网络成长史

l_Xoho

已于 2024-12-15 15:13:48 修改

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于 2024-12-15 00:34:18 首次发布

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网络成长史

一、计算机网络结构体系

1.应用层：人机交互---抽象语言---编码。

2.表示层：编码---二进制（翻译官，把数据转换为一种通用的、能够被接收端识别的格式——二进制）

3.介质访问控制层：

如以太网（第一个被广泛使用的局域网（LAN）技术）中的双绞线

RJ-45双绞线

4.物理层：“算盘”

二、拓扑

当传输距离过长时会导致波形失帧

1.中继器---从物理层面增加电压

2.节点增加：拓扑

*人类最早的网络---对等网

（一）拓扑图

A.直线型拓扑

B.环型拓扑

C.树状拓扑

D.波环型/全网状拓扑

E.星型拓扑

（二）HUB集线器——节点增加的设备

（1）HBU集线器的问题：安全延时地址冲突

（2）解决问题的顺序：地址➡️冲突➡️延时➡️安全

（3）解决方案：

A.地址

物理（MAC）地址：由48位二进制构成、格式相同、一般以十六进制显示、出场即烧录、全球唯一。

B.冲突（相似电流会互相吸引、碰撞、随后抵消）

解决方案：CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测机制——排队

机制解析：

1.首先使用监听功能，当发现网络中有信息进行传输时，停止自身的消息发送，进行监听，随时准备进入下一阶段。

2.当当前消息发送完成后，立刻发送自身消息。

3.当消息相撞时，会彼此发送一个阈值，因为阈值是随机的，所以一定会有大小之分，当达到阈值时，再次发送自身消息。

*结论：虽然解决了一定的冲突问题，但是大大增加了延时问题。

（三）网桥➡️交换机（实现：1.无限的传输距离2.没有冲突3.形成单波）

（1）交换机的工作流程：

1.当数据帧进入交换机后，交换机回先查看数据帧中的源MAC地址，之后将该数据帧的进入接口与其源MAC地址映射记录在本地的MAC地址表（通讯录）中，随后查看目标MAC地址，基于本地的MAC地址表进行查询，若存在记录单播即可

2.若不存在则进行泛洪

*泛洪：向除了进入接口以外的所有接口进行发送

（2）MAC地址表老化（老化时间：300s）

原因：

1.设备移动或更换：网络中的设备课能会被移动到其他位置或者被新设备替换。例如，在办公室中，员工可能会将自己的笔记本电脑从一个房间的网络接口连接到另一个房间的网络接口，原来MAC地址表中记录的端口信息就不再准确。

2.动态学习机制：交换机的内存空间是有限的，如果一直不断的记录新的MAC地址信息而不清理旧的，内存会被填满。

作用：

1.节省资源

2.保证转发准确性

*总结：对等网---变大网络---无线传输距离、无冲突、单播

（四）路由器

网桥➡️交换机（工作在介质访问控制层）---识别MAC地址---转发时，存在记录则单播，不存在则泛洪➡️泛洪区域---泛洪区域越大越卡顿（新问题），于是产生了一个解决问题的机器——路由器（路由器➡️网络层➡️IP➡️IP地址——逻辑地址）

*路由器的每一个接口都是一个泛洪范围的终点

（五）IPV4地址

1.IPV4地址：32位二进制构成，存在网络位和主机位的区分，网络位用于标定所在范围，主机位用于标定该节点在该范围内的编号。选用点分十进制显示，为了方便人的区分，所以采取8位一分的方式。

常见二进制化十进制

二进制十进制

00000000 0

00000001 1

00000010 2

00000011 3

00000100 4

00001000 8

00010000 16

00100000 32

01000000 64

10000000 128

例：192.168.1.1

11000000.10101000.00000001.00000001

2.IPV4地址详解

（一）存在ABCDE五类：

ABC类：单播地址，既可以作为源IP使用，也可以做为目标IP使用，每一个单播地址都代表着网络中的一个唯一节点，只有单播地址可以作为源IP使用。

D类：组播地址，只能当做目标地址使用。

E类：保留地址。

（二）基于IP地址的第一组8位进行分类

A类地址：1-126 默认前8位为网络位

B类地址：128-191 默认前16位为网络位

C类地址：192-223 默认前24位为网络位

D类地址：224-239 不分网络位和主机位

E类地址：240-225

（三）特殊地址

（1）127环回地址：127.0.0.1-127.255.255.255.255用于排错的历程分析。

（2）受限广播地址：255.255.255.255

（3）网段：主机位全0，不是单播地址，代表着一个网段。（例，192.168.1.0/24网段，192.168.1.1属于192.168.1.0/24网段）

*网络号，例，192.168.1.1/20（网络号）

（4）直接广播地址：主机位全1，例，192.168.1.255/24不是单播地址，是直接广播地址。

（5）0.0.0.0：代表没有地址，也代表所有地址。

（6）169.254.0.0/16:本地链路地址，私有地址。

3.子网掩码

子网掩码特性：由32位二进制构成，由连续的1和0构成，连续的1对应网络位，

连续的0对应主机位。

例：255.255.255.240

11111111.11111111.11111111.11110000

（网络位）（主机位）

192.168.1.1➡️11000000.10101000.00000001.00000001

（网络位）（主机位）

255.255.255.0➡️11111111.11111111.11111111.00000000

4.路由器是如何工作的

当数据包来到路由器时，路由器会根据目标IP地址查询本地的路由表，若存在记录则无条件转发，若不存在记录则无条件丢弃。

（1）若PC1意图与PC2联系，在已知IP地址的情况下，进行子网掩码的判断，若在同一个广播域，则直接发送ARP请求包获取对端MAC地址，随后单播即可。

（2）若PC1意图与PC3联系，在已知IP地址的情况下，进行子网掩码的判断，若不在同一个广播域，则保留源IP目标IP源MAC的情况下，封装目标MAC为自己的网关，发送至路由器处，路由器接收到后，会根据目标IP查询本地的路由器表，若存在记录则按照记录无条件转发，因为路由器在网络层工作，所以路由器可以识别IP地址，在重新转发的过程中，将会更改源MAC地址为转发网段的网关。若不存在，则直接丢弃。

三、ARP协议——地址解析协议

1.作用：通过一种地址找到另一种地址，以保证网络通信的顺利进行

2.工作原理：ARP先通过广播形势发送请求包，所有收到请求包的设备均将数据包中的源IP和源MAC记录在本地的ARP缓存表中，随后查看目标地址，若不是自己则丢弃，若是自己，则回复一个源IP和一个源MAC为自己的ARP回复包。在之后的传输过程中，将优先查看本地的ARP缓存表，若有记录则直接调用记录，若没有则进行ARP缓存。

路由器（IP地址）想要进行通讯就要知道MAC地址，在已知IP地址的情况下，就会使用ARP协议去获取MAC地址。（ARP协议➡️广播➡️广播域）

*广播行为：在一个泛洪区域内，强迫交换机将一个数据进行泛洪。

*广播域=泛洪区域

*泛洪区域不等于广播域

3.ARP缓存表老化时间：180s

4.免费ARP/无故ARP：用于自检，发现环境中是否存在与自己地址冲突的人。

四、VLSM——可变长子网掩码——子网划分（借位）

一个网段的主机数范围：主机位全0-主机位全1

192.168.1.0/24 256个

11000000.10101000.00000001.00000000

11111111.11111111.11111111.00000000

192.168.1.0/25 128个