网络基础总结

HCIA - 网络初级工程师

一、网络基础

第一阶段

网络的成长历史：先有电脑 -> 后来为了传输信息，产生网络 -> 对等网

应用层抽象语言（文字、声音、图像等）-> 编码
表示层编码 -> 二进制

表示层以下层都是二进制。

会话层提供会话地址 -- 无标准 -- 应用程序自行设定

上三层为应用程序对数据的加工处理 -- 故统称为应用流程

下四层负责数据传输转发 -- 统称为数据流程

传输层 -- 分段、端口号 TCP/UDP
网络层 -> internet协议 -- IP （逻辑寻址）---- IP地址
数据链路层 = 逻辑链路控制层（校验） -> LLC + 介质访问控制层 -> 控制芯片的程序：程序存储地址(MAC地址是二进制)，控制物理层和MAC地址(物理寻址)
物理层物理硬件

网络范围变大

节点增多 -- HUB(集线器)

多台电脑直线连接->总线型（直线型拓扑）

多台电脑连接成一个圈，环形->环型

车轮状，中心向四周连接多台电脑->星型

网状连接多台电脑 -> 网状型

使用集线器增加网络节点 --- 集线器为物理层设备，仅对电流进行加压和传导；任意接口进入的电流，均会被集线器使用自带供电，加压后延其他所有接口导出。

导致的问题或缺点：

不安全 -- 所有用户都能受到信息，就像广播一样。
延时很大 -- 产生大量的垃圾信息
冲突问题 -- 解决方法：排队：载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD) -> 排队机制 -- 没有完全解决冲突
地址需求 -> 唯一，格式统一

解决地址需求问题：MAC地址 -> 网卡芯片ID，出厂烧录，全球唯一，由于其存储在网卡芯片的控制程序中，而控制程序属于介质访问控制层（Medium Access Control Layer）介质层的简称为MAC，故称其成MAC地址；它由48位二进制构成，应用层使用16进制进行标识显示。

距离 -> 中继器（放大器--使用独立的供电，进行电压的恢复-纯物理加压-属于物理层-由于其不对电波的波形进行修改，故不能无限延长传输距离）

第二个阶段

网络增大的核心要求：

1、无限传输距离

2、完全没有冲突 -- 所有节点可以同时去手法自己的数据

3、单播 -- 一对一传输

网桥（过渡需求发展）-- 交换机：（属于介质访问控制层：将电信号识别为二进制，二进制识别为电信号）-> 控制物理层实现：二进制与电流间的转换。

交换机永远都是看原本电脑用户的MAC地址

作用：

提升端口密度 -- 继承集线器的功能 -- 同时连接多个节点
无线传输距离 -- 识别、存储、重写
彻底解决冲突 -- 识别、存储 -- 二进制可被存储和记录
实现单播转发 -- 节点之间一对一通讯

电流进入交换机后，识别为数据；交换机先查看数据中原MAC地址，然后将其对应的入口记录到本地的MAC地址表中；在查看目标MAC地址，基于本地的MAC表进行查询，若表中存在记录，仅向对应接口单一复制该流量；若表中没有记录，将洪泛该流量；
- 洪泛--除流量的接入外，其他所有接口均复制转发；

总结梳理：

大 -> 无限传输距离、无冲突、单播 -> 网桥（交换机）-> MAC地址（已知目标地址就单播，如果不知道就先洪泛，然后单播）->洪泛 -> 洪泛的范围（范围超过一定范围也会卡） -> 路由器（家用路由器，又称软路由）-> internet协议 -> IP地址 -> ARP -> 广播（交换机未参与到广播）(广播来，单播回)->广播域（洪泛域）：是有物理范围决定广播域的大小。

为了使用路由器扩大范围，这里出现了IP地址，这里的IP地址放在了新的一层网络层。

IP地址：逻辑地址--临时地址存在V4/V6两个版本

IPV4地址：32位二进制构成 -- 在应用层使用点分十进制显示

当直接关注一个ip地址，无法区分网络位和主机位；使用子网掩码来标记；

举例：

bash 复制代码

11000000  10101000   00000001  00000001
192.168.1.1   在32位的地址中：
前段为网络位 -- 对应不同的洪泛范围
后段为主机位 -- 标识本地在本范围内的唯一性

ARP: 地址解析协议 -- 通过某一种来获取另一种地址：

A-ARP(正向ARP地址解析协议)：PC1使用二层（介质访问控制层）广播，通过PC2的ip地址，获取PC2的MAC地址。该过程完成后，同时可以让中间的交换机生成MAC表，让两台设备之后能实现单播交互。

广播 -- 二层广播 -- 终端故意发送数据包时，将目标MAC地址设定为全1（该MAC地址在网络中不存在），迫使交换机洪泛该数据到整个洪泛范围。

网络速率约等于 (带宽/8)*85%

分段:

定义：共享式网络中，数据包容量不易过大，否则将可能无法正常传输；所以必须进行合理切分；分段大小由MTU值决定；

MTU -- 最大传输单元 -- 设备限制的一个数据包的一个数据包的最大容量，默认1500字节

端口号:16位二进制十进制使用

0-65535，其中1-1024注明端口-静态端口 -- 默认分配给各种服务；

1025-65535动态端口-高端口 -- 随机分配给各个进程

作用：用于区分同一设备上不同程序产生的不同进程。

UDP：用户数据报文协议

作用：传输层的基本工作协议；仅完成传输层的基本 -- 分段（受MTU限制）

分段后的一段组成部分：数据+数据端口+目标端口+UDP的长度+UDP校验和

TCP:传输控制协议

在完成了传输层的基本工作外，还需要保证传输的可靠性（即分段，添加端口号；又要保证数据的安全性）。

除了进行正常的分段和提供端口：还会进行可靠性的保障机制---面向连接可靠传输

面向连接：通过三次握手建立端到端的虚链路；

TCP3次握手，4次断开断开规则

三次握手 -- 在转发真正需要传递的数据前，先通过3次交流，来确定是否可以发送和接收，如何接收。

可靠传输：4种可靠机制 - 确定、排序、流控（滑动窗口机制·）、重传

协议的选择：

如果时效性强，就选UDP；时效性要求不高和安全和性能，就选TCP。

IPV4报头：

internet协议 -- 最重要的功能为逻辑寻址