计算机网络基础(1)

原 作者 周阔 | 发表于 | 分类于 2019级

文章目录

计算机之间的通信基础

  • 需要得知对方的IP地址
  • 最终是根据MAC地址(网卡地址), 输送数据到网卡, 被网卡接收
  • 如果网卡发现数据的目标MAC地址是自己, 就会将数据传递给上一层进行处理
  • 如果网卡发现数据的目标MAC地址不是自己, 就会将数据丢弃, 不会传递给上一层进行处理

计算机之间的连接方式 - 网线直连

  • 需要用交叉线(不是直通线)

计算机之间的连接方式 - 同轴电缆(Coaxial)

  • 半双工通信(同一时间只允许一方发数据)
  • 容易冲突
  • 不安全
  • 中间断了, 整个都瘫了(比如有终结电阻的一端断了, 信号就不会终结)

计算机之间的连接方式 - 集线器(Hub)

  • 半双工通信
  • 容易冲突
  • 不安全
  • 跟同轴电缆一样: 没有智商
  • 跟同轴电缆相比的好处: 如果有一处断了, 不影响其他

计算机之间的连接方式 - 网桥(Bridge)

  • 只有2个接口

  • 能够通过自学习得知每个接口那侧的MAC地址

  • 从而起到隔绝冲突域的作用

计算机之间的连接方式 - 交换机(Switch)

  • 相当于接口更多的网桥
  • 全双工通信
  • 比集线器安全
  • 思考: 全球所有的设备都用交换机连接会是什么情况?
    • 首先, 交换机连接的是同一个网段, 所以有可能IP地址不够用
    • 由于全球的计算机都在同一个网段, 所以ARP广播会发给全球的计算机, 会占用过多网络资源
    • 所以交换机是局域网的最终方案, 但跨网段要用路由器

计算机之间的连接方式 - 路由器(Router)

  • 网线直连、同轴电缆、集线器、网桥、交换机
    • 连接的设备必须在同一网段
    • 连接的设备处在同一广播域
  • 路由器
    • 可以在不同网段之间转发数据
    • 隔绝广播域

主机在发数据之前, 首先会判断目标主机的IP地址跟它是否在同一个网段

  • 1> 在同一个网段: ARP, 通过交换机\集线器传递数据

  • 2> 不在同一个网段: 通过路由器转发数据 (网关Gateway)

MAC地址_IP地址

MAC地址

  • 每一个网卡都有一个6字节(48bit)的MAC地址(Media Access Control Address)

  • 全球唯一, 固化在了网卡的ROM中, 由IEEE802标准规定

  • 前3字节: OUI(Organizationally Unique Identifier), 组织唯一标识符

    • 由IEEE的注册管理机构分配给厂商

  • 后3字节: 网络接口标识符

    • 由厂商自行分配

MAC地址的表示格式

  • Windows
    • 40-55-82-0A-8C-6D
  • Linux、Android、Mac、iOS
    • 40:55:82:0A:8C:6D
  • Packet Tracer
    • 4055.820A.8C6D
  • 当48位全为1时,代表广播地址
    • FF-FF-FF-FF-FF-FF

MAC地址的获取

  • 当不知道对方主机的MAC地址时, 可以通过发送ARP广播获取对方的MAC地址
  • 获取成功后, 会缓存IP地址, MAC地址的映射信息, 俗称: ARP缓存
  • 通过ARP广播获取的MAC地址, 属于动态(dynamic)缓存
    • 存储时间比较短(默认是2分钟), 过期了就自动删除
  • 相关命令
    • arp -a : 查询ARP缓存
    • arp -d [主机地址] : 删除ARP缓存
    • arp -s 主机地址 MAC地址 : 增加一条缓存信息(这是静态缓存, 存储时间较久, 不同系统的存储时间不同)

ARP

  • ARP(Address Resolution Protocol), 译为: 地址解析协议
    • 通过IP地址获取MAC地址
  • RARP(Reverse Address Resolution Protocol), 译为: 逆地址解析协议
    • 使用与ARP相同的报头结构
    • 作用与ARP相反, 用于将MAC地址转换为IP地址
    • 后来被BOOTP, DHCP所取代

ICMP

  • ICMP(Internet Control Message Protocol), 译为: 互联网控制消息协议
    • IPv4中的ICMP被称作ICMPv4, IPv6中的ICMP则被称作ICMPv6
    • 通常用于返回错误信息
    • 比如TTL值过期, 目的不可达
    • ICMP的错误消息总是包括了源数据并返回给发送者

IP地址

  • IP地址(Internet Protocol ADdress): 互联网上的每一个主机都有一个IP地址
  • 最初是IPv4版本, 32bit(4字节), 2019年11月25日, 全球的IP地址已经用完
  • 后面推出了IPv6版本, 128bit(16字节)

IP地址的组成

  • IP地址由2部分组成: 网络标识(网络ID), 主机标识(主机ID)
  • 通过子网掩码(subnet mask)可以得知网络ID, 主机ID
  • 主机所在的网段 = 子网掩码 & IP地址

  • 子网掩码为1的位对应的是网络ID, 子网掩码为0的位对应的是主机ID

  • 主机ID不能全为0, 因为这代表网段, 例如192.168.1.0

  • 主机ID不能全为255, 因为这代表一个广播IP地址, 例如192.168.1.255 代表给192.168.1这个网段的所有主机发

  • 计算机和其他计算机通信前,会先判断目标主机和自己是否在同一网段

    • 同一网段:不需要由路由器进行转发
    • 不同网段:交由路由器进行转发

IP地址的分类

A类地址

  • 网络ID

    • 0不能用, 127作为保留网段. 其中127.0.0.1是本地环回地址(Loopback), 代表本机地址
    • 可以分配给主机的第1部分的取值范围是: 1~126

  • 主机ID

  • 第2、3、4部分的取值范围是 : 0~255

  • 每个A类网络能容纳的最大主机数是 : 256 * 256 * 256 – 2 = 2的24次方 – 2 = 16777214

B类地址

C类地址

D类地址, E类地址

子网掩码的CIDR表示方法

  • CIDR(Classless Inter-Domain Routing) : 无类别域间路由

  • 子网掩码的CIDR表示方法

  • 192.168.1.100/24，代表子网掩码有24个1，也就是255.255.255.0

  • 123.210.100.200/16，代表子网掩码有16个1，也就是255.255.0.0

  • 计算工具：https://www.sojson.com/convert/subnetmask.html

为什么要进行子网划分?