计算机网络（1）

计算机网络

计算机网络的基本概念

1. 什么是计算机网络
   • 由两台或多台计算机通过网络设备进行串联(网络设备通过传输介质串联)
     • 网络设备
       • 计算机
       • 路由交换
       • 防火墙
       • 上网行为管理
       • …
       • 传输介质
         • 双绞线（网线)5类、6类、7类
         • 光纤
         • 无线(2.4GHz 5GHz)
2. 计算机网络的目的
   • 数据通信
   • 资源共享
   • 增加可靠性
   • 提高系统的处理能力
3. 计算机网络发展历程
   • 第—阶段
     • 分组交换网络-------阿帕网(ARPANET)
   • 第二阶段
     • 近80年代
     • 标志性事件:NSFNET
     • 关键性技术:TCP/IP协议簇的提出
   • 第三阶段
     • 90年代，超文本链接网页(HTML)浏览器的出现。
     • 标志性事件:浏览器
     • 关键性技术:万维网技术(web====www)

常见的概念

1. 网络协议和标准
   • 协议︰规则(计算机网络中通信的对等实体之间交换信息时所需要遵循的规则的集合)
   • 标准:
     • 标准组织
       • ISO(国际标准化组织)
       • ITU:国际电信联盟
       • IEEE:电气和电子工程师协会
       • …
2. 网络分类
   • 广域网:WAN，万维网，外网
   • 城域网:MAN,一个城市的网络
   • 局域网:LAN,一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连
   • 个人区域网:PAN,用无线技术连接起来的网络
3. IEEE802局域网标准协议
   • 有线局域网802.3
     • 802.3u 实现百兆快速以太网
     • 802.3z 光纤实现千兆
     • 802.3ab 双绞线实现千兆(超五类)
     • 802.3ae 实现万兆
     • 802.3ba 实现十万兆
   • 无线局域网802.11
     • 802.11a 速率最高54Mbps (5G)
     • 802.11b 速率最高11Mbps (2.4G)
     • 802.11g 速率最高54Mbps(2.4G)
     • 802.11n 速率最高600Mbps
4. 主流的网络厂商及设备
   • 网络通信设备厂商
     • 思科
     • 华为
     • 新华三
     • 锐捷
   • 网络设备厂商
5. 网络拓扑
   • 星型网络拓扑(双星型拓补是目前企业中使用最广泛的结构)
     • 中心节点压力大(购买好一点的设备)
     • 易于实现，易于网络拓展，易于故障排查
   • 网型拓扑
     • 可靠性高
     • 成本非常高
   • 环型拓扑
     • 由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。
     • 容错性高
     • 管理和维护比较复杂
   • 总线型结构
     • 各工作站和服务器均挂在一条总线上，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。
     • 结构简单，可扩充性好
     • 维护难，单点的结构可能会影响全网络
   • 混合拓扑
     • 由星型结构或环型结构和总线型结构结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量上的限制。
     • 扩展相当灵活，速度较快
     • 总线长度和节点数量上受到限制
     • 随着用户的增多而下降的弱点，较难维护
   • 分布式拓扑
     • 将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式
     • 很高的可靠性
     • 传输速率高，但控制复杂

计算机网络参考模型

OSI七层参考模型

1. 分层思想
2. OSI参考模型

• 由于早期计算机厂商使用的私有的网络模型，由ISO在1984年颁布了OSI参考模型，将网络分为七层次
• 物理层：二进制数转换传输的电信号或光信号(建立、维护、断开物理链接)
• 数据链路层：数据链路层:建立逻辑链接，进行硬件地址(MAC)寻址、差错校验
• 网络层：进行逻辑地址(IP地址）寻址，实现不同网络之间的路径选择
• 传输层：定义传输数据的协议端口号，流控，差错校验
• 会话层：建立、管理、中止会话
• 表示层：数据的表示，加密，压缩等等
• 应用层：将原始的数据转换为电脑能够识别的二进制数

TCP/IP(传输控制协议/网际协议) 四层和五层

1. 四层
   • 网络接口层
   • 网络层
   • 传输层
   • 应用层
2. 五层
   • 物理层
   • 数据链路层
   • 网络层:IP(ARP:地址解析协议;RARP:逆地址解析协议;ICMP:网际控制报文协议;IGMP:网际组管理协议)
   • 传输层:TCP(传输控制协议)︰传输更加稳定可靠，UDP(用户数据报协议)︰传输效率更高
   • 应用层:HTTP HTTPS SSH TELNET DNS POP3 IMAP TETP FTP NTP

应用层协议	基于传输层	默认端口号	应用场景
DNS(域名系统)	UDP	53	作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网
FTP(文件传输协议)	TCP	21，20	任务是从一台计算机将文件传送到另一台计算机，不受 操作系统的限制
SMTP(简单邮件传输协议)	TCP	25	SMTP是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议。SMTP是建立在FTP文件传输服务上的一种邮件服务，主要用于系统之间的邮件信息传递，并提供有关来信的通知
HTTP(超文本传输协议)	TCP	80	是一个简单的请求-响应协议，它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应
SNMP(简单网络管理协议)	UDP	161,162	使网络管理员能够管理网络效能，发现并解决网络问题以及规划网络增长。通过 SNMP 接收随机消息（及事件报告）网络管理系统获知网络出现问题
HTTPS(超文本传输安全协议)	TCP	443	是以安全为目标的 HTTP 通道，在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性
POP3(邮局协议版本3)	TCP	110	由RFC1939 定义。本协议主要用于支持使用客户端远程管理在服务器上的电子邮件。提供了SSL加密的POP3协议被称为POP3S
IMAP(交互邮件访问协议)	TCP	143	邮件客户端可以通过这种协议从邮件服务器上获取邮件的信息，下载邮件等
SCP(完全复制协议)	TCP	22	是用来与远程主机之间进行数据传输的协议，相当于经过加密的Copy命令。SCP数据传输使用 ssh协议，并且和ssh 使用相同的认证方式，提供相同的安全保证

数据的封装和解封装

• 主机1现在要发送数据给主机2，发现处于不同网络中，进行数据封装
  传输层，封装对应端口号，网络层，源IP是主机1的IP，目的IP是主机2的IP;数据链路层:源MAC是主机1的mac，目的MAC是与主机1直接的路由器的接口的MAC地址
• 接着进行数据传输，传输过程中，遇到了二层交换机，二层交换机是数据链路层设备，所以解封到数据链路层
• 根据交换机的工作原理:交换机的中维护了一张MAC地址表，查看源MAC地址，如果不在自己的表中，进行学习并记录到表中，再查看目标mac地址，如果在，找到对应的接口直接将原始的数据封装进行转发
• 接着进行数据传输，传输过程中，遇到了路由器，解封到数据链层，查看目的mac地址是否是自己的，如果是就继续解封到网络层，查看目标IP地址，根据路由器中的路由表得出，目标IP地址是否可达，如果可达，重新进行二层封装找到对应接口转发

物理层(网卡，传输介质)

信号

1. 基本概念

• 进行网络通信，在线缆中传输的就是信号，网线传输电信号，光纤传输光信号
• 信息
• 数据
• 信号

2. 分类

• 模拟信号
  • 用来表示连续变化的物理量所表达的信息
• 数字信号
  • 指变量是离散的，在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制表示

传输介质

1. 同轴电缆

   • 用在网络上传输，最高速率只能达到10Mbps

2. 双绞线

   • 传输速率高、应用广泛、技术成熟、成本低
   • 屏蔽双绞线:主要应用于电磁干扰比较强的场景
   • 非屏蔽双绞线:主要应用于没有电磁干扰的场景
   • 以太网接口
     • RJ-45接口(水晶头)
   • 连接规范
     • 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(常用)
   • 双绞线的连接
     • 标准网线:两边都是568A或568B的线序
     • 交叉网线:一边是568A，一边是568B
     • 全反线:一边是网线接口，一边是com口 console线
   • 双绞线的分类
     • 5类
     • 超5类
     • 六类
     • 七类

3. 光纤

   • 利用光的全反射原理，传输带宽高，传输距离远，抗干扰能力强
   • 光纤分类
     • 单模光纤:线芯窄，需要激光源
     • 多模光纤:线芯相对粗
     • 光纤接口
       • FC
       • SC
       • LC

4. 网络接口控制器(网卡)NIC

   • 电脑要想上网，必须得有网卡
   • 每一块网卡都会有一个身份标识，称为MAC地址，由48位的二进制组成，通常表示12位的16进制数，全球唯一
   • 技术点:
     • 驱动程序
     • I/O技术
   • 分类
     • 标准网卡和PCMCIA

制作网线

1. 网线钳
2. 测线仪
3. 寻线仪

二进制基础

计算机数制

1. 概念

   • 举例:189
   • 数制:计数的方法
   • 数位:数字符号在一个数中所处的位置
   • 基数:数位上所能使用的数字符号的个数
   • 位权:数位所代表的大小

2. 十进制

   • 在十进制数制系统中包括十个数字
   • 举例
     • 以 189 为例
     • 1 8 9

3. 二进制

   • 在二进制数制系统中只包括2个数字
   • 举例 10001100

4. 十六进制

   • 基数是16
   • 包含的数字(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f)

5. 进制表示

   (189)10
   (1010)2
   (87A)16
   0X2C
   

6. 二进制的优点

   • 易于实现，只有两种状态来表示
   • 运算简单
   • 更容易实现逻辑运算:真假

进制计算

1. 十进制和二进制互转

   • 二转十
   • 十转二

2. 十进制和十六进制互转

   十进制转任何进制都用反除，最后反写得方式

3. 二进制和十六进制互转

   • 一个1位得16进制正好等于一个4位二进制

IP地址

IP地址的基本概念

1. IP地址

• 用于表示网络中的某一台主机(某一个网络接口)，主机的唯一标识，保证主机间的正常通信（主机想要进行网络通信，就必须配置相应的IP地址)
• —种网络编码，用来确定网络中的一个节点
• IP地址由32位的二进制组成，为方便记忆，8位为一组，以点进行分隔，转换为十进制
  192.168.18.22
  11000000.10101000. 00010010.00010110

2. IP地址的组成

• 网络部分:用于标识网络的范围
• 主机部分:用于标识网络范围中的一个节点
• 网络部分越长，标识网络的范围越小，网络部分越短，标识网络范围越大

IP地址分类

1. 公有IP地址分类

   • 地址分为A、B、C、D、E五类(32位二进制组成)

     • A类:确定前8位为网络位，后面24位为主机位，并且以0开头
       第一个8位组范围:0_{127由于"0"代表本地网络，127开头的地址一般用于回路检测，最终范围:1}126

     • B类:确定前16位为网络位，后面16位为主机位，并且以10开头
       第一个8位组范围:128~191

     • C类:确定前24位为网络位，后面8位为主机位，并且以110开头

       • C类地址的一个8位组范围:192~223

         192.0.0.0~223.255.255.255

         网络部分范围:192.0.0~223.255.255

2. 私有IP地址分类

   • 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
   • 私网地址是不能够在公网上进行直接路由的，需要网络地址转换将私网的地址转换为公网地址后方可访问公网内容

子网掩码

1. 概念
   • 用来确定P地址的网络部分
   • 有32位的二进制组成，对应IP的网络部分由1表示，主机部分由0表示
     • 根据子网掩码来得出网络部分和主机部分，在本网络的第一个地址就是网络地址，本网络的最后一个地址就是广播地址
     • 使用P地址和子网掩码进行逻辑"与"得出网络地址
   • 默认子网掩码
     • A: 255.0.0.0 8位
     • B: 255.255.0.0 16位
     • c: 255.255.255.0 24位
   • 子网掩码越长，代表网络部分越长，网络范围越小，子网掩码越短，代表网络部分越短，网络范围越大
   • 网络地址代表的是一个范围，不能够给主机使用
   • 广播地址，代表本网段的所有地址，也是不能够直接给主机使用

子网划分

子网划分基本概念

1. 原因

   • 从公网层面来讲:A类地址:总计只有126个网络，假设一个A类网络给某一个企业或者某一个机构使用，由于在A类地址中主机部分范围比较广，造成这个企业或机构无法全部使用完，造成IP地址的浪费，(节省IP地址)
   • 实现网络层次性
   • 满足不同网络多IP地址的需求

2. IP地址分类

   • 如果一个IP地址采用的是默认子网掩码:有类地址
   • 如果一个IP地址采用的不是默认子网掩码:无类地址

3. 子网划分原理

   • 子网位划分:增加网络部分(向主机位借位，借的位数称为子网位)
   • 网络部分越长，网络范围越小