Linux走进网络

走进网络之网络解析

一、认识计算机

1.计算机的发展

2.传输介质

3.客户端与服务器端的概念

交换机

路由器

二、计算机通信与协议

1. 协议的标准化

2. 数据包的传输过程

OSI 协议

ARP协议

3. TCP/IP:四层模型

4. TCP三次握手和四次挥手

TCP报文参数释义

TCP建立连接的过程

三次握手

四次挥手

UDP协议介绍

三、认识IP地址

进制转换

IP分类

私有地址

IP地址的组成

子网掩码

一、认识计算机

计算机的发展

有人说：“20世纪最伟大的发明就是计算机”，自诞生伊始，计算机经历了一系列发展，从大型通用计算机、超级计算机、小型机、个人电脑、工作站以及现如今笔记本、平板、智能手机等，计算机已经彻底融入了我们的生活

1.2 计算机的发展模式

起初，计算机只是以单机模式（独立模式）被广泛应用，随着发展，计算机被一个个的连接起来，形成了一个计算机网络，从而实现了信息共享，远距离传递信息等工作计算机网络，根据规模可分为2种：

WAN：Wide Area Network（广域网）是连接不同地区局域网或城域网计算机通信的远程网。
LAN：Local Area Nerwork（局域网）一个局部的地理范围内将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网

1.计算机网络是由计算机和通讯构成的，网络研究的是“通信”。 ------1946 世界上第一台计算机
2.终端：只有输入和输出功能，没有计算和处理功能。
3.数据：一串数字（二进制数），通常指文字、语音等。
4.通信：将源所产生的数据传递到目的的过程。
5.网络：由两台或者两台以上计算机组成，能够进行信息共享的环境。
6.网络的构成：计算机、手机、pad、服务器……、网络设备（交换机、路由器、防火墙）、传输介质（网线、光纤、数据线……）

传输介质

传输介质包括电缆、双绞线和光纤等。

1.双绞线：有效传输长度100M
线序:
标准568A：绿白、绿，橙白、蓝，蓝白、橙，棕白、棕。
标准568B：橙白、橙，绿白、蓝，蓝白、绿，棕白、棕。（常用）

2.光纤
一种由玻璃或塑料制成的纤维，远距离有线信号传输的主要手段

3.单位换算
带宽：带宽是以比特为单位的 而我们常看到的下载速度显示的几KB是以千字节为单位
KB--千字节
B---拜特--byte（字节）
b---比特--bit （位）---> 1比特=1位
1字节(byte)=8比特(bit)
1KB=1024字节(byte)
1M=1024KB*1024B*8b

客户端与服务器端的概念

客户端: 即表示可以介入互联网的个人终端设备, 比如个人PC机、个人Mac电脑, 操作系统为Windows.
服务端: 即代表在互联网中提供给用户服务的设备, 比如淘宝网、京东网、阿里云等网站或平台.

名词介绍
设备:
二层--数据链路层: 交换机(也有三层交换机)
三层--网络层: 路由器

交换机

交换机是通过学习连接的每个终端的 MAC 地址，将数据发送给对应的目的终端上，避免将数据发送到无关端口，提供网络利用率。
没有 IP 路由功能、仅处理数据链路层的交换机叫做二层交换机。二层交换机根据不同的功能而不同。带有 IP 路由功能的交换机叫做三层交换机。
简单的说，交换机就是用来组建一个局域网使用的。交换机的作用是放到路由器后端，来扩展路由器接口不够用而使用的。比如说，有20台电脑需要用网络，而路由器最多的只有8个口，只能接7台电脑，怎么办呢，这就需要交换机来扩展网络接口实现了。
#交换机基本都是24口起步，企业的都是48口起步

路由器

负责网络层工作的硬件设备，通过不同端口，连接不同的网段，识别目的地址，根据路由表进行数据包转发。
路由器的工作原理是怎么样的呢？路由器有个路由表，会自己学习、生成、维护路由表。
1，主机A准备发数据给主机B。
2，A将B的IP地址连同数据一起，以数据包形式发送给路由器R1。
3，路由器R1收到数据包后，先从数据中读取到B的IP地址，然后根据路径表计算发往B的最优路径。
4，比如路径为：R1->R2->R5->B；并将数据包发往路由器R2。
5，路由器2重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。
6，路由器5同样取出目的地址，发现目的地址就在自己的网段上，于是将该数据包直接交给主机B。
7，主机B收到主机A的信息，一次完整的通信宣告结束。

DNS：域名服务器
端口号：1-65535 http---80 https--443 ftp--21、20 ssh--22 mysql--3306 php--9000 tomcat---8080

二、计算机通信与协议

协议

互联网中常用的代表性的协议有IP、TCP、HTTP等，在计算机网络体系结构中将这些网络协议进行了系统的归纳；TCP/IP就是这些协议的集合。
协议就是计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种“约定”,每一种协议都明确界定了它的行为规范:比如2台计算机之间必须能够支持相同的协议，并且遵循相同的协议进行处理，才能实现相互通信。

1. 协议的标准化

计算机通信诞生之初，系统化与标准化未收到重视，不同厂商只出产各自的网络来实现通信，这样就造成了对用户使用计算机网络造成了很大障碍，缺乏灵活性和可扩展性，为解决该问题，ISO（国际标准化组织）制定了一个国际标准OSI（开放式通信系统互联参考模型）

OSI（Open System Interconnection）开放式系统互联通信参考模型。是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，一般称为OSI参考模型或七层模型。
1984年 ISO (国际化标准组织）提出了--->OSI七层模型
OSI七层: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
特点: 下层只和上层有来往关系, 不可跨层传输

2. 数据包的传输过程

OSI 协议

OSI七层: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
#7.应用层：为用户提供网络服务，是用户与网络之间的接口。为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口，实现与最终用户的应用软件之间的通信。应用层协议的代表包括: HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。
#6.表示层：负责数据的格式转化、加密、解密，约束数据格式。
#5.会话层：建立、管理和终止会话，确保数据的同步和控制。负责在数据传输中设置和维护计算机之间的数据的逻辑传输通道。
#4.传输层：定义传输数据的协议端口号，提供进程通信能力。负责端到端的通信，确保数据的可靠传输
TCP协议：传输控制协议（Transmission Control Protocol），实现数据的可靠传输，tcp将数据封装成用户数据报或者说是报文，然后分段传输。
UDP协议：用户数据报协议（User Datagram Protocol），实现数据的快递传输，传送数据之前不需要先建立连接，不可靠。
#3.网络层：提供逻辑地址，主要的协议有ip（IP地址，用于在网络中标识每一台设备，作用于网络间的通信，提供路由和选路），主要是将报文封装成ip数据包。提供数据包的传输服务，实现源到目的地的路径选择。
#2.数据链路层：确认MAC（物理）地址，每个MAC地址写在网卡上，将ip数据包封装成帧，传给物理层。 负责将比特流组织成帧，进行物理寻址和错误检测
#1.物理层：提供数据的传输介质，传输速度，将数据以电流的形式传输过去。负责在物理媒介上传输原始比特流。

ARP协议

ARP协议：地址解析协议（Address Resolution Protocol）是用来将IP地址解析为MAC地址的协议。
ARP协议实现过程
当一个设备需要与另一个设备通信时，需要知道对方的物理地址。首先在自己的ARP缓存中查找目标IP地址对应的MAC地址，如果找到就直接通信。如果没找到，设备会发送广播给本地网络中的所有设备，所有设备都会收到这个广播，ARP数据包中的目的MAC填0，收到这个广播的设备都会看自己的IP是不是这个广播的目IP，如果不是就会将这个包丢弃，如果发现自己的IP地址与请求中的IP地址相同，它就会回发一个单播，将自己的MAC地址作为响应发送回去。然后就可以开始通信，并将这个MAC地址存入自己的ARP缓存中，以便下次的通信。
如何获取mac地址：先发送一个ARP请求，发送给每一个主机，这成为广播，给予ARP层回应以单播的形式返回（arping:在网络中发送 ARP请求以查找特定IP地址对应的MAC地址）
案例：
小明：我是小明，谁是小红，我的mac地址是sdfsdfs213
arp发送广播：每个人开始拆包，其他人：是找小红的，不是找我的，不管它
小红：拆开一看，是找我的，回复：小明，我是小红，我的mac地址是dfgert213
进行数据传输。
数据传输的三种方式：
1. 单播（Unicast）：单播是指在网络中发送数据时，数据只会被发送到一个特定的目标地址。在单播传输中，网络会根据目标地址将数据直接发送到目标设备，而不会将数据发送到其他设备。单播传输通常用于一对一的通信，例如电子邮件、即时通讯和文件传输等。
2. 组播（Multicast）：组播是指在网络中发送数据时，数据会被同时发送到多个目标地址。在组播传输中，网络会将数据发送到一个特定的组播地址，而该组播地址会被多个设备所订阅。组播传输通常用于一对多的通信，例如视频会议、网络广播和游戏等。
3. 广播（Broadcast）：广播是指在网络中发送数据时，数据会被发送到所有设备。在广播传输中，网络会将数据发送到一个特定的广播地址，而该广播地址会被所有设备所接收。广播传输通常用于在网络中广播消息，例如网络公告和系统更新等。

3. TCP/IP:四层模型

是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇，只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

TCP\IP模型
应用层：将OSI上三层融合，用于产生需要传递的数据
传输层
网络层
链路层(网络接口层)：将OSI下两层融合

TCP是Tranfer Control Protocol的简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。

当通过http发起一个请求时，应用层、传输层、网络层和链路层的相关协议依次对该请求进行包装并携带对应的首部，最终在链路层生成以太网数据包，以太网数据包通过物理介质传输给对方主机，对方接收到数据包以后，然后再一层一层采用对应的协议进行拆包，最后把应用层数据交给应用程序处理。
网络通信就好比送快递，商品外面的一层层包裹就是各种协议，协议包含了商品信息、收货地址、收件人、联系方式等，然后还需要配送车、配送站、快递员，商品才能最终到达用户手中。
一般情况下，快递是不能直达的，需要先转发到对应的配送站，然后由配送站再进行派件。
配送车就是物理介质，配送站就是网关， 快递员就是路由器，收货地址就是IP地址，联系方式就是MAC地址。 
快递员负责把包裹转发到各个配送站，配送站根据收获地址里的省市区，确认是否需要继续转发到其他配送站，当包裹到达了目标配送站以后，配送站再根据联系方式找到收件人进行送件。

物理地址：mac地址，具有唯一性，mac由6段16进制数组成，每段有2个16进制数

ARP

ARP（地址解析协议），用于将网络地址（IP地址32位）转化为物理地址（MAC地址48位）。ARP协议是属于"数据链路层 or 网络层"的协议，在以太网中的数据帧从一个主机到达网内的另一台主机是根据48位的以太网地址（硬件地址）来确定接口的，而不是根据32位的IP地址。内核（如驱动）必须知道目的端的硬件地址才能发送数据

ICMP

ICMP是（Internet Control Message Protocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。