计算机网络基础

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计算机网络

指使用一定的通信线路，把地理位置上相对分散的、具有独立自制能力的计算机系统等连接起来，在一定通信协议的约束与控制下，实现数据交换的目的！

计算机网络体系结构

计算机网络体系结构是一个分层次的模块式结构，每一层完成一个功能，这种流式化的结构能提高生产力！
网络分层的好处

  1. 促进了标准化

  2. 各层次相互独立，技术升级和扩展灵活性好

  3. 便于方案的设计

开放系统互连基本参考模型 OSIRM 简称 OSI

这个模型是由 ISO 标准化组织定义的

  1. 物理层：用来定义各设备的物理规范：通信支持距离，线的粗细，线芯的大小（二进制比特流传输）

  2. MAC层： 数据报文的封装和相应方式 （相邻节点间的可靠传输）

  3. 网络层 ：定义基于IP地址的通信过程的实现 （寻址和路由的选择）

  4. 传输层用来定义端口的，主机进程与主机进程之间端口之外的其他问题！ (端到端的可靠传输)

  5. 会话层：建立会话，完成通信 （主机间会话管理）

  6. 表示层：数据的表示方式；要不要加密等 （数据表示、压缩与加密）

  7. 应用层：如何实现真正的资源交换的 （提供各种网络应用接口）

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TCP / IP协议

这个是我们真正用到的模型，不是国际化标准！
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注意：局域网就只有物理层和数据链路层！

网络体系结构的传输

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各层上传输的数据格式

对等层之间传送的数据单元称为PDU（协议数据单元）

  • 物理层：一最原始的比特流格式传输，其PDU为比特

  • 数据链路层：传输的单元是帧，一个帧包括多个比特，但一个帧的大小必须是一个整数字节/不同协议的帧大小也不一样

  • 网络层：传输的单元是分组（或者是包），一个分组可以包含多个帧，分住的大小也要根据不同协议而定。

  • 传输层：在TCP/IP协议体系当中，TCP是以数据为单元进行传输，UDP是以数据包为单位进行传输

  • 会话层、表示层、应用层：以具体的数据报文为单位进行传输

通信子网：

是网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合，通信设备、网络通信协议、通信控制软件、是网络的内层，负责信息的传输。主要为 用户提供数据的传输，转接加工，变换等
中继器、集线器、交换机、通讯线缆、路由器、各种网关引荐等设备

资源子网：实现资源共享的设备

主要由网络的服务器、工作站、共享的打印和其他设备及相关软件组成。资源子网的主题为网络资源设备
包括
用户计算机、网络存储系统、网络打印机、独立运行的网络数据设备、网络终端、服务器、网络上运行的各种资源软件、数据资源等、

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物理层与数据链路层

物理层就是地基，为了解决物理层传输层出现的错误核问题提出了数据链路层,物理层提供了物理的传输通路，数据链路层提供了逻辑的通路！

物理层的通信介质是不同的 为了统一传输道路！ 联立一个逻辑的链路

数据链路的管理

封装成帧
透明传输
差错控制

网桥

网卡是工作在数据链路层！
网桥用来连接不同的网段（只是不同物理位置的网络）的计算机，不是直接连主机，连接集线器！
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网桥的学习过程
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交换机

交换机是具有多个交换端口，数据转发率很高，更强的MAC地址系统学习功能 ，（在灯的闪烁时自动学习），交换机工作在数据链路层！交换机内部是矩阵式 排列！
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接上端口时就会广播（灯会闪烁）动态学习MAC地址
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以太网的MAC帧

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前导：主要是为了实现帧的同步
FCS：是为了校验

VLAN（虚拟局域网）

把现实的大的交换网络划分成虚拟的小的交换网络，减小二层网络中广播流量对整个交换网络的影响！

VLAN是一个二层协议，VLAN之间是独立的，没有物理连接！VLAN之间的通信就需要网络层解决！

一个VLAN可跨越多台物理交换机，这就是VLAN的中继功能！
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网络层

连接两个不同的网段！构建一个中间通信子网的作用！网络层相当于车站！关注的是如何将分组从源端沿着网络路径传送到目标端。网络层是端到端的！

目前主流的 IPv4 三个协议：
IP（因特网协议）
ARP（地址解析协议）
ICMP（因特网控制消息协议）

IPv6 ：

IPv6，ICMPv6、ND（邻居发现协议） 、MLD（组播帧听器发现）协议

IP协议的基本功能：

就是把数据报在互联网上传输，通过将数据报在一个个IP模块间传送直到目的模块来达到目的。 分为 寻址、 数据报的封装、分段与重组！

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ARP是将IP地址解析为以太网MAC地址的协议！是一个独立的三层协议！
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TCP可靠通信

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套接字：

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浏览器默认解析是 http 服务，80端口！

  • 应用的通信靠的是发起的进程

  • 进程与进程之间的通信靠的是套接字！

  • TCP连接的每一端（应用）都必须设有两个窗口，一个发送一个接受，这四个窗口是可变的，叫做滑动窗口！！

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中间的几个标志位的含义

  • URG ： 当此为1时，表示紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段有紧急数据，应当尽快处理（相当于高优先级的数据）

  • ACK： 确认ACK；当此位为1时字段才有效，当为0时确认号无效

  • PSH： 为1时，就尽快的交付接受应用进程，而不等到整个缓存都填满了再上交付

  • RST： 复位重置控制位！ 当此位为1时，就需要从新发起请求，从新建立连接

  • SYN： 同步控制位；2为1时表示这是一个连接的请求，或正在接受报文！

  • FID： 终止连接！当此位为1时，表示此报文的发送端发送完毕，请求关闭建立！

三次握手

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UDP

发送之前不需要建立连接，尽最大努力交付不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制；是面向报文的！支持一对一，一对多，多对一，多对多的交互通信！
UDP开销小，速度快！
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IP地址与子网划分（IPv4）

子网掩码就是为了获取网络地址

与算法
    网络ID全为1、主机ID部分全为0
    网络ID用来确认网络，主机ID用来确定每个网络中有的IP地址数
网络地址。主机部分全为0的地址
广播地址。主机部分全为1的地址    

通过IP地址就能标示每个网络！方便管理，所以不用MAC做地址

a、b、c 用于单播通信，D组播地址、E保留地址

A类：

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    0 000 0001 - 0 111 1111: 1-127
    特性：N.H.H.H
    默认掩码：255.0.0.0
    网络数：1-126
        每个网络中的主机位：
            全1为：广播地址
            全0为：网络地址
        每个网络中可以容纳多少个主机：2^24-2
    回环：127.0.0.0/8

        私有地址：10.0.0.0/8

B类：

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    10 00 0000 - 10 11 1111：128-191
    特性：N.N.H.H
    默认掩码：255.255.0.0
    网络数：2^14
        每个网络中的主机：
            每个网络中可容纳多少个主机：2^16-2、

        172.16.0.1 - 172.31.255.254 /12        
        私网：10.0.0.0 - 255.0.0.0
        私有地址：172.16.0.0/16-172.31.0.0/16
                172.16.0.0/12

C类：

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    110 0 0000 - 110 1 1111: 192-223
    特性：N.N.N.H
    掩码：255.255.255.0
    网络数：2^21
        每个网络中的主机位：
            每个网络中可容纳多少个主机：2^8-2

    192.168.0.0 - 255.255.0.0 /16
    私有地址：192.168.0.0/24-192.168.255.0/24
            192.168.0.0/16

D类：组播地址

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E类：预留地址

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自动获得的地址，169.254.0.0 没有DHCP服务器，但是电脑有时自动获取地址时用到的地址。

无分类模式！

子网

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分子网：  全0全1（最后一段00000000 11111111）不能用
一个大网划分成若干个小网
网络ID向主机ID借位（红色），子网数2^n

一个网段的主机数=2^主机位数-2
主机ID位数=32-网络ID位数
网络ID=IP相与子网掩码
损失IP=(子网数2^n-1）*2

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————————————————————————————–上图来源于强哥

将Linux主机接入到网络中：

IP/NETMASK：本地通信
路由（网关）：跨网络通信
DNS服务器地址：基于主机名的通信
    主DNS服务器地址
    备用DNS服务器地址
    第三备份DNS服务器地址

网络接口命名方式：

传统命名：

以太网：ethX, [0,oo)，例如eth0, eth1, ...
PPP网络：pppX, [0,...], 例如，ppp0, ppp1, ...

可预测命名方案（CentOS）：

支持多种不同的命名机制：
    Fireware, 拓扑结构

    (1) 如果Firmware或BIOS为主板上集成的设备提供的索引信息可用，则根据此索引进行命名，如eno1, eno2, ...
    (2) 如果Firmware或BIOS为PCI-E扩展槽所提供的索引信息可用，且可预测，则根据此索引进行命名，如ens1, ens2, ...
    (3) 如果硬件接口的物理位置信息可用，则根据此信息命名，如enp2s0, ...
    (4) 如果用户显式定义，也可根据MAC地址命名，例如enx122161ab2e10, ...
    上述均不可用，则仍使用传统方式命名；

    命名格式的组成：
        en：ethernet
        wl：wlan
        ww：wwan

        名称类型：
            o<index>：集成设备的设备索引号；
            s<slot>：扩展槽的索引号；
            x<MAC>：基于MAC地址的命名；
            p<bus>s<slot>：基于总线及槽的拓扑结构进行命名；

练习

例：180.200.210.123/16 划分14个子网，最小和最大的子网IP范围，每个子网IP最多多少

    算出网络ID  180.200.210.123 相与255.255.0.0 结果 180.200.00000000.0
      借4位（最多可划16个子网）   网络位16+4=20  主机位32-20=12   主机数=2^12-2=4094
               0子网
  180.200.0000 0000.00000001   180.200.0.1
  180.200.0000 1111.11111110   180.200.15.254
               13子网
  180.200.1101 0000.00000001   180.200.208.1
  180.200.1101 1111.11111110   180.200.223.254

将最大的子网再分成28子网给本子公司的各部门使用，求最大子网和最小子网ID？
借5位（最多可划32个子网）
180.200.1101 0000.0 0000001    
180.200.208.0/25      第1个子网的网络id
180.200.1101 1101.1 0000000    
（180.200.1101 1111.1 1111110  最大IP：180.200.223.254）
180.200.221.128/25   第28个子网的网络id

2.将 10.100.208.0/20 网络划分成 8 个子网，写出各子网的 IP 范围。

10.100.1101 000 0.00000000
10.100.1101 111 0.00000000  /23  
子网掩码 ：255.255.254.0                                                               
10.100.1101 000 0.00000001 - 10.100.1101 000 1.11111110
           10.100.208.1-10.100.209.254  
10.100.1101 001 0.00000001 - 10.100.1101 001 1.11111110
           10.100.210.1 - 10.100.211.254
10.100.1101 010 0.00000001 - 10.100.1101 010 1.11111110
            10.100.212.1 - 10.100.213.254
10.100.1101 011 0.00000001 - 10.100.1101 011 1.11111110
            10.100.214.1 - 10.100.215.254
10.100.1101 100 0.00000001 - 10.100.1101 100 1.11111110
            10.100.216.1 - 10.100.217.254
10.100.1101 101 0.00000001 - 10.100.1101 101 1.11111110
            10.100.218.1 - 10.100.219.254
10.100.1101 110 0.00000001 - 10.100.1101 110 1.11111110
            10.100.220.1 - 10.100.221.254 
10.100.1101 111 0.00000001 - 10.100.1101 111 1.11111110
            10.100.222.1 - 10.100.223.254

原创文章，作者：qzx，如若转载，请注明出处：http://www.178linux.com/43588

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