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3 网络基础知识储备

2020-12-09 19:33:03 作者：互联网

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- - 3 网络基础知识储备

3 网络基础知识储备

1.osi七层模型每一层的功能，以及与tcp/ip四层模型的关系

1.1 物理层

提供通信介质，接口标准。

1.2 数据链路层

提供二层物理寻址，通过交换机实现数据转发。MAC（身份证号码）

1.3 网络层

提供三层逻辑寻址，通过路由器实现数据转发。

1.4 传输层

提供建立、维护和拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。其中有两个协议，tcp（可靠），udp（不可靠）

1.5 会话层

提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能；提供交互会话的管理功。

1.6 表示层

定义数据格式，以及数据的加密压缩。负责在不同数据之间进行加密操作，以实现不同计算机系统信息交换。

1.7 应用层

提供OSI用户服务，例如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等。

1.8 关系图

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2.tcp/ip常用协议栈常用协议及功能

2.1 Enternet

定义：以太网协议

功能：为以太网提供通信地址（MAC地址）及通信机制

2.2 ARP

定义：地址解析协议，是局域网的一种协议

功能：通过对方IP地址获得MAC地址

2.3 IP

定义：是一种互联网协议。

功能：提供三层寻址（IP地址）以及三层通信功能

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2.4 ICMP

定义：互联网控制信息协议

功能：用于实现连通性的测试。

实现工具：ping、tracert (pc上)

2.5 UDP

定义：用户数据报协议

作用：用于实现面向无连接和不可靠传输服务。

特点：速度快，适用于发送小数据量的应用

基UDP的协议：QQ软件、DHCP协议、DNS协议

2.6 DHCP

定义：动态主机配置协议

作用：动态配置主机的IP地址、掩码、网关、dns服务器、租期

2.7 TCP

定义：传输控制协议，用于实现面向连接的可靠传输功能

作用：用于实现面向连接

可靠传输服务，通过序列号，确认号和重传机制来保证TCP的可靠传输

流量控制

多路复用

3.描述tcp协议机状态及三次握手四次挥手的过程

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

4.loopback网卡功能

定义：

是一种特殊的网络接口，不与任何实际设备连接，而是完全由软件实现。与回环地址（127.0.0.0/8 或::1/128）不同，回环网卡对系统“显示”为一块硬件。任何发送到该网卡上的数据都将立刻被同一网卡接收到。

功能：

1、检测网络协议是否正确

2、用于本地进程间的通信

5.描述数据包封装解装的过程

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5.1封装

传输层，用TCP头已标示了与一个特定应用的连接，并将数据封装成了数据段

网络层，用IP头标示了已连接的设备网络地址，并可基于此信息进行网络路径选择，此时将数据封装为数据包

数据链路层，数据已封装成了数据帧，并用MAC头给出了设备的物理地址，当然还有数据校验等功能字段等

物理层，则已封装成为比特流，就成为纯粹的物理连接了

5.2解装

物理层，接受电信号，把它交给数据链路层

数据链路层，查看帧的目标 mac 地址，并上传至网络层

网络层：解开ip头封装，并上传至传输层

传输层：拆解tcp，并把数据交给应用层

6.端口号作用以及常用端口号有哪些

6.1端口号作用

端口号是具有网络功能的应用软件的标识号。

IP+端口 ( 传输层的概念用于标识上层使用哪种服务)

端口号范围：0 — 65535

0-1023是公认端口号，即已经公认定义或为将要公认定义的软件保留的

1024-65535是并没有公共定义的端口号，用户可以自己定义这些端口的作用。

6.2常用端口号

FIP (TCP) 20/21

SSH (TCP) 22

TELNET (TCP) 23

SMTP (TCP) 25

HTTP (TCP) 80

HTTPS (TCP) 443

DNS （UDP） 53

DHCP （UDP） 67（服务端口） 68(客户端口)

QQ （UDP） 4000/8000

7.IP模块

7.1 IP地址功能

互联网协议地址，给每个internet网的主机分配一个全世界范围内唯一的标识符，所有设备通过ip才能访问互联网

7.2 IP地址分类

7.2.1技术分类

A. 1.0.0.0——126.255.255.255

B. 128.0.0.0——191.255.255.255

C. 192.0.0.0——-223.255.255.255

D.组播 224-239

E.科研 240-255

7.2.2 应用分类

A. 公有地址（公网地址）

需要购买，全球维一（除了私有地址和特殊地址以外的地址）

B. 私有地址

10.0.0.0—10.255.255.255

172.16.0.0—172.31.255.255

192.168.0.0——192.168.255.255

C. 特殊地址

本地回环（lo’opback）测试地址：127.X.X.X

全网广播地址：255.255.255.255

全网地址：0.0.0.0

自动配置地址：169.254.X.X

7.3子网掩码功能

用于标识网络位和主机位。1表示网络位，0表示主机位，与IP地址一一对应

常见子网掩码（不单独存在，结合IP地址一起使用）： /8 /16 /24

255.0.0.0、255.255.0.0、255.255.255.0

7.4网关作用

对两个网络段中的使用不同传输协议的数据进行互相的翻译转换

7.5什么是网络地址

是互联网上的节点在网络中具有的逻辑地址

7.6什么是广播地址

专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。

7.7什么是主机地址

用来唯一标识每台主机或设备的地址

7.8给定一个地址192.168.1.0/255.255.255.240，他的子网数是多少？每个子网可用地址数是多少

为C类IP地址

子网数：2^4=16

可用地址数：(2^4)-2=14

8.基础路由和交换技术

8.1 交换机工作原理

8.1.1 基本功能

地址学习：交换机刚开机的时候，MAC地址是空的，要转发数据必须学习MAC地址并建立MAC地址表（自动）

帧的转发：a.对于单播帧，查找MAC地址并转发

b.对于组播帧，加入组播所有端口发送出去

c.对于广播帧,从自身所有端口(除接收端口)发送出去

d.对于未知单播帧,从自身所有端口发送出去

环路防止:通过生成树协议实现

8.1.2 转发原则

8.2路由器工作原理

路由器工作在在OSI模型三层（网络层）

路由器接收到数据包，提取目标IP地址及子网掩码计算目标网络地址；
根据目标网络地址查找路由表，如果找到目标网络地址就按照相应的出口发送到下一个路由器；
如果没有找到，就看一下有没有默认路由，如果有就按照默认路由的出口发送给下一个路由器；
如果没有找到就给源IP发送一个出错ICMP数据包表明没法传递该数据包；
如果是直连路由就按照第二层MAC地址发送给目标站点。

8.3路由协议功能

运行路由器之间，生成路由协议的标准（自动生成，自动学习）

8.3.1静态路由协议

通过手工或静态方式为路由器一条一条录入路由信息，一般适用于小型园区网络，拓展性差。

8.3.2动态路由协议

8.3.2.1内部网关协议

RIP协议，基于距离矢量算法，利用跳数来作为计量标准。在带宽、配置和管理方面要求较低，主要适合于规模较小的网络中。

EIGRP协议，能够实现快速收敛。存储了邻居的路由表，能够快速适应网络中的变化；EIGRP发送部分更新而不是定期更新，且仅在路由路径或者度量值发生变化时才发送；支持多种网络层协议；使用多播和单播；支持变长子网掩码；无缝连接数据链路层协议和拓扑结构。

OSPF协议，适合在大范围的网络；组播触发式更新；收敛速度快；以开销作为度量值；OSPF协议的设计是为了避免路由环路。在使用最短路径的算法下，收到路由中的链路状态，然后生成路径，这样不会产生环路。

8.3.2.2外部网关协议

BGP协议,算法足够复杂,提供超强的选路原则.稳定性极强

8.4LAN&WLAN的区别

LAN：Local Area Network局域网,指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。

WLAN：Wireless Local-area Network无线局域网,数据通过电磁波传输，也就是常说的空气传输。WLAN 利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。

8.5NAT工作原理

当私有网主机和公共网主机通信的IP包经过NAT网关时，将IP包中的源IP或目的IP在私有IP和NAT的公共IP之间进行转换。

如下图为工作过程
在这里插入图片描述

NAT分类

静态NAT(Static NAT):

通过手动设置，使 Internet 客户进行的通信能够映射到某个特定的私有网络地址和端口。

动态NAT(Pooled NAT):

动态地址NAT只是转换IP地址，它为每一个内部的IP地址分配一个临时的外部IP地址

NAPT(最普遍)