网络通信基础

什么是网络？

答：网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成，表示诸多对象及其相互联系。网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享。网络是人类发展史来最重要的发明，提高了科技和人类社会的发展。

通信：信息的传递过程

数据通信网络：由路由器、交换机 、防火墙、无线控制器、无线接入点、以及个人电脑、网络打印机、服务器等设备构成的通信网络。

​ 功能：数据通信网络的最基本的功能就是实现数据互通

交换机：距离终端用户最近的设备，用于终端用户接入网络、对数据帧进行交换等。

—终端设备（PC、服务器等）网络接入

—二层交换

防火墙：网络安全设备，用于控制两个网络之间的安全通信。它通过监测、限制、更改跨越防火墙的数据流、尽可能地对外部屏蔽网络内部信息、结构和运行状况，以此来实现对网络的安全保护。

—隔离不同安全级别的网络

—实现不同安全级别的网络之间的访问控制（安全策略）

—用户身份认证

—实现远程接入功能

—实现数据加密及虚拟专用网业务

—执行网络地址转换

—其他安全功能

路由器：网络层设备，可以在Intel中进行数据报文转发。路由器根据所受到的报文的目的地址选择一条合适的路劲，将报文传送到下一个路由器或目的地，路径最后的路由器负责报文送交目的主机。

—实现同类型网络或异种网络之间的通信

—隔离广播域

—维护广播域

—维护路由表、运行路由协议

—路径（路由信息）选择、IP报文转发

—广域网接入、网络地址转换

—连接通过交换机组建的二层网络

网络按地理覆盖范围划分：

1. 局域网（LAN）：

   —在某一地理区域内由计算机、服务器以及各种网络设备组成的网络。局域网的覆盖范围一般是方圆几千米以内。

   —典型的局域网：一家公司的办公网络、一个网吧的网络、一个家庭网络等

2. 城域网（MAN）

   —在一个城市范围内所建立的计算机通信网络。

   —典型的城域网：宽带城域网、教育城域网、市级或省级电子政务专网等。

3. 广域网（WAN）

   —通常覆盖很大的地理范围，从几十公里到几千公里。它能连接多个城市甚至国家，并能提供远距离通信，形成国际性的大型网络。

   —典型的广域网：internet（因特网）。

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网络参考模型

数据：各种信息的载体

数据传输：大部分应用程序所产生的数据需要在不同的设备之间传递。

OSI参考模型

层layer：描述所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层。

服务：各层通过其SAP向上层提供一组功能。

分层的优点：

• 促进标准化工作，允许各个供应商进行开发
• 各层相互独立，吧网络操作分成低复杂性单元
• 灵活性好，某一层不会影响 到别层，设计者可专心设计和开发模块功能

TCP/IP常见协议

应用层：

• 应用层为应用软件提供接口，使应用程序能够使用网络服务。应用层协议会指定使用相应的传输层协议，以及传输层所使用的端口等
• 应用层的PDU被称为Data（数据）。
  

传输层：

• 传输层协议接收来自应用层协议的数据，封装上相应的传输层头部，帮助其建立：端到端“的连接。
• 传输层的PDU被称为Segment（段）

传输层协议：

• TCP：一种面向连接的、可靠的传输层协议。它会确保数据可以安全的从一方传输到另一方
• UDP：一种简单的无连接的传输层协议
• 三次握手：基于TCP的通信在数据传输前需要先进行三次握手，然后建立连接，开始数据的传输，在传输结束的时候，会执行改进的三次握手实现断开连接，由此可以看出这个过程的可靠性。在传输层，主机之间的通信是端到端的，两主机之间相互发送数据。

三次握手：主机1发送自己的序列号SYN：X给主机2，主机2收到后会发一个应答号ACK：X+1给主机1，同时会把自己的序列号SYN：Y也发给主机1，主机1收到后，会发应答号ACK：Y+1及序列号SYN：X+1给主机2，这样三次握手就完成了，两主机就可以进行通信。

在通信结束时，两主机执行改进的三次握手来实现通信的结束。主机1先发一个FIN报文段包给主机2，主机2收到后先发一个应答号ACK，然后开始关闭相关应用，待主机2的程序告诉主机，要彻底关闭应用时，主机2向主机1发送FIN报文段给主机1，主机1收到后发一个应答号ACK给主机2，表示彻底关闭了连接，结束了通信。在这个过程我们可以发现，三次握手使得双方可以可靠地实现对话，但这如果在小信息量的通信中，似乎效率有些低。

TCP数据域头格式：

UDP数据域头格式：

网络层：

• 传输层负责建立主机直接按进程与进程之间的连接，而网络层则负责数据从一台主机到另外一台主机之间的传递。

• 网络层的PDU被称为Packer（包）

网络层包括得协议有：IP、ICMP、ARP、RARP、DHCP等

IP协议：

IP协议是我们最常见的一种通信协议，它为每一台主机赋予了身份，使得不同主机之间可以通过IP进行访问，IP地址有32位和48位两种，32位的是IPv4，目前这种IP将要被分配完，之后将逐渐过渡到IPv6，更长的位数意味着可以分配更多不同的IP。

IPv4报文格式

IP地址分类（IPv4把IP地址分为五类）：

IP地址的计算？

什么是IP地址？

• IP地址在网络中用于标识一个节点（或者网络设备的接口）

• IP地址用于IP报文在网络中的寻址。

  IP地址就像现实中的地址，可以表示网络中的一个节点，数据就是通过它来找到目的地。

IP地址基本格式？

• 网络部分：用于标识一个网络

• 主机部分：用于区分一个网络内的不同主机

• 网络掩码：区分一个IP地址中的网络部分和主机部分

	IP地址 = 网络地址 + 主机地址 
	或
	IP地址 = 网络地址 + 子网地址 + 主机地址

为什么要划分子网？

子网划分的目的是:节约IP地址,避免浪费,限定广播的传播,保证网络的安全,有助于覆盖大型地理区域。

• 一个B类地址用于一个广播域，地址浪费
• 广播域太庞大，一旦发生广播，内网不堪重负。
• 将一个网络号划分为多个子网，每个子网分配给一个独立的广播域。
• 如此一来广播域的规模更小，网络规划更加合理。
• IP地址得到合理的利用

特殊IP地址？

私网IP地址？

私有IP的出现是为了解决公有IP地址不够用的情况。从A、B、C三类IP地址中拿出一部分作为私有IP地址，这些IP地址不能被路由到Internet骨干网上，Internet路由器也将丢弃该私有地址。如果私有IP地址想要连至Internet，需要将私有地址转换为公有地址。这个转换过程称为网络地址转换（Network Address Translation，NAT），通常使用路由器来执行NAT转换。
范围如下：

​ A: 10.0.0.0~10.255.255.255 即10.0.0.0/8

​ B:172.16.0.0~172.31.255.255即172.16.0.0/12

​ C:192.168.0.0~192.168.255.255 即192.168.0.0/16

数据链路层：

• 数据链路层位于网络层和物理层之间，可以向网络层的IP、IPv6z等协议提供服务。数据链路层的PDU被称为Frame（帧）。

• 以太网是最常见的数据链路层协议。

  

  

IP地址 VS MAC 地址

物理层：

• 数据到达物理层之后，物理层会根据物理介质的不同，将数字信号转换成光信号、电信号或者是电磁波信号。

• 物理层的PDU被称为比特流（Bitsteam）

  

数据包转发过程：

地址解析协议（ARP）：

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

华为网络操作系统（vrp）：

是华为公司数据通信产品得通用操作系统平台，作为华为公司从低端到核心得全系列路由器、以太网、交换机、业务网关等产品得核心引擎。

vrp提供以下功能：

—实现统一的用户界面和管理界面

—实现控制平面功能，并定义转发平面接口规范

—实现各产品转发平面与VRP控制平面的交互

—屏蔽各产品链路层对于网络层的差异

设备管理？

路由交换技术

以太网协议：

• 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号出来方法。
• 以太网是建立是CSDA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）机制上的广播型网络。

冲突域：

• 冲突域是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合，冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节点发出的报文（无论是单播、组播、广播），其余节点都可以收到。

  
  软件： wireshark 和ensp