第一章 网络基础入门
1.1 OSI参考模型及TCP/IP协议栈
数据是如何传输的？
数据在计算机网络中传输通常依赖于TCP/IP协议模型。
什么是网络？
网络是一种连接多个计算机、设备或系统的通信基础设施，其目的是实现资源共享、信息传递、接收和共享。
网络允许不同地理位置的计算机和设备之间进行数据交流。
典型网络拓扑？
智分无线（AP）智能化的无线接入点（Access Point）管理策略。
ACE" ："Access Control Equipment"（访问控制设备）或 "Access Control Element"（访问控制元素）。用于控制和管理网络流量、安全性和访问的设备、系统或元素。
"RIIL BMC" 似乎是指 "关键业务运行管理中心"（RIIL Business Management Center）。
IDS 入侵检测系统 有两种主要类型：
网络入侵检测系统（Network Intrusion Detection System，NIDS）： NIDS 位于网络中，监视通过网络传输的数据流量。它分析传入和传出的数据包，以检测任何与已知攻击模式或异常行为匹配的情况。一旦发现潜在的入侵，NIDS 可以触发警报或采取其他预定的响应措施。
主机入侵检测系统（Host Intrusion Detection System，HIDS）： HIDS 安装在单个主机或服务器上，监视该主机上的操作系统和应用程序活动。它可以检测与主机安全性有关的异常行为，例如潜在的恶意进程、文件更改或异常登录尝试。
SU（Service Unit） 通常用于标识和管理不同的网络资源单元或服务单元,包括服务节点、服务器、路由器、交换机等
服务器汇聚：服务器集中放置点，是一个物理位置或区域，通常位于数据中心内部，用于容纳大量服务器和网络设备。
圈圈 ：作用 高可用 实现方式 双链路或堆叠方式或主备
网络的历史发展？
MILNE：T用于连接和支持美国国防部和其他军事部门的计算机系统，后期解散
MILNET在早期使用了一种名为"MIL-STD-1777"的安全通信协议，以满足军事通信的加密和认证需求。后期军方也是使用TCP/IP标准协议
ARPA Net：成为一个真正的互联网络，它成功地连接了不同类型的计算机，不仅解决了硬件和软件不兼容的问题，还为后来的互联网发展奠定了基础。
NSFNET：成为Internet上主要用于科研和教育的主干部分，代替了ARPANET的骨干地位
Internet：商业机构开始接入Internet，使Internet开始了商业化的新进程
OSI参考模型
为什么使用分层结构？
降低复杂性
提高设备的兼容性
提供标准化的接口
促进模块化工作
简化教学和学习
易于实现与维护
OSI模型将数据通讯过程分割为7个层次，每个层次都负责各自的
功能，并设计了对应的协议实现这些功能，各个层次之间有标准化
的接口。
PDU 协议数据单元（Protocol Data Unit)
描述在不同层次的网络协议中传输的数据的单元或块。
比特 帧 包 段 数据
网络层：
网络应用
为网络用户之间的通信提供专用的程序
为用户提供网络管理，文件传输，事务处理等服务
应用层包含的协议最多，也最复杂
一些常见的应用层协议包括HTTP（用于Web浏览）、SMTP（用于电子邮件传输）、FTP（用于文件传输）、DNS（用于域名解析）、POP3和IMAP（用于电子邮件接收）、TELNET（用于远程登录）、SNMP（用于网络管理）等等。
表示层：
数据表示
向上对应用层提供服务，向下接收会话层服务
确保应用接收到的数据可读
规范数据格式于结构
数据压缩和解压，加压和解密
会话层：
会话建立维护管理
会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理
在不同的进程间管理维持会话，并能使会话获得同步
担负应用进程服务要求，而运输层不能完成的那部分工作
传输层：
建立主机端到端连接
处理主机之间的传输问题
确保数据传输的可靠性
建立，维护和终止虚电路
容错机制和流量控制
网络层：
寻址和路由
路由数据包，提供逻辑寻址
基于网络层地址进程不同网络系统间的最优路径选择
网络层为建立网络连接和为上层提供服务
数据链路层：
介质访问，链路管理
负责将上层数据封装成固定格式的帧
为了防止数据传输过程钟产生误码，在帧尾部加校验信息
还有流控机制，会试探接受方缓存调整速率大小
物理层：
二进制传输
定义了电气，机械，形状针脚等物理特性
主要功能是完成相邻节点之间原始比特流的传输，它关心的是如何用物理信号表示0和1
传输过程：
发送方对原始数据进行封装，通过介质发送到下一跳设备
中间的网络设备对数据包进行解封装，查看对应信息，根据表项进行转发
数据经过中转达到目的设备，解封装后到达目标应用程序
TCP/IP协议栈
与OSI模型的区别
TCP/IP总共定义了 4层
OSI的1、2层合并为网络接入层
OSI的5、6、7层合并为网络应用层
OSI模型与TCP/IP模型都是描述网络设备之间通讯标准流程
TCP/IP模型是Internet的基本协议
TCP/IP各层内容简介、数据封装
应用层：
为应用程序提供网络服务
› 网络应用
>> 微博、微信、QQ、迅雷......
› 邮件服务（SMTP、POP3）
>> Outlook、新浪邮箱......
› 网页服务（http、https）
>> 百度、搜狐、网易
› 网络管理
>> SNMP
› 远程登录
>> Telnet、ssh
› 地址服务
>> DNS、DHCP
传输层：
提供端到端的传输服务
› 基于TCP的协议，可靠传输、有重传机制
>> FTP、SMTP、Telnet、HTTP
› 基于UDP的协议，不可靠传输、效率高
>> TFTP、SNMP、DHCP
TCP/UDP端口号范围是0~65535，其中0~1023是熟知端口号，已固定分配给常用应用程序
TCP/UDP 常见协议端口号：
传输层的区别（TCP/UDP ）
UDP报文结构简单，传输效率高，但不具备排序功能以及重传机制，数据包到达目的地时，有可能因为网 络问题，出现乱序或者丢包现象
常用在视频、语音应用等
TCP报文结构相对复杂，具备序列号、确认号、窗口大小等字段，使其具备排序功能、重传机制、滑动窗 口机制，确保数据传输的可靠性，使得数据能够准确按序到达目的地
常用在HTTP、FTP等可靠传输
基于TCP协议
传输数据前：由TCP建立连接
传输过程中：由TCP解决可靠性、有序性，进行流量控制
传输结束后：由TCP拆除连接
TCP头部字段
端口号：源端口标识发送方的进程，目的端口标识接收方的进程
序列号：保证数据传输的有序性，确认号对收到的数据进行确认
窗口大小：传输阶段，每次连续发送数据的大小
Flag字段：
ACK：确认号标志，置1表示确认号有效，表示收到对端的特定数据
RST：复位标志，置1表示拒绝错误和非法的数据包，复位错误的连接
SYN：同步序号标志，置1表示同步序号，用来建立连接
FIN：结束标志，置1表示连接将被断开，用于拆除连接
TCP建立连接：三次握手
TCP协议工作过程 ------ 重传机制
当某个包因网络问题，传输失败，接收方仅确认上一个数据包
发送方将根据确认号，进行数据重传
TCP拆除连接 四次挥手
网络层
• 提供主机到主机的传输服务
• IP
›
提供主机到主机的传输服务
• ICMP
›
辅助IP工作，提供出错和控制信息
• ARP
›
解析IP与MAC的映射
网络接入层
• 在相邻节点间提供数据传输服务
• 局域网
› IEEE802.2 定义LLC子层
› IEEE802.3 以太网标准
• 广域网
› HDLC
› PPP
› Frame Relay
• 为数据传输提供物理通道
• 定义接口、线缆标准、传输速率、传输距离
等参数
• 物理层介质
› 同轴电缆、双绞线、光纤、无线等
报文的封装与解封装：
向下层层封装，向上层层封装
OSI参考模型中，表示层的作用是什么？
数据表示、加密、解密
TCP/IP协议栈与OSI模型的区别是什么？
与OSI模型的区别
TCP/IP总共定义了4层
OSI的1、2层合并为网络接入层
OSI的5、6、7层合并为网络应用层
OSI模型与TCP/IP模型都是描述网络设备之间通讯标准流程
TCP/IP模型是Internet的基本协议
1.2 IPV4编制及子网划分
网络位计算？
网络号是通过将IP地址与子网掩码进行逻辑与操作来计算的
IP（Internet Protocol）是网络层的协议族，用于在计算机网络中标识和路由数据包。目前主要有两个版本的IP协议，分别是IPv4和IPv6
IPV4地址的作用?
用于标识一个节点的网络地址
IPv4 报文结构：
版本：目前的IP协议版本号为4
服务类型：用于IP报文的标记，多用于QoS
生存时间：IP报文所允许通过的路由器的最大数量
协议：指出IP报文携带的数据使用的协议
源IP地址：标识IP数据报的源端设备
目的IP地址：标识IP数据报的目的地址
IP地址结构：IPv4地址长度为32位，包括网络位和主机位两部分
网络位是为了标识这个IP地址所属的网段
主机位是为了标识这个IP地址在网段中具体的节点
IPv4的表达：
为了方便书写和表达，我们将IPv4地址分为4段，称为"点分十进制"
每段从0开始到255结束，最小的IP是0.0.0.0，最大的IP是255.255.255.255
点分十进制的计算:
IP地址分类
早期的网络中，IP地址没有掩码的概念
为了方便划分网络大小，根据网络大小的不同，按照"有类"的方式将网络划分为A、B、C、D、E五类
A、B、C类IP地址的网络位都是固定的，D、E类IP地址没有网络位与主机位
A类地址：
网络号：网络位不变，主机位全为零 计算结构就是网络号
A类IP地址范围：1.0.0.0~126.255.255.255；
前8位为网络位，第一位为0，其余的7位可以分配，A类地址共分为 2 7 块，每一块网络号不同；
网络号是通过将IP地址与子网掩码进行逻辑与操作来计算的
每个A类网络可以分配的主机号的数量为 2^ 24 -2=16777214（主机号全为0和全为1的两个地址保留）；
B类地址：
B类IP地址范围：128.0.0.0~191.255.255.255；
前16位为网络位，前两位为10，其余的14位可以分配，B类地址共分为 2^ 14 块；
B类网络可以分配的主机号的数量为 2 16 -2=65534（主机号全为0和全为1的两个地址保留）；
C 类地址：
C类IP地址：192.0.0.0~223.255.255.255；
前24位为网络位，前三位为110，其余的21位可以分配，C类地址共分为 2^ 21 块；
C类网络可以分配的主机号的数量为 2 8 -2=254（主机号全为0和全为1的两个地址保留）；
D类地址：
D类IP地址：224.0.0.0~239.255.255.255；
D类地址不标识网络，用于组播地址；
E类地址：
E类IP地址：240.0.0.0~247.255.255.255；
E类地址暂时保留，用于科研实验；
私有IP地址
为了节省IP地址，将IP地址分为
公有地址
私有地址
私有地址
A类:10.0.0.0至10.255.255.255
B类:172.16.0.0至172.31.255.255
C类:192.168.0.0至192.168.255.255
私有地址只能应用于企业内网
在企业边界通过NAT把数据的私有地址转换为公有地址
特殊地址
本地回环地址（测试）
127.X.X.X
网络号：主机位全为0
例：192.168.1.0/24
子网广播地址：主机位全为1
例：192.168.1.255/24
本地广播地址
255.255.255.255
未知地址：网络位和主机位全为0
0.0.0.0
VLSM、IP地址规划
VLSM：（ Variable Length Subnet Masking ） 可变长度子网掩码
允许根据子网的需求使用不同长度的子网掩码来划分IP地址空间，以提高IP地址的有效利用率和网络灵活性。
子网掩码：
子网掩码用来区分IP地址中的网络位和主机位
子网掩码由连续的1和0组成：1表示对应IP地址的网络位，0表示对应IP地址的主机位
IP地址和子网掩码本质均是由32位二进制数字组成
为了书写方便，使用"/数字"法表示子网掩码
子网划分：
改变子网掩码，把一个大的网络划分为若干个小的网络
提高IP地址的使用率
子网的个数： 2^ 𝑋 (x 代表子网的位数)
每个子网内有效主机个数： 2 y -2(y 代表主机位数)
子网划分：
一个C类网段：192.168.10.0/24
默认掩码 /24（255.255.255.0）
总共IP ，2的8次方=256个
掩码就像一把"刀"，将网段进行"切割"
子网划分案例 ------ B类网络
子网划分举例：172.16.0.0 255.255.0.0（/16）
将一个B类地址划分为多个 C类地址
子网划分前可用IP地址数为 2 16 -2=65534个，都在同一个网段
子网划分后172.16.0.0被划分为 2 8 个C类地址，每个子类地址可用IP地址数为254个
CIDR 子网聚合 CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由)
将多个"有类"的子网合并成一个，以减少路由表中的路由条目
不受制于A B C类地址空间，消除了自然分类地址和子网划分的界限
CIDR 子网聚合案例
路由聚合将多条路由聚合为一条，大大减少了路由器中路由的条目
路由聚合的计算方法
第一步：将地址转换为二进制格式，并将它们对齐
第二步：找到所有地址中都相同的最后一位。在它后面划一条竖线。
第三步：竖线左边的位数为子网掩码位数。
第四步：竖线右边全设为零，竖线左边保持不变，即可形成路由汇总网络地址
园区网络IP地址规划
网络划分影响
网络路由协议算法的效率
网络的性能
网络的扩展
网络的管理
IP地址规划主要遵从四个原则：
唯一性：一个IP网络中不能有两个主机使用相同的IP地址
可扩展性：在IP地址分配时，要有一定的余量，以满足网络扩展时的需要
连续性：分配的连续的IP地址要有利于管理和地址汇总，连续的IP地址易于汇总，减小路由表，提高路由效率
实意性：分配IP地址时尽量使所分配的IP地址具有一定实际意义
例如：使人一看到该IP地址就可以知道此IP地址分配给了哪个部门或哪个地区
节约IP地址的技巧
在分配IP地址时，如需要节约IP地址，注意以下几点：
配置Loopback地址时，使用的子网掩码为32
配置互联地址时，使用的子网掩码为/30
对各业务网关进行统一设定
比如：将所有的网关统一设置成X.X.X.254
在完成IP地址规划之后，公司既可以配置静态IP地址，也可以使用DHCP服务器动态分配IP地址
园区网络IP地址规划练习
在设备管理网段中使用32位的掩码，实际上是将整个IP地址空间分配给该设备管理网段，并为每个设备分配一个唯一的IP地址
某园区网络进行全新组网，网络设计阶段需要对IP地址进行规划，用户需求如下：
整套网络系统需要根据功能模块进行规划：
办公网络，需要进行预留
业务网络，需要进行预留
设备管理网段，使用32位的掩码
设备互联网段，使用30位的掩码
园区的楼宇以及终端设备数量情况如下：
总共3栋楼，每栋楼3层，每层10间房间
每间房间，大约有3台办公设备，3台业务设备
网络设备根据IP地址规划需求进行部署
- 子网掩码为255.255.0.0，下列哪一个IP地址不在同一个网段中？（ C
）
A. 172.25.16.20
B. 172.25.16.15
C. 172.16.25.16
D. 172.25.16.16 - B类地址子网掩码为255.255.255.248，则每个子网的可用主机地址数量为（ C ）
A. 10
B. 8
C. 6
D. 4