1.第一天笔记总结

1.计算机网络的概述：

1.计算机：

• 1946年第一台计算机"图灵"问世

• 计算机只识别机器语言（二进制）

• 计算机的功能性计算：

  • 应用层：人机交互的接口；自然语言---编码
  • 表示层：编码-二进制语言
  • 介质访问控制层：控制物理层（硬件），二进制-电流（长波1，短波0）
  • 物理层：电流的输入输出，CPU计算

2.计算机网络的定义：

• 把自治计算机通过网络设备连接成集合共享资源
• 计算机网络是利用通信线路和通信设备将多个具有独立功能的计算机系统连接起来，按照网络通信协议实现资源共享和信息传递的系统

3.对等网：

4.网络扩大方案：

• 增大距离：

  • 想要延长传输距离，需要克服两点因素：

    • 信号失真
    • 信号衰弱

  • 中继器：

    • 需要外接电源
    • 不能无限制增加中继器

• 增加节点：

5.网络扩大需求：

• 完全没有冲突
• 无限距离传输
• 单播

3.计算机网络的类型：

1.按拓扑分类：

• 总线型结构：

- 由一条多芯的线缆向四周延伸，连接各个节点 - 优点：信道的利用率高，结构简单，成本低 - 缺点：同一时刻仅允许两台节点通讯 - 使用场景：局域网

• 环形结构：

-   由节点与节点连接的线路组成一个闭合的环
-   优点：结构简单，增加和删除设备操作方便
-   缺点：当某个节点或线缆出现故障，会导致整张网络瘫痪
-   使用场景：局域网

• 星型结构：

- 各个节点通过点对点的方式与中央节点连接构成 - 优点：结构简单，连接方便，扩展性强。星型拓扑也是现在最常用的拓扑结构 - 缺点：信道利用率不高，对中央节点要求高 - 使用场景：局域网

• 树形结构：

- 树型拓扑结构可以理解为总线型拓扑结构或星型拓扑结构的扩展形式 - 优点： 任何一个节点发送的信息都可以传输至整个树型网路中的所有节点，具备一定的容错能力；利于扩展；易于隔离故障 - 缺点：除叶节点及其相连链路以外的任何其他节点或链路出现的故障都将会影响整个网络。 - 使用场景：广域网

• 网状结构：

- 星型拓扑的扩展，每一个节点都至少与其他两个节点相连接 - 优点：从节点到节点有多条路径可选，网络稳定 - 缺点：成本高，结构复杂 - 使用场景：军事网络

2.按范围分类：

• 局域网（Local Area Network，LAN）：

  • 使用自备通信线路和通信设备，覆盖较小地理范围的计算机网路

  • 特点：1.有限的地理范围，2.高数据传输效率（10Mbps~10Gbps），3.易于建立，维护与扩展

  • 分类：

    • 按介质访问方法的角度：1.共享介质式局域网，2.交换式局域网
    • 按传输介质类型的角度：1.有线介质的有线局域网，2.无线通信信道的无线局域网

  • 局域网可以用于个人计算机局域网，大型计算设备群的后端网络与存储区域网络，高速办公室网络，企业与学校的主干局域网

• 城域网（Metropolitan Area Network，MAN）：

  • 是介于广域网与局域网之间的一种高速网路
  • 覆盖城区范围，提供各种信息服务业务的高速计算机网路

• 广域网（Wide Area Network，WAN）：

  • Internet网是广域网当中最大广域网
  • 租用公用通信线路和通信设备，覆盖较大地理范围的计算机网路
  • 广域网可以覆盖几个国家或地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程计算机网络。
  • 广域网的通信子网可以利用公用分组交换网，卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，已达到资源共享的目的。

3.按网络的工作方式分类：

• 集中式网络：

  • 由一台功能较强的主机设备，通过通信系统和远地的终端设备连接起来，分时地为远程终端服务的计算机网络

• 分布式网络：

  • 由多台具有独立工作功能的计算机系统互连组成的计算机网络

4.按网络传输技术分类：

• 广播式网络：所有计算机共享一个公共通道信道的计算机网路
• 点对点式网络：网络中的通信结点之间存在一条专用通信线路的计算机网络

3.按传输方式分类：

• 有线网络：IEEE802.3
• 无线网络：

3.网络设备：

1.中续器：

• 中继器工作在物理层
• 对传输介质上的信号波形的收，放大，整形与转发的作用

2.集线器：

• 集线器工作在物理层

• 集线器环境下的问题：

  0. 安全
  1. 延时
  2. 地址：MAC地址，48位二进制构成，16进制标识
  3. 冲突：CSMA/CD机制（载波监听多路访问 / 冲突检测机制（先听后发，边听边发，冲突停发，随机延迟后重发）

• 连接到一个集线器的所有节点共享一个冲突域

• 补充知识点： 通过在网络链路中串接一个集线器可以监听该链路中的数据包

• 连接到一个集线器的多个结点不能同时发送数据帧，可以同时接收数据帧

3.网桥：

• 因为网络扩大的三个需求出现了网桥
• 网桥在数据链路层上实现局域网互联的设备
• 将电流转换为二进制数据。并且将二进制数据存储在设备内存中，会重新生成新的电信号进行发送

4.交换机：（网桥的升级版）

• 工作在介质访问控制子层（二层设备），功能是将电流与二进制进行识别转换

• 交换机可以识别MAC地址：

  • MAC地址表（MAC地址、端口号），MAC地址表的老化时间--->5min
  • 洪泛：指的是将数据包复制进行转发，且转发的是除接收端口以外的所有端口
  • 广播域：一个数据包的洪泛范围

• 工作过程：

  0. 数据电流进入交换机后，交换机先将其识别为二层二进制；
  1. 之后识别数据帧中的源MAC地址（48位二进制构成，16进制标识），记录到本地的MAC地址表中（MAC表中记录各个MAC对应的接口）；
  2. 之后再关注数据帧中的目的MAC地址，再查询本地MAC表中是否有其记录，若存在记录，仅基于记录的接口唯一转发（单播）；
  3. 若没有记录将进行洪泛（洪泛：除流量的进入接口外，其他所有接口复制转出，洪泛范围越大，网络越卡顿）

• 交换机的作用：

  0. 提供端口的密度（继承了HUB的作用）
  1. 基于数据识别再转发，实现了理论上的无限传输距离
  2. 基于数据识别，存储再转发，解决了冲突问题
  3. 基于MAC地址，记录，查询，实现了单播通讯

5.路由器：

• 路由器的出现：交换机太多，洪泛范围太大

• 作用：用来隔离广播域（洪泛范围），转发数据

• 路由器的工作原理：

  • 当数据包进入路由器后，先查看IP地址；然后查看本地的路由表
  • 若存在记录，将无条件按照记录转发；若没有记录，将丢弃该流量，并通知源地址（超时）

4.名词解析：

1.ARP地址解析协议：

• 根据已知的地址来获取与其对应的另一种地址

• 工作原理：目的MAC为全F的数据包（广播数据包），会被所有设备接收

• ARP请求包/ARP应答包：

  • 本地ARP缓存表（老化时间180s）
  • windows端如何查看（arp -a）

• ARP的分类

  • 正向ARP：已知同一网段其他节点的IP地址，迫使交换机进行洪泛（目标MAC全F）来获取对方MAC地址
  • 反向ARP：已知本地的MAC，通过对端来获取本地的IP地址
  • 无故ARP：冲突检测和自我介绍使用
  • 逆向ARP：存在于帧中续网络，用于获取IP地址
  • 代理ARP：由网关设备代替主机查询MAC地址

2.DNS域名解析服务：

• 该服务器记录各个网站IP与对应的域名，用于终端查询和解析。

3.封装与解封装：

• 封装：从高层向底层加工处理的一个过程；过程中数据包将不断变大

• 解封装：数据从低层向高层的一个读取，识别过程，过程中数据将不断变小

4.PDU：

• 协议数据单元（每层数据的计量单位）

5.TCP/IP协议栈道模型：

• 实际工程使用模型

6.OSI：

• 开放式系统互联参考模型（7层模型），由国际标准化组织IOS提出的

7.带宽计算：

• （带宽/8）* 85%

8.OSI，TCP/IP，五层协议参考模型：

9.OSI 七层模型：

• 开放式系统互联模型，参考模型。由国际标准化组织ISO提出的

• 应用层： 抽象语言的键入和键出（抽象语言<-->编码）

• 表示层： 编码（JAVA,C等）<-->二进制

• 会话层： 应用程序内部地址，区分程序内的各个会话；针对传输的每一种数据建立一条连接（防止不同数据直接按相互干扰）

  控制层面：上三层

  数据层面：下四层

• 传输层：

  • 传输层是核心层
  • 区分流量、定义数据传输方式，提供端口号

• 网络层： 通过IP地址进行逻辑寻址（IP协议）

• 数据链路层：两个子层。逻辑链路控制层---LLC、介质访问控制层---MAC

• 物理层： 定义了一些物理特性，传输比特流

10.OSI 各层PDU：

• 协议数据单元，是数据在不同层面的表现形式
• 上三层（应用层，表示层，会话层）：报文
• 传输层：段
• 网络层：包
• 数据链路层：帧
• 物理层：比特流

11.OSI 模型分层详情：

1.应用层：

• 抽象语言的键入和键出（抽象语言<-->编码）
• 数据传输单元：报文

2.表示层：

• 编码（JAVA,C等）<-->二进制
• 数据传输单元：报文

3.会话层：

• 应用程序内部地址，区分程序内的各个会话；针对传输的每一种数据建立一条连接（防止不同数据直接按相互干扰）
• 数据传输单元：报文

4.传输层：

• 传输层是核心层

• 传输层为分布在不同地理位置计算机的进程通信提供可靠的端-端连接与数据传输服务

• 作用：提供端口号，数据分段（受MTU限制 （MTU：最大传输单元，默认1500字节））

• 端口号：

  • 0——65535，1-1023注明端口，1024-65535动态端口，高端口
  • 高端口用于随机终端上的各个进程，注明端口默认用于固定对应服务器的服务端口

• 数据传输单元：段

• 协议：TCP/UDP协议

5.网络层：

• Internet协议--IP

• 数据传输单元：包

• 与IP协议有关的网络层协议：

  • ARP：地址解析协议，（通过对方的IP地址来获取对方的MAC地址）通过对端的一种地址来获取对端的另一种地址；通过对端IP地址获取对端的MAC的行为需要用到广播机制（广播：迫使交换机进行洪泛行为（目标MAC全F，该MAC在网络中实际不存在））
  • RARP反地址解析协议：已知本地的MAC，通过对端来获取本地的IP地址
  • ICMP网络控制报文协议：通过ICMP传输控制信息
  • IGMP网际组管理协议：是用于管理网络协议多播组成员的一种通信协议

6.数据链路层：

• 数据传输单元：帧

• 逻辑链路控制层（LLC）：保障二层的传输可靠性

• 介质访问控制层（MAC）：控制物理层（二进制<-->电流（长波1短波0））

• 典型设备：交换机、网桥

• 链路类型

  • 局域网----以太网
  • 广域网----PPP、HDLC、FR

• 二层物理地址---MAC地址

  • 48位二进制组成，减号分十六进制表示

  • 全网唯一

  • 分成两个部分

    • 前24位：厂商---厂商ID
    • 后24位：表示产品ID

• 数据帧：

  • 数据帧的类型将决定数据将如何传输

  • 一种IEEE802.3帧格式、Ethernet_ Ⅱ帧格式

- 由目的MAC、源MAC、类型字段、数据、帧校验序列组成

-   帧的发送方式

    -   单播
    -   广播：目的MAC全F
    -   组播：一对一组，特定的广播

7.物理层：

• 数据传输单元：比特流

• 规定一些物理特性（数据传输速率、传输模式、网络拓扑等、电气电压）

• 代表设备：中续器，集线器

• 介质：

  • 同轴电缆：早期使用

    • 两种标准

      • 传输速率相同，都为10Mbps
      • 传输距离不同，500m和185m

  • 双绞线：

- 屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP） - 类型：1、2、3、4、5、超5、6、超6、7

-   光纤：

    -   进行光信号传输
    -   10Mbps---100Gbps
    -   单模（1310）、多模（850）

-   双工模式：

    -   半双工：通信双方都能发送和接收数据，但是不能同时进行
    -   全双工：通信双方都能发送和接收数据，但是可以同时进行
    -   **同一物理链路连接的设备双工模式必须相同**。

-   线序----双绞线：

    -   网线：双绞线+RJ-45水晶头组成

    -   线序一般分为两种

        -   568A：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
        -   **568B**：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

-   直连线与交叉线：

    -   **直连线**：两端线序均为568B，一般用于不同设备间连接
    -   交叉线：一端568B，一端568A，一般用于相同设备连接

12.TCP/UDP协议：

1.TCP传输控制协议

• TCP是一个面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议

• 面向连接：通过TCP的三次握手建立端到端的虚链路

• 可靠传输：4种可靠机制（确认，重传，排序，流控（滑动窗口））

• 三次握手：

  1. 第一次握手：Client 什么都不能确认；Server 确认了对方发送正常，自己接收正常
  2. 第二次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：对方发送正常，自己接收正常
  3. 第三次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常

• 四次挥手：

  1. 客户端 告诉 服务器端我要关闭连接
  2. 服务器端 响应 说 我知道了；不再接收新的东西
  3. 服务器端 说 我现在要关闭链接了
  4. 客户端说 可以关闭了； ----》 通道关闭

2.UDP用户数据报协议，

• UDP是一个面向无连接的传输层协议。

• 仅完成传输层的基本工作（分段，提供端口号）

13.IP协议：

1.IP协议分类：

IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异

一个IP地址由4个字节，32位组成，一般用点分十进制的方式表示 ，1字八位二进制

IP地址的组成：

• 由主机地址和网络地址组成的
• 主机地址/主机号—————标识某一台设备的地址
• 网络地址/网络号—————标识某一个网段的地址

IP地址的分类：

• A类地址：

  • 由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，地址范围从1.0.0.0 - 127.255.255.255。
  • 网络地址前导码为0，网络号长度为7位，主机号的长度位24位
  • 允许有 2^7 个不同的A类网络，每个A类网络的主机号最多为 2^24 个
  • 默认子网掩码：255.0.0.0

• B类地址：

  • 由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255
  • 网络地址前导码为10，网络号长度为14位，主机号的长度位16位
  • 允许有 2^14 个不同的A类网络，每个A类网络的主机号最多为 2^16 个
  • 默认子网掩码：255.255.0.0

• C类地址：

  • 由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，地址范围从192.0.0.0到223.255.255.255
  • 网络地址前导码为110，网络号长度为21位，主机号的长度位8位
  • 允许有 2^21 个不同的A类网络，每个A类网络的主机号最多为 2^8 个
  • 默认子网掩码：255.255.255.0

• D类地址：

  • 地址范围从224.0.0.0 - 239.255.255.255；D类IP地址为组播地址，一般用于多路广播用户

• E类地址：

  • 地址范围为240.0.0.0 - 247.255.255.255；此类为保留地址，留待特殊用途

2.特殊地址形式：

1. 无效地址：0.X.X.X；0.0.0.0（代表所有的网络）
2. 本地测试地址（环回地址）：127.X.X.X
3. 网段：主机位全0；X.X.X.0/24、X.X.0.0/16、X.0.0.0/8
4. 广播地址：全1；255.255.255.255
5. 直接广播地址：在A类，B类，C类IP地址中，如果主机号是全1，那么这个主机号为直接广播地址
6. 本地链路地址：169.254.0.0/16

3.私有与公有地址：

• 私有地址：

  • A类：一个网段:10.0.0.0/8------10.0.0.0-10.255.255.255
  • B类：十六个--------172.16.0.0-172.31.255.255
  • C类：256个------192.168.0.0-192.168.255.255

• 公有地址：

  • 除私有地址与特殊地址外，均为公有地址
  • 具有全球唯一性

4.可变长度子网掩码（VLSM）：

5.CIDR（无类域间路由技术）：

• 取相同位，去不同位，将多个网络号逻辑的合成一个
• 子网汇总：汇总后，汇总网段的掩码长于主类
• 超网：汇总后，汇总网段的掩码短于主类掩码