Linux初學(xué)之——網(wǎng)絡(luò)的基本概念

網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識：

  網(wǎng)絡(luò)的概念    

         網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)和連線構(gòu)成，表示諸多對象及其相互聯(lián)系。在數(shù)學(xué)上，網(wǎng)絡(luò)是一種圖，一般認(rèn)為專指加權(quán)圖。網(wǎng)絡(luò)            除了數(shù)學(xué)定義外，還有具體的物理含義，即網(wǎng)絡(luò)是從某種相同類型的實(shí)際問題中抽象出來的模型。在計算機(jī)域                中，網(wǎng)絡(luò)是信息傳輸、接收、共享的虛擬平臺，通過它把各個點(diǎn)、面、體的信息聯(lián)系到一起，從而實(shí)現(xiàn)這些資源            的共享。網(wǎng)絡(luò)是人類發(fā)展史來最重要的發(fā)明，提高了科技和人類社會的發(fā)展。

    網(wǎng)絡(luò)的功能：

           數(shù)據(jù)通信

          資源共享

    兩個模型

          ISO/OSI

         TCP/IP

  網(wǎng)絡(luò)的特征：

    速度

    成本

    安全性

    可用性： 可用時間/總時間

    可擴(kuò)展性

    可靠性

    拓?fù)洌何锢硗負(fù)洌?/p>

     邏輯拓?fù)洌簲?shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?/p>

網(wǎng)絡(luò)的組成組件

   一般來說，兩臺或以上計算機(jī)使用任意介質(zhì)(電纜、光纖或無線電波)、任意網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行連接，并進(jìn)行資源共享及通信，就可以稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

    網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)上建立通信及傳輸數(shù)據(jù)的雙方必須遵守的通信標(biāo)準(zhǔn)，它定義了接收方和發(fā)送方進(jìn)行通信所必須遵循的規(guī)則，雙方同層的協(xié)議必須一致，否則無法進(jìn)行通信或數(shù)據(jù)錯誤。為了組建通信網(wǎng)絡(luò)，通常需要一些特殊的設(shè)備，下圖是一個常見的網(wǎng)絡(luò)連接圖：

    節(jié)點(diǎn)(node)：節(jié)點(diǎn)主要是具有網(wǎng)絡(luò)地址 (IP) 的設(shè)備之稱。

    服務(wù)器主機(jī)(server)：提供數(shù)據(jù)以響應(yīng)給用戶的主機(jī)，都可以被稱為是一部服務(wù)器。

    工作站(workstation)或客戶端(client)：主動發(fā)起聯(lián)機(jī)去要求數(shù)據(jù)的，就可以稱為是客戶(client)。

    網(wǎng)卡(Network Interface Card,NIC)：主要提供網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)的設(shè)備

    網(wǎng)絡(luò)接口：主要在提供網(wǎng)絡(luò)地址(IP) 的任務(wù)。主機(jī)內(nèi)部也都擁有一個內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)接口，就是loopback這個測                     試接口！

    網(wǎng)絡(luò)形態(tài)或拓樸(topology)：各個節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上面的鏈接方式，一般講的是物理連接方式。

    路由(route):是指路由器從一個接口上收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址進(jìn)行定向并轉(zhuǎn)發(fā)到另一個接口 程,                     其工作在OSI參考模型第三層——網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

    網(wǎng)關(guān)(gateway):又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)層以上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，僅用                     于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。

OSI網(wǎng)絡(luò)模型與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型

     由ISO所定義的7層網(wǎng)絡(luò)模型--OSI(Open System Interconnect,開放系統(tǒng)互連)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的一個重要里程碑，它的出現(xiàn)使各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備有了參考依據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計和統(tǒng)一上起到一定作用。

OSI:開放式系統(tǒng)互連    根據(jù)功能分層

  為什么要使用分層網(wǎng)絡(luò)模型？

    降低復(fù)雜性

    標(biāo)準(zhǔn)化接口

    模塊化設(shè)計

    確保技術(shù)的互操作性

    加快發(fā)展速度

    簡化教學(xué)

   OSI的7層模型中每一層都有清晰的特征。其中第7-4層處理數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地之間的通信問題，第3-1層處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信。各層功能為：

   物理層：定義了有關(guān)傳輸介質(zhì)的特性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。具電氣特性；機(jī)械特性；過程特性；功能特性； 二進(jìn)制傳輸

   數(shù)據(jù)鏈路層：物理鏈路并不可靠，可能會出現(xiàn)錯誤。數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)分成幀，以數(shù)據(jù)幀為最基本單位進(jìn)行傳輸，通過收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重新排序和整理，把不可靠的物理鏈路轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)模型的上層協(xié)議中可靠的數(shù)據(jù)鏈路。   定義物理地址；  建立邏輯鏈接； 數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能

  網(wǎng)絡(luò)層：對數(shù)據(jù)按一定的長度進(jìn)行分組，并在每個分組的頭中記錄源和目的主機(jī)的地址，然后根據(jù)這些地址來決定從源主機(jī)到目的主機(jī)的路徑。如果存在多條路徑，還要負(fù)責(zé)進(jìn)行路由選擇。

  傳輸層：這層的功能包括是選擇差錯恢復(fù)協(xié)議還是無差錯恢復(fù)協(xié)議，在同一主機(jī)上對不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流的輸入進(jìn)行復(fù)用，以及對所收到的順序不對的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新排序。

  會話層：在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間建立、管理和終止通信應(yīng)用服務(wù)請求和響應(yīng)會話等。

  表示層：進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換功能，以保證源主機(jī)的數(shù)據(jù)在目的主機(jī)上同樣能被識別。

  應(yīng)用層：OSI模型的最高層，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與用戶的直接對話。

    OSI的7層模型是一個理論模型，由于它太過龐大和復(fù)雜受到很多批評，而技術(shù)人員自己開發(fā)的TCP/IP協(xié)議棧則獲得更為廣泛的應(yīng)用。與OSI的7層模型不同，TCP/IP模型沒有把主要精力放在嚴(yán)格的層次劃分上，而是側(cè)重于設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。TCP/IP模型的各層功能：

  網(wǎng)絡(luò)接口層(鏈結(jié)層)：定義了如何在已有的物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)，在這層中包含以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、幀中繼和異步傳輸模式等。

  網(wǎng)絡(luò)層：將數(shù)據(jù)封裝成IP(Internet Protocol)數(shù)據(jù)包，發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)。在這層包含了IP、

ICMP、IGMP、以及ARP等協(xié)議。

  傳輸層：定義了數(shù)據(jù)傳輸時所使用的服務(wù)質(zhì)量以及連接狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)源端主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)上對等實(shí)體間的會話。在傳輸層上有兩個不同的協(xié)議：TCP、UDP。

  應(yīng)用層：TCP/IP模型將OSI參考模型中的會話層和表示層的合并到應(yīng)用層，它定義了TCP/IP應(yīng)用程序通信協(xié)議，包括HTTP、FTP、DNS和SMTP等。其中，沒中協(xié)議都對應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，他們一般都會有特殊的端口號。

TCP/IP ：根據(jù)協(xié)議分層

 應(yīng)用層

   ||-----協(xié)議端口

 傳輸層

   ||---協(xié)議號

 Internet層

    ||---協(xié)議類型

 網(wǎng)絡(luò)訪問層

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層

  Internet層：

   協(xié)議特征：

     運(yùn)行于OSI網(wǎng)絡(luò)層

     面向無連接協(xié)議

     獨(dú)立處理數(shù)據(jù)包

     分層編址

     盡力而為傳輸

     無數(shù)據(jù)恢復(fù)功能

     Internet Protocol---IP

     ARP協(xié)議：地址解析協(xié)議

        邏輯地址---》物理地址

        在已知邏輯地址的情況下獲取對應(yīng)的物理地址

     如何解析:

        1.每一個參與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能中都有一個ARP庫

        2.ARP緩存，通過ARP協(xié)議進(jìn)行廣播，指定的目標(biāo)主機(jī)進(jìn)行回應(yīng)，本機(jī)緩存對應(yīng)的結(jié)果信息

     RARP：反向地址解析協(xié)議

       物理地址--》邏輯地址

       已知本機(jī)物理地址獲取合法邏輯地址 

       用于無盤工作站

  面向無連接：

   1.無需在通信之前建立通信連接，也無需維護(hù)連接穩(wěn)定，通信結(jié)束也無需拆除連接

   2.無序數(shù)據(jù)傳輸

   3.數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制和數(shù)據(jù)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(jìn)行獨(dú)立編址

    特點(diǎn)：編址容易，尋址需要遍歷

    分層編址：將所需要管理的資源進(jìn)行各種分類，按照對應(yīng)的類別進(jìn)行編制

        特點(diǎn)：編址復(fù)雜，尋址方便

   IP地址由兩部分組成：

    網(wǎng)絡(luò)：用來描述指定主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)范圍

    主機(jī)：用來描述指定主機(jī)在特定的網(wǎng)絡(luò)范圍中的具體位置

  IP地址：是由IPv4協(xié)議定制的

    整個地址由32位2進(jìn)制構(gòu)成： 網(wǎng)絡(luò)位+主機(jī)位=32

 IP地址分類：

   A類：第一個二進(jìn)制位必須為0，并且網(wǎng)絡(luò)位8位

   B類：前兩個二進(jìn)制位必須為10，并且網(wǎng)絡(luò)位16位

   C類：前三個二進(jìn)制位必須為110，并且網(wǎng)絡(luò)位24位

   D類：前四個二進(jìn)制位必須為1110，并且網(wǎng)絡(luò)位32位，通常用于組播通信

   E類：前四個二進(jìn)制位必須為1111，保留未被使用，用于科學(xué)研究

 IP地址的點(diǎn)分十進(jìn)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(zhuǎn)換為十進(jìn)制表達(dá)

 使用點(diǎn)分十進(jìn)制表示法表示的各類ip地址范圍

 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?yàn)槠浔硎菊麄€IP棧

   第一個8位組中除了第一個外全為1的，稱為環(huán)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(jī)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(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)位全為0的地址

   1.0.0.0：表示一個范圍名稱

 廣播地址：主機(jī)位全為1的地址

  1.255.255.255：作為目的地址代表整個網(wǎng)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(shù)：4億9400萬

    取出IP地址：

      D,E類：5億

      0和127網(wǎng)段地址：3500萬

      169.254網(wǎng)段地址：65536

      網(wǎng)絡(luò)地址：126+16384+209萬

      廣播地址：126+16384+209萬

   可以分配給主機(jī)使用的地址 大約36億

    為了解決IP地址枯竭的問題：

      增加IP地址復(fù)用次數(shù)

       私有IP地址：可以重復(fù)使用，互聯(lián)網(wǎng)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：可以在互聯(lián)網(wǎng)中使用，但必須唯一

       NAT：net address translation

         SNET：源地址轉(zhuǎn)換，使用公有IP地址替換數(shù)據(jù)包中私有IP地址

         DNET：目的地址轉(zhuǎn)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(jìn)制

      IPV4  IPV6共存

       1.地址轉(zhuǎn)換

       2.IPv6地址包含IPv4地址：IPv6地址的最右側(cè)的32位就是IPv4的地址

      IP首部的格式：

        Ver：version，4bit，協(xié)議版本信息； 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(shù)倍

        服務(wù)類型：

           4bits：服務(wù)類型

             0000,0001,0010,0100,1000

             最大帶寬，最小延遲，最大吞吐量，最高可靠性

           1bit：保留位

           3bits：優(yōu)先級

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

        數(shù)據(jù)包長度：16bits，65536byte，包括首部；64KB

          標(biāo)識：16bits，標(biāo)識數(shù)據(jù)的來源，標(biāo)識指定的數(shù)據(jù)是由哪個源數(shù)據(jù)分片得到的

          標(biāo)志：3bits，

           第一位：保留

           第二位：是否分片，未分片數(shù)據(jù)為0分片為1

           第三位：是否有更多分片，表示數(shù)據(jù)是否為最后一片

           000,010,011

          片偏移：13bits，IP協(xié)議對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分片之后的序號

        生存時間(TTL)：8bits，計數(shù)器

           每一個數(shù)據(jù)包都會獲得一個初始的TTL值，在每次經(jīng)過一個路由設(shè)備后，都會自減1，

           0表示該數(shù)據(jù)包為不可用數(shù)據(jù)，下一次路由設(shè)備將其獲取后會直接丟棄，可以有效

           防止數(shù)據(jù)包無限循環(huán)傳輸

           TTL初始值：255,128,64

         協(xié)議號：8bits，互聯(lián)網(wǎng)層和傳輸層直接的通信接口，根據(jù)協(xié)議號指示的內(nèi)容，正確接收數(shù)據(jù)                  之后，向上交給傳輸層的哪個協(xié)議進(jìn)行進(jìn)一步解封處理

           TCP:6

           UDP:17

           OSPE:89

           EIGRP:88

         首部校驗(yàn)和：16bits，進(jìn)行首部校驗(yàn)可靠性校驗(yàn)

    源地址：32bits

    目的地址：32bits

 計算機(jī)如何使用IP地址

  源IPv4地址：發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)上配置的IP地址

  源IPv4的配置方式：

   手動配置：直接向網(wǎng)卡的配置文件中填入我們認(rèn)為合法的IPv4地址

     特點(diǎn)：地址分配精確，但是管理員重復(fù)工作量大，容易手誤導(dǎo)致主機(jī)無法接入網(wǎng)絡(luò)

   自動配置：沒有IP地址的計算機(jī)通過特定協(xié)議向其他能夠提供IP地址的計算機(jī)進(jìn)行通信，

             并獲得IP地址

      協(xié)議：

         BOOTP:啟動協(xié)議

           利用RARP協(xié)議向全網(wǎng)廣播獲取IP地址的需求 ；BOOTP服務(wù)器會從其他地址池中選擇

           一個ip地址，永久歸這臺主機(jī)使用

      DHCP：動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議

           地址租借規(guī)劃；

           每一個地址都有其對應(yīng)的租約期限

           續(xù)租的規(guī)則：

             當(dāng)租約期限過去一半的時候，客戶端聯(lián)系服務(wù)器進(jìn)行地址續(xù)租；如果續(xù)租不成功，                    客 戶端會嘗試連續(xù)三次，如果三次都不成功

            當(dāng)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服務(wù)器能夠讓                     其繼續(xù)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服務(wù)器獲得其他的IP地                     址以鏈接網(wǎng)絡(luò)

     DHCP客戶端地址租借過程：四線會話

       1.客戶端廣播發(fā)送DHCP Discover消息，以確定網(wǎng)絡(luò)中是否有DHCP服務(wù)器為本機(jī)提供IP地址

       2.服務(wù)器收到DHCP Discover消息后，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(fā)送DHCP OFFER消息

       3.客戶端接收到第一個DHCP OFFER消息中的IP地址作為可選擇的IP地址，向網(wǎng)絡(luò)中廣播DHCP Request消息，通知服務(wù)器，鉆釘這個IP地址作為本次通信的IP地址

       4.提供IP地址的服務(wù)器收到DHCP Request消息后，將IP地址和對應(yīng)主機(jī)的物理地址臨時綁定；并且開始租約計時，給客戶端發(fā)送DHCP ACK消息。  不是提供該IP地址的服務(wù)器收到DHCP Request，將剛剛提供的IP地址放入地址池中，并給客戶端發(fā)送DHCP NAK消息

  目的IP地址如何給出：

    手動指定：

      直接在地址欄中手動書寫目標(biāo)主機(jī)的IP地址

    自動解析：

      DNS協(xié)議：Domain Name System，

      在DNS服務(wù)器上保存著特定的域名和IP地址的映射關(guān)系；可以完成地址解析任務(wù)

      地址解析：

        正向地址解析：

          通過域名獲得其對應(yīng)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