计算机网络详解（基础篇）1-3章（韩立刚老师）

标签：协议 子网 MAC 地址 发送 计算机网络 韩立 详解 IP地址

1. lnternet发展

1. 网络：让部分电脑实现短距通信（较小范围：如实验室）
2. 互联网：路由器连接多个网络形成互联网，实现远距通信。（任意部门或单位或个体都可接入）通讯介质可以是光纤或无线信号。
3. 中国ISP：（主要移动服务提供商（ISP）：联通，电信，移动）在全国范围部署网络线路，在主要城市建设机房（本地区的企业可以将服务器托管），给城市和农村的网民提供internet接入 ADSL拨号上网。
4. 运营商的内网直接连接效率较高，运营商和运营商之间的连接效率会降低（降低带宽）。
5. 网络的带宽指的是你连接到本地ISP的带宽。
6. 多层级的ISP（一二三级）：本地，公司，大公司。（根据服务范围选择ISP的层级）

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2. 拓展知识：双线机房

同时连接两个运营商。（令同一个网站面对不同运营商的用户时的访问速度较为一致）实现电信用户访问电信线路，网通用户访问网通线路（不用转换运营商线路），这样实现电信网通均可以快速访问 。

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3.拓展知识：局域网和广域网

局域网：内网（覆盖范围小）需要自己购买设备(交换机等设备)进行组网。
广域网：（覆盖范围大）需要租用ISP链路。

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4. internet接入技术

1. 电话线 ASDL (非对称数字线路):早期的,成本较低
2. 有线电视(同轴电缆)
3. 光纤 (光纤入户):集中于网民较多的小区
4. 3/4/5G:通过ISP建设的基站进行无线通信
   补充:按硬件分类:PC和服务器; 按软件分类:服务器和客户机

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5. 服务器和客户机

1. 按硬件分类：PC 和 服务器
2. 按软件分类： 服务器 和 客户机

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6. 总线型以太网

1. MAC：每台机器有独立的MAC地址
2. 每个计算机发送数据的机会均等（多路访问）
3. 发送前要检测链路是否有正在传递的信号（载波侦听）
4. 开始发送了也要检测是否在链路上发生冲突（冲突检测）
5. 带冲突检测的载波侦听多路访问技术（CSMA/CD协议）
6. 使用CSMA/CD就是以太网 就是局域网，严格来说，不使用就不是。
7. a与b的通信内容可以被同一局域网的其他设备获取

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7. 集线器组建的以太网—星型

1. 集线器（Hub）
2. 平分带宽
3. 不安全（a与b的通信内容可以被同一局域网的其他设备获取）
4. 冲突域
5. MAC地址
6. 使用CSMA/CD协议

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8. 扩展以太网

1. 数量上扩展：（个人—集线器—集线器——...）
2. 距离上扩展：利用光纤连接多个集线器（光电转换）
3. 网桥优化以太网：(1)基于MAC地址转发帧（数据），工作在数据链路层。 (2) 一个接口一个冲突域。冲突域增加，冲突减少。 (3) 实现帧的存储转发，增加了时延（需要经过网桥进行选择是否传递）。 (4)不同接口可以是不同的带宽。

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9. MAC地址表的构建过程

1. a传给b数据时，网桥会学习其MAC和所处端口，同时在地址表中搜寻目标b的MAC地址和所在端口，若地址表中没有b的地址，则向除了传入端口外的端口广播该数据帧，从而让B获得该数据帧。（端口地址是相对网桥的）实际当网卡驱动加载的时候，网桥便学习到了该机器的MAC地址。
2. 地址表是临时的，长时间空闲便会删除。

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10. 交换机组网

1. 交换机有两个队列：发送队列和接收队列（先来的先发，后来的存储了再发，避免冲突）
2. 端口带宽独享
3. 比集线器安全（只给对应的地址发送数据帧）
4. 全双工模式不再使用CSMA/CD协议：无冲突（单工通信：电视台、广播电台。半双工通信（集线器）：不能同时收发（冲突域）。全双工通信（因为有两个队列）：可以同时收发）
5. 交换机的帧格式和CSMA/CD是一样的，可以笼统地说交换机组网和以太网是一样的，严格来说并不是一样的。
6. 接口可以工作在不同速率
7. 广播帧会转发到全部端口（可能会导致网络堵塞）

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11. 冲突域和广播域

1. 交换机连接起来的所有设备叫广播域（路由器隔绝广播域）
2. 半双工设备或集线器设备的区域叫冲突域

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12. TCP/IP协议（计算机的通信）

由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇

1. 每一个网络和每一台主机都有唯一的IP地址
2. 大文件不当作整体发送，并且每发送一个数据，确认一次，若未确认，发送方会将同一文件重新发送（避免线路占用，避免因网络原因而导致内容缺失）TCP
3. 可靠传输：1. 分段 2.编号 3.按顺序发 4.自动重发
4. 文件加上IP地址（发送方和接收方）叫做数据包
5. 数据包再加上MAC地址，叫做数据帧（不同的链路有不同的链路层协议，有着不同的帧格式）
6. PPP格式（点对点传输）需要封装成不同（相对以太网）的帧格式（加一个FF）
7. 由于中间的多个网桥，计算机无法知道接收方的MAC地址，但是可以知道IP地址。
8. IP地址可以决定文件从哪台机器传输到哪台机器；MAC地址可以决定数据包在传输过程中的转发路径
9. **计算机通信的过程：0. 应用程序发送文件 接收文件 1. 分段进行可靠传输 。2.网络中的路由器为数据包选择转发路径 。3. 决定数据包在数据链路如何转发 不同的链路有不同的协议 不同的协议有不同的帧格式。（分层：TCP/IP协议（四层））
10. **要把传输的数据变成各种信号 光信号 电信号 （数字信号 模拟信号） 无线电波

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13. 协议

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1. 目的：避免纠纷（双方或多方对协议中的条款达成一致）

1. 应用层协议（双方协议：服务端程序 接收端程序）

1. 计算机通信实质上是计算机应用程序之间的通信
2. 服务端程序 客户端程序 需要协议·

举例：网络计算协议v1
计算服务（甲方） 计算器（乙方）
计算器向计算服务发送操作
只能计算加减乘除（协议限制）
服务器向客户端返回计算结果
若除数为零返回错误代码300

3. 私有的应用层协议
4. 国家标准化组织定义的开放式应用层协议
5. 开放式应用层协议的作用：不同的厂家开发的服务端程序和客户端程序能够相互通信，相互兼容（访问网站HTTP 发送电子邮件SMTP 接收电子邮件POP3 域名解析DNS 文件传输FTP……）
6. 国际标准化组织将互联网上常见的应用通信使用的协议进行标准化，使得不同软件公司开发的服务端程序和客户端程序能偶相互通信。
7. 规范程序编写方式。

2. 传输层协议（双方协议： 发送端 接收端）

使得网络不同的操作系统能够实现可靠传输

1. 实现可靠传输（1. 分段 2.编号 3.按顺序发 4.自动重发）
2. 对通讯双方起效，与中间链路无关。
3. 传输层协议就是传输层首部

• TCP UDP

3. 网络层协议（多方协议：发送端 接收端 网路中的路由器）

1. 网络层首部（备注如何选择路径）
2. 让数据包能从发送端到接收端
3. 使得网络中不同的操作系统以及不同厂家的路由器能够转发数据包

• IP ARP ICMP IGMP

4. 数据链路层协议（同一链路中设备必须遵守）

• 使得同一个链路上的设备能够互相通信
• 以太网中的不同厂家的网卡都能识别以太网帧
• 为网络层协议提供服务

5. 物理层协议

1. 物理接口标准
2. 编码方式（数字信号 模拟信号 光信号）
3. 带宽（10M 100M 1000M）

TCP/IP协议栈

（箭头表示谁给谁服务）靠下的内容为靠上的内容服务 ### TDP和UDP协议的应用场景 * **TDP**（传输控制协议） 使用场景：应用程序发送的文件大 需要分成多个数据包传输 1. 解决的问题：文件大（200M）丢包 网络有可能拥塞 接收端要求降低发送速度 2. 解决方式：拆分发送 编号 避免网络拥塞导致丢包啥的（确认） 流量控制 需要建立连接（接收缓存 最大数据包多少个字节） * **UDP**（用户报文协议） 使用场景：应用程序发送的数据小 一个数据包就能够完成发送 1. 域名解析 2. QQ聊天（传文件用TCP协议） 3. 实时通信 4. 广播通信（机房软件） * 小结：TDP传输效率较低，但可以传输大型文件；UDP传输效率较高，但是传输不安全，容易数据缺损；实际应用时，两种协议相辅相成。 _________________ ### 预备知识（进制转换） 1. 二（八，十六）进制转换成十进制（几进制即逢几进几） 2. 十进制转换成二进制： 辗转相除法 3. 八进制转换成二进制：八进制一位代表三位二进制 4. 十六进制转成二进制：十六进制一位代表四位二进制 5. _________________________________ ## 14. IP地址和子网划分 ______________ ________________ ### 0. MAC地址和IP地址： * IP地址处理谁和谁交换数据 * MAC地址处理数据怎么传递 _______________ ### 1. IP地址的组成 1. 32位的二进制 （32比特，4个字节） 2. 一部分是网络标识、一部分是主机标识 * 计算机在和其他计算机通信之前，首先要判断目标IP地址和自己的IP地址是否在一个网段，这决定了数据链层的目标MAC地址是目标计算机的还是路由器接口的MAC地址。 ___________ ### 2. 子网掩码 * 指明哪些是主机标识（为0的部分）（IP地址） * IP地址和子网掩码做与运算 主机位归0 就得到计算机说在的网段 * 同一个网段中的计算机子网掩码相同 _____________ ### 3. IP地址分类 * **判断地址看第一个IP码 * **A类地址：255（1-126 IP码 下同）.0.0.0（一般用于大型网络）255 * 255 * 255-2 * **B类地址：255（128-191）.255.0.0（一般用于中等规模网络）**255 * 255-2个 * **C类地址：255（192-223）.255.255.0（一般用于小型网络**）254个机位 * D类地址：第一个地址（224-239）是多播地址。该类IP地址的最前面为“1110”，所以地址的网络号取值于224~239之间。一般用于多路广播用户 * E类地址：保留地址。该类IP地址的最前面为“1111”，所以地址的网络号取值于240~255之间。 * * 主机ID全 0的地址：特制某个网段 * 主机ID全为1的地址（广播网段）：特指该网段的全部主机。若你的计算机发送的数据包使用主机ID全为1的IP地址，数据链层用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF * 本地环回地址：不需要本地连接（127.0.0.1）一般用来测试使用 * 自动私有地址：169.254.0.0-169.254.255.255 * **特殊** ： 0.0.0.0 和他人的IP地址冲突时候产生 ___________________ ### 4. 子网划分 1. 地址浪费 ：地址太多，计算机太少（多见于低级地址略不够）所以A B C这样的划分方式不怎么用 2. 子网划分：借用现有网段的主机位做子网位，划分出多个子网 - 等长子网划分：将一个网段分成多个网段，也就是等分成多个子网： 1. 确定子网掩码的长度 2. 确定子网中第一个可用的IP地址和最后一个可用的IP地址 规律： 1. C类：如果一个子网是原来网络的一半，子网掩码后移一位，若一个子网是原来网络四分之一，子网掩码后移 2 位（一个子网占据一个地址） 2. B.A类：在C类的基础上多了一个进位例如两个子网：子网1：XXX.XXX.0.1-XXX.XXX.127.254 子网2：XXX.XXX.128.1-XXX.XXX.255.254 - 变长子网划分：基本和等长类似，只是每个部分子网掩码长度不同 3. 等长和变长子网掩码划分打破了IP地址类的划分。 4. 子网地址范围不可重叠 5. 子网掩码的二进制写法：8 * 4（32位） 6. CIDR值（一个/ 右边跟着的是网络地址的长度（从左往右）） ______________ ### 5.超网合并网段 1. 合并网段 ：网络部分一样才能合并 规律 C类：子网掩码左移一位，能合并两个连续的网段，但不是所有的网段都能合并（192.168.1.0和192.168.2.0就不行）关键是看网络部分是否相同（32位IP地址）只要第一个网络号能被合并数（合并几个网）整除（一旦被整除，说明该8位，的后都是0。除以2的几次方就是有几个0），就能左移一位合并 2. 判断是什么类别的地址，不是看子网掩码，而是看第一个IP码（**A: 1-126 自动私有地址：169.254.0.0-169.254.255.255 B: 128-191 C: 192-223 D: 224-239 E: 240-255**） 3.

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