网络基础二：物理层、数据链路层和网络层介绍

1.物理层

1.1.信号

模拟信号：不断变换的物理量、适用电话网络

数字信号：两种恒定物理量、适用计算机网络
优点：抗噪音和抗衰减比较强

1.2.介质

双绞线：EIA/TIA568标准
外形：八根线芯，两两互绞
功能分类：屏蔽型、非屏蔽性（UTP）
速率分类：
	cat 5 /5类线/10M100M
	cat 5e/超五类线/10M100M
	cat 6/六类线/1000M
接口：RJ45/水晶头
线序：EIA/TIA568B：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕
	  标准568A：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕；
	  标准568B：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕。
标准网线：两端线序相同。
光纤：
	多模：纤芯粗、低速、近、便宜
	单模：纤芯细、高速、远、贵
FC/ST/LC/：

2、数据链路层

功能：链路创建，维护，管理、帧封装，传输，同步、差错校验
地址：MAC地址（媒体访问控制地址Media Access Control Address）
结构：48位2进制数字、12位16进制数字
示例：前六位是厂商标识，后六位是硬件标识   00-21-CC-C3-8C-B0
帧封装：目标MAC//源MAC//数据//CRC

图示：

交换机工作原理：学习/广播/转发/更新
图示：

2.1.组建局域网

（通过Cisco Packte Tracert软件，组建一个局域网）
汉化：拷贝语言包至安装目录、找到首选项、设置中文
图示：

步骤：
安装cisco cpt软件
部署交换机和主机
直通线连线，主机和交换机。
为每个主机配置IP,互相ping测试
通过show mac-address-table，观察交换机工作原理。
更换某个主机于交换机连接的接口，ping测试后， 再次观察交换机的mac地址表更新。
图示：

2.2.VLAN：（Virtual Local Area Network）虚拟局域网络

1）划分VLAN的方法：
    创建VLAN （2~1024）
    根据接口和VLAN的关系
        接口和VLAN 10
        F0/1~F0/10   VLAN 10
        F0/11~F0/20  VLAN 20
2）语法配置：
    交换机1上配置
    enable        	//特权
    config  t   	//进入配置模式（config）#
    vlan 10         //创建局域网10
    vlan 20         //创建局域网20
    interface  fastethernet0/1    //必须要在接口模式下才可以输入
    switch access vlan 10        //将端口加入VLAN
    exit
    Switch>show vlan brief         //查看
验证：使用相同vlan主机通信成功，不同vlan主机通信不成功。

图示：

2.3.TRUNK：干道

核心技术：打标
目的：通过一根网线，传递不同VLAN 信息。
配置：在另一台交换机上switch2，实现划分vlan 的行为。雷同于实验1
        enable        //特权
        config t        //进入配置模式
        vlan 10        //创建局域网10
        vlan 20        //创建局域网20
        interface  fastethernet0/1
        switch access vlan 10
        interface  f0/2
        switch access vlan 10
        interface  f0/3
        switch access vlan 20
        interface  f0/4
        switch access vlan 20        //在交换机互联的接口中配置
        interface  f0/5
        switch mode  trunk        //配置链路
        switch1 也需要在f0/5配置trunk链路
特权模式下：show  running-config        //查看
测试：实现不同交换机上，相同VLAN主机通信成功；实现不同交换机上，不相同VLAN主机通信不成功。

图示：

2.4.总结

交换机接口工作模式，分为acces和trunk；
access是指定接口连接的是主机；
trunk是指定接口连接的是交换机，需要通过多个VLAN的数据。

3.网络层封装：

（这些字段组成了IP数据包的结构，使得数据可以在网络中正确传输和路由到目标主机。）

IP数据包格式是Internet协议（IP）中定义的数据包结构。它包含了数据包的各个字段，用于在网络中传输数据。
IP数据包格式如下：
版本（Version）：占4位，表示IP协议的版本号，目前常用的是IPv4和IPv6。
头部长度（Header Length）：占4位，指示IP头部的长度，以32位字长计算。最小值为5，表示头部长度为20字节。
服务类型（Type of Service）：占8位，用于指示数据包的优先级、延迟要求、可靠性要求等。
总长度（Total Length）：占16位，指示整个IP数据包的长度（包括头部和数据部分）。
标识（Identification）：占16位，用于唯一标识一个IP数据包的片段。
标志（Flags）：占3位，用于指示数据包是否允许分段以及分段的处理方式。
片偏移（Fragment Offset）：占13位，用于指示分段后片段在原始数据包中的偏移量。
生存时间（Time to Live）：占8位，表示数据包在网络中可以经过的最大路由跳数，用于防止数据包在网络中无限循环。
协议（Protocol）：占8位，指示IP数据包中携带的上层协议类型，如TCP、UDP或ICMP等。
头部校验和（Header Checksum）：占16位，用于检验IP头部的完整性。
源地址（Source Address）：占32位，表示发送端的IP地址。
目标地址（Destination Address）：占32位，表示接收端的IP地址。
选项（Options）：可选字段，用于扩展IP头部的功能。
数据（Data）：占变长，是传输的实际数据部分。

4.网关：网络的出口（路由器的ip地址）

路由器在转发数据时，需要先在路由表中查找相应的路由，有三种途径
直连路由：路由器自动添加和自己直连的路由，由网卡配置参数产生
静态路由：管理员手动添加的路由
默认路由：由网卡参数的网关产生，用于访问外部网络（非本机网卡所在网络）

4.1.默认路由

（1）实际上默认路由是一种特殊的静态路由，指的是当路由表中与包的目的地址之间没有匹配的表项时，路由器能够做出选择。如果没有默认路由，那么目的地址在路由表中没有匹配表项的包将被丢弃。
（2）默认路由（Default route），如果IP数据包中的目的地址找不到存在的其它路由时，路由器会默认的选择的路由。默认路由为0.0.0.0，由网卡参数的网关产生。

4.2.静态路由

缺点：不能动态的反映网络拓扑，当网络发生变化的时候，管理员必须手动的改变路由。
优点：不会占用路由器太多的cpu和RAM资源，也不会占用太多带宽。

添加静态路由：
[root@localhost ~]# ip r add 192.168.223.0/24 via 192.168.246.2

删除静态路由：
[root@localhost ~]# ip r del 192.168.223.0/24
#via  表示通过的意思，下一跳

5.路由器

5.1.路由器的工作原理

路由器的工作原理是怎么样的呢？路由器有个路由表，会自己学习、生成、维护路由表。
主机A准备发数据给主机B。
A将B的IP地址连同数据一起，以数据包形式发送给路由器R1。
路由器R1收到数据包后，先从数据中读取到B的IP地址，然后根据路径表计算发往B的最优路径。
比如路径为：R1->R2->R5->B；并将数据包发往路由器R2。
路由器2重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。
路由器5同样取出目的地址，发现目的地址就在自己的网段上，于是将该数据包直接交给主机B。
主机B收到主机A的信息，一次完整的通信宣告结束。

5.2.路由表形成

查看路由表：
[root@localhost ~]# ip r 	#r：route查看路由和网关
default via 192.168.246.2 dev ens33 proto static metric 100
192.168.246.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.246.160 metric 100

5.3.路由实验

实验1 配置每个接口IP即可。
实验2 ：
1）建立两个局域网（每个局域网，一台交换机两台主机。注意IP地址配置错误）
2）使用两台路由器连接两个网络
3）为路由器的接口，配置本网段的IP地址。    
4）每个网段，独立通信成功。
5）为路由器1，添加静态路由
	查看路由：show  ip route
	进入特权：enable
	进入全局：config  t
	配置路由：ip route  192.168.2.0 255.255.255.0 f0/1
6）为路由器2，添加静态路由
	查看路由：show  ip route
	进入特权：enable
	进入全局：config  t
	配置路由：ip route  192.168.1.0 255.255.255.0 f0/1

目的：使192.168.1.1和192.168.2.1互通。
总结：上网需要网关、网关的路由表可以形成直连路由、网关的路由表可以手动添加非直连路由。

6.开启路由转发

临时设置

[root@localhost ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
 //默认是零，没有开路由。1表示开启

永久设置

[root@localhost ~]# vim  /etc/sysctl.conf    //添加如下内容
    net.ipv4.ip_forward = 1
[root@localhost ~]# sysctl  -p    //立即生效

7.查看MAC地址

[root@localhost ~]# ifconfig
arp协议：地址解析协议
查看某个IP的MAC地址
[root@localhost ~]# arping -I ens33 192.168.246.135  //要查看的ip地址
-I：指定使用那快网卡ping