互联网通信原理

互联网通信原理

ISO/OSI(开放系统互连)的七层模型

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注意事项
  1. 上三层是为用户提供服务的，下四层负责实际数据传输
  2. 下四层的传输单位 传输层（数据段）、网络层（数据包）、数据链路层（数据帧）、物理层（比特<位>）
  3. 越上层的设备越智能，能识别当前以下所有协议，越贴近用户；越下层的设备越傻瓜，越贴近硬件
  4. 数据发送时，数据从上层往下层传输；数据接收时，数据从下层向上层传输
  5. 数据不能跨层传递，每层之间通过逻辑的接口传递
  6. 物理层负责实际数据传递，其他层只是逻辑对应
  7. OSI模型只是理论模型，不能对应实际协议或硬件

局域网

协议
IEEE 802.3有线局域网协议
IEEE 802.11无线局域网协议
常用网络设备
路由器（Router）用于不同逻辑网段通信
交换机（Switch）用于相同逻辑网段通信

交换机分二层交换机和三层交换机

二层交换机：整个交换机只拥有一个MAC地址，此MAC地址不能作为网络访问目标，此MAC只用于交换机之间特殊运算

三层交换机：可以当成是路由器，每个接口拥有一个独立的MAC地址，可以用于网络访问目标

网段
物理网段
	如果电脑在不同的物理空间（两个物理空间不能直接相连）或者两个物理空间是通过路由器连接的，我们认为他们不在同一个物理网段之中
逻辑网段

逻辑网段的话比较复杂，他的情况较多

我们首先把地址进行分类，来说明什么是逻辑网段

IP地址分类
A类IP地址二进制为，必须以0开头
00000001.00000000.00000000.00000000 1.0.0.0
01111111.11111111.11111111.11111111 126.255.255.255
127.0.0.1 本地回环地址
默认子网掩码： 255.0.0.0
B类IP地址的二进制位，必须以10开头
10000000.00000000.0000000.00000000 128.0.0.0
10111111.11111111.11111111.1111111 191.255.255.255
默认子网掩码：255.255.0.0
C类IP地址的二进制位，必须以110开头
11000000.00000000.0000000.00000000 192.0.0.0
11011111.11111111.11111111.11111111 223.255.255.255
默认子网掩码：255.255.255.0
D类IP地址的二进制位，必须以1110开头(组播地址)
11100000.00000000.00000000.00000000 224.0.0.0
11101111.11111111.11111111.11111111 239.255.255.255
E类IP地址的二进制位，必须以1111开头（保留）
11110000.00000000.00000000.00000000 240.0.0.0
11111111.11111111.11111111.11111111 255.255.255.255
A；IP地址的前一组代表不同的逻辑网段
IP地址后三组代表同一个逻辑网段中，不同的主机
网段  ： 2（7）-2 = 126
主机数： 2（24）-2 = 16777214B：IP地址的前两组代表不同的逻辑网段
IP地址后两组代表同一个逻辑网段中，不同的主机
网段数：2（14） = 16384
主机数：2（16）-2 = 65534C：IP地址的前一组代表不同的逻辑网段
IP地址后三组代表同一个逻辑网段中，不同的主机
网段数：2（21）=2097152
主机数：2（8）-2 = 254

C类IP地址可用子网掩码：

子网掩码二进制位数子网数主机数
255.255.255.0/241256-2
255.255.255.128/252128-2
255.255.255.192/26464-2
255.255.255.224/27832-2
255.255.255.240/281616-2
255.255.255.248/29328-2
255.255.255.252/30644-2
总结：根本目的：是节约IP地址（把完整网段划分成小子网，提高IP地址利用率）降低成本原则：子网掩码必须和IP地址同时出现，否则没有意义作用：和子网掩码1对应的IP地址，代表网络地址位；和子网掩码0对应的IP地址，代表主机地址位可用标准：子网掩码中只要1是连续的，就是正确子网掩码 子网计算公式：网络地址：把IP地址和子网掩码的二进制，按位进行逻辑与运算广播地址：有效子网掩码中，有几个0，就把IP地址的后几位换为1子网个数：有效子网掩码中，有几个1，子网数就是2的几次方主机个数：有效子网掩码中，有几个0，主机数就是2的几次方减2私有IP不需要进行子网掩码划分，公网IP（现在已知IPV4地址有2的32次方，现在是稀缺资源）需要子网掩码划分，在这块使用私有IP就是为了好算

网络通信设备

交换机通信原理
基本功能

交换机用于相同逻辑网段通信，不会分割广播域（广播可以到达的范围），协议MAC地址，数据链路层

1.拓扑图

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电脑A封装数据：端口号：Sport：随机端口号（10000以上）：Dport：固定端口号（看个人访问的应用层服务端口号）IP地址：SIP（起始IP地址）：A（已知）DIP（目标IP地址）：B（局域网查询、访问，公网DNS域名查询）MAC地址：SMAC：A（已知）DMAC：B（查询本机MAC地址表）
查询未知MAC地址：电脑（优先级）：查询本机MAC地址表（根据IP地址查找MAC地址）ARP协议（地址解析协议）：已知对方IP地址，不知道对方MAC，利用ARP广播查询MAC地址交换机：查询本机MAC地址表（根据MAC地址查询IP地址）泛洪（泛洪是数据链路层，泛洪的是MAC地址）
路由器通信原理
基本功能

路由器用于不同逻辑网段通信，会分割广播域，协议IP地址，网络层

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电脑A封装数据SIP：A（已知）DIP：B（局域网查询、公网DNS）
路由器处理IP的方案  （路由器绝不是通过广播查询未知IP地址）查询路由表（命令查询：route print）：直连网段：不需要特殊配置，给直连网段的相连网卡配置IP地址的同时，直连网段就已经写入路由表非直连网段：静态路由：由管理员手工运算生成非直连网段的路由路径（优点：路由器消耗资源小，转发效率高）（缺点：人不可靠，适合小型网络，适合环境稳定的网络）动态路由：由路由器运算生成路由路径（优点：由路由器运算生成路由路径，适合不同的网络环境）（缺点：动态路由协议不止一种，适合不同的网络学习环境。学习的成本更高）

OSI模型每层功能

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