计算机网络

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计算机网络

开放互连参考模型

OSI/RM 七层模型：

  1. 应用层
    1. 主要功能：实现具体的应用功能
    2. 主要设备及协议 POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS
  2. 表示层
    1. 主要功能：数据的格式与表达、加密、压缩
    2. 主要设备及协议 POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS
  3. 会话层
    1. 主要功能：建立、管理和终止会话
    2. 主要设备及协议 POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS
  4. 传输层
    1. 主要功能：端到端的连接
    2. 主要设备及协议：协议（TCP、UDP）
  5. 网络层
    1. 主要功能：分组传输和路由选择
    2. 主要设备及协议：三层交换器、路由器，协议：ARP、RARP、IP、ICMP
  6. 数据链路层
    1. 主要功能：传送以桢为单位的信息
    2. 主要设备及协议：网桥、交换机、网卡，协议 PPTP、L2TP、SLIP、PPP
  7. 物理层
    1. 主要功能：二进制传输
    2. 主要设备及协议：中断器、集线器(多端口中继器)
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传输时一层层在数据前添加头信息，解析时一层层删除头信息，从而获取数据

例题：网桥与集线器的区别是什么？

  1. 网桥和集线器都不能检测冲突，只能隔离冲突
  2. 集线器是物理层设备，网桥是数据链路层设备
  3. 网桥只有两个端口，两端分别对应 mac 地址，集线器是一种多端口中继器，交换机是多端口网桥。

TCP-IP 协议簇(重点)

常见协议基础

TCP/IP 模型(4 层模型)：

  1. 应用层：对应 7 层模型中的应用层+表示层+会话层
    1. 主要协议 如图
    2. DNS：域名解析，将域名转为 IP 地址
  2. 传输层：对应 7 层模型中的传输层
    1. 主要协议：TCP、UDP
  3. 网络层(网际层)：对应 7 层模型中的网络层
    1. 主要协议：IP、ICMP、IGMP、ARP（ip 转 mac）、RARP（mac 转 ip）
  4. 网络接口层：对应 7 层模型中的数据链路层+物理层
    1. 主要协议：CSMA/CD、TokingRing

端口 0 ～ 1023 为共用端口，一般不建议占用。

TCP/IP对应协议
TCP/IP对应协议

TCP/IP 协议族

  1. POP3：默认 110 端口，邮件收取
  2. SMTP：默认 25 端口，邮件发送
  3. FTP：默认 20/21 端口，文件传输协议，21 为控制端口 20 为上传端口
  4. HTTP：默认 80 端口，超文本传输协议、网页传输
  5. DHCP：默认 67 端口，IP 地址自动获取
  6. SNMP：默认 161 端口，简单网络管理协议
  7. DNS：默认 53 端口，域名解析协议，记录域名与 IP 的映射关系
  8. TCP：可靠但不安全的传输层协议
  9. UDP：不可靠的传输层协议
  10. ICMP：因特网控制协议，ping 命令来自于此
  11. IGMP：组播协议，组播地址范围：224.0.0.0-239.255.255.255
  12. ARP：地址解析协议，将 IP 地址转换为 MAC 地址
  13. RARP：反向地址解析协议，将 MAC 地址转换为 IP 地址

TCP 与 UDP

共同点：

都是基于IP协议的传输层协议，可以通过端口寻址

不同点：

TCP：面向连接(连接管理)、三次握手、流量控制、差错校验和重传、IP数据报按序接收不丢失不重复、可靠性强、但是牺牲通信量，通信效率低。

UDP：不可靠、无连接，错误检测功能弱、无流量控制，有助于提高传输的高速率性。不对无序IP数据报重新排序、不负责重传、不消除重复IP数据报、不对已收到的数据报进行确认、不负责建立或终止连接，这些操作通常由UDP进行通信的应用程序进行处理。

协议应用提升

DHCP
DHCP
DNS
DNS

例题：在浏览器输入一个正确的网址后，本地主机将首先在本机 hosts 文件中查找有没有该网址对应的 IP 地址。

网络诊断命令

  1. ping：用于检查网络是否连通，例如：ping www.baidu.com
  2. tracert(linux：traceroute)：用于确定 IP 数据包访问目标所采取的路径，若网络不通，能定位到具体哪个结点不通。
  3. ipconfig(linux：ifconfig)：显示 TCP/IP 配置信息，例如 mac 地址、网关地址等。
  4. nslookup：查询 DNS 记录
  5. Netstat：用于显示网络连接、路由表和网络接口信息；

LISTEN：侦听来自远方的 TCP 端口的连接请求；
SYN-SENT：在发送连接请求后等待匹配的连接请求；
SYN-RECEIVED：在收到和发送一个连接请求后等待对方对连接请求的确认；
ESTABLISHED：连接已经建立，可以进行数据传输；
FIN-WAIT-1：等待对方发送一个中断请求(FIN 包)，表示即将关闭连接；
FIN-WAIT-2：从远程 TCP 等待连接中断请求；
CLOSE-WAIT：等待从本地用户发起的连接中断请求；
LAST-ACK：等待原来的发向远程 TCP 的连接中断请求的确认；
TIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程 TCP 接收到连接中断请求。
CLOSING：已关闭，没有任何连接状态。

例题 1：在 Windows 系统中，想获取某个网络开放端口所对应的应用程序信息，可以使用 Netstat。

例题 2：使用 ipconfig/release 可以释放当前主机自动获取的 IP 地址。

IP 地址与子网划分

IP 地址分类及特殊的 IP 地址

IP 地址分类

IPv4 地址由 32 位组成，每 8 位表示一个字节，共 4 字节，即 32 位。

  1. A 类地址前 8 位是网络，主机号是后 24 位，私有网络范围 1.0.0.1 到 126.255.255.254
  2. B 类地址前 16 位是网络，主机号是后 16 位，私有网络范围 128.0.0.1 到 191.255.255.254
  3. C 类地址前 24 位是网络，主机号是后 8 位，私有网络范围 192.0.0.1 到 223.255.255.254

特殊的 IP 地址

IP说明
127 网段回播地址，本地环回地址，用于本机之间进行数据传输
主机号非全 0 和非全 1可作为子网中的主机号使用
主机号全 0 地址代表这个网络本身，可作为子网地址使用
主机号全 1 地址特定子网的广播地址
169.254.0.0/16保留地址，用于 DHCP 失效(Windows 中)
0.0.0.0保留地址，用于 DHCP 失效(Linux 中)

子网划分与路由汇聚

子网划分

将一个网络划分成多个子网(取部分主机号当子网号)。子网IP = 原网络号 + 子网号 + 主机号

例：将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网，其子网掩码多少？

  1. B类IP，其网络号16位
  2. 划分为27个子网，至少需要5位二进制数字(25=32>272^5 = 32 > 27)
  3. 子网掩码：原网络号(1111 1111 1111 1111) 子网所需(1111 1000) 主机号(0000 0000) = 255.255.248.0

扩展：其能表示的主机个数为多少？

  1. 32 - 16 - 5 = 11;
  2. 主机数：211−22^{11} - 2：排除全0和全1的情况

例题2:将B类IP地址168.195.0.0划分成若干个子网，每个子网内有主机700台，则子网掩码为多少？

  1. 主机有700台，210=1024>7002^{10} = 1024 > 700，则主机位需要10个。
  2. 子网号则有32 - 16 - 10 = 6位。
  3. 子网掩码：11111111 11111111 11111100 00000000 = 255.255.252.0

路由汇聚

将多个网络合并成一个大网络(取部分网络号当主机号)。ip = 网络号(大网络 + 子网号) + 主机号

例题：设有两个子网202.118.133.0/24和202.118.130.0/24，如果进行路由汇聚，得到的网络地址为？

  1. 202.118相同，先取出
  2. 133转二进制为1000 0101，130转二进制为1000 0010，找出其相似位置1000 0补全(000)
  3. 得到的网络地址为：202.118.128.0/21（为什么是21：相似位置为16 + 5 = 21位）
例题
例题

IPv6

IPv4的地址长度为32位，最大地址差不多40亿左右，现在属于不够用。

IPv6是设计用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一大协议。

  1. IPv6的长度为128位，地址空间增大了2962^{96}倍。
  2. 灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPv4中的可变长度的选项字段。IPv6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路由选项不做任何处理，加快了报文处理速度。
  3. IPv6简化了报文头部格式，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量。
  4. 提高安全性。身份认证和隐私权是IPv6的关键特性。
  5. 支持更多的服务类型。
  6. 允许协议继续演变，增加新的功能。

IPv4到IPv6的过渡技术有：

  1. 双协议栈技术：通过节点对IPv4和IPv6双协议栈的支持，从而支持两种业务并存。
  2. 隧道技术：通过在IPv4中部署隧道，实现在IPv4网络上对IPv6业务的承载，保证业务的共存和过渡。
  3. NAT-PT技术：NAT-PT使用网关设备连接IPv4和IPv6网络。当其互相访问时，NAT-PT网关实现两种协议的转换翻译和地址映射。

网络规划与设计

规划与设计
规划与设计
层次化网络设计
层次化网络设计

网络接入技术

网络分类
网络分类

网络接入分为有限接入和无线接入。

网络接入
网络接入

www服务

URL

internet地址：域名格式和IP地址格式。

URL：统一资源定位符，是指在互联网上标准资源的地址。互联网上的每一个文件都有唯一的URL，它包含的信息指出文件的位置以及浏览器应该如何处理它。

URL格式：协议名://主机名.组名.最高层域名。例如http://www.baidu.comopen in new window

URL格式：protocol://hostname[:port]/path/filename

protocol指定使用的传输协议，最常见的为http或https。也有其他的，例如ftp、file等。

hostname为主机名，可以是IP地址，也可以是域名。

port为所使用的端口号，可以为默认值。

path指路径，使用一个或多个"/"，表示文件在主机的一个目录或文件地址。

filename是指要打开的文件名。

HTML

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