡(luò)2的一臺(tái)設(shè)備由于路由器的能夠隔離廣播域即使路由器不隔離交換機(jī)廣播只通過(guò)mac地址也很難去定位到另外的一個(gè)網(wǎng)段mac地址因?yàn)槠湫枰粩嗟膹V播找到對(duì)應(yīng)的設(shè)備消息包并不能傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)2中因此路由器引入IP地址概念。路由器相對(duì)于交換機(jī)更智能其有更龐大的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和尋路算法通過(guò)IP地址路由器能夠游刃有余幫助消息包找到對(duì)應(yīng)的地址路由器是網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層是點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層次的最高層次。2、IP地址1IP地址概述P地址是Internet中主機(jī)的標(biāo)識(shí)嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)是連接設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口的標(biāo)識(shí)目Internet中的主機(jī)要與別的機(jī)器通信必須具有一個(gè)IP地址前最常用的IP地址是IPV4表示形式常用點(diǎn)分形式如202.38.64.10最后都會(huì)轉(zhuǎn)換為一個(gè)32位的無(wú)符號(hào)整數(shù)由前綴碼、絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)組成。網(wǎng)絡(luò)號(hào)標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)段如上圖中的網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2主機(jī)號(hào)用于標(biāo)識(shí)一個(gè)該網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備比如網(wǎng)絡(luò)1中的某個(gè)設(shè)備。根據(jù)不同位數(shù)前綴碼、網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)可以將IP地址分為五類(lèi)地址。2特殊的IP地址①主機(jī)號(hào)全為0的地址為網(wǎng)絡(luò)通俗理解一般用來(lái)表示某個(gè)網(wǎng)絡(luò)②主機(jī)號(hào)全為1的網(wǎng)絡(luò)地址用于廣播同時(shí)向同一子網(wǎng)所有主機(jī)發(fā)送報(bào)文當(dāng)報(bào)文中標(biāo)識(shí)IP收件方的IP地址主機(jī)號(hào)全為1時(shí)表示該報(bào)文用來(lái)廣播。③私有地址私有地址可以自己組網(wǎng)時(shí)用但不能在Internet網(wǎng)上用包括10.0.0.0 - 10.255.255.255 172.16.0.0 - 172.31.255.255 192.168.0.0 - 192.168.255.255④環(huán)回地址127.0.0.0網(wǎng)段3IP地址舉例假設(shè)網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2都是B類(lèi)地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)分別為155.155.0.0和155.156.0.04IP地址與MAC地址既然??Internet中的主機(jī)要與別的機(jī)器通信必須具有一個(gè)IP地址那么一個(gè)IP地址就能定位一個(gè)主機(jī)這時(shí)候有人或許認(rèn)為MAC地址就沒(méi)有用了其實(shí)并不是。MAC地址確保了在同一局域網(wǎng)中每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)特的身份標(biāo)識(shí)而不會(huì)與其他設(shè)備沖突在局域網(wǎng)內(nèi)不同設(shè)備之間的通信不一定需要經(jīng)過(guò)路由器。雖然IP地址涉及的路由算法會(huì)讓信息在廣域網(wǎng)中傳輸更高效但是在局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)在尋路時(shí)我們僅用MAC地址就能達(dá)到尋路的效果這時(shí)候不用IP地址反而會(huì)更高效。而且收到消息時(shí)通過(guò)兩個(gè)地址確認(rèn)還會(huì)保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性因此為了保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咝院蜏?zhǔn)確性我們需要將IP地址和MAC結(jié)合使用。其實(shí)一般我們發(fā)送消息時(shí)是通過(guò)IP地址去尋址前文提到成MAC幀時(shí)我們需要加入對(duì)方的MAC地址在只知道收件方的IP地址不知道收件方對(duì)方MAC地址的情況下數(shù)據(jù)鏈路層成幀的時(shí)候是怎么將收件方的地址填充進(jìn)數(shù)據(jù)頭的呢這涉及到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ARP協(xié)議ARP協(xié)議通過(guò)IP地址得到MAC地址。好的讓我們逐一討論這三種情況① 本機(jī)通過(guò)ARP緩存得到MAC地址第一步發(fā)送方檢查ARP緩存表中是否有目標(biāo)IP地址的對(duì)應(yīng)項(xiàng)。第二步如果存在發(fā)送方直接使用緩存中的MAC地址。第三步數(shù)據(jù)鏈路層成幀時(shí)目標(biāo)MAC地址將從緩存中取出用于構(gòu)建數(shù)據(jù)幀。②本機(jī)沒(méi)有通過(guò)ARP緩存得到MAC地址但I(xiàn)P地址與自己屬于一個(gè)網(wǎng)段第一步發(fā)送方執(zhí)行ARP請(qǐng)求廣播查詢目標(biāo)設(shè)備的MAC地址。第二步目標(biāo)設(shè)備檢測(cè)到ARP請(qǐng)求響應(yīng)并提供自己的MAC地址。第三步發(fā)送方收到ARP響應(yīng)將目標(biāo)設(shè)備的MAC地址存儲(chǔ)到ARP緩存中。第四步數(shù)據(jù)鏈路層成幀時(shí)使用新獲得的MAC地址構(gòu)建數(shù)據(jù)幀。③本機(jī)沒(méi)有通過(guò)ARP緩存得到MAC地址且IP地址與自己不屬于同一個(gè)網(wǎng)段第一步發(fā)送方執(zhí)行子網(wǎng)掩碼檢查確定目標(biāo)設(shè)備是否在同一子網(wǎng)內(nèi)。第二步如果目標(biāo)設(shè)備不在同一子網(wǎng)發(fā)送方將使用默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的MAC地址作為目標(biāo)MAC地址將數(shù)據(jù)發(fā)送給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。第三步默認(rèn)網(wǎng)關(guān)收到數(shù)據(jù)后負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從本子網(wǎng)路由到目標(biāo)子網(wǎng)。第四步在目標(biāo)子網(wǎng)內(nèi)目標(biāo)設(shè)備的MAC地址由目標(biāo)子網(wǎng)內(nèi)的ARP請(qǐng)求和響應(yīng)過(guò)程得到。5現(xiàn)在的IP地址A、B、C、D、E 類(lèi)地址屬于早期分類(lèi)編址?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)主要采用 CIDR即無(wú)類(lèi)別域間路由例如192.168.1.0/24 10.20.0.0/16 172.16.8.0/213、數(shù)據(jù)報(bào)前文提到過(guò)數(shù)據(jù)加頭加尾組成幀在有路由器的網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)收到其他網(wǎng)段的消息都是要經(jīng)過(guò)路由器處理的路由器會(huì)將設(shè)備端口收到的數(shù)據(jù)變?yōu)閿?shù)據(jù)包交換機(jī)再給數(shù)據(jù)包加頭加尾組裝成幀。我們將數(shù)據(jù)變?yōu)閿?shù)據(jù)包的時(shí)候數(shù)據(jù)報(bào)頭一般表示在網(wǎng)絡(luò)層傳輸所需要的信息結(jié)構(gòu)如下IP數(shù)據(jù)報(bào)詳細(xì)格式的詳細(xì)內(nèi)容可以看這篇文章IP數(shù)據(jù)報(bào)格式_ip報(bào)文格式-CSDN博客4、路由器1路由器的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)路由表通常情況下每個(gè)路由器都有一個(gè)路由表。路由表是路由器用來(lái)決定如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的關(guān)鍵組成部分。路由表中包含了與相鄰網(wǎng)絡(luò)之間的路由信息告訴路由器數(shù)據(jù)包應(yīng)該通過(guò)哪個(gè)接口發(fā)送以達(dá)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。路由表的內(nèi)容一般包括目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址指示數(shù)據(jù)包的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的IP地址或地址范圍。子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼一般用于將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步劃分為若干子網(wǎng)以避免主機(jī)過(guò)多而擁堵或過(guò)少而IP浪費(fèi)。子網(wǎng)掩碼的作用劃分網(wǎng)絡(luò)將是IP地址的前任意位作為網(wǎng)絡(luò)地址而非A類(lèi)的8位B類(lèi)的16位C類(lèi)的24位比如255.255.128.128/15n,0n32),表示前15(n)位作為網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼前n位為1后n位為0下圖的子網(wǎng)掩碼為1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制的IPV4格式就是255.254.0.0。下一跳Next Hop信息指示數(shù)據(jù)包應(yīng)該被發(fā)送到哪個(gè)鄰近路由器或下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。出接口Outgoing Interface指示數(shù)據(jù)包應(yīng)該通過(guò)路由器的哪個(gè)物理或邏輯接口發(fā)送路由表的更新與MAC表通過(guò)廣播來(lái)更新不同路由表是通過(guò)靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由來(lái)實(shí)現(xiàn)的。靜態(tài)路由是手動(dòng)配置的路由信息管理員在路由器上直接設(shè)置路由表的條目。這些手動(dòng)配置的靜態(tài)路由不會(huì)自動(dòng)更新除非管理員手動(dòng)修改它們。 動(dòng)態(tài)路由使用特定的路由協(xié)議使路由器能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓＿@里設(shè)立路由算法常用的協(xié)議有RIP、OSPF和BGP協(xié)議。與交換機(jī)的MAC表協(xié)助幀找到目的主機(jī)相似路由器可以協(xié)助數(shù)據(jù)包找到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)段或者目的主機(jī)。2家用路由器的簡(jiǎn)介路由器應(yīng)該是大家最熟悉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在這里我說(shuō)家用路由器其實(shí)就是本文所提及的交換機(jī)和路由器的結(jié)合體你信嗎大家看一下自家的路由器大概都是這個(gè)樣子我的路由器有一個(gè)WAN接口和四個(gè)LAN接口。其中Wan接口就相當(dāng)于路由器向外連接廣域網(wǎng)的接口Lan接口就相當(dāng)于交換機(jī)連接內(nèi)部局域網(wǎng)的接口因此家用路由器的LAN接口可以直接連接設(shè)備計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。3路由器的總結(jié)路由器是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作在網(wǎng)絡(luò)層第三層用于不同網(wǎng)段的連接將網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)龐大的廣域網(wǎng)以下是路由器的一些主要功能和特點(diǎn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)路由器能夠根據(jù)目標(biāo)地址信息將數(shù)據(jù)包從源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。這涉及到查找路由表確定最佳的路徑。路由選擇路由器使用路由選擇算法來(lái)確定數(shù)據(jù)包的最佳路徑以確保數(shù)據(jù)能夠有效地從源到達(dá)目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)劃分和網(wǎng)絡(luò)連接路由器能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的劃分并通過(guò)自身將不同網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)子網(wǎng)劃分路由器可以將一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)子網(wǎng)提高網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性和效率。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議路由器可以使用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議如OSPF開(kāi)放最短路徑優(yōu)先、BGP邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議等來(lái)自動(dòng)學(xué)習(xí)和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?。點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的總結(jié)經(jīng)過(guò)本章的學(xué)習(xí)相信大家對(duì)信號(hào)在發(fā)送消息時(shí)如何從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備有了更為清晰的認(rèn)知。在同一網(wǎng)段內(nèi)信號(hào)會(huì)經(jīng)由鏈路層協(xié)議以及物理層的底層線路協(xié)議無(wú)論是有線還是無(wú)線進(jìn)行處理通過(guò)給數(shù)據(jù)添加“標(biāo)簽”來(lái)組裝成幀隨后交換機(jī)利用這些幀來(lái)定位對(duì)應(yīng)的設(shè)備。而在不同的網(wǎng)段間數(shù)據(jù)會(huì)在幀的基礎(chǔ)上再加一層“標(biāo)簽”組裝成數(shù)據(jù)包在路由器間進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)包中的目的IP地址則用來(lái)找到對(duì)應(yīng)的目標(biāo)網(wǎng)段。這就是點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕驹?。在?dāng)今這個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系極為龐大的世界中特別是在進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)備并依賴路由算法和路由協(xié)議來(lái)選擇最優(yōu)的傳輸路徑從而確保信號(hào)能夠高效且準(zhǔn)確地傳輸。全世界的計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和全球的信息資源共同構(gòu)建了一個(gè)龐大的因特網(wǎng)。因特網(wǎng)不僅承載著信息的傳遞功能還為人們提供了一個(gè)互動(dòng)和交流的平臺(tái)。借助社交媒體、電子郵件、在線聊天等工具人們能夠?qū)崟r(shí)地交流想法和信息。然而僅僅依靠前三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)構(gòu)建如此龐大的因特網(wǎng)顯然是不現(xiàn)實(shí)的。除了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程外我們還需要一系列協(xié)議來(lái)管理設(shè)備與服務(wù)器之間的連接管理服務(wù)器上的各類(lèi)網(wǎng)站資源以及管理不同應(yīng)用端口之間的連接等。這些協(xié)議可以被視為端到端的協(xié)議它們獨(dú)立于數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程是面向用戶層面的更高層級(jí)協(xié)議。