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前言

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科普：

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计算机网络基础

参考文章

基本概念

1. 计算机网络

分布各地的具有独立功能的计算机连接起来，通过协议通信，通过网络操作系统管理，实现资源共享的网络

2. IP地址

网络中给予主机的一个标识符(类似于地址)，可进行三层寻址

3. MAC地址

网卡唯一标识符，二层寻址

4. 封装/解封装

• 封装：目的是发送数据
  将应用程序产生的数据，根据TCP/IP模型，层层封装为比特流发送出去
• 解封装：读取特定的数据
  将收到的数据，根据TCP/IP模型，层层解封装，最后给服务程序读取数据

TCP/IP四层和OSI七层模型

TCP/IP模型，即基于OSI的一个简化标准，TCP/IP模型为4层结构，即网络接口层（物理层+数据链路层）、网络层、传输层、应用层

1. 物理层

即通信介质，光纤、模块、网线等看得见摸得着的东西，传递的是类似0101010的bit流

2. 数据链路层

封装为数据帧，基于MAC地址进行寻址，依赖于MAC地址表项

3. 网络层

封装为数据包，使用IP地址进行寻址，依赖于路由表项以及ARP(地址解析协议)表项

4. 传输层

封装为数据段，某个服务进程监听某个端口(NGINX服务端)，或者使用自身随机端口去访问目标端口（NGINX访问DB）

5. 应用层

即具体的服务应用，每一个协议对应到传输层一个提供服务的端口号，可以理解为具体的服务

• FTP(20、21),HTTP(80),WWW(21),DNS(53)

LAN/WAN

1. LAN
   局域网，距离短，通过高速链路介质与网络设备互联构成的一套传输网络，效率较高

广播域和冲突域

广播域

• 基于二层(数据链路层)，一个主机发送广播包所能辐射的范围，路由器的一个关口

冲突域

• 基于一层(物理层)，交换机下的一个端口或者hub端口

二者异同点

• 广播域可以跨网段，而冲突域只是发生的同一个网段的
  网段，又叫潜在冲突域
• HUB 所有端口都在同一个广播域，冲突域内
  Swith所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口就是一个冲突域

单播、广播和组播

单播

• 一对一通信，目的MAC：目的端主机的MAC地址

广播

• 广播域内的主机都可以收到广播报文，目的MAC全F
  应用：免费ARP、DHCP的DISCOVER、REQUEST

组播

• 一对多，组播组内主机，比如IPTV、实时数据传输、多媒体
  应用：IGMP(维护组播组成员)、PIM(组播路由协议)
  

2. WAN
   广域网，Internet、跨地州、省市的骨干链路以及设备都可以理解为WAN，传输距离相对长，一般需要租用运营商链路

冲突域

1. 定义

• 图示一个10BASE5以太网
  各主机通过同轴电缆与其他主机通信，这里的同轴电缆又被称为共享介质，所以这是一个共享式的网络
  在这个网络中不同的主机同时收/发数据时，就会产生信号冲突问题，而解决这一问题的方法就是CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测技术）

2. CSMA/CD工作流程
   总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发

1. 终端设备不停检测共享链路状态
   如果空闲，则发送数据；如果不空闲，则等待一段时间后继续检测（等待的时长由算法决定）；
2. 如果同时有另外一个设备发送数据，两个设备产生的数据会产生冲突；
3. 终端设备检测到冲突以后，会停止发送数据
   并发送特殊阻塞信息，以强化冲突信号，使线路上其他站点能够检测到冲突，；
4. 设备检测到冲突以后
   等待一段时间，在进行数据发送（延迟时间又退避的算法决定）；

3. 双工

以太网的通信模式：半双工和全双工，同一链路相连的双方双工模式必须一致

• 半双工模式下
  通信的双方必须采用CSMA/CD来避免冲突
• 全双工模式下
  通道是双向的这种模式不会产生冲突，所以不需要CSMA/CD；

基本组网

1. 二层组网
   二层网络（接入层），二层依靠MAC地址进行转发，无表项则洪泛，维护ARP、MAC地址表

MSTP+VRRP组网

ETH-TRUNK+CSS

2. 三层组网
   三层网依靠路由表项进行转发，无表项则丢包，维护路由表项、ARP表项

• 企业网组网架构
  NGFW Module三层双机部署，交换机堆叠，策略路由引流
  

基本协议

1. ARP

根据IP地址去查找相关的MAC地址，形成IP和MAC的对应表项，即ARP表

• ARP request（广播包）
• ARP respone（单播）

2. 802.1Q

即vlan tag，局域网中可以分配不同的IP地址段，划分vlan进行逻辑隔离

• 每个vlan是一个独立的广播域，每个vlan会带上一个tag标记

3. DHCP：

用于终端自动获取地址，C/S架构
DHCP +

• DISCOVER：
• OFFER：
• REQUEST：
• ACK：
• NAK：
• DECLINE：
• RELEASE：
• INFORM：

4. DNS
   用户将域名解析成对应的IP地址

• DNS结构

DNS结构为树状结构的命名方式

• 分为根域、顶级域、主域名、子域名

根域

• 知道所以有的顶级域名服务器和域名的地址；

顶级域

• 知道所有顶级域名服务器下注册的二级域名和IP地址；

主域名（二级域）

• 负责一个区的域名服务器；可以自己去申请，比如xxx.com；

子域名（三级域）

• 二级域下的子域名，比如主域名为xxx.com，则子域名可以是www.xxx.com/dev.xxx.com；

• DNS请求过程

递归查询

• 是指DNS服务器在收到用户发起的请求时，必须向用户返回一个准确的查询结果
  如果该服务器中没有这个域名对应的IP地址信息，则会向其他服务器去查询，并将查询的结果返回给用户
  迭代查询
• 是指DNS服务器收到请求的时候，并不直接返回结果，而是告诉客户端可以去找另外一个DNS服务器

递归查询时，访问一个网站(qq.com)的详细过程：

1. 浏览器打开wx.qq.com，客户端会发送一个DNS查询消息
2. DNS服务器收到这个请求以后，查看自身的DNS缓存记录，是否有qq.com
   有则直接返回A记录（wx.qq.com 对用的IP：X.X.X.X）
   无，则向（.）根域名服务器区查询
3. 根域名服务器返回NS记录，告知.com需要去找顶级域名服务器
4. 本地服务器根据NS记录去查询.com的顶级域名服务器
5. .com的顶级域名服务器返回NS记录，告知qq.com这个域名的权威服务器地址
6. 本地DNS服务器根据NS记录去向qq.com的权威服务器进行查询；权威服务器返回A记录(qq.com对应的IP:X.X.X.X）
7. 本地DNS服务器查询到这个DNS记录以后，返回给客户端
8. 客户端根据根据这个A记录，去访问域名对应的IP地址，返回数据

5. 路由协议

静态static，动态（OSPF，BGP）

• 静态路由
  手工添加，手工指引报文的三层转发，目的IP+掩码+下一跳IP地址
• 动态路由
  即所有三层节点共同运行一个协议，所有设备支持且需要共同遵守的一个协议规则，生成动态表项，从而计算出相应的路由表项

总结

小小励志

有些事你现在不做，一辈子都不会做了。
如果你想做一件事，全世界都会为你让路。
《搭车去柏林》