第85篇 網路通訊的基礎介紹

1.什麼是網路通訊

網路是由若干節點和連線這些節點的鏈路構成，表示諸多物件及其相互聯絡。網路是資訊傳輸、接收、共享的虛擬平臺，透過它把各個點、面、體的資訊聯絡到一起，從而實現這些資源的共享。網路是人類發展史來最重要的發明，提高了科技和人類社會的發展。

1.1 通訊：資訊的傳遞過程

1.2 資料通訊網路

由路由器、交換機 、防火牆、無線控制器、無線接入點、以及個人電腦、網路印表機、伺服器等裝置構成的通訊網路。

功能：資料通訊網路的最基本的功能就是實現資料互通

1.3 交換機

距離終端使用者最近的裝置，用於終端使用者接入網路、對資料幀進行交換等。
—終端裝置（PC、伺服器等）網路接入
—二層交換

1.4 防火牆

網路安全裝置，用於控制兩個網路之間的安全通訊。它透過監測、限制、更改跨越防火牆的資料流、儘可能地對外部遮蔽網路內部資訊、結構和執行狀況，以此來實現對網路的安全保護。

• —隔離不同安全級別的網路

• —實現不同安全級別的網路之間的訪問控制（安全策略）

• —使用者身份認證

• —實現遠端接入功能

• —實現資料加密及虛擬專用網業務

• —執行網路地址轉換

• —其他安全功能

1.5 路由器

網路層裝置，可以在Intel中進行資料包文轉發。路由器根據所受到的報文的目的地址選擇一條合適的路勁，將報文傳送到下一個路由器或目的地，路徑最後的路由器負責報文送交目的主機。

• —實現同型別網路或異種網路之間的通訊

• —隔離廣播域

• —維護廣播域

• —維護路由表、執行路由協議

• —路徑（路由資訊）選擇、IP報文轉發

• —廣域網接入、網路地址轉換

• —連線透過交換機組建的二層網路

2. 網路按地理覆蓋範圍劃分：

1. 區域網（LAN）：

• —在某一地理區域內由計算機、伺服器以及各種網路裝置組成的網路。區域網的覆蓋範圍一般是方圓幾千米以內。

• —典型的區域網：一家公司的辦公網路、一個網咖的網路、一個家庭網路等

2. 都會網路（MAN）

• —在一個城市範圍內所建立的計算機通訊網路。

• —典型的都會網路：寬頻都會網路、教育都會網路、市級或省級電子政務專網等。

3. 廣域網（WAN）

• —通常覆蓋很大的地理範圍，從幾十公里到幾千公里。它能連線多個城市甚至國家，並能提供遠距離通訊，形成國際性的大型網路。

• —典型的廣域網：internet（因特網）。

3. 網路參考模型

3.1 資料 ：

各種資訊的載體

3.2 資料傳輸

大部分應用程式所產生的資料需要在不同的裝置之間傳遞。

3.3 OSI參考模型

層layer：描述所有需求的有效的通訊過程，並把這些過程邏輯上的組叫做層。

服務：各層透過其SAP向上層提供一組功能。

分層的優點：

• 促進標準化工作，允許各個供應商進行開發
• 各層相互獨立，吧網路操作分成低複雜性單元
• 靈活性好，某一層不會影響 到別層，設計者可專心設計和開發模組功能

3.4 TCP/IP常見協議

3.5 應用層：

• 應用層為應用軟體提供介面，使應用程式能夠使用網路服務。應用層協議會指定使用相應的傳輸層協議，以及傳輸層所使用的埠等
• 應用層的PDU被稱為Data（資料）。

3.6 傳輸層：

• 傳輸層協議接收來自應用層協議的資料，封裝上相應的傳輸層頭部，幫助其建立：端到端“的連線。
• 傳輸層的PDU被稱為Segment（段）

3.7 傳輸層協議：

• TCP：一種面向連線的、可靠的傳輸層協議。它會確保資料可以安全的從一方傳輸到另一方
• UDP：一種簡單的無連線的傳輸層協議
• 三次握手：基於TCP的通訊在資料傳輸前需要先進行三次握手，然後建立連線，開始資料的傳輸，在傳輸結束的時候，會執行改進的三次握手實現斷開連線，由此可以看出這個過程的可靠性。在傳輸層，主機之間的通訊是端到端的，兩主機之間相互傳送資料。

三次握手：主機1傳送自己的序列號SYN：X給主機2，主機2收到後會發一個應答號ACK：X+1給主機1，同時會把自己的序列號SYN：Y也發給主機1，主機1收到後，會發應答號ACK：Y+1及序列號SYN：X+1給主機2，這樣三次握手就完成了，兩主機就可以進行通訊。

在通訊結束時，兩主機執行改進的三次握手來實現通訊的結束。主機1先發一個FIN報文段包給主機2，主機2收到後先發一個應答號ACK，然後開始關閉相關應用，待主機2的程式告訴主機，要徹底關閉應用時，主機2向主機1傳送FIN報文段給主機1，主機1收到後發一個應答號ACK給主機2，表示徹底關閉了連線，結束了通訊。在這個過程我們可以發現，三次握手使得雙方可以可靠地實現對話，但這如果在小資訊量的通訊中，似乎效率有些低。

TCP資料域頭格式：

UDP資料域頭格式：

3.8 網路層：

• 傳輸層負責建立主機直接按程序與程序之間的連線，而網路層則負責資料從一臺主機到另外一臺主機之間的傳遞。

• 網路層的PDU被稱為Packer（包）

網路層包括得協議有：IP、ICMP、ARP、RARP、DHCP等

3.9 IP協議

IP協議是我們最常見的一種通訊協議，它為每一臺主機賦予了身份，使得不同主機之間可以透過IP進行訪問，IP地址有32位和48位兩種，32位的是IPv4，目前這種IP將要被分配完，之後將逐漸過渡到IPv6，更長的位數意味著可以分配更多不同的IP。

3.9.1 IPv4報文格式

3.9.2 IP地址分類（IPv4把IP地址分為五類）：

3.9.3 IP地址的計算？

3.9.4 什麼是IP地址？

• IP地址在網路中用於標識一個節點（或者網路裝置的介面）

• IP地址用於IP報文在網路中的定址。

IP地址就像現實中的地址，可以表示網路中的一個節點，資料就是透過它來找到目的地。

3.9.5 IP地址基本格式？

• 網路部分：用於標識一個網路

• 主機部分：用於區分一個網路內的不同主機

• 網路掩碼：區分一個IP地址中的網路部分和主機部分

IP地址 = 網路地址 + 主機地址 
或
IP地址 = 網路地址 + 子網地址 + 主機地址

3.9.6 為什麼要劃分子網？

子網劃分的目的是:節約IP地址,避免浪費,限定廣播的傳播,保證網路的安全,有助於覆蓋大型地理區域。

• 一個B類地址用於一個廣播域，地址浪費
• 廣播域太龐大，一旦發生廣播，內網不堪重負。
• 將一個網路號劃分為多個子網，每個子網分配給一個獨立的廣播域。
• 如此一來廣播域的規模更小，網路規劃更加合理。
• IP地址得到合理的利用

3.9.7 特殊IP地址？

3.9.8 私網IP地址？

私有IP的出現是為了解決公有IP地址不夠用的情況。從A、B、C三類IP地址中拿出一部分作為私有IP地址，這些IP地址不能被路由到Internet骨幹網上，Internet路由器也將丟棄該私有地址。如果私有IP地址想要連至Internet，需要將私有地址轉換為公有地址。這個轉換過程稱為網路地址轉換（Network Address Translation，NAT），通常使用路由器來執行NAT轉換。
範圍如下：

​ A: 10.0.0.0~10.255.255.255 即10.0.0.0/8

​ B:172.16.0.0~172.31.255.255即172.16.0.0/12

​ C:192.168.0.0~192.168.255.255 即192.168.0.0/16

3.10 資料鏈路層

• 資料鏈路層位於網路層和物理層之間，可以向網路層的IP、IPv6z等協議提供服務。資料鏈路層的PDU被稱為Frame（幀）。

• 乙太網是最常見的資料鏈路層協議。

3.10.1 IP地址 VS MAC 地址

3.11 物理層：

• 資料到達物理層之後，物理層會根據物理介質的不同，將數字訊號轉換成光訊號、電訊號或者是電磁波訊號。

• 物理層的PDU被稱為位元流（Bitsteam）

3.11.1 資料包轉發過程：

3.11.2 地址解析協議（ARP）：

地址解析協議，即ARP（Address Resolution Protocol），是根據IP地址獲取實體地址的一個TCP/IP協議。主機傳送資訊時將包含目標IP地址的ARP請求廣播到區域網路上的所有主機，並接收返回訊息，以此確定目標的實體地址；收到返回訊息後將該IP地址和實體地址存入本機ARP快取中並保留一定時間，下次請求時直接查詢ARP快取以節約資源。

3.11.3 華為網路作業系統（vrp）：

是華為公司資料通訊產品得通用作業系統平臺，作為華為公司從低端到核心得全系列路由器、乙太網、交換機、業務閘道器等產品得核心引擎。

vrp提供以下功能：

• —實現統一的使用者介面和管理介面

• —實現控制平面功能，並定義轉發平面介面規範

• —實現各產品轉發平面與VRP控制平面的互動

• —遮蔽各產品鏈路層對於網路層的差異

裝置管理？

4 路由交換技術

4.1 乙太網協議：

• 乙太網是當今現有區域網採用的最通用的通訊協議標準，該標準定義了在區域網中採用的電纜型別和訊號出來方法。
• 乙太網是建立是CSDA/CD（載波監聽多路訪問/衝突檢測）機制上的廣播型網路。

4.2 衝突域：

• 衝突域是指連線在同一共享介質上的所有節點的集合，衝突域內所有節點競爭同一頻寬，一個節點發出的報文（無論是單播、組播、廣播），其餘節點都可以收到。