Network Basics
network concept
Network characteristics: speed, cost, security, availability, scalability, reliability, topology
Broadband
Common Topologies
star
bus type
Ring type
Extended star
communication mode
unicast unicast
broadcast
multicast
data transmission method
Simplex
half duplex
full duplex
The network can be divided into
Local Area Network (LAN)
Wide Area Network (WAN)
Metropolitan Area Network (MAN)
network cable
Twisted pair: 4 pairs, 8; maximum transmission distance 100m
Shielded twisted pair STP
Unshielded twisted pair UTP
Twisted Pair Sequence
T568A: green -white, green , orange- white, blue, blue-white, orange , brown-white, brown
T568B: orange-white, orange, green-white, blue, blue-white, green, brown-white, brown
Straight line: T568A--T568A both ends of the same line sequence
Crossover line: T568A--T568B have different line sequences at both ends
coaxial cable
Thick cable: maximum transmission 185m
Thin cable: maximum transmission 500m
OSI Reference Model
application layer
presentation layer
session layer
transport layer
Network layer
data link layer
physical layer
Physical Layer: Binary Transport
Data Link Layer: Access Medium
Internet Protocol
Ethernet frame structure
MAC address (physical address)
Unique identification of each hardware device; 48-bit binary composition; 12-bit hexadecimal representation
前24位：OUI厂商编号
后24位：序列号
网络层：数据传输
传输层：端到端连接
会话层：主机间通信
表示层：数据表示
应用层：网络进程访问
网络设备
网卡NIC 二层设备
集线器Hub
一层设备
多端口中继器，放大信号
工作原理：半双工传输数据；共享带宽，广播发送数据；无安全性
网桥Bridge
交换机Switch
路由器Router
TCP/IP协议栈
应用层
传输层
网络层
网络接口层
TCP/IP与OSI模型对应关系
应用层 应用层
表示层
会话层
传输层 传输层
网络层 网络层
网络接口层 数据链路层
物理层
各层的协议详解
应用层
传输层
TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议
TCP包头
端口：应用程序的唯一标识
端口在包头中占16位，所以可推算出有2^16=65536个端口
0-1023 系统端口(特权端口)；仅管理员使用，分配给固定系统应用使用
1024-49151 用户端口(注册端口)；分配给程序注册为某应用使用，如自己开发的程序
49152-65535 动态端口(私有端口，随机端口)；客户端程序随机使用端口
其范围定义
/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
查看端口号
cat /etc/services
TCP三次握手
客户端主动向服务器发起请求
C：SYN=1,seq=x --> S
S：SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1 --> C
C：ACK=1,seq=x+1,ack=y+1 --> S
TCP四次断开
客户端和服务器都有可能主动发起请求
C：FIN=1,seq=u --> S
S：ACK=1,seq=v,ack=u+1 --> C
S：FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1 --> C
C：ACK=1,seq=u+1,ack=w+1 --> S
有限状态机
CLOSED 没有任何连接状态
LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口连接请求
SYN-SENT 发送连接请求后，等待对方确认
SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认
ESTABLISHED 传输连接建立，双方进入数据传送状态
FIN-WAIT-1 主动关闭，主机已发送关闭连接请求，等待对方确认
FIN-WAIT-2 主动关闭，主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求
TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失
CLOSE-WAIT 被动关闭，收到对方发来的关闭连接请求，并已确认
LAST-ACK 被动关闭，等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失
CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接
TCP特性：是由它的报文结构决定的
工作在传输层；面向连接协议；全双工通信；半关闭；错误检查；
将数据打包成段并排序；确认机制；数据恢复，重传；流量控制，滑动窗口；拥塞控制，慢启动和拥塞避免算法
UDP
UDP包头
UDP特性
工作在传输层；提供不可靠的网络访问；非面向连接协议；有限的错误检查；传输性能高；无数据恢复特性
网络层
IP Internet Protocol 互联网协议
IP PDU包头
ICMP Internet Control Message Protocol 控制报文协议
ping 命令 用来判断网络状态
ARP Address Resolution Protocol 地址解析协议
在TCP三次握手之前；广播请求，单播回应
将 IP-->MAC 把请求到的地址放入ARP缓存表中
RARP 反向地址解析
MAC-->IP 应用于无盘工作站
网络接口层
主机到主机的包传递
同一网络
不同网络
IP地址
IP地址：用来唯一标识网络中的每台设备
IP地址组成
网络ID：标识网络，每个网段分配一个网络ID
主机ID：标识单个主机，由组织分配给各设备
IP地址版本：IPv4，IPv6，IPv9
IPv4：32位二进制数；点分十进制法来记录
子网掩码：32位二进制；点分十进制记录法；用1来标识网络ID位数，用0来标识主机ID位数
有类
IP地址分类
A类 1-126
0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
网络ID：8位；主机ID：24位
默认子网掩码 255.0.0.0
网络数：2^7
每个网络中主机数：2^24-2
B类 128-191
10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
网络ID：16位；主机ID：16位
默认子网掩码：255.255.0.0
网络数：2^14
每个网络中主机数：2^16-2
C类 192-223
110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
网络ID：24位；主机ID：8位
默认子网掩码：255.255.0.0
网络数：2^21
每个网络中主机数：2^8-2
D类 224-239 组播地址
E类 250-255 保留地址
无类
CIDR 无类域间路由；网络ID和主机ID不确定
CIDR表示法：IP / 网络ID位数
关于IP地址的计算公式
1、网络数=2^可变网络ID位数
2、一个网络中的主机数=2^主机ID位数-2=2^(32-网络ID数）-2
3、网络ID=IP地址与子网掩码对位相与
4、划分子网数=划分成2^N个子网
VLSM：可变长子网掩码；(借位)解决IP地址匮乏
划分子网 将一个大网络划分成多个小网络
大网络：主机多=主机ID位数多，网络ID位数少
小网络：主机少=主机ID位数少，网络ID位数多
网络ID向主机ID借位N位，划分成2^N个子网
合并超网 将多个小网络合并成一个大网络
主机ID向网络ID借位
公有IP地址
私有IP地址
特殊IP地址
保留地址