Linux初学之——网络的基本概念-创新互联

网络的基础知识:

成都创新互联是一家从事企业网站建设、成都做网站、网站制作、行业门户网站建设、网页设计制作的专业网站设计公司,拥有经验丰富的网站建设工程师和网页设计人员,具备各种规模与类型网站建设的实力,在网站建设领域树立了自己独特的设计风格。自公司成立以来曾独立设计制作的站点1000+。

 网络的概念

     网络是由节点和连线构成,表示诸多对象及其相互联系。在数学上,网络是一种图,一般认为专指加权图。网络       除了数学定义外,还有具体的物理含义,即网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型。在计算机域          中,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。

  网络的功能:

      数据通信

     资源共享

  两个模型

     ISO/OSI

        TCP/IP

 网络的特征:

  速度

  成本

  安全性

  可用性: 可用时间/总时间

  可扩展性

  可靠性

  拓扑:物理拓扑;

    逻辑拓扑:数据传输的路径

网络的组成组件

  一般来说,两台或以上计算机使用任意介质(电缆、光纤或无线电波)、任意网络来进行连接,并进行资源共享及通信,就可以称为计算机网络。

  网络协议是网络上建立通信及传输数据的双方必须遵守的通信标准,它定义了接收方和发送方进行通信所必须遵循的规则,双方同层的协议必须一致,否则无法进行通信或数据错误。为了组建通信网络,通常需要一些特殊的设备,下图是一个常见的网络连接图:

Linux初学之——网络的基本概念Linux初学之——网络的基本概念

    节点(node):节点主要是具有网络地址 (IP) 的设备之称。

    服务器主机(server):提供数据以响应给用户的主机,都可以被称为是一部服务器。

    工作站(workstation)或客户端(client):主动发起联机去要求数据的,就可以称为是客户(client)。

    网卡(Network Interface Card,NIC):主要提供网络联机的设备

    网络接口:主要在提供网络地址(IP) 的任务。主机内部也都拥有一个内部的网络接口,就是loopback这个测                   试接口!

    网络形态或拓朴(topology):各个节点在网络上面的链接方式,一般讲的是物理连接方式。

    路由(route):是指路由器从一个接口上收到数据包,根据数据包的目的地址进行定向并转发到另一个接口 程,                   其工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。

    网关(gateway):又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连,是最复杂的网络互连设备,仅用                   于两个高层协议不同的网络互连。

OSI网络模型与TCP/IP网络模型

   由ISO所定义的7层网络模型--OSI(Open System Interconnect,开放系统互连)是网络发展中的一个重要里程碑,它的出现使各种网络技术和设备有了参考依据,在网络协议的设计和统一上起到一定作用。

OSI:开放式系统互连   根据功能分层

 为什么要使用分层网络模型?

  降低复杂性

  标准化接口

  模块化设计

  确保技术的互操作性

  加快发展速度

  简化教学

  OSI的7层模型中每一层都有清晰的特征。其中第7-4层处理数据源和数据目的地之间的通信问题,第3-1层处理网络设备间的通信。各层功能为:

  物理层:定义了有关传输介质的特性标准规范。具电气特性;机械特性;过程特性;功能特性; 二进制传输

  数据链路层:物理链路并不可靠,可能会出现错误。数据链路层将数据分成帧,以数据帧为最基本单位进行传输,通过收到的数据帧进行重新排序和整理,把不可靠的物理链路转化成网络模型的上层协议中可靠的数据链路。   定义物理地址;  建立逻辑链接; 数据校验功能

 网络层:对数据按一定的长度进行分组,并在每个分组的头中记录源和目的主机的地址,然后根据这些地址来决定从源主机到目的主机的路径。如果存在多条路径,还要负责进行路由选择。

 传输层:这层的功能包括是选择差错恢复协议还是无差错恢复协议,在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用,以及对所收到的顺序不对的数据包进行重新排序。

 会话层:在网络实体间建立、管理和终止通信应用服务请求和响应会话等。

 表示层:进行代码转换功能,以保证源主机的数据在目的主机上同样能被识别。

 应用层:OSI模型的高层,实现网络与用户的直接对话。

Linux初学之——网络的基本概念

  OSI的7层模型是一个理论模型,由于它太过庞大和复杂受到很多批评,而技术人员自己开发的TCP/IP协议栈则获得更为广泛的应用。与OSI的7层模型不同,TCP/IP模型没有把主要精力放在严格的层次划分上,而是侧重于设备间的数据传输。TCP/IP模型的各层功能:

 网络接口层(链结层):定义了如何在已有的物理网络介质上传输数据,在这层中包含以太网、令牌环网、帧中继和异步传输模式等。

 网络层:将数据封装成IP(Internet Protocol)数据包,发往目标网络或主机。在这层包含了IP、

ICMP、IGMP、以及ARP等协议。

 传输层:定义了数据传输时所使用的服务质量以及连接状态,实现源端主机和目标主机上对等实体间的会话。在传输层上有两个不同的协议:TCP、UDP。

 应用层:TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的合并到应用层,它定义了TCP/IP应用程序通信协议,包括HTTP、FTP、DNS和SMTP等。其中,没中协议都对应不同的网络服务,他们一般都会有特殊的端口号。

TCP/IP :根据协议分层

 应用层

  ||-----协议端口

 传输层

  ||---协议号

 Internet层

  ||---协议类型

 网络访问层

TCP/IP网络层

 Internet层:

  协议特征:

   运行于OSI网络层

   面向无连接协议

   独立处理数据包

   分层编址

   尽力而为传输

   无数据恢复功能

   Internet Protocol---IP

   ARP协议:地址解析协议

    逻辑地址---》物理地址

    在已知逻辑地址的情况下获取对应的物理地址

   如何解析:

    1.每一个参与网络设备的功能中都有一个ARP库

    2.ARP缓存,通过ARP协议进行广播,指定的目标主机进行回应,本机缓存对应的结果信息

   RARP:反向地址解析协议

    物理地址--》逻辑地址

    已知本机物理地址获取合法逻辑地址

    用于无盘工作站

 面向无连接:

  1.无需在通信之前建立通信连接,也无需维护连接稳定,通信结束也无需拆除连接

  2.无序数据传输

  3.数据恢复机制和数据可靠性保证

 平面编址和分层编址:

  平面编址:将所需管理的资源从头到尾按照固定大小分成若干个cell,每个cell进行独立编址

   特点:编址容易,寻址需要遍历

  分层编址:将所需要管理的资源进行各种分类,按照对应的类别进行编制

    特点:编址复杂,寻址方便

  IP地址由两部分组成:

  网络:用来描述指定主机所在的网络范围

  主机:用来描述指定主机在特定的网络范围中的具体位置

 IP地址:是由IPv4协议定制的

  整个地址由32位2进制构成: 网络位+主机位=32

 IP地址分类:

  A类:第一个二进制位必须为0,并且网络位8位

  B类:前两个二进制位必须为10,并且网络位16位

  C类:前三个二进制位必须为110,并且网络位24位

  D类:前四个二进制位必须为1110,并且网络位32位,通常用于组播通信

  E类:前四个二进制位必须为1111,保留未被使用,用于科学研究

 IP地址的点分十进制表示法:

  1.将32位的IP地址位,以8位为一组划分为4组

  2.每组间以.为分隔

  3.将每个8位组转换为十进制表达

 使用点分十进制表示法表示的各类ip地址范围

 A类:0.0.0.0 —— 127.255.255.255

  第一个8位组全为0的为无效IP,因为其表示整个IP栈

  第一个8位组中除了第一个外全为1的,称为环回地址

  有效IP地址:1.0.0.0 - 126.255.255.255

 B类:128.0.0.0 - 191.255.255.255

 C类:192.0.0.0 - 223.255.255.255

 D类:224.0.0.0 - 239.255.255.255

 E类:240.0.0.0 - 255.255.255.255

6.4

IP地址2

 保留地址:不能选择为其他主机使用的IP地址

 0.0.0.0 —— 0.255.255.255

 127.0.0.0 —— 127.255.255.255

 自动分配地址

 169.254.0.0 —— 169.254.255.255

 网络地址:主机位全为0的地址

  1.0.0.0:表示一个范围名称

 广播地址:主机位全为1的地址

 1.255.255.255:作为目的地址代表整个网段中的所有IP地址

 定向广播地址:

 255.255.255.255:作为目的地址代表整个IP地址栈中的所有IP地址

 IPv4地址总数:4亿9400万

  取出IP地址:

   D,E类:5亿

   0和127网段地址:3500万

   169.254网段地址:65536

   网络地址:126+16384+209万

   广播地址:126+16384+209万

  可以分配给主机使用的地址 大约36亿

  为了解决IP地址枯竭的问题:

   增加IP地址复用次数

    私有IP地址:可以重复使用,互联网无法为其路由

     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:可以在互联网中使用,但必须唯一

    NAT:net address translation

     SNET:源地址转换,使用公有IP地址替换数据包中私有IP地址

     DNET:目的地址转换,使用私有IP地址替换包中的公有IP地址

   研究更加庞大的地址栈

    IPv6:128bit

     冒号分,16进制

   IPV4  IPV6共存

    1.地址转换

    2.IPv6地址包含IPv4地址:IPv6地址的最右侧的32位就是IPv4的地址

   IP首部的格式:

    Linux初学之——网络的基本概念

    Ver:version,4bit,协议版本信息; ipv4:0100  ipv6:0110

    IHL:Internet protocol Header Length,IP首部长度, 4bit 15行

      20byte —— 60byte,必须为4的整数倍

    服务类型:

      4bits:服务类型

       0000,0001,0010,0100,1000

       大带宽,最小延迟,大吞吐量,高可靠性

      1bit:保留位

      3bits:优先级

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

    数据包长度:16bits,65536byte,包括首部;64KB

     标识:16bits,标识数据的来源,标识指定的数据是由哪个源数据分片得到的

     标志:3bits,

      第一位:保留

      第二位:是否分片,未分片数据为0分片为1

      第三位:是否有更多分片,表示数据是否为最后一片

      000,010,011

     片偏移:13bits,IP协议对数据包进行分片之后的序号

    生存时间(TTL):8bits,计数器

      每一个数据包都会获得一个初始的TTL值,在每次经过一个路由设备后,都会自减1,

      0表示该数据包为不可用数据,下一次路由设备将其获取后会直接丢弃,可以有效

      防止数据包无限循环传输

      TTL初始值:255,128,64

     协议号:8bits,互联网层和传输层直接的通信接口,根据协议号指示的内容,正确接收数据          之后,向上交给传输层的哪个协议进行进一步解封处理

      TCP:6

      UDP:17

      OSPE:89

      EIGRP:88

     首部校验和:16bits,进行首部校验可靠性校验

  源地址:32bits

  目的地址:32bits

 计算机如何使用IP地址

  源IPv4地址:发送数据的主机上配置的IP地址

  源IPv4的配置方式:

   手动配置:直接向网卡的配置文件中填入我们认为合法的IPv4地址

    特点:地址分配精确,但是管理员重复工作量大,容易手误导致主机无法接入网络

   自动配置:没有IP地址的计算机通过特定协议向其他能够提供IP地址的计算机进行通信,

        并获得IP地址

    协议:

      BOOTP:启动协议

       利用RARP协议向全网广播获取IP地址的需求 ;BOOTP服务器会从其他地址池中选择

       一个ip地址,永久归这台主机使用

    DHCP:动态主机配置协议

       地址租借规划;

       每一个地址都有其对应的租约期限

       续租的规则:

        当租约期限过去一半的时候,客户端联系服务器进行地址续租;如果续租不成功,           客 户端会尝试连续三次,如果三次都不成功

       当租约期限过去87.5%,客户端会放弃IP地址;重新广播是否有其他服务器能够让           其继续使用之前的IP地址;

       一直等到客户端IP地址彻底被释放,客户端将试图从其他的服务器获得其他的IP地           址以链接网络

    DHCP客户端地址租借过程:四线会话

     1.客户端广播发送DHCP Discover消息,以确定网络中是否有DHCP服务器为本机提供IP地址

     2.服务器收到DHCP Discover消息后,会检查自己的地址池,如果仍有IP地址,,就从中选择一个向客户端广播发送DHCP OFFER消息

     3.客户端接收到第一个DHCP OFFER消息中的IP地址作为可选择的IP地址,向网络中广播DHCP Request消息,通知服务器,钻钉这个IP地址作为本次通信的IP地址

     4.提供IP地址的服务器收到DHCP Request消息后,将IP地址和对应主机的物理地址临时绑定;并且开始租约计时,给客户端发送DHCP ACK消息。  不是提供该IP地址的服务器收到DHCP Request,将刚刚提供的IP地址放入地址池中,并给客户端发送DHCP NAK消息

  目的IP地址如何给出:

   手动指定:

    直接在地址栏中手动书写目标主机的IP地址

   自动解析:

    DNS协议:Domain Name System,

    在DNS服务器上保存着特定的域名和IP地址的映射关系;可以完成地址解析任务

    地址解析:

     正向地址解析:

      通过域名获得其对应的IP地址的过程

     反向地址解析:

      通过IP地址解析其域名的过程

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