计算机网络学习笔记

1.《韩老师讲高校计算机网络》课程笔记

波特率和比特率的区别

以太网使用载波侦听多路访问(CSMA/CD)技术，属于半双工，长度一般不超过100m，保证信道的高利用率

以太网链路中，一帧要求至少64字节，称为最短有效帧长（通过以太网端到端往返时延2t计算得来），
凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

MAC地址可以修改，在网卡属性的高级标签页下

以太网帧中之所以没有帧结尾是因为其用的是曼彻斯特编码方式，即用上升沿和下降沿分别表示0和1，那么当没有跳变的时候就说明到帧结尾了

虚拟局域网VLAN：虚拟地将同一网段的网络划分成不同的部分，各部分自己组成的局域网叫做虚拟局域网（可以通过交换机设置）。
用途：例如将同一公司的不同部门的局域网分开，如分为财务和研发，可以防止研发部分获取财务部门的共享文件。VLAN可以跨交换机

网关就是访问其他网段时经过的路由器的接口，网关的IP地址一般设为本网段的第一个地址或最后一个地址，如192.168.1.1或192.168.1.254
网关可以想象成一个教室的门，同学们要想出去都得走这个门。

用寄快递来类比互联网比较容易理解

网络层4个协议之间的层次（Ipv4）：

HTTP FTP DNS 应用层
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TCP UDP 传输层
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ICMP IGMP
IP 网络层
ARP
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Ethenet ATM FrameRelay 网络接口层
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127.0.0.x是本机的自回环地址，相当于人称代词的myself

几个特殊的地址：

127.0.0.1 本地环回地址
169.254.0.0 自动获取IP地址失败时所使用的默认地址
保留的私网地址：（不与公网链接，公司或学校内部使用）
10.0.0.0
172.16.0.0 - 172.31.0.0
192.168.0.0 - 192.168.255.0

子网掩码告诉计算机IP地址中那一部分是网络部分，哪些是主机部分。通过和IP地址的与运算获取网络地址（即所在网段），
网关一般是所在网段的第一个地址或最后一个地址，例如：
IP地址：192.168.80.123
子网掩码：255.255.255.0
网关：192.168.80.1

将子网划分成2段，掩码向后加1位；将子网划分成4段，掩码向后加2位......

计算机发送数据包时，用子网掩码对目的IP地址做“与”运算，如果是在同一网段，则直接发给目的IP（先是发ARP请求，然后目的主机会返回MAC地址，源主机用该MAC地址封装数据链路帧）
如果目的IP不在同一网段，则主机将数据发给路由器即网关（步骤是：如果主机ARP表中没有路由器IP对应的MAC地址记录，则先向网关地址发送ARP请求，获取MAC地址后疯转数据链路帧）
在数据的发送过程中，源IP和目的IP地址始终保持不变，而源MAC地址和目的MAC地址在每一个节点都会改变（重新封装）

IP地址主机部分不能全为0，全为0代表网段；也不能全为1，全为1代表广播地址

用子网掩码划分网段时，可以是等长子网划分也可以是边长子网划分

与子网划分相对的是超网，可以使更多的计算机处于同一网段，比如400个计算机在C类IP地址下想要处于同一网段，就得用超网，
即将主机部分往前扩展（子网划分是网络部分往后扩展），扩展后的网段地址是：将主机位归零后的地址，子网的网段地址也是一样。

子网和超网划分的时候就不再将IP地址考虑成4个8位了，而应该从整个IP地址有32位的角度来划分

IP地址和MAC地址的作用：
IP地址决定了数据从谁最终发送给谁；MAC地址决定了下一跳跳到哪里（每跳一次源MAC和目标MAC都变）。还是可以用快递来类比：
从长春寄快递到广州，源IP地址是长春，目标IP地址是广州；而最开始时，源MAC地址是吉大南岭中通，目标MAC地址是北京中通，假如下一次跳转到广州中通，则源MAC地址变为
北京中通，目标MAC地址变为广州中通。在此过程中，长春中通（发送端）首先看一下目的地（目标IP）发现不在长春市内（不在本网段），然后经过查询，

P2P终结者和网络执法官等软件都是通过ARP欺骗来控制同一网段的其他主机的流量和通信，可以通过安装ARP防火墙来防御

网关就是默认路由

ping命令用的是ICMP协议

pathping可以跟踪路径

动态路由协议：
RIP：最早，每30秒周期性广播，使各路由器之间相互获取各自的连接信息（所在网段、到某网段的跳数）
OSPF：包含三个表——邻居表、hello表和链路状态表，通过带宽来规划最短路径，划分两级区域——主干区域和自治区域，自治区域内部的路由之间不会进行路由信息交换
（否则全国甚至全世界的路由器都进行信息交换，数据量过大且较为混乱），只交换自治区域出入口的路由信息（就好像整个区域变成一个路由器），以上是自己的理解。。

外部网关协议（BGP协议）
用于连接不同的自治系统，使每个自治系统能够选择路径。每个自治系统会选择一个发言人
windows上，route print可以查看路由表

NAT网络地址转换：比如在学校使用的内网地址是10.x.x.x，在访问公网时，目标ip是公网地址，数据可以到达，但是无法从公网返回数据，因为10.x.x.x属于内网地址，
公网不知道该怎么走，所以也就无法上网。因此发送数据时使用NAT将内网地址转换成公网地址，返回数据是再转换回内网地址。
PAT端口地址转换：内网中多个主机在上网时可能走的是同一个出口到公网，此时如果使用的端口号（源端口号）相同，那么公网返回来的数据就会不知道该给谁，为了
解决端口号冲突的问题，PAT将源端口号设置为没有重复的端口号以解决此问题。
NAT并不能节省IP地址，结合PAT使用就能够节省IP地址，基于此，IPv4才能坚持到现在而不至于IP地址不够用
netstat -n 查看网络连接

IGMP协议：管理多播成员

传输层TCP和UDP协议的特点
TCP：分段、编号、流量控制、建立会话
UDP：一个数据包就能完成数据通信 不建立会话

应用层协议实际上就是传输层协议（TCP/UDP）+端口号
例如：http——TCP+80、ftp——TCP+21、DNS——UDP+53或TCP+53
使用使用层服务时，比如接受邮件，对方通过IP地址定位计算机，之后按照端口来定位服务
端口可以由应用修改

TCP协议是全双工通信，就像下载时也要有上传，上传用来回应状态。
TCP可靠传输的原理
（1）停止等待协议，对方超时没有回应，则进行超时重传

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2.B站湖科大教书匠《Cisco Package Tracer仿真实验》笔记

（1）交换机的ARP表和MAC地址表

 

 

（2）IP数据报的发送及转发流程、路由表、ARP表的作用...

 

 

结合图来看，假设左上主机192.168.16.1要ping一下右上主机192.168.16.201，则整个过程如下：
注：一次ping相当于传输4次ICMP报文
1.源主机首先根据目的IP地址判断目的主机是否与自己在同一个网段，具体做法是：
用目的IP和自己的子网掩码做与运算获取目的IP的网络地址（即网段），然后再用自己的IP和
自己的子网掩码做与运算获取本机的网络地址，最后比较两个网络地址是否相同:
（1）若相同，则说明在同一个网段内（右边主机），这时由于源主机内还没有目标
主机的MAC地址，因此无法封装数据帧（数据链路层），因此要发送一个ARP广播请求，交换机对
该ARP数据帧进行广播，到达下面的路由器后由于ARP中的目的IP并不是自己，因此ARP丢掉；而右边
主机发现ARP中的目的IP是自己，说明有人在询问自己的MAC地址，因此回复ARP响应帧，告诉对方
自己的MAC地址。（注意：交换机在接收到源主机的ARP广播后，进行两个操作：登记和转发，登记
的是源主机的MAC地址及对应的交换机端口号——即更新MAC地址表；而目的主机在接收到ARP请求时，
更新了ARP表——即源主机的IP所对应的MAC地址——这样在给源主机回复响应帧的时候就可以通过
其IP查表得到其MAC地址，从而进行二层数据帧的封装）。源主机收到ARP响应后，更新自己的ARP表，
这样在有了目标IP对应的MAC地址后，就可以将之前要发的ICMP报文进行封装并发送了。而在ARP发送
和响应的过程中，交换机也已经在MAC地址表中添加了源主机和目的主机的MAC与交换机端口号对应关系。
（2）若不同，则源主机需要走网关发送——即将数据报发送给默认路由，由路由器帮助转发。但此时
源主机只知道路由器的IP地址不知道其MAC地址，因此需要发送ARP请求（跟（1）中情况一样），因此
通过交换机发送广播，得到路由器的MAC地址，从而也就更新了源主机的ARP表，与此同时路由器的ARP表
中也添加了源主机的IP与MAC地址对应关系。之后源主机对ICMP报文进行封装发送给路由器，此时报文中
IP是192.168.16.1和192.168.16.201，MAC地址是0002.1642.6D86和00D0.FF25.8601。路由器收到数据帧后
先是解析目的MAC地址，看是不是发给自己的，若是，再解析目的IP地址，根据目的IP查询路由表，看下一条
发给哪个IP地址，经查询得到下一跳的IP是192.168.16.194，但不知道对应的MAC地址，此时又得发送ARP请求，
注意：这时路由器会丢弃ICMP报文，转而发送ARP请求，更新ARP表，此时源主机会产生一个请求超时。
2.源主机开始发送第2个ICMP报文。报文顺利到达路由器后，路由器将其解析后发给路由器2，此时
报文的IP仍然为192.168.16.1和192.168.16.201（IP地址是永远不会变的），MAC地址是0002.4A2A.2001.
路由器2收到数据帧后解析目的IP（192.168.16.201），根据目的IP查询路由表，发现是和自己的端口fa0/1直连的，
，即下一跳就是目的IP地址，但此时的问题还是不知道对应的MAC地址，因此路由器2此时需要发送ARP请求，
更新ARP表，同时丢弃了ICMP报文，于是导致源主机的第二次请求超时。
3.当源主机第3、4次发送ICMP报文时，就不会发生这种状况了。

小结：
1.交换机不涉及IP地址，只管自各接口对应的MAC地址——即交换机的MAC地址表
2.MAC地址管设备间的通信，而IP地址管线路选择（数据报在各节点的下一跳）
3.ARP表的由来：主机访问目的IP时在每一个3层节点（主机PC和路由器）都需要解析IP地址（用于查询下一跳）、
重新封装MAC地址（用于下一跳时的通信），因此每个3层节点都应该有一个根据IP地址查询MAC地址的表——即ARP表。

4.关于实验模型中的子网划分：可以学习韩老师视频第62~70讲。