网络基础学习

ip地址基础知识

1.1 ip地址的结构和分类

…根据tcp／ip协议，连接在internet上的每个设备都必须有一个ip地址，他是一个32位二进制数，也可以用点分十进制表示，每八位一组，用一个十进制表示即0～255，每组用”.”分隔开，例如172.16.45.10
…ip地址表示

…将ip地址中的网络位和主机位固定下来后，ip地址被分成了不同的积累：A类，B类，C类，D类，E类

1.2 特殊ip地址

• 1.网络地址：用于表示网络本身，具有正常的网络号部分，而主机号部分全部为0的ip地址称之为网络地址，如172.16.45.0就是一个B类网络地址
• 2.广播地址：用于向网络中的所有的设备进行广播。具有正常的网络号部分，而主机号部分全为1(即255)的ip地址称之为广播地址，如172.16.45.255就是一个B类的网络地址
• 3.有限广播地址：指的是32位全位1(即255.255.255.255)的ip地址，用于本网广播
• 4.回送地址：网络地址不能以十进制的127作为开头，在地址中数字127保留给系统作为诊断用，称为欢送地址，如127.0.0.1用于回路测试
• 5.私有地址：只能在局域网内使用，不能在internet上使用的ip地址称为私有ip地址，私有ip地址有：
  
  1. 10.0.0.0～10.255.255.255，表示一个A类地址
  2. 172.16.0.0~172.31.255.255,表示16个B类地址
  3. 192.168.0.0～192.168.255.255，表示256个C类地址
• 6.IP地址0.0.0.0:指已经不是真正意义上的ip地址，它表示的是所有不清楚主机和目的网络，这里的不清楚指的是在本机路由表里没有特定条目指明如何到达

1.3 子网掩码

• 1.子网掩码用于识别ip地址中的网络地址和主机地址。
• 2.子网掩码也是32位二进制数字，在子网掩码中，对应于网络地址部分全用1表示，主机部分全用0表示
• 3.还可以用网络前缀表示子网掩码，即”／<网络地址位数>”，如172.16.45.0/24表示B类网络172.16.45.0的子网掩码为255.255.255.0
  

1.4 ip地址申请

https://www.processon.com/mindmap/57fdad47e4b08d4fe9b3d7e2

子网划分

2.1 子网划分概念

子网划分是通过借用ip地址的若干位主机位来充当子网地址的从而将原来的网络分为若干个彼此隔离的子网实现的

注意：
•arp协议通过ip地址获取目标主机的mac地址这一过程使用的是广播的方式，这个广播地址就是通过子网地址于子网掩码计算而来的，只有计算出的这一子网内的主机才能收到这个arp广播包
•子网划分与vlan都可以做到隔离广播域，只是子网划分是三层隔离，二vlan是二层

2.2 c类子网划分初探

2.3 子网划分步骤

•确定要划分的子网数以及每个子网的主机数
•求出子网数目对应的二进制的位数N及主机数目对应的二进制数的位数M
•对该ip地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置1(其余全部置0)或后M位置0(其余全置1)即得出该ip地址划分子网后的子网掩码

2.4 子网划分案例

给C类网络211.168.10.0划分5个子网
2**2-2<5<2**3-2所以需要3位网络号，主机号为8-3=5
子网掩码为255.255.255.224
每个子网可容纳2**5-2=30台主机

2.5 划分子网注意事项

Internet组织机构定义了五种IP地址，用于主机的有A、B、C三类地址。其中A类网络有126个，每个A类网络可能有16，777，214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16，777，214个地址大部分没有分配出去，形成了浪费。而另一方面，随着互连网应用的不断扩大，IP地址资源越来越少。为了实现更小的广播域并更好地利用主机地址中的每一位，可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。
很简单的说 就是，一个公司不可能使用254个公网地址，A公司想用6个地址，B公司也想用6个地址，如果把这两个公司的地址都放在一个大网段里面，这两个公司的地址就能够直接互通
子网划分优点:
•减少网络流量
•提高网络性能
•简化管理
•易于扩大地理范围

网络协议

TCP/IP协议

有关于TCP/IP协议的内容可以查看转载的这篇博客:
http://blog.csdn.net/z5622139/article/details/72626449

Socket

我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程，在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程，但PID只在本地唯一，网络中的两个进程PID冲突几率很大，这时候我们需要另辟它径了，我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样我们可以利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程。
能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了，什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

网络通信实现

想实现网络通信，每台主机需具备四要素

• 本机的IP地址
• 子网掩码
• 网关的IP地址
• DNS的IP地址

获取这四要素分两种方式

• 静态获取
  即手动配置
• 动态获取
  通过dhcp获取
  以太网头 –>ip头 –>udp头 –>dhcp数据包
  （1）最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
  （2）后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。
  （3）最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。
  这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。
  接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。
  新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数

网络通信流程

• 1.本机获取

  • 本机的IP地址：192.168.1.100
  • 子网掩码：255.255.255.0
  • 网关的IP地址：192.168.1.1
  • DNS的IP地址：8.8.8.8
• 2.打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。
• 3.dns协议(基于udp协议)
  
  13台根dns：
  A.root-servers.net198.41.0.4美国
  B.root-servers.net192.228.79.201美国（另支持IPv6）
  C.root-servers.net192.33.4.12法国
  D.root-servers.net128.8.10.90美国
  E.root-servers.net192.203.230.10美国
  F.root-servers.net192.5.5.241美国（另支持IPv6）
  G.root-servers.net192.112.36.4美国
  H.root-servers.net128.63.2.53美国（另支持IPv6）
  I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
  J.root-servers.net192.58.128.30美国
  K.root-servers.net193.0.14.129英国（另支持IPv6）
  L.root-servers.net198.32.64.12美国
  M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）
  域名定义：
  http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html
  顶级域名：以.com,.net,.org,.cn等等属于国际顶级域名，根据目前的国际互联网域名体系，国际顶级域名分为两类：类别顶级域名(gTLD)和地理顶级域名(ccTLD)两种。类别顶级域名是　　　　　　　　 以”COM”、”NET”、”ORG”、”BIZ”、”INFO”等结尾的域名，均由国外公司负责管理。地理顶级域名是以国家或地区代码为结尾的域名，如”CN”代表中国，”UK”代表英国。地理顶级域名一般由各个国家或地区负责管理。
  二级域名：二级域名是以顶级域名为基础的地理域名，比喻中国的二级域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.
  一般来说，二级域名是域名的一条记录，比如alidiedie.com是一个域名，www.alidiedie.com是其中比较常用的记录，一般默认是用这个，但是类似*.alidiedie.com的域名全部称作是alidiedie.com的二级
• 4.HTTP部分的内容，类似于下面这样：
  GET / HTTP/1.1
  Host: www.google.com
  Connection: keep-alive
  User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
  Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,/;q=0.8
  Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
  Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
  Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
  COOKIE: … …
  我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。
• 5 TCP协议
  TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。
  TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。
• 6 IP协议
  然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。
  IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。
• 7 以太网协议
  最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。
  以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。
• 8 服务器端响应
  经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。
  根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的”HTTP请求”，接着做出”HTTP响应”，再用TCP协议发回来。
  本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。