1. 物理层到 MAC 层
MAC （Medium Access Control，媒体访问控制），控制在往媒体上发数据的时候，谁先发、谁后发的问题，防止发生混乱。 媒体接入控制，即多路访问的规则：
- 信道划分：分多个车道，每个车一个车道，各走各的；
- 轮流协议：今天单号出行，明天双号出行，轮着来；
- 随机接入协议：不管三七二十一，有事儿先出门，发现特堵就回去，错过高峰再出。以太网使用这种方式。
链路层地址，因为第二层主要解决媒体接入控制的问题，所以它常被称为 MAC 地址。
ARP 协议，已知 IP 地址，求 MAC 地址的协议。为了避免每次都用 ARP 请求，机器本地也会进行 ARP 缓存，ARP 的 MAC 地址缓存过一段时间就会过期。
交换机，交换机上有转发表，转发表有过期时间。
RARP 协议，已知 MAC 求 IP。
2. 交换机与 VLAN
STP（Spanning Tree Protocol），解决交换机的环路问题，将有环路的图变成没有环路的树。主要元素如下：
- Root Bridge 根交换机
- Designated Bridges 指定交换机
- Bridge Protocol Data Units（BPDU）网桥协议数据单元
- Priority Vector 优先级向量
STP 的工作过程：
- 交换机形成树的过程
- 广播和安全问题：物理隔离、虚拟隔离（VLAN 虚拟局域网）
- 交换机通过 VLAN 形成虚拟局域网，解决广播问题和安全问题
交换机：
- 交换机之间通过 Trunk 口相互连接，Trunk 口可以转发属于任何 VLAN 的口。
3. ICMP 与 ping
ping 是基于 ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制报文协议） 工作的
ICMP 报文封装在 IP 包中，ICMP 报文有很多种类型，不同的类型有不同的代码，最常用的类型是：
- 8-主动请求，0-主动请求的应答
查询报文类型：
- ping 就是查询报文，是一种主动请求，并且获得主动应答的 ICMP 协议。对 ping 的主动请求进行网络抓包，称为 ICMP ECHO REQUEST，同理主动请求的回复称为 ICMP ECHO REPLY。
差错报文类型：
- 3-终点不可达：0-网络不可达，1-主机不可达，2-协议不可达，3-端口不可达，4-需要进行分片但设置了不分片位代码
- 4-源抑制，让源站放慢发送速度
- 11-超时，超过网络包的生存时间了还没到
- 5-重定向，让下次发给另一个路由器
traceroute 是差错报文类型，Traceroute 的第一个作用就是故意设置特殊的 TTL，来追踪去往目的地时沿途经过的路由器；Traceroute 还有一个作用是故意设置不分片，从而确定路径的 MTU IP 层、MAC 层、ARP 映射表
4. 网关
如何判断是否在同一个网段？CIDR和子网掩码
网管往往就是一个路由器，是一个三层转发的设备，作用是将 MAC 头和 IP 头都取下来，然后根据里面的内容，看看接下来的包往哪里转发的设备。
很多情况下把网关叫做路由器，这种说法并不完全准确
静态路由：静态路由，其实就是在路由器上，配置一条一条规则。
MAC 地址、IP 地址的变与不变
- MAC 地址是一个局域网内才有效的地址，因而，MAC 地址只要过网关，就必定会改变，因为已经换了局域网。
- 不改变 IP 地址的网关，我们称为转发网关；改变 IP 地址的网关，我们称为NAT 网关。
- IP 地址也会变，这个过程用英文说就是 Network Address Translation，简称 NAT
小结：
- 如果离开本局域网，就需要经过网关，网关是路由器的一个网口。
- 路由器是一个三层设备，里面有如何寻找下一跳的规则。
5. 路由协议
路由器就是一台网络设备，它有多张网卡。当一个入口的网络包送到路由器时，它会根据一个本地的转发信息库，来决定如何正确地转发流量，这个转发信息库通常被称为路由表。
一张路由表中有多个规则，每个规则至少包含三项信息：目标网络、出口设备、下一跳网关。
路由配置
- 根据目的 IP 地址来配置路由
- 策略路由，根据多个参数来配置路由
动态路由算法
- 求最短路径算法：Bellman-Ford 算法、Dijkstra 算法
- 距离矢量路由算法：基于 Bellman-Ford 算法，会限制网络规模
- 链路状态路由算法：基于 Dijkstra 算法
动态路由协议
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基于链路状态路由算法的 OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先），广泛应用在数据中心中的协议。由于主要用在数据中心内部用于路由决策，因而称为内部网关协议（Interior Gateway Protocol，简称 IGP）
等价路由：OSPF 可以发现多个最短路径，可以在这多个路径中进行负载均衡。
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基于距离矢量路由算法的 BGP（Border Gateway Protocol，外网路由协议） 自治系统 AS（Autonomous System），自治系统分为几类：
- Stub AS，对外只有一个连接，这类 AS 不会传输其他 AS 的包。例如个人或者小公司的网络
- Multihomed AS，可能有多个连接连到其他的 AS，但是大多拒绝帮其他的 AS 传输包。例如一些大公司的网络
- Transit AS，有多个连接连到其他的 AS，并且可以帮助其他的 AS 传输包。例如主干网
BGP分为两类：eBGP、iBGP
BGP 协议使用的算法是路径矢量路由协议（path-vector protocol），它是距离矢量路由协议的升级版。
小结：
- 路由分静态路由和动态路由，静态路由可以配置复杂的策略路由，控制转发策略；
- 动态路由主流算法有两种，距离矢量算法和链路状态算法。基于两种算法产生两种协议，BGP 协议和 OSPF 协议。
