1. 网络各层设备简介

date: 2017-2-25 12:00

neutron无非就是将传统的物理硬件设备(如网线、网卡、服务器、交换机、路由器等)按照TCP/IP的四个层次架构 (数据链路层、网络层、传输层、应用层)，通过软件编程的方式，予以全部虚拟化、软件化和抽象化。 [1]

鉴于此，我们先来了解下传统的TCP/IP网络架构各层设备及其功能、特点等。

得益于自己之前还算不错的TCP/IP网络基础知识(TCP/IP详解读了5+遍吧)， 有些东西虽然遗忘了点，但是看到相关概念或者阐述还是能很快回忆和理解！

下图是典型的OSI七层模型图：

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OSI七层模型

1.1. 物理层

物理层发送的是bit串！

物理层对应的主要设备有：HUB，中继器，网线(如果也算的话)等。

  • 中继器： 将信号放大再调整传输，防止网络早期远距离传输的信号衰减。
  • HUB：HUB模式下，某主机A向连在同一个HUB的主机B发送bits时，是先将bits发给HUB，然后HUB直接发送给与该HUB相连接的每一个机器； HUB中若有有多个主机想发送bits，那么冲突可能会相当严重。因此后来引入了Ethernet HUB，它有一个所谓的CSMA/CD检测算法， 用来解决HUB的冲突问题。半双工传输！

1.2. 数据链路层

主要功能是数据包分帧，物理寻址等。该层的主要设备有：

  • 网卡：又称NIC卡，用于计算机和局域网的通信。

  • L2-switch：交换机和HUB有一点相似，和计算机之间都使用双绞线连接，但是又有如下重要不同。

    • L2-switch全双工传输，可以同时收发数据；
    • 内置MAC学习机制，只把数据包发给和他相连接的目的设备；而HUB收到数据包会发给相连接的每一台设备；
    • 传输数据更快，性能更高；

  • 网桥：用于在数据链路层扩展以太网，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。 含有转发表。它隔离了冲突域，但不隔离广播域。

    另外需要注意的是：bridge所连接的两个LAN需要使用的是同样的协议。并且birdge在每一划分子网的情况下， 将物理网络分成两个相对独立网络。网桥通过学习每个网络接口上的MAC层地址 (以太网地址) 工作。 只当数据包的源地址和目标地址处于不同的网络时， 网桥才进行转发。 因此在很多方面，网桥就像一个带有很少端口的以太网交换机。

1.3. 网络层

主要功能是对IP数据包进行IP选路。

  • 路由器：连接不同局域网，广域网，在不同网络间转发IP分组。
  • L3-switch：具有路由功能的交换机。

1.4. 其他网络设备

1.4.1. gateway

Gateway is a device which is used to connect multiple networks and passes packets from one packet to the other network. Acting as the ‘gateway’ between different networking systems or computer programs, a gateway is a device which forms a link between them. It allows the computer programs, either on the same computer or on different computers to share information across the network through protocols. A router is also a gateway, since it interprets data from one network protocol to another.

Others such as bridge converts the data into different forms between two networking systems. Then a software application converts the data from one format into another. Gateway is a viable tool to translate the data format, although the data itself remains unchanged. Gateway might be installed in some other device to add its functionality into another.

关于网关，上面的解释有点晦涩，实际上网关可以认为是起着协议转换的作用。举个简单例子： 我们在浏览网页时，有时可以在页面上看到FTP连接，然后我们点击FTP链接，就可以直接下载文件， 点击页面链接时发起的是HTTP请求，HTTP请求经过网关处理，转换成对FTP服务器的下载文件请求，文件下载完成后， 网关又把FTP文件当成HTTP报文内容，返回HTTP response。这样，我们就收到下载好的FTP文件了！ 所以在这个例子中，网关转换我们的HTTP请求为FTP请求，并包装FTP文件返回HTTP响应。

1.4.2. Modems

调制解调器，俗称猫。把计算机产生的数字信号转换成模拟信号，以便信号通过电话线传输！ 在云计算网络中没有对应虚拟化设备，了解即可。

1.5. 参考

[1]比较好的介绍了OpenStack网络虚拟化的基本原理。网址：http://www.openstack.cn/?p=4527
[2]对TCP/IP架构各层网络设备有比较全面的介绍。网址：http://www.certiology.com/computing/computer-networking/network-devices.html
[3]freebsd手册，介绍了网桥的基本概念和相关命令和用法。网址：https://www.freebsd.org/doc/zh_CN.UTF-8/books/handbook/network-bridging.html
[4]freebsd手册，介绍网络路由器。网址：https://www.freebsd.org/doc/zh_CN.UTF-8/books/handbook/network-routing.html
[5]介绍了混杂模式，集线器，交换机等，非常清晰！网址：http://book.51cto.com/art/201202/316585.htm