网络基础知识(上)---网络协议和管理

网络概念

OSI模型

网络设备

TCP/IP

IP地址

配置网络

网络工具

网络概念

什么是网络

资源共享的功能和优点

网络应用程序

用户应用程序对网络的影响

网络的特征

带宽

物理拓扑分类

逻辑拓扑

了解主机到主机通信

网络模型分层

OSI模型的七层结构

数据封装

数据解封

对等通信

PDU

三种通信模式

局域网（Local Area Network）

LAN组成

网络线缆和接口

非屏蔽式双绞线UTP

UTP

RJ-45 Connect和Jack

UTP直通线（Straight-Throught）

TX:发送数据
RX:接收数据

UTP交叉线（Crossover）

UTP直通线和交叉线

双绞线针脚定义

1000BASE-T GBIC

Fiber-Optic GBICs

网络适配器（网卡）

Ethernet Evolution（以太网协议）

LAN标准

Ethernet Frame结构

数据链路层

数据链路层分为逻辑链路控制层(LLC)和媒体接入控制层(MAC)。

MAC地址

MAC帧的格式：

   常用的以太网MAC帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准(即以太网V2标准)，另一种是IEEE的802.3标准。
　　这里介绍一下使用的最多的以太网V2的MAC帧格式。假定网络层使用的是IP协议(实际上使用其他协议也是可以的)。
   以太网V2的MAC帧较为简单，由五个字段组成。
　　前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段。
　　第三个字段是2字节的类型字段，用来标志上一层使用的是什么协议。例如，当类型字段的值是0x0800时，就表示上层使用的是IP数据报。
　　第四个字段是数据字段，其长度在46到1500字节之间。

冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD

Hub集线器

以太网桥

以太网桥的工作原理

Hub和交换机

小结：
网络设备：双绞线，同轴电缆 
交换机，集线器(早期)
集线器工作在物理层，不能隔断广播，也不能隔断冲突。
而交换机可以进一步优化网络性能，可以隔断冲突，但是解决不了广播。

路由器

路由

VLAN

分层的网络架构

TCP/IP协议栈

TCP/IP协议栈和OSI模型

TCP/IP应用层

传输层

可靠性vs.高效性

TCP特性

TCP包头

TCP包头选项

映射第四层到应用程序

TCP协议PORT

建立连接

TCP三次握手

TCP四次挥手

有限状态机FSM:Finite State Machine

有限状态机

TCP协议的三次握手和四次挥手

客户机端的三次握手和四次挥手

服务器端的三次握手和四次挥手

TCP端口号

TCP序列和确认号

TCP确认

固定窗口

滑动窗口

拥塞控制

UDP特性

Internet层

#参考《计算机网络》第125页
ARP协议的作用：在实际应用中，我们常常会遇到这样的问题：已经知道了一个机器的IP地址，需要找出其相应的硬件地址。地址解析协议ARP就是用来解决这个问题的。
由于是IP协议使用了ARP协议，因此通常就把ARP协议划归网络层。但ARP协议的用途是为了从网络层使用的IP地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址。因此，有些书会按照协议的使用，把ARP划归在数据链路层。
还有一个旧的协议叫做逆地址解析协议RARP，它的作用是使只知道自己硬件地址的主机能够通过RARP协议找出其IP地址。现在的DHCP协议已经包含了RARP协议的功能。

Internet Control Message Protocol

Address Resolution Protocol

ARP协议

ARP表

主机到主机的包传递

默认网关

反向RARP

Interner协议特征

IP PDU报头

#参见计算机网络（第七版书）第128页
为什么首部长度字段的最小值是5？
因为IP首部的固定长度是20字节，因此首部长度字段的最小值是5。
首部长度字段表示数的单位是32位字（1个32位字长是4字节）。

IP PDU 报头示例

协议域

IP地址***

早期的互联网：
A类网络：
0-127.X.X.X
0xxxxxxx.X.X.X
前8位网络ID，后面24位主机ID
01111111 127
则10.0.0.100和10.3.3.200在一个网段
10.0.0.0表示该网络
10.255.255.255表示这个网络的广播
则A类网络的中的主机数 = 2^主机ID位数 - 2

B类网络：
128-191.x.X.X
10xxxxxx.xxxxxxxx.X.X
前16位网络ID，后16位主机ID
10000000 128
10111111 191

172.20.X.X

C类网络：
192-223.x.x.X
110xxxxx.x.x.X
11000000 192
11011111 223
前24位网络ID，后面8位主机ID

192.168.1.X

D类网络：
224-239.
1110 多播

E类网络
240-
11110
保留

现在的网络：不固定网络ID位数和主机ID位数，根据情况适当调整
CIDR 无分类域间路由选择（Classless Inter-Domain Routing）
CIDR表示法：IP/网络ID位数
如：172.16.0.100/21
子网掩码：255.255.248.0

这样的话就不好确定主机ID和网络ID位数，所以需要用到netmask，即子网掩码，配合ip地址确定网络ID的位数。
netmask:32bit，对应IP网络ID为1，对应IP主机ID为0

A类网络对应的子网掩码：255.0.0.0
B类网络对应的子网掩码：255.255.0.0
C类网络对应的子网掩码：255.255.255.0

00000000 0
10000000 128
11000000 192
11100000 224
11110000 240
11111000 248
11111100 252
11111110 254
11111111 255

网络ID=IP与netmask

A：192.168.2.100 255.255.0.0
B：192.168.1.200 255.255.255.0
A-->B
A认为A与B在同一个网段。
B认为A与B不在同一个网段。

网关的作用是让你与别的网络进行通信。

公共IP地址

私有IP地址

特殊地址

保留地址

子网掩码

有子网的子网络掩码

子网掩码的八位

可变长度子网掩码

Subnet地址

10.0.0.0    中国移动
划分子网：将一个大网分割成多个小网，主机ID的位变少，网络ID位变多，网络ID位向主机ID借N位，将划分成2^N个子网。
划分超网：由于一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合常称为路由聚合
　　　　　它使得路由表中的一个项目可以表示原来传统分类的地址的很多个路由。

划分子网过程：
如下（借一位）：
10.0 0000000.0.0
10.1 0000000.0.0
（借5位，可以划分出32个子网）
10.00000 000.0.0 10.0.0.0/13
......
10.11111 000.0.0 10.248.0.0/13 
如果想再上述网段划分16个小网，则再借4位：
10.11111 000.0 0000000.0 10.248.0.0/17
......
10.11111 111.1 0000000.0 10.255.128.0/17

划分超网过程示例：如下图或参考参考《计算机级网络》第144页。

优化IP地址分配