网络TCP/IP

IP地址

1. 作用：为每个网络及网络中的主机分配一个逻辑地址。
2. 组成部分

• 网络号：标识网络。一个大型网络由多个小型网络组建，不同的网络具有不同的网络号。
• 主机号：标识网络中某台主机。

3. 一个ip地址，包含网络号+主机号，整个用于标识主机，先找到网络(通过网络号)，然后在找网络内的主机。（主机、路由器——有ip地址的网络设备）
   
4. 划分网络号和主机号
   

A类 0.0.0.0到127.255.255.255
B类 128.0.0.0到191.255.255.255
C类 192.0.0.0到223.255.255.255
D类 224.0.0.0到239.255.255.255
E类 240.0.0.0到247.255.255.255

子网掩码

作用

1. 划分子网（了解)︰可以把A~C类IP地址，再次划分更小的网络=>划分方式，把主机号一部分作为内部的一个网络号
2. IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号，主机号从全0到全1就是子网的地址范围;
   
3. 网络通信，子网掩码结合IP地址，可计算获得网络号（划分子网后的网络号）及主机号（划分子网后的主机号）。一般用于判断目的ip与本IP是否在同一网段。

MAC地址

1. 作用：标识网络硬件设备的物理地址。
2. 长度48位，6个字节。
3. 广播数据报(对同网段所有主机发送数据报)，MAC地址为：FF:FF:FF:FF:FF:FF

网络数据传输

1. 网络节点：主机和路由器
2. 主机和路由器有ip地址，集线器交换机没有。
   
   ip地址和MAC地址区别
3. ip地址是给人用的逻辑地址（标识主机），MAC地址是给硬件用的物理地址。
4. IP地址是整个路径的起点和终点。
5. MAC地址是每一跳的起点和终点：每一跳的源MAC和目的MAC都会变。

网络硬件设备及技术

集线器

不管是什么数据（目的ip是具体某个主机，或目的ip是广播ip)，都转发到其他所有主机。类似在房间中说话，其他人都听到了。

交换机

• 内部维护了一个**mac地址转换表,记录mac地址<=>端口** 映射关系。
• 发送的数据，是使用以上映射关系（mac地址转换表），通过目的mac找端口，往端口相连主机发数据。
• 如果找不到目的 mac,交换机设置数据报目的mac为广播地址FF:FF:FF:FF:FF:FF,发送所有端口，由对应主机返回mac地址。

主机

• 源主机目的主机同网段：下一跳设备目的主机。
• 源主机目的主机不同网段：下一跳设备是网关设备（一般路由器）
• 封装数据，到数据链路层，必须要封装mac地址（目的mac就是下一跳设备的mac）。所以必须先找，哪个设备是下一跳设备。

主机&路由器——ARP缓存表

ARP协议：建立IP地址和MAC地址映射。用于通过IP地址找MAC地址。
ARP缓存表:主机或路由器，内部维护的一组数据（类似hash表，通过ip找mac)
ARP寻址:主要就是在数据链路层封装数据报时，需要设置mac地址（此时知道ip，可能不知道mac)
搜索下一跳设备mac的过程，就是寻址

• 本机ARP缓存表去找（通过ip找mac)
• 如果找不到，广播=>就有了

路由器：路由+NAPT

1. 划分公网和内网(局域网）网关

• 路由器中，具有多个网卡=>至少一个公网网卡＋多个子网网卡（子网ip和mac）

2. NAPT协议：内网ip+端口 转换为=》 公网ip+端口

• 使用场景：局域网内主机1发送到百度服务器。
• 过程：主机（局域网ip和端口）发送数据，下一跳设备是网关（路由器)【路由器接收到的数据报:协议号，源ip，源port，目的ip，目的port】
  由于目的主机还需要返回响应数据，此时目的ip和port就需要设置为公网的才有用
  路由器再次发送数据（上一跳是主机1到路由器，现在这一跳就是路由器到下一跳设备)
  就会修改数据的内容:局域网内主机ip+port修改为路由器公网ip+port

3. 路由——路径规划

• 了解:路由器中，存在一个路由表，保存有ip地址信息（类似地图中的坐标点)，根据目的ip,再基于最短路径…等算法，就可以计算出一个效率比较高的路线

冲突域

在某个范围的网络中，如果发送数据时，会产生冲突，该网络范围就是一个冲突域

• 集线器:所有端口为一个冲突域 。交换机:一个端口为一个冲突域

广播域

广播域发送一个广播数据报，能够达到的网络范围

• 集线器:所有端口为一个广播域。路由器:可以隔离广播域
• 广播的范围，是同网段(不同网段，就不能接收到广播数据报)

网络数据传输流程

局域网传输流程：集线器

使用集线器网络互联的情况下，发送端主机发送数据包时，需要先从上到下封装数据报。但封装时，目的MAC可能并不知道，需要先进行ARP寻址:

(1）发送端在本机ARP缓存表中，根据目的IP查找对应的MAC地址
(2）如果找到，则可以在数据链路层以太网帧头中，设置目的MAC并发送数据包
(3）如果没有找到，需要先发送ARP广播请求，让接收端，即目的主机告诉自己，目的MAC是多少
(4）发送端更新本机ARP缓存表:保存目的P与目的MAC的映射(5）有了目的MAC，就可以按照第（2)个步骤发送数据了。

路途中，经过的每一个网络节点（主机或路由器)，都会先分用，再封装–(源mac，目的mac，每—跳就会改变源mac:当前设备的mac。目的mac:下一跳设备的mac)

本机ARP缓存表缓存表可以找到目的MAC的流程:

如果没有找到，需要先发送ARP广播请求:

局域网传输流程：交换机——局域网内同网段

局域网传输流程：交换机+路由器——不同网段

路途中，经过的每一个网络节点(主机或路由器)，都会先分用，再封装

广域网数据传输流程

DNS

• 域名：给人用的，比较方便记忆或识别公司的一种字符串，也可以标识主机网络地址。https://blog.csdn.net/?spm=1010.2135.3001.4477
• 作用：域名和ip的映射
• 域名系统：提供全球域名服务器（根域名+子域名服务器)+各级DNS缓存—构成多个根节点的树形结构。提供域名转ip的服务，发送的数据是dns协议的数据，域名系统接收就可以返回对应域名的ip

广域网数据传输流程

以访问百度网站为例：

发送http请求到百度服务器：http://www.baidu.com，根据DNS协议将域名转换为IP地址。http协议不带端口默认端口值为80.

1. 首先对数据进行封装，封装到数据链路层时需要设置目的MAC，根据子网掩码计算源IP和目的IP的网段

• 在同网段得话，和交换机的流程一样；
• 不在同网段，需要交给网关处理，也就是交给路由器处理，通过ARP寻址，查找路由器IP地址对应的MAC地址；

2. 数据传输到交换机，交换机保存有MAC地址转换表，读取数据后，通过mac地址转换表查找对应的端口：如果找到，直接将数据报转发到对应的端口；如果没有找到，进行广播，目的主机进行响应，记录目的主机MAC和端口，将数据转发到相应端口；
3. 交换机后，数据报传输到路由器，分用解析数据报：

• 基于NAPT协议，转换源IP为路由器公网的IP，源MAC为路由器公网的MAC；
• 基于路由技术，通过路由表规划路线，找到下一个设备的IP；
• 通过ARP寻址，找到下一个设备的MAC，封装数据报发送给下一个设备；

4. 重复上面的步骤，直到将数据发送到百度服务器，此时服务器对数据报进行接收分用：

• 数据链路层：目的MAC和我一样，进行接收；
  网络层：目的IP和我一样，进行处理；
  传输层：根据端口找对应的进程；
  应用层：将数据交给应用层，有应用程序根据应用层协议进行解析。

5. 最后，百度服务器返回响应数据报，和请求流程一样，只是源IP和目的IP、源端口和目的端口的交换。