网络基础

时间 2019-11-10

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网络知识开篇介绍

运维网络知识结构

基础部分

网络通信原理算法

路由（IP地址路由表路由协议）vim

交换（MAC地址 mac表广播域与冲突域）centos

OSI7层模型数组

网络通信数据包分装过程浏览器

进阶部分

TCP/IP模型（TCP/IP协议簇）缓存

TCP三次握手/四次挥手状态集转换安全

深刻部分

IP地址分类服务器

IP地址子网划分原理网络

DNS协议原理架构

ARP协议原理

操做部分

与系统相关网络操做命令

网络知识学习路径

路由交换部分

网络安所有分

网络运营商部署部分

无线网络技术

语音网络技术

网络基础知识概念

网络通信原理

到底什么是网络：实现通信的技术

网络诞生第一步：网络主机

至少两台有通信需求的主机才能构建网络

网络诞生第二步：硬件网卡

主机之间实现网络通信须要有硬件支持，网卡就是实现通信的硬件

网络诞生第三步：传输介质

实现网络通信还须要有传输介质，常见的传输介质为网线、管线、wifi无线等

网络诞生第四步：数据传输

经过网卡将计算机能够识别的二进制信息转换为电压信息进行传输

调制解调的过程

网络诞生第五步：传输问题

经过网卡和传输介质，定义1个bit传输的单位时间，从而分辨连续相同的信号

网络诞生第六步：传输依赖

在网络数据传输过程当中，影响传输速率主要是通信双方的网卡和传输介质

网络拓扑架构构建

　　以上就是一个网络拓扑图
网络拓扑==网络设备链接图

　　作网络拓扑图有助于咱们检查问题、解决问题

交换原理概念

问题：

在现实中，须要通信的主机可不止两台，如何在多台计算机之间通信，引入设备X（能够配置不少网卡的设备）

主机A发送后信息到主机D，主机B和C会不会响应

主机D接收到A的信息，如何清除是主机A发送的

广播包：当全部主机接入到X设备后，主机会发送一个网络包，识别多有的主机

交换机设备说明：
           交换机概念：解决多台主机在一个网络里面通信的需求
           主机身份标识信息：称为叫作mac地址，又称为是一个物理地址（刻录在网卡上面的）
           交换机通信的网络范围：称为叫作一个局域网

交换机传输数据问题：
           01. 会有广播风暴产生：会让主机接收到大量广播包，影响主机性能
               一个交换机全部接口处于一个广播域内
           02. 早期交换网络中，会存在数据冲突问题（数据碰撞）
               目前一个交换机每个接口处于一个冲突域内便可
           总结：假设一个24口的交换机；总共有24个冲突域；总共有一个广播域

交换机做用特征说明：
           在一个交换机的端口上所链接的全部终端设备，均在一个网段上（称为一个广播域）
           而且一个网段会有一个统一的网络标识（mac），会产生广播消耗设备CPU资源（广播问题）
           交换机能够隔离冲突域，每个端口就是一个冲突域
           终端用户的设备接入
           基本的安全功能
           广播域的隔离没法具有的

路由原理概念

大量主机在一个广播域内，会有广播风暴问题，咱们能够把一个大的局域网切割成多个小得局域网

当有多个局域网的时候，即多个交换机组成的网络。两个局域网之间的主机之间该如何通信？

链接路由器的主机经过IP地址识别不一样的主机

IP：局域网标识+主机标识

路由器会有一个路由表，记录不一样口链接的不一样局域网标识
路由器设备说明：
           路由器概念说明：实现不一样网段主机通信的需求
           路由器身份标识信息：称为ip地址（网段信息+网络主机信息=IP地址），IP地址又称为是一个逻辑地址
           总结：假设一个5口的路由器：总共有5个冲突域，总共有5个广播域

路由器做用特征说明：
           广播、组播控制
           对数据作寻址、选择到达目的网络的最佳路径
           流量管理
         链接广域网

网络架构层次概念

网络架构模型

网络层次架构组成
        核心层：（放置外网互联路由器设备）
            核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输，骨干层设计任务的重点一般是冗余能力、可靠性和高速的传输。
       汇聚层：（放置的3层交换机）
            汇聚层是楼群或小区的信息汇聚点，是链接接入层和核心层的网络设备，为接入层提供数据的汇聚\传输\管理\分发处理。
            汇聚层为接入层提供基于策略的链接，如地址合并，协议过滤，路由服务，认证管理等。
            经过网段划分(如VLAN)与网络隔离能够防止某些网段的问题蔓延和影响到核心层。
            汇聚层同时也能够提供接入层虚拟网之间的互连，控制和限制接入层对核心层的访问，保证核心层的安全和稳定。
       接入层：（放置2层交换机）
            接入层一般指网络中直接面向用户链接或访问的部分。接入层目的是容许终端用户链接到网络，所以接入层交换机具备低成本和高端口密度特性。

网络规模区域划分
        局域网:
          本地私有的一个网络范围。若是是一个规模比较大的局域网，也会成为是一个园区网。
        城域网：
          若是一个网络的覆盖面积达到了一个城市，就能够称为城域网。
        广域网：（互联网）
            若是覆盖面积达到了全国或者全球，就称为广域网，全球最大的广域网就是Internet互联网。

网络互联模型

    ①. 网络层次模型概念介绍
        OSI的概念：
       open system interconnect开放系统互连参考模型，是由ISO(国际标准化组织)定义的。
       是个灵活的、稳健的和可互操做的模型，并非协议，是用来了解和设计网络体系结构的。
   ②. 网络层次模型做用说明
        OSI模型的目的：
        规范不一样系统的互联标准，使两个不一样的系统可以较容易的通讯，而不须要改变底层的硬件或软件的逻辑。
       每一层指定了不一样协议标准
   ③. 网络层次模型组成部分
        OSI把网络按照层次分为7层
       由下到上分别为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。每一个层次对应了相应的标准或者协议。
   ④. 网络层次模型逐层说明
        传输层：
            重要协议：TCP协议和UDP协议
                   传输层数据包称为报文：会包含两个重要的信息--->源端口信息目标端口信息
        网络层：
            重要协议：IP协议
                   网络层数据包称为包：会包含两个重要的信息--->源IP地址信息目标IP地址信息
       数据链路层：
                   数据链路层数据包称为帧：会包含两个重要的信息--->源MAC地址信息目标mac地址信息
       物理层：
          传输模式：单工（电台广播）半双工（对讲机）全双工（电话）（通用模式）
       物理拓扑：总线型星型环形网络

网络OSI网际互联

①. OSI网际互联数据包封装过程

②. OSI网际互联数据包解封过程

③. OSI网际互联过程的详细描述

网络TCP/IP层次模型

①. 网络层次模型概念介绍
        用于简化OSI层次，以及相关的标准。
        传输控制协议(tcp/ip)族是相关国防部(DoD)所建立的，主要用来确保数据的完整性及在毁灭性战争中维持通讯
        是由一组不一样功能的协议组合在一块儿构成的协议簇
      利用一组协议完成OSI所实现的功能

DoD（TCP/IP）模型各层包含的协议

②. 网络层次模型做用说明

③. 网络层次模型组成部分

④. 网络层次模型逐层说明

网络TCP/IP模型精讲

①. 网络重要协议说明
        TCP与UDP协议对比：
        传输控制协议（TCP）                                 用户数据报文协议(UDP)
        面向链接                                                      无链接
        可靠传输                                                      不可靠传输
        流控                                                             尽力而为，尽力传递
        使用TCP应用                                               使用UDP的应用：
        WEB浏览器；电子邮件；文件传输程序        域名系统（DNS）；视频流；IP语音（VoIP）
       tcp：必须创建链接，须要双方都赞成，同步

       udp：无需链接，无论对方赞成不一样意，异步

②. 网络协议报文结构
        源端口随机分配，目标端口使用知名端口
        [root@test ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
        32768     61000
        因为TCP协议头部使用16位来保存端口号，因此端口的个数最多为65536个，2^16=65536。0号端口不会被tcp和udp协议使用
       tcp和udp协议端口号范围是 1~65535 ，并非全部的端口都能随意使用
       http 80 ssh 22 telnet 23

       控制字段：
       ack：表示确认控制字段，实现数据可靠链接
       syn：表示请求创建链接字段
       fin ：表示请求断开链接字段
       说明：控制字段信息默认为0，控制字段功能不起做用；控制字段信息置为1，表示相应控制字段功能开启

        应用客户端使用的源端口号通常为系统中未使用的且大于1024的
        目的端口号为服务器端应用服务的进程，如telnet为23
TCP报文结构

UDP报文结构

③. 网络链接创建过程
TCP/IP三次握手创建过程

　　　　一握手：请求创建链接（syn）

　　　　二握手：链接确认再请求（ack syn）

　　　　三握手：最后确认，即创建（ack）

④. 网络链接断开过程
TCP/IP三次握手创建过程

　　　　一挥手：请求链接要断开（fin）

　　　　二挥手：断开请求要确认（ack）

　　　　三挥手：思考事后要断开（fin，ack）

　　　　四挥手：最后确认，要断开（ack）
⑤. 网络状态转换过程

　　TCP的十一种状态机转换

另外一种挥手状况：ACK确认字段没有被客户端收到，可是等来了FIN ACK，客户端直接变成closing

经过命令netstat -an 查看

[root@luffy-001 scripts]# netstat -an|grep -i es
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address               Foreign Address             State      
tcp        0     64 10.0.0.200:22               10.0.0.1:51401              ESTABLISHED 
tcp        0      0 10.0.0.200:22               10.0.0.1:58972              ESTABLISHED 
Active UNIX domain sockets (servers and established)
unix  2      [ ]         DGRAM                    10926  @/org/freedesktop/hal/udev_event
[root@luffy-001 scripts]# netstat -lntup|grep sshd
tcp        0      0 0.0.0.0:22                  0.0.0.0:*                   LISTEN      1549/sshd           
tcp        0      0 :::22                       :::*                        LISTEN      1549/sshd

网络TCP/IP涉及原理

①. ARP协议原理
        ARP协议的功能
        1) 将IPv4地址解析为MAC地址
        2) 维护映射的缓存

经过cmd查看arp缓存

win中

[D:\~]$ arp -a

接口: 192.168.0.16 --- 0xb
  Internet 地址         物理地址              类型
  192.168.0.1           a8-6b-7c-08-8b-ee     动态        
  192.168.0.6           e4-0e-ee-8a-8b-61     动态        
  192.168.0.14          f4-f5-db-38-21-a0     动态        
  192.168.0.21          70-47-e9-3d-13-cd     动态        
  192.168.0.22          60-91-f3-64-5b-94     动态        
  192.168.0.24          a4-50-46-e5-72-25     动态        
  192.168.0.31          00-25-ab-55-62-89     动态        
  192.168.0.255         ff-ff-ff-ff-ff-ff     静态

Linux中

[root@luffy-001 scripts]# arp -a
? (10.0.0.2) at 00:50:56:ef:3e:a0 [ether] on eth0
? (10.0.0.1) at 00:50:56:c0:00:08 [ether] on eth0

②. DNS协议原理
DNS是什么？DNS(Domain Name System)
DNS称为域名系统，在网站运行中器到了相当重要的做用

　　主要做用是负责把网站域名解析为对应的IP地址。

       域名的层次级别：
       第一个级别：称为根域名服务器 .（全球13个）
       第二个级别：称为顶级域名服务器（一级域名服务器）.com .cn .gov
       第三个级别：称为二级域名服务器（受权DNS服务器）.baidu.com .jd.com
       第四个级别：称为虚拟主机信息 www.baidu.com www.jd.com

        DNS解析相关命令
       dig @8.8.8.8 www.xxx.com +trace
        nslookup www.xxx.com
        host www.xxx.com
       ping www.xxx.com

[root@luffy-001 scripts]# dig www.baidu.com

; <<>> DiG 9.8.2rc1-RedHat-9.8.2-0.62.rc1.el6 <<>> www.baidu.com
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 8061
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 3, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 0

;; QUESTION SECTION:
;www.baidu.com.            IN    A

;; ANSWER SECTION:
www.baidu.com.        89    IN    CNAME    www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com.    89    IN    A    163.177.151.109
www.a.shifen.com.    89    IN    A    163.177.151.110

;; Query time: 76 msec
;; SERVER: 223.5.5.5#53(223.5.5.5)
;; WHEN: Wed Feb 20 00:20:04 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 90

[root@luffy-001 scripts]# nslookup www.baidu.com
Server:        223.5.5.5
Address:    223.5.5.5#53

Non-authoritative answer:
www.baidu.com    canonical name = www.a.shifen.com.
Name:    www.a.shifen.com
Address: 163.177.151.110
Name:    www.a.shifen.com
Address: 163.177.151.109

[root@luffy-001 scripts]# host www.baidu.com
www.baidu.com is an alias for www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com has address 163.177.151.109
www.a.shifen.com has address 163.177.151.110
[root@luffy-001 scripts]# ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (163.177.151.110) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 163.177.151.110: icmp_seq=1 ttl=128 time=9.61 ms
64 bytes from 163.177.151.110: icmp_seq=2 ttl=128 time=9.51 ms

查看本地DNS缓存ipconfig /displaydns

网络IP地址分类说明

按照IP地址数值范围划分（A B C 类 D类组播地址 E类预留研发使用）

　　32位IP地址，按照每8位划分

按照IP地址用途进行划分（公网地址私网地址）
   　　划分公网和私网地址最主要的做用：就是避免IP地址资源枯竭
   　　常见私有地址
   　　10.0.0.0/8              (10.0.0.0          到   10.255.255.255)
    　　172.16.0.0/12       (172.16.0.0      到   172.31.255.255)
    　　192.168.0.0/16    (192.168.0.0   到   192.168.255.255)
    　　169.254.0.0/16    (169.254.0.0   到   169.254.255.255)*

   　　IP私网地址相似于咱们的身份证
   　　IP公网地址相似于咱们的护照信息

按照IP地址通信方式划分（单播地址组播地址广播地址）
   　　单播地址：
   　　　　就是网卡上配置的IP地址，就称为单播地址
   　　组播地址：
   　　　　通常为D类地址，称为组播地址，只能在一个组内进行互相访问通信
   　　广播地址：
   　　　　就是主机位全为1的，就称为广播地址
   　　网络地址
   　　　　就是主机位全为0的，就称为网络地址

特殊IP地址说明：
    　　127.0.0.1
    　　　　表示回环地址，进行测试使用，验证本地的TCP协议簇安装的是否正确。ping 127.0.0.1测试网卡是够正常
    　　0.0.0.0
    　　　　主机位全为0的称为是网络地址
    　　255.255.255.255
    　　　　主机位全为1的称为是广播地址，即向全部人发出信息
   　　结论：主机地址能够范围中，不能包含网络地址和广播地址

   总结得知：
    　　0和255做为主机的地址，是不能进行分配使用的，只有0-255之间的地址能够进行分配为主机地址使用
    　　根据主机地址范围取值，能够引入一个公式:
    　　能够分配的主机地址个数=2的N次方-2 192.168.12. == 2的8次方=256-2=254 2的16次方=65536-2=65534
    　　N次方的N表示有多少个主机位
    　　-2就表示减去网络地址和广播地址，剩余的就是可分配的主机地址

网络IP地址划分说明

VLSN可变长子网掩码划分过程

IP地址划分子网的缘由
   172.16.0.0 ==> 2的16次方（n表示B类地址的主机位个数）-2=65536-2=65534
   01. 为了不IP地址资源浪费，会对IP地址进行子网划分
   02. 大量的广播包，造成广播风暴，会严重影响主机性能
   03. 会对路由器产生压力，路由的性能也会被耗尽
   IP地址划分子网计算法
   172.16.0.0 == 前两个8位为网络为后两个8位为主机位
   网络掩码概念：
   有32位二进制数组成，而且每8位为一组，只要是网络位，都会置为1

   172.16.0.0 这个B类地址为例说明：
   172-128=44-32=12-8=4
   10101100 00010000 00000000 00000000

    掩码就是把网络位全置为1
   11111111 11111111 00000000 00000000
    掩码：
    255.0.0.0         A类掩码信息   /8
    255.255.0.0    B类掩码信息   /16
   255.255.255.0 C类掩码信息   /24

将红线右移

总结得知：
   所以能够获得另外一个计算公式的结论
    能够划分的子网数=2的N次方
    其中N表示借用的主机位个数

局域网上网原理讲解

Linux中操做网络命令实现系统的网络通讯

01. 系统网卡配置参数说明
    网卡配置参数详解
    [root@oldboy ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
    DEVICE=eth0                    <- 第一块网卡逻辑设备名；第二块为eth1，
    有些系统也会以em等字符标识（centos7系统）
    TYPE=Ethernet                <- 上网类型，目前基本都是以太网
    UUID=sasd-sdasd-wqe-12       <- 通用惟一识别码（Universally Unique Identifier）；
                                   若是是vmware克隆的虚拟机没法启动网卡能够去除此项。
    ONBOOT=yes                   <- 这个地方要设置为yes，才能保证下次开机启动激活网卡设备
    NM_CONTROLLED=no             <- 是否经过NetworkManager管理网卡设备（centos6关闭）
    BOOTPROTO=none               <- 启动协议，获取IP地址配置方式，有none|bootp|dhcp三个选项
    IPADDR=10.0.0.51             <- 表示本台局域网中服务器的固定IP地址
    NETMASK=255.255.255.0        <- 子网掩码，用来规划网络为和主机位的，通常为255.255.255.0
    DNS2=223.6.6.6               <- 第二个DNS，这里默认会覆盖以及优选于/etc/resolv.conf的配置文件
    GATEWAY=10.0.0.254           <- 局域网上网网关地址
    DNS1=223.5.5.5               <- 主DNS，这里默认会覆盖以及优先于/etc/resolv.conf的配置生效
    USERCTL=no
    PEERDNS=yes                  <- 是否确认网卡配置文件中的DNS配置优先于/etc/resolv.conf配置文件
    IPV6INIT=no                  <- 是否支持IPV6
    HWADDR=00:0c:29:10:2e:28     <- 以太网硬件地址即MAC地址，若是是vmware克隆的虚拟机
                                   没法启动网卡能够坚决果断的删除此项。
    网卡配置生效方法：
    # 推荐：ifdown,ifup进行指定发卡的重启操做
    ifdown eth0 && ifup eth0  <- 重启eth0网卡
    ifup eth0                    <- 启动eth0网卡

    针对全部网卡进行重启操做（工做场景慎用此命令）
    /etc/init.d/network restart 
  
02. 系统默认网关配置说明
　　[root@luffy-001 scripts]# route -n  查看路由信息
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
    169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U     1002   0        0 eth0
    0.0.0.0         10.0.0.2        0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0

    添加默认网关路由（gw是网关缩写）
    route add default gw 10.0.0.254
    route del default gw 10.0.0.254

    添加静态网段路由
    route add -net 172.16.1.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.1.1
或者 route add -net 172.16.1.0/24 gw 192.168.1.1
    [root@luffy-001 scripts]# route add -net 172.16.1.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.1.1
    SIOCADDRT: Network is unreachable # 报错，由于网关不存在
    [root@luffy-001 scripts]# route add -net 172.16.1.0 netmask 255.255.255.0 gw 10.0.0.254
    [root@luffy-001 scripts]# ping 172.16.1.0
    PING 172.16.1.0 (172.16.1.0) 56(84) bytes of data.

    添加静态主机路由
    route add -host 192.168.2.13 dev eth2
　　 route add -host 172.16.2.2 gw 10.0.0.254


03. 系统网卡多个地址配置
    IP别名方式配置多地址
    ifconfig eth0:1 10.0.0.100/24 up        <- 配置别名IP，即虚拟IP（VIP），并启用虚拟IP
    ifconfig eth0:X down                    <- 停掉指定别名IP配置

    辅助IP方式配置多地址
    ip addr add 10.0.0.13/24 dev eth0:1
    ip addr add 10.0.0.14/24 broadcast 10.0.0.255 dev ethx  添加广播地址
    ip add del 10.0.0.10/24 dev ethx   
　　须要使用 ip address show（简写ip a） 查看用ip addr 命令添加的IP


04. 网络地址信息获取命令
    查看网络状态经常使用命令：
      ifconfig命令：centos 5 6系统中经常使用
    用于显示网路配置信息
      ip命令：centos7系统
    用于显示网路配置信息
      route命令：
    查看路由配置信息
　　　 route -n      
    显示主机名称信息；也能够利用hostname显示ip地址配置信息hostname -I
　　　 hostname（uname -n）
    显示主机的端口与服务网络链接状态，ESTABLISHED表示创建链接的状态，数量即表示网络链接数
      netstat（ss-centos7）
    显示主机的端口与服务网络链接状态。
    　lsof


05. 网络链接异经常用排查命令
    ping命令
    -c<count>        设置完成要求回应的次数；默认会一直长ping
    -f                表示极限ping，ping过程当中不显示任何信息，效率更高
    -i<interval>    指定收发信息的间隔时间
    -q                不显示指定执行过程，开头和结尾的相关信息除外
    -s              <数据包大小>    设置数据包的大小

    tracroute/tracert命令，跟踪网络路径
    
    telnet命令  ，查看相应的服务有没有开启　　   telnet ip 端口
    nmap命令    ，与telnet命令相似　　    nmap ip -p 端口 或者 端口-端口（20-40）