计算机基础-网络篇

本篇为操作系统部分
为增加可读性三部分分为三篇文章，另外两片链接如下：
操作系统篇
计算机原理篇

一，概述

网络 = 软件 + 硬件
按照范围分：广域网 WAN，城域网 MAN，局域网 LAN

1.层次结构

为解决网络传输的繁杂问题，使用分层处理

• 设计原则
  独立，灵活，相互解耦

• OSI七层模型
  只是个理论

  
  
  

  [email protected]

• TCP/IP四层模型

  
  
  

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2.网络拓扑

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3.性能指标

• 100M光纤 === 12.5M/S （8倍）：网络速度100Mbits/s
• 时延
  发送时延：=数据长度/发送速率，发送速率受限于网卡
  排队时延：数据包在设备中等待处理的排队时间
  传播时延：=距离/传播速率，速率受限域介质
  处理时延：处理的时间
  RTT：数据报文在端对端来回一次的时间，用来评估网络性能
  ping命令可以查看RTT时间

4.物理层

• 物理层链接设备，传输比特流
  高电平是1，低电平是0，连续变化就是bits流
• 信道
  往一个方向发送信息的媒体
  一个通信电路包含一个发送和一个接收信道
  单工信道：电视，收音机，只能接收
  半双工：都能发送和接收，但不能同时
  全双工：随时发送接收
• 信道分用复用

5.数据链路层

• 封装成帧
  物理层只管比特流的传输
  数据链路层：发送端会在一段数据前后添加特定标记，形成帧。接收端识别帧
  首部控制字符：SOH
  尾部控制字符：EOT
• 透明传输
  即数据中如果包含帧首部和帧尾部的控制字符，当做不存在处理；
  方法：如果数据包中有控制字符，在其前面增加转义字符ESC
• 差错检测
  判断物理层的比特流是否有出错
  方法1：奇偶校验码（已过时）缺陷，出现错误的数量是偶数的时候检测不出来
  方法2：循环冗余校验码 CRC
  数据链路层只检测，不纠正，直接丢弃错误数据
• MTU
  数据链路层的最大传输单元maximum transmission unit
  一般是1500字节，过大过小都影响效率（参考时延）
  路径MTU：数据链路中的MTU最小值
• 以太网协议
  MAC地址：物理地址（硬件地址） 有48位 => 命令：ipconfig /all查看
  例：30-B4-9E-ED-85-CA（16进制，6对数）
  以太网协议：五部分，目的地址，源地址，类型，帧数据，CRC
  路由器根据目的地址查找硬件接口，若局域网找到目的地址，但是不知道详细的硬件，会进行广播，收到返回信息并记录硬件接口，就打通了传输
  但是做不到跨多个路由器在硬件间传输
  做到这个需要下一章的IP协议

二，网络层，协议篇

前言：虚拟互联网络 => 因为实际网络联通较为复杂，通过IP协议化繁为简，屏蔽底层细节，网络虚拟化，同时解决传输路径问题（寻找最优路径）

1.IP协议

相对于数据链路层的MAC地址，网络层中每个使用者也有个IP地址（点分十进制，长度32位）
不同点：MAC地址唯一，IP地址可变

• 协议详解

4位版本：协议版本，目前是IPv4，双方必须一致
首部长度：IP首部长度，4个字节，32位字，最大数值60
总长度：最大数值65535，IP首部+IP数据=IP数据报的最大长度
TTL：IP报文在网络中的寿命，每经过一个设备减一，等于零时必须丢弃报文
8位协议：表明IP数据携带的具体协议，TCP，UDP等
16位首部校验和：校验首部错误，出错即丢弃

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• 转发流程

逐跳：hop by hop
路由表：有目的IP地址与下一跳IP地址组成
转发流程：
下图为例，一共经历三步；
其中每一步都经历了：①网络层查询路由表，确定下一跳，②将数据交给数据链路层通过MAC地址发送，③下一跳接受到数据帧，把数据交给网络层，网络层查询路由表，继续往下走
其中，每一跳的MAC地址都发生变化，IP地址不变

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2.ARP协议与RARP协议

• ARP => address resolution protocol地址解析协议

类型：0806
使用ARP缓存表（IP，MAC一一对应的表），将网络层32位IP地址装换为48位MAC地址
缺少对应关系时，参看数据链路层广播，获得目标MAC地址，然后记录下来；
查看ARP缓存表命令：arp -a
ARP数据封装在数据帧中

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• RARP =>reverse address resolution protocol 逆地址解析协议

类型：8035

3.IP协议子网划分

• 分类的IP地址

A、B、C三类
特殊主机号
全零：表示当前网络段，不可分配给主机 => 1.0.0.0
全一：表示广播地址，可以向当前网络段所有主机发送消息 => 1.255.255.255
特殊网络号：0和127，特殊网络和回环地址，128.0和192.0.0
本地回环地址：127.0.0.1本机的虚拟接口，用来测试是否正常工作

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• 划分子网 与 子网掩码

再次细分网络段，避免IP浪费
通过子网掩码，判断IP属于哪个网络号
子网掩码：快速判断IP属于的网络号
A类地址的子网掩码：255.0.0.0B
B类地址的子网掩码：255.255.0.0
C类地址的子网掩码：255.255.255.0 或者 255.255.255.128
子网掩码与IP地址的二进制，对位进行与运算，即可得网络号

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• 无分类编址CIDR

不同于上面分类的方法