第一章网络基础 - 大山里的架构师

第一章网络基础

1、网络介绍及分类

计算机网络是由通讯介质将地理位置不同的且相互独立的计算机连接起来，实现数据通讯与资源共享
网络类型
- 按拓扑分
  - 总线型效率低最早的
  - 环形几乎看不见
  - 星型线路单一，中央器压力大，产生单点故障
  - 网型
- 按地域参照物不同，类型不同
  - 局域网 LAN
  - 城域网 MAN
  - 广域网 WAN

2、网络介质和设备

网络设备
- 交换机 switch
  - 负责组件局域网，计算机到计算机的数据传输，研究的是MAC地址 -- 网卡48位二进制，全球唯一
- 路由器 router
  - 负责组建广域网，网络到网络的数据传输，研究的是IP地址
通讯介质
- 同轴电缆
- 双绞线常用有线理论最大传输距离100米，建议不要超过90米超过这个距离，中间放一个中继器或交换机
  - 按速度分 5类、超5类（百兆）、6类（千兆）
  - 按特点分屏蔽和非屏蔽
- 光纤常用有线
  - 多模光纤：只能传输一种模式的光，传输距离远，是多模光纤的几十倍以上，单模光纤外面护套线颜色一般为黄色
  - 单模光纤：可以传输多种模式的光，多模光纤传输的距离比较近，一般只有几千米，多模光纤外面颜色一般为橘红色
  - 光纤速度
    
    光纤的极限传输家用的普通光纤就可达到10Gbps以上。
    
    实验室中单条光纤最大速度已达到了26Tbps，有消息说通过石墨烯制造的新光调制器，还可继续提高10000倍，即260Pbps。
- 电磁信号
- 蓝牙

3、OSI与ISO

ISO介绍
- 国际标准化组织简称ISO，是一个全球性的非政府组织
- 中国国家技术监督局
- 1977年提出一个七层模型，主要用于数据库的访问
OSI七层模型
- 应用层用户接口 HTTP
- 表示层数据的表示、安全、压缩。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
- 会话层不同机器上的用户间建立、管理、终止会话。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
- 传输层 TCP协议安全速度慢 UDP协议不安全速度快
- 网络层控制子网的运行逻辑链路寻址 IP地址
- 数据链路层物理寻址交换机
- 物理层传输的是信号
- 优点
  - 概念清楚、理论也比较完整，但他既复杂有不实用，ISO制定的OSI参考模型过于庞大，复杂招致了许多批评
TCP和IP四层
- 包含应用层（上三层）、传输层、网络层、网络接口层（下两层），不过从实质上讲，TCP/IP只有最上面的三次
- 网络接口层
  - 操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口层
- 应用层
  - 负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的 TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序:
  - Telnet 远程登录。
    
    FTP 文件传输协议。
    
    SMTP 简单邮件传送协议。
    
    SNMP 简单网络管理协议。
- 网络层
  - 有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议(网际协议)，ICMP协议(Internet互联网控制报文协议，以及IGMP协议(Internet组管理协议 )。

4、TCP和UDP

TCP
- TCP和 UDP 是两种最为著名的传输层协议，二者都使用 I P 作为网络层协议
- 尽管 TCP 和 UDP 都使用相同的网络层( IP )， TCP 却向应用层提供与 UDP 完全不同的服务。 TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。

TCP: 传输控制协议,面向连接的协议
- 面向连接意味着两个使用 TCP 的应用 ( 通常是一个客户和一个服务器 ) 在彼此交换数据之前必须先建立一个 TCP 连接。
  
  一对一传输
UDP协议
- UDP（User Datagram Protocol），用户数据报协议，是OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,UDP提供了无连接通信，适合于一次传输少量数据,UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。
  
  可以一对一、一对多传输、多对一和多对多的交互通信
TCP与UDP区别：
- TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
- TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付，Tcp通过校验和，重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答实现可靠传输。如丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。
- UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。
- 每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
- TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。

5、ip

ip地址
- IP介绍
- IPV4地址
- IPV6地址
- VLSM
ip介绍
- IP是英文Internet Protocol的缩写，意思是“网络之间互连的协议”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与因特网互连互通。正是因为有了IP协议，因特网才得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机通信网络。因此，IP协议也可以叫做“因特网协议”。
- IP地址是指互联网协议地址，IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址。大家日常见到的情况是每台联网的PC上都需要有IP地址，才能正常通信。我们可以把“个人电脑”比作“一台电话”，那么“IP地址”就相当于“电话号码”，而Internet中的路由器，就相当于电信局的“程控式交换机”。
- IP是一个协议，是计算机在网络中互联互通的规则 IP地址是IP实现互联互通的一个策略

ip地址和Mac地址
- IP地址是软件地址，而不是硬件地址。硬件地址被硬编码到网络接口卡(NIC)中，用于在本地网络中寻找主机。 IP地址让一个网络中的主机能够与另一个网络中的主机通信，而不管这些主机所属的LAN是什么类型的。
- MAC用于局域网中通信，交换机通过mac地址将数据包转发到正确的计算机
- IP用于网络间通信
ip地址的分类
- IPV4:32位二进制以点分割，分为4段十进制数 a.b.c.d
- IPV6:128位二进制以冒号分割,分为8段十六进制数 a:b:c:d:e:f:g:h
ipv4
1. ipv4地址
  - IPV4地址长 32位，这些位被划分成 4组(称为字节或八位组)，每组8位,每组最大不超过255，我们可使用下面3种方法描述IP地址:
  - 点分十进制表示，如 192.168.0.1。
  - 二进制，如 11000000.10101000.00000000.00000001
    
    十六进制，如 c0.a8.0.1。
    
    上述示例表示的是同一个IP地址。对于IP编址时，十六进制表示没有点分十进制和二进制那样常用，但某些程序确实以十六进制形式存储IP地址， Windows注册表就将机器的IP地址存储为十六进制。
2. 地址分类
  - 按照第一段的范围分类
    
    A 1-126
    
    B 128-191
    
    C 192-223
    
    D 224-239
    
    E 240-255
  - 设计因特网的人决定根据网络规模创建网络类型。对于少量包含大量节点的网络，他们创建了A类网络;对于另一种极端情况的网络，他们创建了C类网络，用来指示大量只包含少量节点的网络; 介于超大型和超小型网络之间的是B类网络。所以IPV4五类地址中只有前三类可以分给用户试用，D类是多播地址，E类为保留地址，用于研究。
  - 网络的类型决定了 IP地址将如何划分成网络部分和节点部分
3. 子网掩码
  - 子网掩码：区分IP地址的网络位和主机位
    
    255.0.0.0
    
    255.255.0.0
    
    255.255.255.0
    
    255.255.255.255
  - 网络位:掩码对应的IP位的二进制部分，全为1的部分是网络位
  - 主机位:掩码对应的IP位的二进制部分，不全为1的部分是主机位
4. 进制转换方法
  - 十进制转二进制: 除2取余倒着念
  - 十进制转八进制: 除8取余倒着念
  - 十进制转十六进制: 除16取余倒着念
5. ip分配原则
  - 只有A、B、C三类地址可以分配给计算机和网络设备
    
    网络地址相同主机地址必须唯一
    
    网络地址的第一个数字不能为127，保留用来测试连接
    
    网络地址不能全为0，也不能全为1.
    
    主机地址中不能全为0，也不能全为1：主机地址全为0用来表示网络地址，全为1用作广播
ipv6地址
1. 概念
  - 由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍
  - 互联网数字分配机构（IANA）在2016年已向国际互联网工程任务组（IETF）提出建议，要求新制定的国际互联网标准只支持IPv6，不再兼容IPv4。
2. ipv6组成
  - IPv6的地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。
3. 分类
  - 单播地址（Unicast Address）
    - 用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点），类似于IPv4中的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。
  - 组播地址（Multicast Address）
  - 任播地址（Anycast Address）
4. 特殊地址
  - 下面列出一些绝对应该牢记的地址范围，因为我们总是会用到它们。它们都是特殊地址或保留用于特定目的的地址，但不同于 IPv4， IPv6提供的地址非常多，因此保留一些不会有任何害处。
```
0:0:0:0:0:0:0:0 (::) 相当于 IPv4地址 0.0.0札通常在使用有状态 DHCP配置时，用作主机 的源地址。

0:0:0:0:0:0:0:1 (::1) 相当于 IPv4地址 127.0.0.10

0:0:0:0:0:0:192.168.100.1 在同时支持 IP4和IPv6的网络中，从 IPv4地址转换而来的IPv6地址通常这样书写。

2000::/3 全局单播地址范围。

FCOO::厅唯一的本地单播地址范围。

FE80::/10 链路本地单播地址范围。

FFOO::/8 组播地址范围。

3FFF:FFFF::/32 保留举例和编写文档时使用。

2001:0088::/32 保留举例和编写文档时使用。

2002::/16 保留供 6t04隧道技术使用。 6t04隧道技术是一种从IPv4迁移到IPv6的方法，让IPv6分组能够通过IPv4 网络进行传输，而无需配置显式的隧道。
```
  - IPV6为啥这么多年没广泛应用
    - 网络黑白名单需要时间去建立，否则网络威胁无法解决。
    - 目前骨干线路已经全部使用了IPV6地址，随着物联网的出现，IPV6会更快完成替换。

posted on 2019-07-30 17:48 大山里的架构师阅读(181) 评论(0) 编辑收藏举报