网络基础知识概念整理

计算机的网络定义：一组自治计算机互联的集合

计算机网络基础功能：资源共享、综合信息服务、分布式处理与负载均衡

计算机的网络类型：
局域网（LAN）：由用户自行建设，使用私有地址组建的网络
城域网（MAN）：由运营商或大规模企业建设，连接城市范围的网络
广域网（WAN）：由运营商建设，连接全国各个城域网的网络，又称骨干网、核心网、传输网

计算机网络拓扑：
定义：网络设备连接排列的方式

分类：
总线型拓扑：所有设备共享一条公共线路（线路中断会导致所有设备中断通讯）---淘汰
环型拓扑：所有设备共享一条环型总线（有一定冗余性）---淘汰
星型拓扑：其他节点都与中央节点直接相连，某条线路中断不会影响其他节点，（中央节点故障会导致全网中断）
树型拓扑：星型拓扑的进一步发散型 优点：结构简单，组网成本低。维护管理容易 缺点:中央节点压力大，可靠性差
网状拓扑：节点之间有多条线路可达，优点：可靠性高 缺点：组网成本高，维护成本高，环路问题

衡量网络性能的指标：
带宽: 带宽越大，网络质量越好
定义：单位时间内能够传输的数据总量
单位：bps （比特）

bit 比特,1Byte=8bit
Byte 字节,一个数字或字母占用1字节，一个汉字占用2字节

1B = 8b

1Kb = 1024b
1Mb = 1024Kb
1Gb = 1024Mb

1024是2的十次方，计算机只认二进制

延迟：延迟越低，网络质量越好
定义：数据从一个节点到达另一个节点消耗的时间
单位：ms 1/1000秒

协议和标准
协议：数据通讯双方共同遵守的通讯规则
标准：公认的，所有厂商所共同遵守的协议规则

标准化组织
制定定义国际公认参考标准的组织团体
常见国际标准组织：
ISO：国际标准化组织
IEEE：电子电器工程师协会

OSI参考模型：
产生背景：各大IT设备厂商只支持自己的私有协议，跨厂商设备兼容性差、用户购买维护成本高、不利于网络技术的发展
概念：定义了网络中设备所遵守的层次结构
优点：
1、开放的标准接口，协议不再封闭
2、多厂商设备兼容
3、易于理解、学习和更新协议标准
4、实现模块化工程，降低开发难度
5、便于故障排查
分层：
1. 物理层 定义电压、接口、线缆标准、传输距离、传输介质等物理参数
2. 数据链路层 MAC地址寻址
3. 网络层 网络地址层寻址、路由
4. 传输层 数据分段、建立端到端连接、维护传输可靠性 ；TCP：可靠的传输 UDP：不可靠的传输
5. 会话层 建立、维护、拆除应用程序间的会话
6. 表示层 定义数据格式、结构；数据加密、压缩
7. 应用层 为应用程序进程提供网络服务
OSI参考模型的问题：
1. 划分层次过多，会话层、表示层存在意义不大
2. IP协议成为事实的网络层唯一协议

TCP/IP参考模型
4层划分方法
1. 网络接口层 （物理层、数据链路层）
2. 网络层
3. 传输层
4. 应用层 （会话层、表示层、应用层）

5层划分方法：
1. 物理层
2. 数据链路层
3. 网络层
4. 传输层
5. 应用层（会话层、表示层、应用层）

数据封装和解封装
定义：
封装：在原始数据的基础之上加入一些额外信息形成新的格式
解封装：拆除掉封装的额外信息，还原成原始数据

TCP/IP分层封装：
1. 物理层：比特流
2. 数据链路层：数据帧
3. 网络层：数据包
4. 传输层：数据段
5. 应用层：数据

数据封装和解封装的过程：
1. 数据发送时，从上至下逐层封装
2. 数据接收时，从下至上逐层解封装
3. 只有拆除外层封装，才能看到内层封装

使用的协议及线缆
物理层：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电
数据链路层：以太网、令牌环、FDDI
网络层： IP、IPX、Apple talk

集线器
1. 内部为总线型拓扑
2. 任意时间只能由一台主机占用总线，连接的所有设备位于同一冲突域
3. 工作在物理层，没有寻址能力，所有数据泛洪式转发

交换机
1. 内部每两个接口都有一条独立的线路，每个接口都是独立的冲突域
2. 工作在数据链路层，基于MAC地址寻址，数据可单点转发

冲突域
1. 设备发送数据会产生冲突的网络范围
2. 集线器的所有接口在同一个冲突域
3. 交换机的每个接口都是一个独立的冲突域

CSMA/CD：带冲突检测的载波侦听多路访问

局域网线缆
双绞线：
线型：
直连线：异类直连、两端线序一致
交叉线：同类交叉，两端线序不一致
线序：
T568A：白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕
T568B：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕
接口类型：RJ-45、RJ-11

光纤：
多模光纤：纤芯较粗，可传递多种光源、传输距离短、成本低
单模光纤：纤芯较细，只能传递单一光源、传输距离远、成本高

广域网基本原理：
使用的协议及线缆：
物理层：
1. 串行线缆 淘汰
2. 光纤 EPON
数据链路层：
1. PPP 淘汰
2. HDLC 淘汰
3. 帧中继 淘汰
4. 以太网 唯一事实标准
网络层：IP 唯一事实标准
连接方式：
1. 电路交换：PSTN、ISDN（淘汰）
2. 分组交换：（淘汰）
3. ADSL
4. EPON

IP基本原理：
IP的定义：
1. 当前唯一的网络层协议标准
2. 定义数据网络层的封装方式、编址方式
IP头部封装格式：

MTU：
1. 最大传输单元
2. 接口收发数据支持的单个包的最大长度
3. 以太网接口默认MTU1500Byte
4. PPPoE默认MTU1492Byte
IP地址：
定义：网络层地址
格式：
1. 32位长度，点分十进制
2. 由网络位+主机位组成
3. 网络位长度和数字完全一致的地址属于同一网段
分类：
1. A类：1.X.X.X-126.X.X.X （前8位为网络位，后24位为主机位）
2. B类：128.X.X.X-191.X.X.X （前16位为网络位，后16位为主机位）
3. C类：192.X.X.X-223.X.X.X （前24位为网络位，后8位为主机位）
4. D类：224.X.X.X-239.X.X.X 组播地址
5. E类： 240.X.X.X-255.X.X.X 科研用地址
特殊地址：
1. 127.X.X.X 本地环回地址，用于标识本机
2. 主机位全0的地址 网络地址，用来标识某个网段
3. 主机位全1的地址 本网段广播地址
4. 255.255.255.255 全网广播地址
5. 0.0.0.0 任意IP地址
公网/私网地址：
1. 公网地址：可以在互联网上寻址的地址，全球唯一，需要运营商分配
2. 私网地址：本地可以随意使用，无法在互联网上寻址
私网地址范围
1. A类：10.X.X.X
2. B类：172.16.X.X-172.31.X.X
3. C类：192.168.X.X
4. 运营商专用私有地址：100.64.X.X-100.128.X.X

ARP协议
定义：地址解析协议，把IP地址解析为Mac地址
工作原理：
1. A主机以广播形式发送ARP查询请求，询问B主机的IP对应的Mac地址
2. B主机以单播形式回复A主机本机Mac地址
3. A主机把B主机的IP地址和Mac地址的映射关系写入ARP缓存表
相关命令：
1. 查询ARP缓存 arp -a
2. 清空ARP缓存 arp -d

ICMP协议
1. ping 测试网络连通性
2. tracert 路由跟踪
H3C设备开启路由跟踪功能需要的前置命令：
1. ip ttl-expires enable
2. ip unreachables enable

IP数据转发原理：
1. 如果目的IP和本机IP属于同一网段，会直接查询目的IP的Mac地址，并进行封装
2. 如果目的IP和本机IP不属于同一网段，会查询网关IP地址的Mac地址，并进行封装

网关 Gateway：本网段出口的IP地址

TCP/UDP原理：
端口：
1. 每个应用程序进出网络都需要经过一个唯一端口，通过端口号来识别数据交由哪个应用程序处理
2. 服务端：固定端口号
3. 客户端：1024以上随机端口
4. 知名端口号
TCP 80 HTTP
TCP 20 21 FTP
TCP 23 TELNET
TCP 25 SMTP
UDP 53 DNS
TCP的原理
TCP头部封装格式：
TCP可靠机制：
确认机制：
1. seq=上一次ack
2. ack=上一次的seq+length
3. 如果没有接收到，或接收到的是不完整数据，会再次发送ack请求对方重发
三次握手：
1. 第一次 SYN置位
2. 第二次 SYN，ACK置位
3. 第三次 ACK置位
窗口机制：滑动窗口，通过通告对方本机接收能力，来实现流量控制
完整性校验：通过checksum来检查数据完整性
TCP特征：
1. 优点：传输可靠性高
2. 缺点：占用带宽高，传输延迟高
TCP适用场景：对数据完整性要求高，但是对传输延迟要求低

UDP的原理
UDP特征：
1. 优点：占用带宽低，传输延迟低
2. 缺点：没有任何可靠性机制
UDP适用场景：对传输延迟要求高，但数据完整性要求低