华为网络基础

目录

一、封装和解封装和一些通信基本概念

1、带宽：

2、延迟：

3,分层概念

4.单位换算

5.数据的封装

6.介质

二、数据链路和mac地址

1.基本概念

2.帧的内容和区别

2.1. e2帧格式

2.2. ieee802.3帧格式

3.网络层的数据链路层相关的一些概念

三、网络层的ip报头和ip地址

1.ip报头

2.ip地址分类

四、ip地址分类和VLSM

1.特殊地址：

2.子网掩码

3.网络地址和广播地址

4.vlsm - 可变长子网掩码

5.CIDR

6.icmp重定向

7.arp

8.广播域

五、传输层tcp和udp

1.tcp和udp的基本原理和区别

2.tcp三次握手和四次挥手

结语

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一、封装和解封装和一些通信基本概念

1、带宽：

单位时间内从一个节点到达另外一个节点的最大数据量

2、延迟：

数据从一个节点到达另一个节点的时间

3,分层概念

从网络拓扑划分网络：

总线型、环形、星型

接入层：接入终端用户

汇聚层：提供服务，实现网络策略

核心层：提供数据的告诉转发

4.单位换算

网络传输

1kbps = 1000bps

1M = 1000k

1G = 1000G

存储单位

1B = 8bit

这样我们传输的时候，比如下载时，传输过来的8个bit流才会存储位一个计算机的最小单位Byte,所以实际的下载速率应该/8

5.数据的封装

传输层：建立客户端之间的连接 tcp udp

网络层：ip地址

数据链路层：mac地址

封装过程

解封装过程

6.介质

- stp（Shielded Twisted Pair）：屏蔽双绞线

- utp（Unshielded Twisted Pair）：非屏蔽双绞线

双绞线制作标准/线序

- 半双工和全双工

全双工

在100M的网络传输，实际只使用了1、2、3、6四根线，也就是橙白、橙、绿白、绿这四根线。其中1、2线用于发送数据，3、6线用于接受数据，4、5线为备用线 ，7、8线则为电话线。

在千兆网络中，传输网络数据时，8根网线都要使用，2收2发的方式，即2对芯发送数据，2对芯接收数据，其中网线1、2、3、6芯用来发送数据；网线4、5、7、8芯用来接收数据，千兆网络通常采用标准T568B线序：1-橙白，2-橙，3-绿白，4-蓝，5-蓝白，6-绿，7-棕白，8-棕(这个标准都是一样的)。因此千兆网络必须使用8芯网线。

- 光纤

单模就是因为折射通道窄，所以损耗就小

多模就是因为折射通道宽，所以损耗就大

- 光纤接头

大方头（sc）：一般是单模

小方头（lc）：一般是多模

大圆头（fc）和小圆头（st）：大圆头和小圆头都是在运营商耦合器上面

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二、数据链路和mac地址

1.基本概念

局域网：以太网二层封装，两个标准IEEE802、Ethernet2

以太网是局域网组网的唯一标准

广域网：两个标准PPP、HDLC

应用层：协议数据单元（PDU），或者直接叫data

数据：对于下层的每个层级而言，上层反馈给我的信息，下层认为皆是数据。

数据链路层帧格式

校验：crc校验、奇偶校验、海明码

数据链路层传输流程

发送者：

由发送者填充源目mac信息，以及type标识上层协议，crc校验，该数值填充到fcs，借助物理层，转变成二进制比特流从链路中传递。

当数据抵达到设备接口后，接收者的动作：

- 首先看数据的目的mac地址，是否是自己本地的mac，如果不是，则丢弃；如果是，进行下一步；

- 将数据同样进行一次crc校验，比较fcs，如果不同，则丢弃；如果相同，则进行下一步；

- 查看type字段，交由里边标识的上层协议进行处理，数据链路层工作，完成。

注意：这里如果用E2标准，那么type字段里面不能使用私有的协议，需要使用公有的协议

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2.帧的内容和区别

2.1. e2帧格式

2.2. ieee802.3帧格式

length：后面的Data的长度

d.sap：目标服务接入点

s.sap：源服务接入点

这里就比e2的type详细，type字段只标识访问目标使用的协议，但是ieee802.3用两个字段来标识目标和源的服务接入协议。

control：这个字段本来是想做一些流控的，但是并没有开发出来这类功能，所以如果是ieee802.3帧，那么就这个字段就是一个恒定值，其实就是无意义

stp的报文

因为stp是公有化协议，所以就没有snap字段，有私有化协议就会有这个扩展字段

如果是公有化就看llc；私有化就看snap

ieee802.3比e2的帧格式要多出好几位，出于对链路传输的考虑，现在的帧格式大部分都是e2

ieee802.3除去data固定长为21B~26B，21B是除去私有化协议snap字段。

e2除去data固定长为18B

两个帧最大都是1518，ieee802.3的MTU的最大值默认为1500B（可修改）

但是这里的问题在于，ieee802.3data段少了8B，也就是说每一帧上层的数据会少8B，一帧流失8B，千万个帧积累下来的数据对于链路的负担就会加重，这就是e2的优点。

3.网络层的数据链路层相关的一些概念

- 分组转发：

数据切割成大小一致的长度。此时传递时网络中每一个数据的长度大小一致相同，提升数据转发效率。

- MTU：最大传输单元

存在每条链路上的概念，如果报文MTU值过大，而链路所能承载的MTU过小，会导致数据分片/丢弃

- e2帧类型值大于等于1536（0x0600），以太网数据帧的长度在64-1518字节之间。

MTU当包头里面的报头太多了，才会变大。

ieee802.3和e2的帧格式

不同的Type字段值可以用来区别这两种帧的类型

当Type字段值小于等于1500（或者十六进制的0x05DC）时，帧使用的是IEEE 802.3格式。

当Type字段值大于等于1536 （或者十六进制的0x0600）时，帧使用的是Ethernet II格式。

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三、网络层的ip报头和ip地址

1.ip报头

英文版

中文版

16b的总长度减去4b首部报头，就能得到所有上层报头加上数据的长度。

分片：

- id、flag、fragmentoffset

id：标识了同组数据

flag：3 bit，标志位。在IP数据报中FLAGS中的分片标志位，位于IP数据报中的第50比特位，分为MF和DF（DF为第49位，第48位暂未使用，无实际意义），MF表示more fragment即还有分片，DF表示don't fragment即没有分片。

mf位:

mf为1时代表后面还有分片;

mf为0的时候代表后面没有分片;

但是这里有个问题，万一mf为0的分片第一个收到了，那么后面都不接收吗？

所以这里还需要有分片的顺序，ip报头用fragmentoffset标识，也就是片偏移

如图

- 协议和生存时间

2.ip地址分类

iana:互联网地址分配管理机制，ipv4地址被分成了五类

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四、ip地址分类和VLSM

1.特殊地址：

0.0.0.0 //不可用 0.0.0.0--0.255.255.255

作用1：未指定的地址

作用2：路由层面--全网所有地址

127.0.0.0 //不可用 127.0.0.0 -- 127.255.255.255 环回地址

用于设备内部的tcp/ip的协议栈的测试，其实就是用来测试这个网卡是否支持tcp/ip协议栈

A类地址可以用范围：1.0.0.0 -- 126.255.255.255

2.子网掩码

默认子网掩码

A类：255.0.0.0 8

B类：255.255.0.0 16

C类：255.255.255.0 24

A类地址首位被固定为0，可变为2^7=128,可用减去两个，以此类推B类地址第一位被固定为1第二位被固定为0，C类第一位被固定为1第二位被固定为1第三位被固定为0。

3.网络地址和广播地址

4.vlsm - 可变长子网掩码

5.CIDR

将多个小的子网，用一个相对更大的地址范围进行概括，以此表现表项的优化

CIDR需要能完全覆盖包含所有子网的子网掩码，不能多，也不能少

我们可以算下

我们可以看到22位网络位刚好可以包含10.24.0、10.24.1、10.24.2、10.24.3这四个网段所以这里可以用CIDR去通告路由

但其实很多时候我们并没有怎么完美的汇总，比如我们多出了一个网段

如果我们要汇聚超网，需要多去借一位

这样我们多出来了两条没有存在的子网，10.1.5和10.1.6两个子网，这不满足CIDR

那么我们需要另外一个解决方案

我们可以将这条路由单独出来，通告两条

6.icmp重定向

重定向是由路由器B产生的

7.arp

一开始的arp请求dmac是全ffff，因为无法完整的填充二层抱头（不知道目的ip的mac），得到后就可以填充完整

报文大致内容和报头

接收方接收到arp请求报文如果是自己的ip，询问的是自己的mac地址，那么就会回复，如果不是就会丢弃

arp的老化机制

arp缓存 - 经过arp报文形成 - 动态的arp表项

老化时间：20分钟

华为默认

- arp的老化探测机制：二十分钟中会有3次老化探测 - 单播、单播、广播。

在次期间，如果收到了对方的回应，刷新老化时间。

十分钟发一次单播，十五分钟发一次单播，二十分钟发一次广播。

8.广播域

广播报文所能传播的范围

路由器每个接口都是广播域

交换机所有接口都是同一个广播域（交换机不做任何配置情况下）

广播报文是无法穿越路由器的三层接口（接口下能配置IP）

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五、传输层tcp和udp

1.tcp和udp的基本原理和区别

端和端之间通信

端口 = port(逻辑端口)

通常说UDP是基于数据包传输,而TCP是基于流传输的

UDP基于包传输就是发送方会将应用层的数据一次性发送给接收方，但是会标记长度以供应用层识别和使用。

但是udp的传输也会超过接收方的接受长度，所以发送方也会显示最大的udp传输大小例如512字节，进行多次udp调用。

tcp会根据滑动窗口大小和缓冲区接收等，来确保数据流之间的传输，应用层只需要在缓冲区满了或者需要push的时候处理数据，一次tcp的调用会有源源不断的数据流进行传输。

- 粘包问题

但是因为缓冲区的原因会出现粘包问题，udp因为由长度的标识，所以应用层处理数据的时候只需要根据长度字段进行处理，但是tcp并没有，且源源不断的发送过来，所以会出现几个包粘合在一起处理的情况。

所以发送tcp的报头的数据时，应用层需要表示数据长度。

注意：tcp分片给网络层就是正常的1500（20的报头+1480的数据），udp本身没有分片的能力，但是因为网络层并不是专门用来分片的层，所以udp设计传输的时候尽量会减少包的传输大小，以避免网络层进行多余的分片步骤

2.tcp三次握手和四次挥手

大写ACK位置为1，小写ack才会有意义，并且这个是个期望值

- 期望值确认和差错重传

期望值确认，这里分了三段，每段500

- 差错重传机制

如果三个分片数据一次性发过来，但是中间有一个失误了那么所有数据重新传输

- 超时重传机制

重传机制里面有个极端现象，就是这三个分片的报文全部丢失情况，且对面没挂掉，那么对端没收到数据是不会由任何重传报文回来的。

注意：这里重传只会重传无序报文，缓冲区大于无序报文（因为滑动模块），那么只会重传无序报文，直到无序报文变有序报文，才会做一次确认。对有序报文的确认就是已经收到了1500的有序报文。1500-2999的报文是无序报文。

理想状态下的二、三、应用层的报文

ip头固定长20B~60B之间，这里取20B；

tcp头固定长20B；

应用层就只剩1460B；

- MSS - 最大报文段长度，其实就是指这里面的应用层数据的长度，我们上面这个报文的MSS就是1460B，这个在三次握手就会协商好

MTU - 这里是1500B

滑动窗口控制

一般是发送端去适应接收缓存区域，或者是客户端去适应服务器的缓冲区域

因为服务器需要多很多人提供服务，所以缓冲区更小，而客户端的闲置资源较多，缓冲区更大

这里客户端原本发了四个分片的报文，服务端需要四块缓冲区的区域，但是服务端只要闲置的三块，所以和客户端进行了一次协商，客户端后面的报文变成了三段。

- tcp关闭连接（四次挥手）

两边都确认断开就正常断开了

3.UDP报头

注意：这里如果去掉checksum那么报头将会变成6B，每个报文将会少2B

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结语

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