第四章 局域網(wǎng)原理
一、局域網(wǎng)概述
二、以太網(wǎng)技術(shù)
三、局域網(wǎng)的擴(kuò)展
- 以太網(wǎng)的級(jí)聯(lián)與擴(kuò)展
- 沖突域
- 廣播域
- 集線器
- 交換機(jī)
- 物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)
- 數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)（透明網(wǎng)橋）
- 網(wǎng)橋剛上電時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)表為空
- 后續(xù)根據(jù)網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表生成算法生成轉(zhuǎn)發(fā)表
- 網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表登記三個(gè)信息：源站MAC地址，進(jìn)入網(wǎng)橋端口，進(jìn)入網(wǎng)橋時(shí)間（保留拓?fù)渥钚聽(tīng)顟B(tài)）
- 以太網(wǎng)交換機(jī)（多端口網(wǎng)橋，全雙工工作模式）
- 轉(zhuǎn)發(fā)方式：直通交換方式；存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式；無(wú)碎片交換方式
- 以太網(wǎng)最小幀長(zhǎng)64字節(jié)
- 交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)例
四、高速以太網(wǎng)
百兆以太網(wǎng)
-
千兆以太網(wǎng)
- 載波延伸、分組突發(fā)
-
10吉比特以太網(wǎng)
- 向下兼容
- 只能使用光釬
- 只能使用全雙工
五、虛擬局域網(wǎng)
- 虛擬局域網(wǎng)的概念（VLAN）
-
與物理位置無(wú)關(guān)的分組，分組內(nèi)地址有共同的要求
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- 虛擬局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
- VLAN劃分方法
- 基于端口劃分
- 基于MAC地址劃分VLAN
- 基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議劃分VLAN
- 基于IP組播劃分VLAN
- 以太網(wǎng)端口的三種鏈路類型
- Access：只能屬于一個(gè)VLAN，連接計(jì)算機(jī)
- Trunk：可以允許多個(gè)VLAN通過(guò)，一般用于交換機(jī)之間
-
Hybrid：可以允許多個(gè)VLAN通過(guò)，可以用于連接用戶計(jì)算機(jī)和交換機(jī)
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- Trunk和Hybrid區(qū)別？？
-
虛擬局域網(wǎng)的格式
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六、無(wú)線局域網(wǎng)
概述
無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
CSMA/CA協(xié)議
CSMA/CA協(xié)議工作過(guò)程
CSMA/CA實(shí)例
總結(jié)
五、因特網(wǎng)原理（網(wǎng)絡(luò)層及網(wǎng)絡(luò)互連、傳輸層）
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一、因特網(wǎng)概述
- IP層主要功能是負(fù)責(zé)為不同物理網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)提供通信服務(wù)。需要解決若干問(wèn)題：
- 統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)地址：IP地址
- 統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式：IP分組
- 網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)包尋徑、轉(zhuǎn)發(fā)：IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)
- 路由表的產(chǎn)生和動(dòng)態(tài)刷新：因特網(wǎng)的路由協(xié)議
- 差錯(cuò)處理：因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP
二、網(wǎng)際協(xié)議IP
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- IP地址（32Bit）
- 前綴+后綴
- 前綴：所屬物理網(wǎng)絡(luò)；后綴：區(qū)分網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)
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- 點(diǎn)分十進(jìn)制
- 網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)號(hào)部分用全0表示；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播地址：主機(jī)號(hào)部分用全1表示
-
常用三類IP地址
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例題
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IP地址的分配和使用
IP數(shù)據(jù)報(bào)（IP分組）
-
IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式
image.png - IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片與重組
- 為什么分片：總長(zhǎng)度超出某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的MTU
- 分片由誰(shuí)完成：路由器
- 重組由誰(shuí)完成：目的主機(jī)，沿途路由器不重組
- 如何分片：利用標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、片偏移
- 標(biāo)識(shí)：分片時(shí)直接復(fù)制
-
標(biāo)志：
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片偏移：
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- 目的主機(jī)根據(jù)分片中的源主機(jī)IP地址、標(biāo)識(shí)、標(biāo)志字段中的MF位以及片偏移量來(lái)重組。，除非沒(méi)有收齊所有分片→一個(gè)分片丟失則整個(gè)報(bào)文
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- 地址解析協(xié)議ARP
- 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層使用的是IP地址，實(shí)際使用網(wǎng)卡地址（物理地址），兩者關(guān)系？
- 作用：為網(wǎng)絡(luò)層（IP）地址和數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）地址提供動(dòng)態(tài)映射
- 如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換？
-
主機(jī)A發(fā)送ARP請(qǐng)求分組
image.png - 主機(jī)B以單播形式向A發(fā)送ARP響應(yīng)
- ARP Cache （ARP 高速緩存）
- 其余主機(jī)接收到A主機(jī)請(qǐng)求分組后更新自己的ARP緩存
- ARP Cache 超時(shí)→有效時(shí)間20分鐘
-
以訪問(wèn)某個(gè)網(wǎng)站為例→從數(shù)據(jù)鏈路層看，每幀首部的源、目的MAC地址改變；從網(wǎng)絡(luò)層看，每個(gè)IP分組首部中的源、目的地址改變→源主機(jī)獲得的是R1的MAC地址
image.png - 當(dāng)源主機(jī)和目的主機(jī)不在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，ARP協(xié)議獲得的是和源主機(jī)相連的第一個(gè)默認(rèn)路由器的MAC地址
- ARP誘騙、ARP攻擊
-
- 因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP
- 用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息
- 允許主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)情況和提供有關(guān)異常情況的報(bào)告
- ICMP報(bào)文作為IP層數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報(bào)首部，組成IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送
-
報(bào)文格式：
image.png - ICMP報(bào)文種類：ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文；ICMP詢問(wèn)報(bào)文
- ICMP報(bào)文僅發(fā)給引起問(wèn)題的數(shù)據(jù)報(bào)的源站
- 復(fù)制了產(chǎn)生問(wèn)題的IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部和前64比特?cái)?shù)據(jù)
- 五種差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文：終點(diǎn)不可達(dá)差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文（主機(jī)不可達(dá)、網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)、端口不可達(dá)）、時(shí)間超過(guò)差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文（超出跳數(shù)限制）
- ICMP詢問(wèn)報(bào)文：用于給網(wǎng)絡(luò)管理人員或應(yīng)用程序?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可達(dá)性分析、地址掩碼設(shè)置、時(shí)鐘同步等檢測(cè)
-
ICMP應(yīng)用
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- 子網(wǎng)編址
- 問(wèn)題：分類地址不夠用、已分類地址利用率低、不放棄分類編址情況下，適應(yīng)當(dāng)前要求
- 解決：在IP地址中增加“子網(wǎng)號(hào)字段”，使得兩級(jí)IP地址編程三級(jí)的IP地址
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- 子網(wǎng)號(hào)在往外不可見(jiàn)，僅在子網(wǎng)內(nèi)使用→如何知道一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行了子網(wǎng)劃分→子網(wǎng)掩碼
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-
默認(rèn)子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)絡(luò)號(hào)全1，其余全0：
image.png - 子網(wǎng)地址 = IP地址 & 子網(wǎng)掩碼
- 廣播地址：要用廣播（在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部給所有主機(jī)發(fā)送地址）方式發(fā)送分組時(shí)，目的IP地址是一個(gè)廣播地址→主機(jī)號(hào)全1
-
舉例
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- 無(wú)分類編址和CIDR
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- 128.14.32.0/20→20表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分有20位，網(wǎng)絡(luò)可用主機(jī)號(hào)為2^12-2
-
分配方式
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舉例，注意地址不是連續(xù)分配的，要根據(jù)需求來(lái)具體劃分
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- IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)
- 路由器：實(shí)際上就是一種通信專用計(jì)算機(jī)；與兩個(gè)或兩個(gè)以上物理網(wǎng)絡(luò)有直接連接；接口分為，控制臺(tái)接口、局域網(wǎng)接口、廣域網(wǎng)接口等；
- 分為兩大部分：路由選擇部分和分組轉(zhuǎn)發(fā)部分
- 根據(jù)路由協(xié)議生成路由表、再根據(jù)路由表生成轉(zhuǎn)發(fā)表
- 分組轉(zhuǎn)發(fā)部分由三部分組成：交換結(jié)構(gòu)、一組輸入端口和一組輸出端口
-
示意
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輸入端口的處理：
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輸出端口的處理：
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直接交付與間接交付：
image.png- 如何判斷源和目的是否在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)：分類網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)劃分、無(wú)分類編址網(wǎng)絡(luò)三種情況分別判斷，原則就是判斷網(wǎng)絡(luò)地址是否一致
- IP分組轉(zhuǎn)發(fā)算法
- 路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的IP分組后，會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法在轉(zhuǎn)發(fā)表中為該分組尋找合適的出路
- 路由表選項(xiàng)：目的網(wǎng)絡(luò)地址，子網(wǎng)掩碼，下一跳路由器IP地址（直接交付用橫杠表示），接口
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轉(zhuǎn)發(fā)算法：
image.png -
特定主機(jī)路由→子網(wǎng)掩碼為255.255.255.255
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默認(rèn)路由→子網(wǎng)掩碼和目的網(wǎng)絡(luò)地址為0.0.0.0
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-
舉例（這里默認(rèn)路由用于連接到互聯(lián)網(wǎng)）
image.png - 超網(wǎng)、路由聚合：超網(wǎng)→包含多個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址的地址塊，eg 202.119.64.0/18→包含64個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址→路由表中可以將64個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址聚合成一行
-
舉例：
image.png - 最長(zhǎng)前綴匹配：多個(gè)匹配項(xiàng)中，選擇網(wǎng)絡(luò)前綴最長(zhǎng)的匹配項(xiàng)
-
私有地址：
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三、因特網(wǎng)的路由協(xié)議
- 互聯(lián)網(wǎng)是由路由器連接的網(wǎng)絡(luò)組合而成
- 路由協(xié)議是在路由器指導(dǎo)IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送時(shí)事先約定好的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)；作用是描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)路由器進(jìn)行路由選擇和數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)
- 自治系統(tǒng)與路由協(xié)議分類
- 靜態(tài)路由（非自適應(yīng)型路由選擇算法）
- 動(dòng)態(tài)路由（自適應(yīng)型路由選擇算法）
- 自治系統(tǒng)：處于一個(gè)管理機(jī)構(gòu)控制之下的路由器和網(wǎng)絡(luò)群組
- 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP：一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部
-
外部網(wǎng)管協(xié)議EGP：自治系統(tǒng)間
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- 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP
- RIP，路由信息協(xié)議
- 依據(jù)跳數(shù)作為度量值來(lái)進(jìn)行選擇→原地址到達(dá)目的地址所經(jīng)過(guò)路由器的數(shù)量
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- 工作過(guò)程：向周圍路由發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文→等待周圍路由器相應(yīng)→修改本地路由→向周圍路由廣播路由修改信息→一連串的廣播后，所有連接路由的路由信息都被修改→老化機(jī)制對(duì)超時(shí)路由進(jìn)行老化處理
- 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF
- 開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議
- 開(kāi)放指公開(kāi)發(fā)表；使用了最短路徑算法SPF
- 分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議，基于鏈路狀態(tài)來(lái)選擇最佳路線，使用洪泛法向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息
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可進(jìn)一步劃分范圍
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- 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP
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BGP：邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議→
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- 總結(jié)
四、專用網(wǎng)絡(luò)互連
- 虛擬專用網(wǎng)VPN
- 專用網(wǎng)：企事業(yè)單位內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)
- 租用專線→昂貴且不靈活
- 虛擬專用網(wǎng)→利用公共網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建虛擬專用網(wǎng)
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- VPN的編址：本地地址→僅在機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用的IP地址，可以由本機(jī)構(gòu)自行分配；全球地址→全球唯一的IP地址，必須向因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)
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- 確保通信私密性，保護(hù)隱私→隧道傳輸和加密技術(shù)
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- 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT
- 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)連接的路由器（R1為例）上分配一個(gè)合法的IP地址
- 通過(guò)向R1安裝NAT來(lái)為內(nèi)網(wǎng)所有地址服務(wù)
- 映射表，保存了內(nèi)部地址、NAT全球地址、外部地址。
-
實(shí)際還需要傳輸層地址轉(zhuǎn)換，引入端口號(hào)→
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五、下一代網(wǎng)際協(xié)議IPV6
六、端口及套接字
- 傳輸層編址
- 傳輸層為應(yīng)用程序提供端到端的邏輯通信
- 網(wǎng)絡(luò)層保證報(bào)文正確送達(dá)主機(jī)，但是不能區(qū)別是哪個(gè)程序在使用
-
傳輸層的復(fù)用和分用
image.png - 傳輸層與應(yīng)用層之間的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)就是端口，與網(wǎng)絡(luò)層之間的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)就是IP數(shù)據(jù)報(bào)中首部中的協(xié)議號(hào)
- 端口作用：數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，向下交付給傳輸層；接收數(shù)據(jù)時(shí)，向上交付給應(yīng)用層
- 端口：共16bit、熟知端口值，一般是0~1023，是TCP/IP體系確定并公布的、一般端口，用來(lái)隨機(jī)分配給請(qǐng)求通信的客戶進(jìn)程
- 套接字
- 套接字（socket） = IP地址+端口號(hào)
- 五元組：源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口、傳輸協(xié)議
- 無(wú)連接服務(wù)和面向連接服務(wù)
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- TCP：面向連接；UDP：無(wú)連接
七、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP
- UDP概述
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- UDP協(xié)議格式
- UDP首部：四個(gè)字段，每個(gè)占2字節(jié)→源端口，目的端口，長(zhǎng)度（以字節(jié)位單位，包括首部的8字節(jié)），校驗(yàn)和。
- UDP就是在協(xié)議基礎(chǔ)上增加了差錯(cuò)控制和復(fù)用分用
- 偽首部→僅在計(jì)算校驗(yàn)和時(shí)使用，既不向下傳送，也不遞交上層
- UDP差錯(cuò)控制
- 網(wǎng)絡(luò)層差錯(cuò)控制只檢驗(yàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部，而不校驗(yàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)部分是否差錯(cuò)→因?yàn)闆](méi)過(guò)一個(gè)路由器都要進(jìn)行校驗(yàn)，為了節(jié)約時(shí)間→但是高層就必須校驗(yàn)數(shù)據(jù)部分
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- 求和，然后取和的反碼：UDP首部+UDP數(shù)據(jù)+偽首部
八、傳輸控制協(xié)議TCP
- TCP概述
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- TCP報(bào)文格式
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- TCP連接管理
-
三次握手連接：
- 主機(jī)向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段，其中syn置一，同時(shí)設(shè)置初始序號(hào)seq=0；
- 服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)報(bào)文，ack置一
- 主機(jī)收到此報(bào)文段后，要求服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)。
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四次握手釋放
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- TCP可靠傳輸
- 序號(hào)確認(rèn)機(jī)制
- TCP將每一次傳送的報(bào)文段中的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號(hào)，放在TCP首部的序號(hào)字段中
- 確認(rèn)序號(hào)表示期望下次收到的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號(hào)
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- 如果報(bào)文段無(wú)差錯(cuò)，只是未按照序號(hào)→將不按序號(hào)的報(bào)文段丟棄或者暫存于接受緩沖區(qū)
-
超時(shí)重傳機(jī)制
- 發(fā)送數(shù)據(jù)后就開(kāi)啟一個(gè)定時(shí)器，如果規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到ACK應(yīng)答，則重傳。
- RTO：如果過(guò)大→需要較長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)超時(shí)，降低吞吐量；過(guò)小→誤檢，造成沒(méi)有必要的重傳
- RTO = RTT +4*RTTD
-
定時(shí)器
- 重傳定時(shí)器
- 持續(xù)定時(shí)器
- ?；疃〞r(shí)器
- 時(shí)間等待計(jì)時(shí)器
TCP流量控制
TCP擁塞控制
第六章 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)技術(shù)
一、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式
二、網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)
- 域名系統(tǒng) DNS
- 域名和IP地址之間的關(guān)聯(lián)
- 完成域名解析，將域名轉(zhuǎn)換為IP
- 因特網(wǎng)的域名結(jié)構(gòu)：樹(shù)形結(jié)構(gòu)，頂級(jí)域名、二級(jí)域名...，
