網路的基礎知識：

網路的概念

網路是由節點和連線構成，表示諸多物件及其相互聯絡。在數學上，網路是一種圖，一般認為專指加權圖。網路 除了數學定義外，還有具體的物理含義，即網路是從某種相同型別的實際問題中抽象出來的模型。在計算機域 中，網路是資訊傳輸、接收、共享的虛擬平臺，通過它把各個點、面、體的資訊聯絡到一起，從而實現這些資源 的共享。網路是人類發展史來最重要的發明，提高了科技和人類社會的發展。

網路的功能：

資料通訊

資源共享

兩個模型

ISO/OSI

TCP/IP

網路的特徵：

速度

成本

安全性

可用性： 可用時間/總時間

可擴充套件性

可靠性

拓撲：物理拓撲；

邏輯拓撲：資料傳輸的路徑

網路的組成元件

一般來說，兩臺或以上計算機使用任意介質(電纜、光纖或無線電波)、任意網路來進行連線，並進行資源共享及通訊，就可以稱為計算機網路。

網路協議是網路上建立通訊及傳輸資料的雙方必須遵守的通訊標準，它定義了接收方和傳送方進行通訊所必須遵循的規則，雙方同層的協議必須一致，否則無法進行通訊或資料錯誤。為了組建通訊網路，通常需要一些特殊的裝置，下圖是一個常見的網路連線圖：

節點(node)：節點主要是具有網路地址 (IP) 的裝置之稱。

伺服器主機(server)：提供資料以響應給使用者的主機，都可以被稱為是一部伺服器。

工作站(workstation)或客戶端(client)：主動發起聯機去要求資料的，就可以稱為是客戶(client)。

網絡卡(Network Interface Card,NIC)：主要提供網路聯機的裝置

網路介面：主要在提供網路地址(IP) 的任務。主機內部也都擁有一個內部的網路介面，就是loopback這個測 試介面！

網路形態或拓樸(topology)：各個節點在網路上面的連結方式，一般講的是物理連線方式。

路由(route):是指路由器從一個介面上收到資料包，根據資料包的目的地址進行定向並轉發到另一個介面 程, 其工作在OSI參考模型第三層——網路層的資料包轉發裝置。

閘道器(gateway):又稱網間聯結器、協議轉換器。閘道器在網路層以上實現網路互連，是最複雜的網路互連裝置，僅用 於兩個高層協議不同的網路互連。

OSI網路模型與TCP/IP網路模型

由ISO所定義的7層網路模型--OSI(Open System Interconnect,開放系統互連)是網路發展中的一個重要里程碑，它的出現使各種網路技術和裝置有了參考依據，在網路協議的設計和統一上起到一定作用。

OSI:開放式系統互連 根據功能分層

為什麼要使用分層網路模型？

降低複雜性

標準化介面

模組化設計

確保技術的互操作性

加快發展速度

簡化教學

OSI的7層模型中每一層都有清晰的特徵。其中第7-4層處理資料來源和資料目的地之間的通訊問題，第3-1層處理網路裝置間的通訊。各層功能為：

物理層：定義了有關傳輸介質的特性標準規範。具電氣特性；機械特性；過程特性；功能特性； 二進位制傳輸

資料鏈路層：物理鏈路並不可靠，可能會出現錯誤。資料鏈路層將資料分成幀，以資料幀為最基本單位進行傳輸，通過收到的資料幀進行重新排序和整理，把不可靠的物理鏈路轉化成網路模型的上層協議中可靠的資料鏈路。 定義實體地址； 建立邏輯連結； 資料校驗功能

網路層：對資料按一定的長度進行分組，並在每個分組的頭中記錄源和目的主機的地址，然後根據這些地址來決定從源主機到目的主機的路徑。如果存在多條路徑，還要負責進行路由選擇。

傳輸層：這層的功能包括是選擇差錯恢復協議還是無差錯恢復協議，在同一主機上對不同應用的資料流的輸入進行復用，以及對所收到的順序不對的資料包進行重新排序。

會話層：在網路實體間建立、管理和終止通訊應用服務請求和響應會話等。

表示層：進行程式碼轉換功能，以保證源主機的資料在目的主機上同樣能被識別。

應用層：OSI模型的最高層，實現網路與使用者的直接對話。

OSI的7層模型是一個理論模型，由於它太過龐大和複雜受到很多批評，而技術人員自己開發的TCP/IP協議棧則獲得更為廣泛的應用。與OSI的7層模型不同，TCP/IP模型沒有把主要精力放在嚴格的層次劃分上，而是側重於裝置間的資料傳輸。TCP/IP模型的各層功能：

網路介面層(鏈結層)：定義瞭如何在已有的物理網路介質上傳輸資料，在這層中包含乙太網、令牌環網、幀中繼和非同步傳輸模式等。

網路層：將資料封裝成IP(Internet Protocol)資料包，發往目標網路或主機。在這層包含了IP、

ICMP、IGMP、以及ARP等協議。

傳輸層：定義了資料傳輸時所使用的服務質量以及連線狀態，實現源端主機和目標主機上對等實體間的會話。在傳輸層上有兩個不同的協議：TCP、UDP。

應用層：TCP/IP模型將OSI參考模型中的會話層和表示層的合併到應用層，它定義了TCP/IP應用程式通訊協議，包括HTTP、FTP、DNS和SMTP等。其中，沒中協議都對應不同的網路服務，他們一般都會有特殊的埠號。

TCP/IP ：根據協議分層

應用層

||-----協議埠

傳輸層

||---協議號

Internet層

||---協議型別

網路訪問層

TCP/IP網路層

Internet層：

協議特徵：

運行於OSI網路層

面向無連線協議

獨立處理資料包

分層編址

盡力而為傳輸

無資料恢復功能

Internet Protocol---IP

ARP協議：地址解析協議

邏輯地址---》實體地址

在已知邏輯地址的情況下獲取對應的實體地址

如何解析:

1.每一個參與網路裝置的功能中都有一個ARP庫

2.ARP快取，通過ARP協議進行廣播，指定的目標主機進行迴應，本機快取對應的結果資訊

RARP：反向地址解析協議

實體地址--》邏輯地址

已知本機實體地址獲取合法邏輯地址

用於無盤工作站

面向無連線：

1.無需在通訊之前建立通訊連線，也無需維護連線穩定，通訊結束也無需拆除連線

2.無序資料傳輸

3.資料恢復機制和資料可靠性保證

平面編址和分層編址：

平面編址：將所需管理的資源從頭到尾按照固定大小分成若干個cell，每個cell進行獨立編址

特點：編址容易，定址需要遍歷

分層編址：將所需要管理的資源進行各種分類，按照對應的類別進行編制

特點：編址複雜，定址方便

IP地址由兩部分組成：

網路：用來描述指定主機所在的網路範圍

主機：用來描述指定主機在特定的網路範圍中的具體位置

IP地址：是由IPv4協議定製的

整個地址由32位2進位制構成： 網路位+主機位=32

IP地址分類：

A類：第一個二進位制位必須為0，並且網路位8位

B類：前兩個二進位制位必須為10，並且網路位16位

C類：前三個二進位制位必須為110，並且網路位24位

D類：前四個二進位制位必須為1110，並且網路位32位，通常用於組播通訊

E類：前四個二進位制位必須為1111，保留未被使用，用於科學研究

IP地址的點分十進位制表示法：

1.將32位的IP地址位，以8位為一組劃分為4組

2.每組間以.為分隔

3.將每個8位組轉換為十進位制表達

使用點分十進位制表示法表示的各類ip地址範圍

A類：0.0.0.0 —— 127.255.255.255

第一個8位組全為0的為無效IP，因為其表示整個IP棧

第一個8位組中除了第一個外全為1的，稱為環回地址

有效IP地址：1.0.0.0 - 126.255.255.255

B類：128.0.0.0 - 191.255.255.255

C類：192.0.0.0 - 223.255.255.255

D類：224.0.0.0 - 239.255.255.255

E類：240.0.0.0 - 255.255.255.255

6.4

IP地址2

保留地址：不能選擇為其他主機使用的IP地址

0.0.0.0 —— 0.255.255.255

127.0.0.0 —— 127.255.255.255

自動分配地址

169.254.0.0 —— 169.254.255.255

網路地址：主機位全為0的地址

1.0.0.0：表示一個範圍名稱

廣播地址：主機位全為1的地址

1.255.255.255：作為目的地址代表整個網段中的所有IP地址

定向廣播地址：

255.255.255.255：作為目的地址代表整個IP地址棧中的所有IP地址

IPv4地址總數：4億9400萬

取出IP地址：

D,E類：5億

0和127網段地址：3500萬

169.254網段地址：65536

網路地址：126+16384+209萬

廣播地址：126+16384+209萬

可以分配給主機使用的地址 大約36億

為了解決IP地址枯竭的問題：

增加IP地址複用次數

私有IP地址：可以重複使用，網際網路無法為其路由

A:10.0.0.0 —— 10.255.255.255

B:172.16.0.0 -- 172.31.255.255

C:192.168.0.0 -- 192.168.255.255

共有IP地址：可以在網際網路中使用，但必須唯一

NAT：net address translation

SNET：源地址轉換，使用公有IP地址替換資料包中私有IP地址

DNET：目的地址轉換，使用私有IP地址替換包中的公有IP地址

研究更加龐大的地址棧

IPv6：128bit

冒號分，16進位制

IPV4 IPV6共存

1.地址轉換

2.IPv6地址包含IPv4地址：IPv6地址的最右側的32位就是IPv4的地址

IP首部的格式：

Ver：version，4bit，協議版本資訊； ipv4：0100 ipv6：0110

IHL：Internet protocol Header Length，IP首部長度， 4bit 15行

20byte —— 60byte，必須為4的整數倍

服務型別：

4bits：服務型別

0000,0001,0010,0100,1000

最大頻寬，最小延遲，最大吞吐量，最高可靠性

1bit：保留位

3bits：優先順序

000,001,010,011,100,101,110,111

資料包長度：16bits，65536byte，包括首部；64KB

標識：16bits，標識資料的來源，標識指定的資料是由哪個源資料分片得到的

標誌：3bits，

第一位：保留

第二位：是否分片，未分片資料為0分片為1

第三位：是否有更多分片，表示資料是否為最後一片

000,010,011

片偏移：13bits，IP協議對資料包進行分片之後的序號

生存時間(TTL)：8bits，計數器

每一個數據包都會獲得一個初始的TTL值，在每次經過一個路由裝置後，都會自減1，

0表示該資料包為不可用資料，下一次路由裝置將其獲取後會直接丟棄，可以有效

防止資料包無限迴圈傳輸

TTL初始值：255,128,64

協議號：8bits，網際網路層和傳輸層直接的通訊介面，根據協議號指示的內容，正確接收資料 之後，向上交給傳輸層的哪個協議進行進一步解封處理

TCP:6

UDP:17

OSPE:89

EIGRP:88

首部校驗和：16bits，進行首部校驗可靠性校驗

源地址：32bits

目的地址：32bits

計算機如何使用IP地址

源IPv4地址：傳送資料的主機上配置的IP地址

源IPv4的配置方式：

手動配置：直接向網絡卡的配置檔案中填入我們認為合法的IPv4地址

特點：地址分配精確，但是管理員重複工作量大，容易手誤導致主機無法接入網路

自動配置：沒有IP地址的計算機通過特定協議向其他能夠提供IP地址的計算機進行通訊，

並獲得IP地址

協議：

BOOTP:啟動協議

利用RARP協議向全網廣播獲取IP地址的需求 ；BOOTP伺服器會從其他地址池中選擇

一個ip地址，永久歸這臺主機使用

DHCP：動態主機配置協議

地址租借規劃；

每一個地址都有其對應的租約期限

續租的規則：

當租約期限過去一半的時候，客戶端聯絡伺服器進行地址續租；如果續租不成功， 客 戶端會嘗試連續三次，如果三次都不成功

當租約期限過去87.5%，客戶端會放棄IP地址；重新廣播是否有其他伺服器能夠讓 其繼續使用之前的IP地址；

一直等到客戶端IP地址徹底被釋放，客戶端將試圖從其他的伺服器獲得其他的IP地 址以連結網路

DHCP客戶端地址租借過程：四線會話

1.客戶端廣播發送DHCP Discover訊息，以確定網路中是否有DHCP伺服器為本機提供IP地址

2.伺服器收到DHCP Discover訊息後，會檢查自己的地址池，如果仍有IP地址，，就從中選擇一個向客戶端廣播發送DHCP OFFER訊息

3.客戶端接收到第一個DHCP OFFER訊息中的IP地址作為可選擇的IP地址，向網路中廣播DHCP Request訊息，通知伺服器，鑽釘這個IP地址作為本次通訊的IP地址

4.提供IP地址的伺服器收到DHCP Request訊息後，將IP地址和對應主機的實體地址臨時繫結；並且開始租約計時，給客戶端傳送DHCP ACK訊息。 不是提供該IP地址的伺服器收到DHCP Request，將剛剛提供的IP地址放入地址池中，並給客戶端傳送DHCP NAK訊息

目的IP地址如何給出：

手動指定：

直接在位址列中手動書寫目標主機的IP地址

自動解析：

DNS協議：Domain Name System，

在DNS伺服器上儲存著特定的域名和IP地址的對映關係；可以完成地址解析任務

地址解析：

正向地址解析：

通過域名獲得其對應的IP地址的過程

反向地址解析：

通過IP地址解析其域名的過程

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