网络简要<入门篇>

OSI七层

网络的含义：两个不在同一地理位置的主机（终端），通过传输介质和通信协议，实现通信和资源共享。

网络四要素：终端，传输介质，通信协议，资源

网络分类：

以范围分类：LAN网（局域网，以太网），MAN网（城域网），WAN网（广域网）

以拓扑结构分类：星型拓扑，全网型拓扑，部分网状型

以传输介质分类：通州线缆，网线，光纤

※OSI七层模型

（1）物理层：定义了终端设备的传输介质，传输的是bit流（只有0和1 ，也叫电流）

（2）数据链路层：把比特流转换为数据帧，实现基于mac地址的寻址和转发

（3）网络层：把数据帧转换为数据包，实现基于IP地址的寻址和转发

（4）传输层：为数据提供可靠或者不可靠（TCP、UDP）的传输，为程序提供端到端的服务

（5）会话层：用来建立、连接，管理、终止会话

netstat -an //查看端口和会话连接情况

（6）表示层：数据的表现形式，比如：压缩、音频、视频、加密

（7）应用层：用来给用户提供服务，比如：QQ、微信、360、office等

.TCP/IP五层模型（TCP/IP的协议栈）

（1）物理层：定义了终端设备的传输介质，传输的是bit流（只有0和1 ，也叫电流）

（2）数据链路层：把比特流转换为数据帧，实现基于mac地址的寻址和转发

（3）网络层：把数据帧转换为数据包，实现基于IP地址的寻址和转发

（4）传输层：为数据提供可靠或者不可靠（TCP、UDP）的传输，为程序提供端到端的服务

（7）应用层：用来给用户提供服务，比如：QQ、微信、360、office等

网络术语：

半双工：同一时间内，只允许单向传输。

全双工：同一时间内，同时进行上传和下载（双向传输）。

注意：两个设备连接时，速率和双工模式必须相同，否则就算网线正常，也不能通信。

单播：一对一

广播：一对多，所有主机（某个网段）都能听到

组播：一对多，只有在同一个组内的成员才能收到（群聊）

冲突域：一个冲突影响的范围

路由中的一些术语：

（1）AD（Administrative Distance）管理距离：描述路由协议的可靠性，也叫做"优先级"；范围是0——255，越小越优先。

C：直连路由，只要接口处于up状态就会自动加入到路由表中；优先级最高

S：静态路由，优先级为1；

RIP：管理距离为120；

OSPF：优先级为110；

S* ：默认路由，优先级是最低的；

（2）Metric度量值：判断路由哪条更优的标准。不同的路由协议判断标准不一样。

常见的度量值有：跳数（rip）、带宽、负载、时延、可靠性、成本

（3）收敛时间：从路由器把自己知道的路由信息通告出去，到全网形成统一路由表的过程，中间需要的时间叫做“收敛时间”；

.ospf中的术语：

LSA（Link State Advertisement）：链路状态通告，内容是路由器的所有链路连接信息、接口和邻居相关信息；

LSDB（Link State Database）：链路状态数据库，存储LSA

说明：LSA不是数据包的类型，而是ospf数据包里的条目。

数据链路层

.数据链路层数据帧格式：EthernetII帧，IEEE802.3

数据链路层的作用：把比特流转换为数据帧，实现基于mac地址的寻址和转发。

mac地址：硬件出厂的时候携带的硬件地址，具有全球唯一性。

ARP协议（Adreess Reserve Protocol 地址解析协议）：完成IP地址到mac地址的映射关系。

RARP协议：反向地址解析协议，完成mac地址到IP地址的映射关系。

交换机的工作原理——以Pc1和PC2通信为例

（1）当PC1想和PC2通信之前，先检查本地是否有PC2的mac地址（arp -a通过ARP地址表）；有——直接发送；

如果没有，就发送“广播”

Source（sip：192.168.1.1；smac：M1）

Destination（Dip：192.168.1.2；Dmac：全FF）

（2）PC1——交换机（广播的数据帧）

学习：先把PC1的mac地址学习到自己的mac地址表里（接口，发送者的源IP，发送者的mac地址）；

转发：把数据帧“广播”到除源端口以外的所有端口

（3）交换机——其他主机，其他主机的反应

如果是找我的，我就回复；

如果不是找我的，我就丢弃；

（4）PC2收到后要回复——交换机

Source（Sip：192.168.1.2 Smac：M2）

Destination（Dip：192.168.1.1 Dmac：M1）

（5）交换机动作（单播的数据帧）

学习：把PC2的IP和mac地址的对应关系放到自己的mac地址表里

转发（单播的数据帧）：查找自己的mac地址表，直接转发给PC1

PC1检查arp，有就直接发，没有就广播

交换机：学习，广播到除源端口以外的所有端口

其他主机：找我——回复，不是——丢弃

PC2：单播给PC1

交换机：学习，检查自己的mac地址表

常见网络的速率

Ethernet 10M以太网（lan）

FastEthernet 100M以太网

GigabitEthernet 1000M以太网

IP地址的作用：标识了网络中任意一台主机的“位置”。

网络地址：在IP地址中，如果主机位全为0.

广播地址：在IP地址中，如果主机位全为1.

子网掩码是用来标识IP的网络位（大致的位置）和主机位（具体的某一台主机）的。

网络位：在IP地址中规定，与子网掩码“1”（二进制转换后）对应的是网络位，与子网掩码“0”对应的是主机位。

2.IPv4地址的分类方式1：

A类、B类和C类是有类的IP地址。

A类：规定第1个bit恒为0，第1段的变化范围从1——126 ，IP地址的范围：1.0.0.0——126.255.255.255 子网掩码：255.0.0.0

B类：规定前2个bit恒为10，第1段的变化范围从128——191 ，IP地址范围：128.0.0.0——191.255.255.255 子网掩码：255.255.0.0

C类：规定前3个bit恒为110，第1段的变化范围从192——223，IP地址范围：192.0.0.0——223.255.255.255 子网掩码：255.255.255.0

D类：规定前4个bit恒为1110，第1段的变化范围从224——239，IP地址范围：224.0.0.0——239.255.255.255 用来组播

E类：规定前4个bit恒为1111，第1段的变化范围从240——255，IP地址范围：240.0.0.0——255.255.255.255 用于科研

3.公有，私有IP

公有IP用来在公网使用，具有全球唯一性，不能重复使用。

私有IP用来在内网使用，可以重复使用。

公网地址能不能在内网使用？能，因为都会在路由器出口进行转换。

私网地址能不能在公网使用？不能。私网地址不能在公网传输。

如何来解决IP地址不够用的问题？——VLSM（变长子网掩码）

（1）计算可容纳的主机数：2的m次方-2（m代表的是子网掩码中“0”的个数）

（2）计算可以划分的网段数：2的n次方（n代表网络位向主机位借的"1"的个数）

(3)求变化范围：256-X（X表示子网掩码中非255的数）

网络层

.网络层的作用：把数据帧转换为数据包，实现基于IP地址的寻址和转发。

三层的代表设备：路由器

路由器的每个接口都是一个广播域，也就是不同的网段。

路由器的作用：实现不同网段的通信；隔离“广播域”；寻找一条最优路径；

路由器的硬件组成：

（1）CPU：负责计算最优路径

（2）ROM：只读存储，只负责引导系统，不能写入

（3）Flash：闪存，用来存放操作系统，也可以存放用户一些数据。====》C盘

（4）RAM：随机存储，存储用户的“临时数据”，重启就会丢弃。====》内存，show running-config

（5）NVRAM：非异失性存储，为用户数据做“永久存储”。=======》硬盘，show startup-config

路由器的工作原理

源目IP地址不变，二层mac地址被“重写”。

解决网络出口的单链路故障问题

根据多链路之间的关系，可以分为

浮动路由：多条链路只有1条为主链路，其他都为备份；只有主链路down掉，备份链路才会传输数据。

负载均衡：多条链路同时进行数据传输；

路由器和交换机的区别

（1）分层：路由器是3层设备（识别IP，数据包）；交换机是2层设备（识别Mac，数据帧）；

（2）转发依据：路由器依靠路由表；交换机依靠mac地址表；

（3）作用：路由器是实现不同网段通信；隔离广播域；

交换机是实现相同网段通信；

一个网段=一个广播域=路由器的一个接口

（4）工作原理：路由器——源目IP地址不变，二层mac地址被“重写”；

交换机——依靠广播；

传输层

ARP协议：

arp协议：（Address Resolution Protocol）：地址解析协议，把IP地址解析为Mac地址

arp的用途分类：免费ARP、普通ARP、代理ARP、RARP

ARP攻击，如何防护：

（1）硬件防火墙；（2）软件防火墙；（3）在PC和交换机上进行mac地址的绑定。

传输层的作用：

为数据提供可靠或者不可靠的传输，为应用程序提供“端到端”的服务。

端到端：指的是端口号；点到点：指的是IP；

TCP的报文字段：标准的长度是20byte

二层（源目mac+type）+三层（IP头部）+四层（TCP头部）+数据+FCS（帧校验）

1——1024这些称为“知名端口”，

常见的TCP服务：

web（tcp80），ftp（tcp21-20），dns（udp53是客户端访问服务器时，tcp53是主备DNS之间同步时）；SMTP（TCP25）和POP3（TCP110）

Telnet（TCP23），SSH（TCP22），RDP（远程桌面，TCP 3389）

UDP标准长度是8byte

常见UDP服务：

dhcp（udp67,68），DNS（udp53），TFTP（UDP-69），SNMP（简单网络管理协议：可以用来收集网络设备的一些基本情况，UDP-161）

UDP的报文格式：

第一行：源目端口

第二行：UDP的长度+校验和

数据的封装和解封装：

（1）封装：数据在发送源完成从应用层（高层）到物理层（低层）数据的封装（打包装）；

（2）解封装：数据在接收者完成数据从低层到高层的转换，解封装（拆包裹）；

（3）PDU（Protocol Data Unit）：协议数据单元，数据在每一层传输的基本单位

应用层：原始数据

传输层：TCP/UDP头部（源目端口）+数据，数据段Segment

网络层：IP头部（源目IP）+TCP/UDP头部（源目端口）+数据，数据包Packet

数据链路层：二层头部（源目mac）+【IP头部（源目IP）+TCP/UDP头部（源目端口）+数据】+FCS，数据帧Frame

物理层：比特流，0或者1

Vlan

交换机过大的广播域带来的问题：

（1）大量的广播帧充斥网络，正常的数据不能进行转发；

（2）导致mac地址表溢出；

（3）带来管理上的挑战；而且不安全。

Vlan：Virtual LAN虚拟局域网，在逻辑上对LAN进行划分。

一个vlan=一个网段=一个广播域

Vlan划分的类型：

（1）基于接口——静态vlan：某个接口始终属于一个vlan；

（2）基于mac——动态vlan：不管主机接到网络中的任何位置，都属于一个vlan；

vlan的编号范围：0——4095，其中0和4095是保留的。

正常可用范围：2——1000（其中1006——1024作为保留vlan；1025——4094是扩展vlan）

access接口的特点：（access链路——接入链路）

（1）一个接口只能属于一个vlan；

（2）在access链路上只能承载一个vlan；

（3）应用：交换机和PC之间的连接

Trunk链路（中继链路）：在一条物理链路上，可以承载多个vlan。

trunk的原理：把原始的数据帧加入了新的标签，破坏了原来的“帧格式”。——在trunk链路上传输的不是原始的数据帧。

trunk链路标记vlan的方式：ISL（Cisco的私有协议，在帧的外边插入了30Byte）；

IEEE 802.1 q（在数据帧的内部插入了4Byte；工业标准）。

单臂路由

单臂路由：vlan——>Access——>trunk ——>实现不同vlan之间通信。

单臂路由：实现不同vlan和不同的网段之间的通信问题。

单臂路由的工作原理：源目ip 地址不变，源目mac被重写。

3. VTP协议

VTP（Vlan Trunking Protocol 虚拟局域网中继协议）：用来管理vlan的创建、删除和修改工作。

VTP的三种模式：

服务器模式（Server）

可以创建、删除和修改VLAN

学习、转发相同域名的VTP通告

客户机模式（Client）

学习、转发相同域名的VTP通告

不可以创建、删除和修改VLAN

透明模式（Transparent）

可以创建、删除和修改VLAN，但只在本地有效

转发但不学习VTP通告

三层交换机

单臂路由带来的问题：

（1）内网跨vlan通信时，数据多次经过主链路，形成瓶颈；

（2）只有一条链路会形成单点故障；

（3）依靠路由表（基于软件）来查找路由，效率比较低。

2. 三层交换机：同时具有二层交换功能和三层路由功能。

（1）基于ASCI芯片查找路由表，更快速。

（2） 工作原理：一次路由，多次交换。

一次路由：针对同一个流的第一个数据包进行路由查找；后续相同流的数据包直接进行二层的交换。

Stp

STP（Spanning-Tree Protocol）：生成树协议，用来防止二层环路。

实现方法：在所有的链路中找一条链路在“逻辑上”阻塞掉（不传输，备份）；当其他链路发生故障以后，这条链路来进行数据传输。

STP的选举

（1）第一步：在所有的交换机中选举一个根桥（Root Bridge——“主席”）

（2）第二步：在其他每个的非根桥上只选举一个根端口（Root Port——“省长”）

（3）第三步：在每条链路上选举一个指定端口（Designated Port——“市长”）

选择根端口和指定端口的依据：

到根网桥最低的根路径成本（Root Path Cost ==》RPC）

发送者的网桥ID最小

发送者的端口ID最小

以太通道：EthernetChannel，增加了链路带宽，提高了容错能力，还有负载均衡的作用。

HSRP协议

HSRP（热备份路由协议）：在多个网关路由器之间协商一个虚拟IP作为PC的网关；

HSRP中的选举依据——谁大谁当选。

接口优先级：默认是100，取值范围0——255

ACL

ACL（Access-Control List）访问控制列表：为数据流量做分类（实现QoS 服务质量）和过滤（类似于一个包过滤防火墙）。

ACL工作在网络的网络层和传输层。

2.ACL的匹配原则：

（1）从上到下进行匹配；

（2）如果一旦匹配某条规则就停止匹配；

（3）如果没有匹配就继续匹配；

（4）如果所有的条目都没有匹配，会匹配默认规则——拒绝所有；

（5）在ACL中最少要有一条允许；

3.ACL分类：

（1）标准ACL

（2）扩展ACL

（3）命名ACL：看做是标准和扩展ACL的优化。

标准ACL：实现基于源IP地址做过滤；编号1——99

扩展ACL：实现基于源目IP、源目端口、基于协议来做数据的过滤；编号100——199

-DHCP中继和NAT

DHCP的四种报文

（1）Discovery：发现报文——广播，用来寻找网络中的DHCP服务器；

（2）Offer：提供报文——单播报文，DHCP服务器收到客户端的请求后，给客户端相应的Ip、网关、DNS等信息；

（3）Request：请求报文——广播，网络中可能有多个DHCP服务器，告诉其他DHCP服务器“不用给我分配Ip地址了”；同时也可以检查Ip地址是否冲突；

（4）ACK：确认报文——单播，DHCP服务器给客户端的确认信息（客户端IP信息和租约时间）；

.DHCP：动态主机配置协议，使用的是UDP67-68端口。作用：给客户端分配IP、网关、子网、DNS等。

NAT:Network Address Translation ，作用——把私网地址转换为公网地址；隐藏了真实的内网地址；节省了IPV4地址；把IPv4转化为IPv6。

.路由协议：路由器之间交互路由的语言。

（1）静态路由协议：管理员来配置；如果网络过大，管理不容易；网络一旦发生故障，静态路由不能自动适应拓扑的改变。

（2）动态路由协议：管理员告诉路由器之间用什么“语言”来交流，路由器会自动去交互路由。

.RIP的特点：适合小型网络

（1）属于IGP中的距离矢量路由协议，管理距离是120。

（2）RIP分为2个版本；RIPv1和Ripv2

RIPv1只支持有类的路由（A、B、C类）；

RIPv2可以支持无类的路由（经过子网划分）；

（3）RIP更新机制：

RIPv1使用的是广播更新，而且是更新整张路由表；每隔30s进行一次周期性更新。

RIPV2使用的是组播更新，

（4）RIP更新的报文结构：使用UDP520端口来承载的。

2层（源目mac）+3层（源目IP：Sip就是发送者的IP；Dip：255.255.255.255）+4层（UDP520）+RIp（路由更新）

（5）RIP以跳数作为度量值，越小越优，RIp的最大跳数为15跳，如果是16跳就认为"不可达"

RIp带来的问题：由于rip的周期性更新，路由更新存在延迟，容易产生环路。

如何防止环路：水平分割————从一个接口学习到的路由不再从这个接口“通告”出去。

OSPF

.OSPF介绍：Open Shortest Path First（开放式最短路径优先），是IETF（指定网络标准的组织——RFC请求注释文档）定义的标准协议。

链路状态：每个路由器都有全网拓扑——地图

距离矢量：只是从邻居学习的路由条目，不知道全网拓扑。

简述ospf算法过程

（1）通过hello建立邻居关系，形成邻居关系列表====》邻居表

（2）交互LSA，形成LSDB ====》链路状态数据库

（3）根据LSDB，使用SPF算法进行路由计算，形成路由表 =====》路由表

.OSPF中的5种数据包

（1）打招呼————hello：用来发现、建立和维持邻居关系

（2）上菜单————DBD（Database Description）：数据库描述，是LSDB的目录

（3）点菜——————LSR（link State Request）:链路状态请求，请求其他邻居自己没有的LSA

（4）上菜——————LSU（Link State Update）:链路状态更新，回复ospf路由器之前请求的LSA

（5）菜齐了————LSACK（Link State Acknowledge）：链路状态确认，给LSR和LSU做确认的

ospf建立邻居关系的过程————7种状态机

===============================邻居关系================================

（1）Down 状态：接口刚开始运行OSPF，向外发送hello包。没有发现其他邻居

（2）Init状态：我收到了邻居发送的hello消息======》单向邻居关系（你看到了邻居）

（3）2-way：本地路由器收到的ospf数据包中含有自己的“路由器ID”=====》双向的邻居关系（你看到了邻居；邻居也看到了你）

================================邻接关系===============

（4）Exstart：从第一个DBD报文交互开始，用来选举主从关系。

选举主从目的：决定谁先发送LSA，另外一个路由器需要对数据做确认

（5）Exchange：大量的DBD交互

（6）Loading：交互LSR和LSU（LSACK）——————请求自己没有的LSA；回复邻居的LSA请求

（7）Full：完全邻接关系，所有的LSA的请求和更新信息都已经被确认。

ospf中路由器的关系：邻居关系和邻接关系————本质区别是是否交互LSA。

ospf划分区域的意义：

（1）防止路由表过大造成的硬件消耗；

（2）大量的LSA泛洪，占用带宽，造成数据传输效率低；

（3）方便管理

区域是基于路由器的接口

RouterID

RouterID：路由器唯一标识，在ospf中会给每个路由器设置一个路由器唯一标识。

（1）选举依据：手工指定；优先选举回还口地址最大的；没有回还口选举物理接口IP地址最大的。

（2）一旦有了Router-id，就算有更大的接口地址，也不会更改====》可能不是Ip地址最大的；而是来的最早的。

（3）手工指定Router-id的命令

router ospf 110

router-id 44.1.1.1 #路由器ID一旦生成，就不会轻易修改

clear ip ospf process #清除ospf邻居关系，重新建立

DR、BDR主要出现在MA网络中（还有NBMA网络）

选举DR/BDR的意义：减少了邻接关系的建立，优化了LSDB，较少了LSA的泛洪。

DR：（Designated Router指定路由器），主要用于收集网络中的信息，并更新给所有其他路由器

BDR：（Backup Designated Router 备份指定路由器），当DR正常的时候，只负责监听网络中的数据；如果DR出现故障，就要直接接替DR的工作。

VPN

VPN（Virtual Private Network）虚拟专用网络：在公网上，依靠公网链路，协商出来一条“隧道”。

互联网上的公网链路存在的问题

（1）被窃听————>加密

（2）防篡改—————>保证数据的完整性，对数据做hash（哈希算法）；MD5和SHA

哈希的特点：不定长输入，定长输出；雪崩效应；不可逆；唯一性。

（3）被冒充————>源认证，认证方式：CA、预共享秘钥

（4）防重放————>每个数据包有一个seq

（5）不可否认性——>RSA和DH

Ipsec是一个安全的框架————解决网络传输中的加密、完整性、源认证、不可否认性、防重放

.Ipsec协商的过程：

（保证秘钥安全：源认证、加密、完整性校验

保证数据的安全性：使用的数据封装协议——AH、ESP；加密、完整性

IPsec中的2种模式：

传输模式：只有一层IP头；

隧道模式：在原始数据的基础上（内部IP是私网地址），又加了一层新的公网IP头