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Linux初学之——网络的基本概念

服务器技术 webadmin 2020-06-30 08:46:33 查看评论 加入收藏

网络的基础知识:

  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模型的最高层,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

             最大带宽,最小延迟,最大吞吐量,最高可靠性

           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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