网络基础

前言：

最近整理一些以前的学习笔记(有部分缺失，会有些乱,日后再补)。
过去都是存储在本地，此次传到网络留待备用。

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计算机网络的功能：

1.数据通信；

2.资源共享；

3.增加数据可靠性；

4.提高系统处理能力(依靠集群)；

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计算机网络的发展：

• 60年代 ：分组交换；

• 70-80年代：TCP/IP；

• 90年代后 ：Web技术；

• 计算机存储单位的换算：bit位、Byte字节

   8bit      1Byte
   1024B     1KB
   1024KB    1MB
   1024MB    1GB
   1024GB    1TB
  

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带宽单位：

  比特/秒    bit/s = b/s = bps    带宽基本单位    （1Byte=8bit）
  千比特每秒    kbit/s            1kbit/s=1000bit/s=103bit/s
  兆比特每秒    Mbit/s            1Mbit/s=106bit/s
  吉比特每秒    Gbit/s            1Gbit/s=109bit/s

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网络协议与标准：

• 1.协议：一组控制数据通信的规则。
  • 网络协议三要素：①语法；②语义；③同步。
• 2.标准：一致同意的协议可以理解为标准。
  • ISO ：国际标准化组织。在网络通信中创建了OSI(开放式系统互连)模型。
  • IEEE ：电气和电子工程师学会。802.1q
  • ANSI ：美国国家标准化局。
  • ITU-T ：国际电信联盟-电信标准部。

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网络分类：

• 按照网络规模和使用范围分类：WAN = 广域网； LAN = 局域网；MAN
• 按技术分类：peer-to-peer(对等网)；
  • C/S（Client/Server，客户机/服务器）；
  • B/S（Browser/Server,浏览器/服务器）；
• 按安全分类：intranet(内联网)/extranet(外联网)/Internet(互联网)

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传输层协议：TCP和UDP协议

1、TCP

• 传输控制协议 Transfer Control Protocol
• 可靠的、面向连接的协议
• 传输效率低

2、TCP的三次握手与四次断开

• TCP通过三次握手连接，通过四次断开。

  • syn：建立连接时值为1。（SYN：同步序列编号，Synchronize Sequence Numbers）

  • ACK：确认响应ACK=1， 确认无效ACK=0。（ACK ：确认，Acknowledgement ）

  • FIN：FIN=1表示断开连接请求

                        客户                  服务器
                         |                          | Listen(被动打开)
         主动打开SYN_SENT | --------> SYN J--------> | SYN_RCVD(收到syn)
      (已确认)ESTABLISHED | <--- SYN K, ack J+1 <--┘ |
                         | └------> ack K+1 ------> | ESTABLISHED
                         /                          /
       主动关闭FIN_WAIT_1 | -------> FIN M --------> | CLOSE_WAIT(被动关闭)
              FIN_WAIT_2 | <----- ack M+1 <-------┘ |
               TIME_WAIT | <----- FIN N <---------- | LAST_ACK
                         | -----> ack N+1 --------> | CLOSED
    

3、UDP

• 用户数据报协议 User Datagram Protocol
• 不可靠的、无连接的服务
• 传输效率高

4、UDP

1）UDP首部格式

    源端口号(16)    目标端口号(16)
    UDP长度(16)     UDP校验和(16)
    UDP长度：用来指出UDP的总长度
    校验和：用来完成对UDP数据的差错检验，它是UDP协议提供的唯一的可靠机制

3）UDP的流控和差错控制：

• UDP没有流控机制
• UDP只有校验和来提供差错控制
• 需要上层协议来提供差错控制：例如TFTP协议

5.常用端口

• 查看TCP/UDP端口与应用：

  ]# vim /etc/services
  

• TCP的应用

  端口	协议	TCP/UDP	说　　明
  20/21	FTP	TCP	FTP服务器所开放的控制端口 21:控制连接 20：数据连接
  22	SSH	TCP	加密远程登陆
  23	TELNET	TCP	用于远程登录，可以远程控制管理目标计算机
  53	DNS	TCP/UDP	域名服务，当用户输入网站的名称后，由DNS负责将它解析成IP地址，这个过程中用到的端口号是53
  80	HTTP	TCP	超文本传输协议
  443	HTTPS	TCP	ssl加密超文本协议
  161/162	SNMP	UDP	简单网络管理协议
  25	SMTP	TCP	简单邮件传输协议，用于发送和接收邮件
  110	POP3	TCP	邮局协议版本3，用于客户端接收邮件
  143	IMAP	TCP	Internet邮件访问协议
  873	rsync
  3260	iscsi		磁盘共享
  2049	nfs		网络文件系统
  111	rpc	TCP	nfs使用的底层传输协议，远程进程调用
  67/68	DHCP	UDP	动态主机配置协议，
  546	DHCPv6		给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址
  69	TFTP	UDP	简单(不用要)文件传输协议
  123	NTP	UDP	网络时间协议
  1985	HSRP	UDP	热备份路由选择协议(Cisco私有协议)
  1433	ms-sql-s		微软sql-server
  3306	mysql	tcp/udp	MySQL
  6379	redis
  27017	mongodb
  3389	rdp		远程桌面协议，windows：我的电脑-远程设置

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TCP/IP通信协议

• TCP/IP四元组：源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口
• TCP/IP五元组：源IP、目的IP、协议号、源端口、目的端口
• TCP/IP七元组：源IP、目的IP、协议号、源端口、目的端口、服务类型、接口索引

1.含义：是目前最完整、最被广泛支持的通信协议。

• 是Internet的标准通信协议。
• 它可以让不同网络架构、不同操作系统的计算机之间通信。
• TCP是面向连接的传输协议。主要通过消息确认和重试机制来保证数据传输的可靠性。

2.主机间通信三要素：

• IP地址 = IP address ； 子网掩码 = subnet mask ； IP路由 = ip router ； (网关 gateway)

2.1).IP地址：ip address

• 作用：用来标识一个节点的网络地址。
• 组成IPv4：32位二进制数(0、1)或4个十进制数表示，用'.'隔开(点分十进制)。
• 127.0.0.1----表示特殊的ip地址，永远代表本机的ip
• ip地址分类：(网络位、主机位)

  - A 类 :前8位作为网络位，第1位必须是0。        1~126  网+主+主+主    255.0.0.0
      - 可用主机数：16777214=2**24-2=16777216-2
  - B 类 :前16位作为网络位，前2位必须是10。    128~191  网+网+主+主    255.255.0.0
      - 可用主机数：65534=2**16-2=65536-2
  - C 类 :前24位作为网络位，前3位必须是110。   192~223  网+网+网+主    255.255.255.0
      - 可用主机数：254=2**8-2=256-2
  - D 类 :前4位必须是1110。                    224~239  组播(多播)
  - E 类 :保留作为互联网研究                   240~254  保留，科研用
  

2.2).子网掩码：subnet mask

• 作用：用来标识ip地址的网络位(1)和主机位(0)
• 计算：网络位用连续的1，主机位用连续的0
• 192.168.0.1/24 = 192.168.0.1 255.255.255.0
• 分类：

  - A ：255.0.0.0         =   11111111.00000000.00000000.00000000
  - B ：255.255.0.0       =   11111111.11111111.00000000.00000000
  - C ：255.255.255.0     =   11111111.11111111.11111111.00000000
      - 网络地址：网络位的ip地址不变，主机位用连续的0表示。
      - 广播地址：网络位的ip地址不变，主机位用连续的1表示。(ip地址网段的最后一个地址)
  

2.3).网关：

• 作用：从一个网络连接到另一个网络的"关口"(处理不同网络间通信的关口)。
• DNS Server：域名解析服务器。将域名解析为ip地址。

2.4).路由：

• 作用：跨越从源主机到目标主机的一个互联网络来转发数据包的过程。
• 路由器工作原理：根据路由表选择最佳路径，每个路由器维护一张路由表。
• 路由表：是路由器转发数据包的关键，
  • 每条路由表记录指明了到达某个子网或主机应从路由器的哪个物理端口发送，
  • 通过此端口可到达该路径的下一个路由器的地址。
• 路由表中存最优路径：
  • 管理距离最小(静态1，RIP120，OSPF110)
  • 管理距离相同，度量值最小（rip跳数，ospf平均带宽）
• 路由表的形成：
  • 直连路由：配置ip地址，端口up状态，形成直连路由。
  • 非直连网段：需要静态路由或动态路由，将网段添加到路由表中。

2.5).无类地址：子网划分。(实际生活中应用)

• 子网划分方法：借位

  128  64  32  16  8  4  2  1
  二进制a位之和=a+1位的值-1
  

• 例：192.168.1.53/27

  - ip地址：     11000000.10110000.00000001.00110101
  - 子网掩码27位：11111111.11111111.11111111.11100000
      - 转为十进制：   255.255.255.224(128+64+32+0+0+0+0+0)
      - 正常C网是24位网络位，8位主机位。此处网络位向主机位借用3位；
      - m：借用的网络位；    n：剩余的主机位；
  - 子网数：    2**m=23=8
  - 最多主机数：2**n=25=32        (含有网络地址和广播地址)
  - 可用主机数：2**n-2=25-2=30
  - 网络地址： Ip地址对应的网络位固定不变，主机位的第一个ip就是网络地址
                  192.168.1.00100000 = 192.168.1.32
                  ip地址：    11000000.10110000.00000001.00110101
                  子网掩码：   11111111.11111111.11111111.11100000
  - 广播地址： Ip地址对应的网络位固定不变，主机位的最后一个ip就是广播地址
                  192.168.1.00111111 = 192.168.1.63
                  ip地址    11000000.10110000.00000001.00110101
                  子网掩码   11111111.11111111.11111111.11100000
  - 可用ip： 去除网段的网络地址和广播地址
                  192.168.1.33 ~ 192.168.1.63
  

• 使用ping命令测试网络连通性

  • ping是双向的，有去有回为一次成功；
  • ping超时，可能是机器没有关闭防火墙；
  • 回环测试：ping 127.0.0.1
    • 验证TCP/IP协议驱动是否正常
  • 本网连通性测试
    • ping同一网段内其它计算机的ip地址
    • ping默认网关的ip地址
  • 远程连通性测试
    • ping位于其它网络的远程主机
    • 若此步成功。则回环测试、本网连通性测试均可忽略；
    • 若失败，则需依次执行测试；
  • 网络不能连接的解决思路:
    • windows : ipconfig
    • linux : ifconfig

    ①ping网关(中间法，osi模型第三层)
    ②ping 外网地址
    ③查看其他
    ④检查物理连通性
        ]# mii-tool 网卡名
        ]# ethtool ens33
    

3.公有ip地址和私有ip地址：

• 公有ip ：公网ip，通过公网ip可以直接访问因特网，属于广域网范畴。
• 私有ip ：专网ip，专门为组织机构内部使用，属于局域网范畴，出了所在局域网无法访问因特网。
  • 私有ip范围：

    A : 10.0.0.1   -- 10.255.255.254
    B : 172.16.0.1 -- 172.31.255.254
    C : 192.168.0.1-- 192.168.255.254
    

4.查看ip配置信息

• Windows系统
  • 1.右击【网络】--【属性】--【更改适配器设置】-- 【本地连接】--【详细信息】--【Internet协议版本4(TCP/IP4)】
  • 2.【开始】-【命令提示符】(【win+R】-【cmd】) - 命令:ipconfig(或ipconfig /all 查看MAC地址)
• Linux系统
  • 命令：ifconfig

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网络设备：交换机、路由器；

• 网络设备生产厂商：cisco思科、华为、大唐、中兴、H3C华三通(惠普，前身华为-3com)、锐捷、神州数码
• 网络安全设备：防火墙、VPN设备；
• 无线设备：共享介质，采用802.11标准
  • 802.11a：54Mbps 5GHz
  • 802.11b：11Mbps 2.4GHz
  • 802.11g：54Mbps 2.4GHz
  • 802.11n：
  • 2.4GHz多数国家设定了11个信道，相邻信道有干扰，但1、6、11不重叠(WDS无线桥接扫描可看信道)

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网络拓扑结构：

• 点对点 ：两台设备之间有一条单独的连接。

• 星型及扩展星型拓扑：

  • 优点：易于实现，易于网络扩展、易于故障排查；
  • 缺点：中心节点压力大，组网成本较高。

• 网型拓扑：

  • 优点：可靠性高；
  • 缺点：组网成本高。
  • 特点：各个节点至少与其他两个节点相连。

• 总线型：有线电视(同轴电缆)

• 环形：

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OSI七层模型

• Open System Interconnect，开放系统互连参考模型

• OSI是一个开放式体系结构，它规定将网络分为七层。

• 发布：国际标准化组织(ISO)

• 意义：协议分层设计是 为了降低网络设计的复杂性。

• 分层：由底层到上层 —— 物理层->应用层

  • 数据封装： 在数据传输的过程中，发送方从上层到下层进行封装
  • 数据解封： 在数据传输的过程中，接收方从下层到上层进行解封

  OSI7层	数据格式	功能	规范/协议	典型设备
  应用层 Application	数据ATPU	网络服务与使用者应用程序间的一个接口	Telnet、FTP、HTTP、SNMP、DNS等	终端设备（PC、手机、平板等）
  表示层 Presentation	数据PTPU	数据表示、数据安全、数据压缩		终端设备（PC、手机、平板等）
  会话层 Session	数据DTPU	会话层连接到传输层的映射；会话连接的流量控制；数据传输；会话连接恢复与释放；会话连接管理、差错控制		终端设备（PC、手机、平板等）
  传输层 Transport	数据组织成数据段Segment	用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序（端口号）	TCP、UDP、SPX等	终端设备（PC、手机、平板等）
  网络层 Network	分割和重新组合数据包Packet	基于网络层地址（IP地址）进行不同网络系统间的路径选择	IP、IPX、OSPF等	网关、路由器
  数据链路层 Data Link	封装比特信息为数据帧Frame	在物理层上建立、撤销、标识逻辑链接和链路复用，及差错校验等功能。通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址	SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等	网桥、交换机
  物理层Physical	传输比特（bit）流	建立、维护和取消物理连接	EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35、RJ-45等	光纤、同轴电缆、双绞线、网卡、中继器、集线器

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TCP/IP模型

5层	4层
应用层	应用层
传输层	传输层
网络层	网络层
网络接口层	数据链路层
物理层

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物理层传输介质

• 有线介质：双绞线、光纤
• 无线介质：无线电、微波、激光、红外线

接口：

• 以太网接口：RJ-45水晶头（RJ是描述公用电信网络的接口，常用的有RJ-11和RJ-45）
• 光纤接口：
  • ST 卡接式圆形 光纤接头
  • SC 方形 光纤接头
  • FC 带螺纹圆形 光线接头
  • LC 窄体方形 光纤接头，当前主流
  • MT-RJ 收发一体的方形光纤接头

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双绞线：网线

1.分类：

1)按照屏蔽层的有无分类：

• ①屏蔽双绞线 (STP):线外包裹一层金属网膜，用于电磁环境非常复杂的工业环境中
• ②非屏蔽双绞线 (UTP)

2)按照线径粗细分类：

• Cat5 五类双绞线：传输频率为100MHz，速率100Mbps，适用于100Mbps的网络
• Cat5e 超五类：衰减更小，串扰更少，性能优于5类线 ，速率100Mbps
• Cat6 六类线：传输频率为200MHz，速率1000Mbps
• Cat7 七类线：传输频率为600MHz，速率10000Mbps

2、双绞线的连接规范

1)线序:1、2发送,3、6接收

• T568A：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
• T568B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

2)线缆的连接：

• ①标准网线：直连线或直通线，用于连接不同设备(T568A-T568A,T568B-T568B)
• ②交叉网线：用于连接相同设备 (T568A-T568B)
• ③全反线 ：不用于以太网的连接，主要用于计算机的串口和路由器或交换机的console(控制口)相连
• ④特例：计算机直接连接路由器用交叉线 交换机与交换机相连使用交叉或直连线一般用交叉线

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数据链路层

• 以太网工作模式：CSMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测

• MAC地址：

  • 作用：用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备
  • 解释：
    • MAC地址长度48位(6个字节)，
    • 前24位代表供应商，后24位代表供应商对网卡的唯一编号，
    • MAC 地址的第8位为0时表示该MAC地址为单播地址，
    • 为1时表示组播地址。48位都为1表示广播地址。
    • 一般用6个十六进制显示，如： B0-6E-BF-5F-4A-16
    • mac地址查询网站： https://mac.51240.com/

• 查看MAC地址

  > ipconfig  /all                  //windows格式
  ]# ifconfig                       //linux格式
  # show mac-address-table          //cisco格式
  注：一块物理网卡的地址一定是一个单播地址，也就是第8位一定为0
  

• 数据链路层802.3的以太网帧格式：

  • 帧校验序列(FCS)：从目的地址开始到数据结束这部分的校验和。
  • 类型/长度：用来标识上层协议的类型或后续数据的字节长度。

    ┌────────┬──────────────┬──────────┬────────┬───────────┬─────────────┬────────────┐
    │ 前导码  │ 帧启始定界符  │ 目的地址  │ 源地址  │ 类型/长度  │    数据     │ 帧校验序列   │
    │ 7字节   │   1字节      │  6字节   │  6字节  │   2字节    │ 46~1500字节 │   4字节    │
    └────────┴──────────────┴──────────┴────────┴───────────┴─────────────┴────────────┘
                            |←――――――――― 数 ―― 据 ―― 链 ―― 路 ―― 层 ―― 封 ―― 装 ―――――――→|
    |←―――――――――――――――――――――― 物 ―― 理 ―― 层 ―― 封 ―― 装 ――――――――――――――――――――――――――――――→|
    

  • 100BASE-TX
    • BASE：基带，介质中只能有一种信号传递
    • BROADBAND：宽带，介质中可以存在多种信号

 

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/3936657/blog/3077971