4.计算机网络基础

1.网络互联模型

• 计算机之前通信涉及的问题很多如系统是异构的硬件设备不同计算机之间使用的网络不同。
• 实际使用最多的是四层的 TCP/IP 协议被视为简化的七层 OSI 协议。

• 每一层都会完成相应的工作。每一层都会为上一层提供服务。
• 物理层没有什么协议都是一些串口如 USB 接口、带阵脚的接口。
• 数据链路层把物理层传输的数据打包称为帧。IEEE 802局域网协议、HDLC / PPP点对点传输协议、ATM异步传输协议。可以对数据做校验把错误的数据丢掉无差错传输。
• 网络层选择一条合适的路由。网络节点的转发。主机到主机。最主要的是 IP 协议。
• 传输层应用程序和应用程序之间连接。最主要的是 TCP、UDP 协议。
• 会话层应用程序和应用程序之间通信。RPC、SQL。
• 表示层信息表示成应用层能看的懂的。
• 应用层最主要的是 HTTP 协议。

2.常见网络协议

1应用层协议FTP、HFTP、HTTP

2传输层协议TCP、UDP

三次握手、四次挥手重要

https://mp.weixin.qq.com/s/nZbSuGygZlT3Mvzt5aQhag

TCP 和 UDP 区别

1连接

• TCP 是面向连接的传输层协议传输数据前先要建立连接。
• UDP 是不需要连接即刻传输数据。

2服务对象

• TCP 是一对一的两点服务即一条连接只有两个端点。
• UDP 支持一对一、一对多、多对多的交互通信

3可靠性

• TCP 是可靠交付数据的数据可以无差错、不丢失、不重复、按需到达。
• UDP 是尽最大努力交付不保证可靠交付数据。

4拥塞控制、流量控制

• TCP 有拥塞控制和流量控制机制保证数据传输的安全性。
• UDP 则没有即使网络非常拥堵了也不会影响 UDP 的发送速率。

5首部开销

• TCP 首部长度较长会有一定的开销首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节如果使用了「选项」字段则会变长的。
• UDP 首部只有 8 个字节并且是固定不变的开销较小。

6TCP 和 UDP 应用场景

• 由于 TCP 是面向连接能保证数据的可靠性交付因此经常用于
  • FTP 文件传输
  • HTTP / HTTPS
• 由于 UDP 面向无连接它可以随时发送数据再加上UDP本身的处理既简单又高效因此经常用于
  • 包总量较少的通信如 DNS 、SNMP 等
  • 视频、音频等多媒体通信
  • 广播通信

3网络层协议IP

3.IP地址及其表示方法

• IPV4点分十进制 地址已经耗尽现在使用 IPV6 地址。
• A类**政府机关。**规定网络号占 8 位以 0 开头。网络号的范围从 0 ~ 127。其中 0 代表任何地址127 为回环测试地址因此网络号的范围从 1 ~ 126。
• B 类**大中型企业。**规定网络号占 16 位以 1 0 开头。网络号的范围从 128 ~ 191。
• C 类**个人使用。**规定网络号占 24 位以 1 1 0 开头。网络号的范围从 192 ~ 223。
• D 类组播。
• E 类保留实验。
• 补充
  • 为什么要设定私有地址
  • IPv4私有地址

4.子网与子网掩码

1子网

• 申请了一个 B 类地址主机数用不完但是申请一个 C 类地址又不方便之后的扩充于是就造成了IP地址的浪费。
• 子网划分简单来说就是把一个两级IP地址划变为三级地址相当于从原来的主机号中借用若干个位作为子网号。

• 如何来划分子网划分子网后数据报 又是怎么路由的呢
  • 如下图所示一个B类网络被划分了三个子网每个子网此时其实已经处于不同网段了。子网划分是一个单位内部的事情对外仍是一个二级IP地址。
  • 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。

2子网掩码

• 划分子网时需要注意
  • 子网的划分并没有改变原来的网络号只是将主机号部分再划分。因此单看一个IP地址是无法判断该地址是否进行了子网划分的。
  • 子网号能否为全 0 和全 1 需要根据题目来判断因为对分类IP地址进行划分时子网号不能为全0或全1 但CIDR可以。
  • 无论是 IPv4 地址还是 CIDR主机号都不能全为0全0表示子网网络号或全为1全1位广播地址。
  • 只通过一个IP地址根本不知道它的网络号是什么同一个IP地址都有可能表示的是不同的网络。这时就需要子网掩码了。
• 子网掩码的划分规则如下
  • 子网掩码长度32位
  • 某位=1IP地址中对应的网络号或子网号
  • 某位=0IP地址中对应位为主机号
• 掩码的作用就是用来告诉电脑把“大网”划分为多少个“小网”。掩码是用来确定子网数目的依据。
  
• 将 IP 地址与子网掩码做“与运算”得到子网的网络号。
• 比较两个 IP 地址是否在同一个网段就是看网络位是否相同。

3典型真题判断 IP 是否在相同网段

• 179 转为二进制1 0 1 1 0 0 1 1
• 177 转为二进制1 0 1 1 0 0 0 1

• 网络号是 20 位。32 个子网需要 5 位。一共需要 25 位。前三个字节都是 1即 255最后一个字节的第一位是 1即 128。
• 主机数占 7 位一共 128 个去掉全 0 和 全 1还剩 126个。

• 原地址网络号为 20 位。C 类子网网络号为 24 位。多出 4 位 可组成 16 个子网。
• 子网地址范围192 ~ 207。
  

5.IPV4数据报

1数据报结构

• 到了网络层除了数据部分以外还会加上很多控制信息IP 数据报的首部部分。
• 版本二进制的 4。
• 首部长度占 4 位可以表示 15 个单位一个单位 4 字节。最大 60 字节。
• 区分服务希望当前的数据报被优先处理。不是必须的。
• 总长度占 16 位。最大 65535 字节。超过大小需要拆分。
• 生存时间每通过就减一到 0 时会被丢掉。
• 协议上层协议的名称。
• 首部校验和只校验首部不校验数据。是不可靠的。

2典型真题数据报结构

3网关

• 网关Gateway又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连是最复杂的网络互连设备仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连也可以用于局域网互连。
• 网关实质上是一个网络通向其他网络的 IP 地址。比如有网络 A 和网络 B网络 A 的 IP 地址范围为“192.168.1.1-192. 168.1.254”子网掩码为 255.255.255.0网络 B 的 IP 地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”子网掩码为 255.255.255.0。
• 在没有路由器的情况下两个网络之间是不能进行 TCP / IP 通信的即使是两个网络连接在同一台交换机或集线器上TCP / IP 协议也会根据子网掩码255.255.255.0判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信则必须通过网关。如果网络 A 中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中就把数据包转发给它自己的网关再由网关转发给网络 B 的网关网络 B 的网关再转发给网络 B 的某个主机。所以说只有设置好网关的 IP 地址TCP / IP 协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个 IP 地址是哪台机器的 IP 地址呢网关的 IP 地址是具有路由功能的设备的 IP 地址具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器实质上相当于一台路由器、代理服务器也相当于一台路由器。

4广播地址(Broadcast Address)

• 广播地址Broadcast Address是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。
• 在使用 TCP / IP 协议的网络中主机标识段 host ID 为全 1 的 IP 地址为广播地址广播的分组传送给 host ID 段所涉及的所有计算机。例如对于 10.1.1.0 255.255.255.0 网段其广播地址为10.1.1.255 255 即为 2 进制的 11111111 当发出一个目的地址为 10.1.1.255 的分组封包时它将被分发给该网段上的所有计算机。

6.IPv6

1IPv6 地址结构

• IPv6地址128 位。16 位为一段共 8 段。

2IPv4 / IPv6 过渡技术

3IPv6 数据报

• 流量分类相当于 IPv4 中服务类型字段。
• 跳数限制相当于 IPv4 中的生存时间。

7.TCP与UDP

1TCP 协议

• 数据已发送并受到确认后窗口会向右移。

2TCP 协议报头

• 端口号标识同一台计算机不同的应用进程。TCP 报头中的源端口号和目的端口号同 IP 数据报中的源 IP 与目的 IP 唯一确定一条 TCP 连接。
  • 源端口源端口和 IP 地址的作用是标识报文的返回地址。
  • 目的端口端口指明接收方计算机上的应用程序接口。
• 序号和确认号是 TCP 可靠传输的关键部分。序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。在 TCP 传送的流中每一个字节一个序号。
• 数据偏移首部长度4bits。由于首部可能含有可选项内容因此 TCP 报头的长度是不确定的报头不包含任何任选字段则长度为 20 字节4 位首部长度字段所能表示的最大值为 1111转化为 10 进制为 1515*32/8 = 60故报头最大长度为 60 字节。首部长度也叫数据偏移是因为首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。
• 保留为将来定义新的用途保留现在一般置 0。
• 控制位URG ACK PSH RST SYN FIN共 6 个每一个标志位表示一个控制功能。
  • URG紧急指针标志为 1 时表示紧急指针有效为 0 则忽略紧急指针。
  • ACK确认序号标志为 1 时表示确认号有效为 0 表示报文中不含确认信息忽略确认号字段。
  • PSHpush 标志为 1 表示是带有 push 标志的数据指示接收方在接收到该报文段以后应尽快将这个报文段交给应用程序而不是在缓冲区排队。
  • RST重置连接标志用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。
  • SYN同步序号用于建立连接过程在连接请求中SYN=1 和 ACK=0 表示该数据段没有使用捎带的确认域而连接应答捎带一个确认即 SYN=1 和 ACK=1。
  • FINfinish 标志用于释放连接为 1 时表示发送方已经没有数据发送了即关闭本方数据流。
• 窗口滑动窗口大小用来告知发送端接受端的缓存大小以此控制发送端发送数据的速率从而达到流量控制。窗口大小时一个 16bit 字段因而窗口大小最大为 65535。
• 校验和奇偶校验此校验和是对整个的 TCP 报文段包括 TCP 头部和 TCP 数据以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储并由接收端进行验证。
• 紧急指针只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。
• 选项和填充最常见的可选字段是最长报文大小又称为 MSS(Maximum Segment Size)每个连接方通常都在通信的第一个报文段(为建立连接而设置 SYN 标志为 1 的那个段)中指明这个选项它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是 32 位的整数倍所以要加填充位即在这个字段中加入额外的零以保证 TCP 头是 32 的整数倍。
• 数据部分 TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中也会发送不带任何数据的报文段。

3UDP 协议

4UDP 协议报头

• 校验和可以为 0。如果校验只校验头部。
  

8.网络设计

• 接入层每个部门接入交换机、路由器。
• 汇聚层可有可无。看网络有多大。
• 核心层连着网关。
• 出口层连着 ISP。

1接入层

2汇聚层

3核心层

4典型真题网络分层设计模型

9.综合布线系统

1六个子系统

2典型真题综合布线系统

10.域名和地址

1访问 IPv4 与 IPv6 的区别

• 在 IPv4 网络上可以使用以下格式访问网络资源http://192.168.1.21/webpage
• IPv6 地址包含一个冒号作为分隔符因此必须用方括号括起来http://[2031:0:130F::9C0:6A:130B]:8080/index/html

2域名系统

3域名服务器

• 主域名服务器本区域域名解析。
• 辅助域名服务器备份。
• 缓存域名服务器减少反复查询。
• 转发域名服务器本地查不到时负责转发。

4域名查询

• 域名解析过程主要有两种方式递归查询和迭代查询。

递归查询

1. 当浏览器需要知道域名所对应的 IP 地址时那么它会向本地域名服务器进行查询。
2. 如果本地主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份向根域名服务器继续发出查询请求报文即替主机继续查询而不是让主机自己进行下一步的查询。
3. 在这种情况下本地域名服务器只需向根域名服务器查询一次后面的几次查询都是递归在其他几个域名服务器之间进行的也就是根域名以 DNS 客户的身份向顶级域名服务器继续发出查询请求报文顶级域名服务以此类推。
4. 然后本地域名服务器从根域名服务器得到了所需的IP地址最后本地域名服务器将查询结果告诉主机 m.xyz.com。

迭代查询

1. 当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时要么给出所要查询的IP地址要么告诉本地域名服务器“你下一步应该向哪一个顶级域名服务器进行查询”。
2. 然后让本地域名服务器向这个顶级域名服务器进行后续的查询。同样顶级域名服务器收到查询报文后要么给出所要查询的 IP 地址要么告诉本地域名服务器下一步应该向哪一个权限域名服务器查询。
3. 然后让本地域名服务器向这个权限域名服务器进行后续的查询。最后知道所要解析的域名的 IP 地址后把这个结果返回给发起查询的主机。
4. 本地域名服务器将查询结果保存到本地缓存同时返回给客户机。

5网络互连与常用设备

网络编程懒人入门(六)史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门
https://zhuanlan.zhihu.com/p/37606319

6网络存储技术

7网络系统建设

8典型真题域名查询