# 01.网络基础概念 ## 1. 什么是网络 给各个节点之间提供信息交换的系统 两个节点之间连接一根网线组成了最简单的网络 ## 2. 数据通信的类型 ### 2.1 单播 一对一 ### 2.2 广播 一对广播域内所有所有设备 如果是ffff.ffff.ffff的mac地址，表示是广播 如果IP的主机位全为1，表示广播 如果IP地址是255.255.255.255，表示在任何局域网，这个数据包都是广播 ### 2.3 组播 一对所有感兴趣的组员 ## 3. 集线器 ![image-20200307092326426](01.网络基础概念/image-20200307092326426.png) 将网线的铜介质直接连在一起，这样就可以多个设备之间传递信号。 集线器在收到一个数据之后，会发送给所有的出口。 不管广播，单播，组播，都是发给所有节点 ### 3.1 优点 - 稳定性 - 便宜 ### 3.2 缺点 - 不安全 - 无法提供中继 ## 4. 交换机 ![image-20200307093046757](01.网络基础概念/image-20200307093046757.png) 交换机有操作系统，在收到数据之后会根据数据中的目的地址进行准确的转发。 单播会被准确的转发 广播、组播会被泛洪 一个交换机组成的网络，一般是一个局域网，大家可以直接互相访问 ## 5. 路由器 ![image-20200307094302877](01.网络基础概念/image-20200307094302877.png) 路由器主要用于连接不同的网段，并且负责隔离广播域。 单播会被准确的转发 广播会被拒绝 组播会根据感兴趣组的注册信息，准确转发 ## 6. 网络拓扑 - 逻辑拓扑 - 标注出主要节点的连线，忽略不重要设备 - 主要节点有可能是虚拟化的 - 物理拓扑 - 标注出物理设备的连线 - 主要用于弱点实施 ## 7. OSI七层模型 ![image-20200307101521932](01.网络基础概念/image-20200307101521932.png) OSI七层模型必须要会背，面试必问。 ### 7.1 应用层 提供用户UI接入以及各种应用程序协议 http dns ftp ### 7.2 表示层 对数据进行优化处理 格式化，压缩解压缩，加密与解密 ### 7.3 会话层 管理不同应用的会话 ### 7.4 传输层(段) 数据分段和重组，提供数据传输的方式 1. tcp 1. 可靠传输 2. 提供分段的可靠重组 2. udp 1. 尽力而为的传输 提供应用协议的区分。使用端口号，来让操作系统将数据和进程之间关联。 端口号范围0~65535 操作系统会预设一些端口号用于访问服务，比如我访问 http://www.ujs.edu.cn/ 操作系统会根据http协议，去查找应该访问www.ujs.edu.cn地址的端口 查找文件为：`C:\Windows\System32\drivers\etc\services` 面试官有可能会问一些常见服务的端口号，请务必记住 http:80 dns:53 ftp:20、21 dhcp:67、68 telnet:23 ssh:22 ### 7.5 网络层(包) 给数据提供远距离传输的机制 提供逻辑地址`IP地址` ip地址可以让路由器识别数据所属的局域网，然后准确的转发。 ip地址相当于信件上的邮编，可以让邮局分类然后运到所属地区。 ### 7.6 数据链路层(帧) 给提供数据在局域网中传输的机制 提供物理地址`mac地址` mac地址是在网卡出厂的时候烧录到芯片中的，不能被轻易的修改。 mac地址在正规厂家的网卡中是全球独一无二的，mac地址是由48位二进制数组成。 mac地址前24位是组织唯一标识符，由IEEE分配给各个厂家，后24位是厂家自己定义。 为了方便人们记忆，我们将mac地址分成6段，每段8位二进制，然后再转换为16进制。 物理层的数据需要成帧 例： `ipconfig /all` 可以查看windows的mac地址 `F0-1E-34-11-98-D5` ### 7.7 物理层（位） 定义传输介质的电气标准的 电：RJ45、RJ11、BNC 光：LC、SC、SFP 无线：wifi6 ## 8. 数据的封装与解封装 ### 8.1 传输层 由于需要分段和重组，以及端口号区分，所以数据必须携带上这些内容 由于这些信息用于控制数据的传递，并且总是加在报文的头部，所以被称为报头 传输层在分段之后，会在每个数据前面加上控制信息，比如源和目的端口号 ### 8.2 网络层 数据想要通过路由器传递到远端的网络，就必须要提供目的IP地址，为了收到回复，还必须提供源IP地址。 ### 8.3 数据链路层 当数据到达目的地所在的局域网的交换机上的时候，就需要通过mac地址来确认接收的设备网卡 为了收到回复，还必须提供源mac地址 ![image-20200307112150770](01.网络基础概念/image-20200307112150770.png) ## 9. 分析数据通信 1. 当我们开始访问一个地址的时候，由于并不知道怎么去往网关的MAC地址，所以使用arp协议发起广播查询MAC地址。 ![image-20200307114246371](01.网络基础概念/image-20200307114246371.png) 2. PC查到了网关的MAC地址之后，就记录到自己的ARP表中 ![image-20200307114341302](01.网络基础概念/image-20200307114341302.png) 3. 然后将数据封装起来，封装的时候加上每一层的关键信息，比如源和目的端口，源和目的IP地址，源和目的MAC地址。这边要注意，由于我们要去往的目的地是`192.168.3.2`并不是同网段。所以需要借用网关的MAC地址。 ![image-20200307114629410](01.网络基础概念/image-20200307114629410.png) 4. 数据从PC发出了之后被交换机收到了，交换机通过数据中Dst-MAC地址查找自己的`mac address table`知道应该从哪个接口离开。 ![image-20200307115457201](01.网络基础概念/image-20200307115457201.png) 5. 路由器最终收到了这个数据，首先查看目的mac地址，发现是给自己，就解开数据链路层封装，查看网络层的Dst-IP地址，然后对比自己的路由表，查找目的地应该发出的接口 ![image-20200307115616522](01.网络基础概念/image-20200307115616522.png) 6. 路由器会在这个数据发出去之前，将自己出接口的MAC地址作为源MAC地址，将下一跳设备的MAC地址作为目的MAC地址，重新封装数据链路层，然后发出，后面的路由器收到了之后，重复5、6两步。 ![image-20200307115956116](01.网络基础概念/image-20200307115956116.png) 7. 数据在这种不断的封装解封装数据链路层的过程中到达了目的地，最终web服务器收到了这个数据后，发现目的MAC地址，目的IP地址都是自己，并且目的80端口也有进程在监听，最终完成请求的过程。 ![image-20200307120201468](01.网络基础概念/image-20200307120201468.png) ## 10. ARP(地址解析协议) ### 10.1 ARP地址解析协议 知道目的地的IP地址，请求MAC地址的协议 下面是请求的数据 ![image-20200307135548122](01.网络基础概念/image-20200307135548122.png) 下面是回复的数据 ![image-20200307135644395](01.网络基础概念/image-20200307135644395.png) 请求方拿到回答之后，会将结果记录在`arp表`中 ![image-20200307135749117](01.网络基础概念/image-20200307135749117.png) 在Cisco的路由器上，arp表中条目会有300分钟的寿命，300分钟后，就会被删除，然后重新请求。 ### 10.2 代理ARP 路由器**善意的谎言** 1. 当路由器收到一个ARP请求，请求的目的地址不是自己的IP，但是自己可以去往这个地方 2. 路由器会给请求方一个回复，回复的内容中会标注你要去往的IP地址的MAC就是我的MAC地址 3. 然后请求方就把数据发送过来 注意！代理ARP并不是所有品牌的路由器都是默认开启的。并且需要路由器查询路由表，发现可以去往请求目的地址的时候，才会触发。 例：下图中R1去`ping 192.168.23.3`的时候，R2就会替`192.168.23.3`做出arp回应 ![image-20200307140807857](01.网络基础概念/image-20200307140807857.png) ![image-20200307140743214](01.网络基础概念/image-20200307140743214.png) ### 10.3 反向ARP 知道自己的MAC地址，但是不知道自己的IP，发起请求IP 类似的功能，还有一种协议:apipa 常用的场景： - 无盘工作站 - PXE ------------------ ## 11. DoD模型 也叫美国国防部模型，是各种面试喜欢问的模型，我们只要背住就行 ![image-20200307144320208](01.网络基础概念/image-20200307144320208.png) ## 12. 传输层 ### 12.1 端口号 一个IP地址可以拥有65536个端口号用于区分不同的服务 一般我们认为1023之前的端口号是保留的，并且运行众所周知的服务，可以查看系统的service文件 在发起通信的时候，正常情况下，源端口号是随机端口号，目的端口号由协议确定 ![image-20200307150032747](01.网络基础概念/image-20200307150032747.png) ### 12.2 TCP ![image-20200307144420417](01.网络基础概念/image-20200307144420417.png) #### 12.2.1 TCP报文结构 ![image-20200307144532135](01.网络基础概念/image-20200307144532135.png) #### 12.2.2 三次握手 ![image-20200307144906302](01.网络基础概念/image-20200307144906302.png) 三次握手会导致半开TCP的攻击行为 #### 12.2.3 四次挥手 ![image-20200307144932736](01.网络基础概念/image-20200307144932736.png) #### 12.2.4 TCP有限状态机 http://aaronxu.eagleslab.com/index.php/archives/229.html #### 12.2.5 序列号与确认号 ![image-20200307150615484](01.网络基础概念/image-20200307150615484.png) 在传递数据的时候，TCP的序列号会加上传递数据的大小成为下一个收到数据的确认号 而确认号会成为下一个收到数据的序列号 通过这种方式保证每个数据都能有序完整的被对方接收 #### 12.2.6 滑动窗口 主要用于流量控制 http://aaronxu.eagleslab.com/index.php/archives/225.html ### 12.3 UDP 主要用于对数据的准确性没太高要求，以及对延迟低要求较高的场景 比如:QQ、网游、流媒体 ## 13. IP编址 IP地址是32位二进制数组成，用于标识网络上唯一节点 为了方便人们记忆，采用点分十进制，比如IP地址是： > ‭11000000‬‭10101000‬0000‭1100‬00000001 > > 加上点之后 > > 11000000‬‭.10101000‬.0000‭1100.‬00000001 > > 变成十进制 > > 192.168.12.1 IP地址32位中，主要是网络位和主机位构成，类似于手机号码前7位是归属地，后面4位是编号 早期的人们为了区分网络位和主机位，对IP地址进行分类 A: 1.0.0.0~126.255.255.255 如果是这个段的，前8位是网络位 B: 128.0.0.0~191.255.255.255 如果是这个段的，前16位是网络位 C: 192.0.0.0~223.255.255.255 如果是这个段的，前24位是网络位 这样划分IP地址之后，网络位就可以被区分了，但是整个IP地址只有三档。 随着网络的发展，很多公司内部节点的数量，给个C类的地址，主机编号不够分，给个B类的地址，浪费。 后期人们保留ABC类的称呼，但是不再以此作为网络位数的判断，因为出现了子网掩码 ### 13.1 子网掩码 子网掩码有32位二进制，和IP地址二进制位数一样的，并且可以和IP地址的二进制一一对应 我们规定子网掩码位是1，说明对应的IP位就是网络位 根据和之前旧的ABC类区分的方式对比，出现了VLSM(可变长子网掩码)、CIDR(地址聚合) 实例： > VLSM：192.168.1.193 255.255.255.128 可以记作 192.168.1.193/25 > > CIDR: 192.168.1.1 255.255.0.0 可以记作192.168.1.1/16 ### 13.2 广播地址与网络编号 为了方便对局域网的管理，由于需要发广播，或者对整个局域网进行统一称呼，出现了广播地址和网络编号 一个IP地址的主机位全为1，那么这个地址就是广播地址。(这边说的是三层的广播地址，全是ffff的那个是二层广播)。 一个IP地址的主机位全为0，那么这个地址就是网络编号，被用来对整个局域网统一称呼。 广播地址和网络编号都是保留的，不能分配给主机使用。 > 请问下列哪个IP地址可以被主机使用： > > A:172.16.1.128/30 网络编号 > > B:172.16.1.129/30 > > C:172.16.1.130/30 > > D:172.16.1.131/30 广播 ### 13.3 私有IP地址 所有的IP地址都是由iana.org分配的，但是IPv4地址早就被分配光了 所以规定了私有Ip地址，可以再内网使用，但是不能与公网通信。 > A: 10.0.0.0~10.255.255.255 /8 > > B:172.16.0.0~172.31.255.255 /12 > > C:192.168.0.0~192.168.255.255 /16 当前几乎所有的企业或者家庭内网，都是使用NAT(地址转换)来实现上公网的功能。