HCIA 第二天 基础概念

Posted 2021-09-24 GGGGGGGG！

文章目录

• IP地址的分类
• 特殊IP地址
• VLSM 可变长子网掩码 子网划分
• CIDR 无类域间路由 用于汇总
• OSI模型
• TCP/IP协议簇
• 以太网 II 型帧
• TCP的头部
• UDP头部

IP地址的分类

IP地址分为5类： A类，B类，C类，D类，E类

如何划分的？
根据IP地址的前八位来区分

A类：	 0开头		0xxx xxxx  		0 - 127（实际上是 1 - 126）
		 掩码：255.0.0.0  允许的主机数量就多 为2*2^24
		 
B类：	 10开头		10xx xxxx		128 - 191
		 掩码：255.255.0.0  允许的主机数量就多 为2*2^16
		
C类：	 110开头		110x xxxx		192 - 223
		 掩码：255.255.255.0  允许的主机数量就多 为2*2^8
		
D类：	 1110开头		1110 xxxx		224 - 239
	
E类：	 1111开头		1111 xxxx		240 - 255

A B C三类 为单播地址 特点：既可以成为源IP，也可以成为目标IP

D类 为组播地址 特点：只能作为目标IP使用

E类 为保留地址

单播： 一对一的通讯

组播： 一对多的通信（同一个组播组）但是需要配置组，需要给特定的一部份人发消息，就可以把它们从逻辑上划分为一个组，之后给这个组发送消息，就只有在组里面的能收到

广播： 一对所有（同一个广播域）。所有电脑在同一广播域，但如果有其它电脑在这个广播域，这个信息对于他们来说就是垃圾信息，会浪费计算机的运算能力。

特殊IP地址

1. 127.0.0.1 - 127.255.255.254 环回地址
2. 255.255.255.255 受限广播地址（被路由器限制）只能作为目标IP使用
3. 主机位全1 直接广播地址 只能作为目标IP使用 掩码为255.255.255.0 ip为192.168.72.255 这个2551就是
4. 主机为全0 代表的是一个网段，也称为网络号，是一个范围
5. 0.0.0.0 可以代表没有地址 可以代表所有地址
6. 169.254.0.0/16 自动私有地址 获取不到ip地址时，会自动在这个范围内找一个先用着，是个网段，不是具体的一个ip

电脑上不了网的解决思路

1. ipconfig看自己有没有ip
2. ping自己的IP地址，看能不能通，不能通再ping环回地址127.0.0.1，如果通，则可能物理网卡有问题，通不了，可能就系统有问题
3. ping自己的网关
4. ping与自己在同一广播域的ip

VLSM 可变长子网掩码 子网划分

做法：
看需求，需要划分出几个网段，加入需要划分3个网段，2^2 = 4，3在4的范围内，所以我们需要把主机位的前两位拿来加入网段

例一：

将192.168.1.0/24 划分出2个网段

因为2^1 = 2，所以我们拿主机位的前第一个用来划分网段

例二：

172.16.0.0/16 划分出7个网段：

因为2^3 = 8，7在8的范围内，我们就需要拿主机位的前三个来划分

主机位全为0，不能用 要加一

CIDR 无类域间路由 用于汇总

诀窍： 取相同，去不同

去不同：要把不同的那一位 展开写成2进制

例一：

超网： 上面的例子就是超网 原本的网络位（192开头的为C类网 掩码默认为/24） /24 之后变为 /22，而且网络位扩大，这种叫超网

汇总：

172开头的为B类网，掩码默认为/16，之后可能通过子网划分变成了 /24 ，但之后又汇总为 /22

OSI模型

开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI model）

OSI参考模型的核心思想：分层

​ 属于同一层面的不同功能，其目的和作用相似或相近。

​ 不同层面的功能及目的和作用都具有明显的差异。

​ 每一次都在下面一层提供的服务的基础上在提供增值服务。

分层的作用：

1. 更易于标准化
2. 降低层次之间的关联性
3. 便于学习理解

七层：

应用层

抽象语言到编码

表示层

编码到二进制

会话层

维持网络应用和应用服务器之间的会话连接

传输层

实现端到端的传输 -- 端口号 -- 会话层地址 取值范围：1-65535 （2^16） 其中1-1023称为知名端口号			 用于区分不同会话地址

网络层

进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择

数据链路层

逻辑链路控制层（LLC）-- 在数据末尾增加一个校验和（FCS 帧校验序列，确保数据完整性	CRC 循环冗余算法）	

介质访问控制层（MAC）   二进制到电信号

物理层

处理电信号

TCP/IP协议簇

TCP/IP 四层模型 — TCP/IP标准模型
TCP/IP 五层模型 — TCP/IP对等模型

下面都是以五层模型来说的

与OSI对比

PDU 协议数据单元

在分层网络结构，例如在开放式系统互联（OSI）模型中，在传输系统的每一层都将建立协议数据单元（PDU）。PDU包含来自上层的信息和当前层的实体附加的信息，这个PDU会被传送到下一较低的层。物理层实际以一种编帧的位流形式传输这些PDU，这些PDU由协议栈的较高层建造。接收系统自下而上传送这些分组通过协议栈，并在协议栈的每一层分离出PDU中的相关信息。

L1PDU
L2PDU
…
L7PDU

封装与解封装

封装	数据加工的过程，把最重要信息的添加进数据包里面	
解封装	拆解数据包	

应用层

HTTP（超文本传输协议）-- TCP协议 80端口
FTP（文件传输协议）-- TCP协议 20/21
TELNET（远程连接协议）-- TCP 23
DHCP（动态主机配置协议）-- UDP 67/68
DNS（域名解析协议）-- UDP/TCP 53
TFTP（简单文件传输协议）-- UDP 69
HTTPS（HTTP + SSL/TLS）–TCP 443
​

传输层 需要封装端口号 TCP UDP

1. TCP是面向连接的协议，UDP是无连接的协议
2. TCP的传输是可靠的，UDP的传输不太可靠
3. TCP可以分段，UDP不行
4. TCP可以实现流控，UDP不行
5. TCP传输速度较慢，消耗资源较大；UDP传输速度快，消耗资源小

TCP UDP使用场景

1. TCP适用于效率要求较低，但准确性要求较高的场景
2. UDP适用于效率要求较高，但准确性要求较低的场景

网络层 需要封装IP地址 IP协议

数据链路层 需要封装MAC地址 以太网协议 以太网：早期局域网的解决方案，主要依赖MAC地址进行寻址，以太网主要工作在1,2层

什么是面向连接？

​ 面向连接就是指设备在传输之前，先使用预备的协议建立点到点的连接，再传输数据

以太网 II 型帧

1. 前导码（Preamble）：由0、1间隔代码组成，用来通知目标站作好接收准备。
2. 目标地址（Destination Address）：表示接收帧的工作站的地址，各占据6个字节。目标地址可以是单址，也可以是多点传送或广播地址。
3. 源地址（ Source Address）：表示发送的工作站的地址，各占据6个字节。
4. 类型（Type）：指定接收数据的高层协议类型。
5. 数据（Data）：在经过物理层和逻辑链路层的处理之后，包含在帧中的数据将被传递给在类型段中指定的高层协议。该数据段的长度最小应当不低于46个字节，最大应不超过1500字节。如果数据段长度过小，那么将会在数据段后自动填充（Trailer）字符。相反，如果数据段长度过大，那么将会把数据段分段后传输。
6. 帧校验序列（FSC）：包含长度为4个字节的循环冗余校验值（CRC），由发送设备计算产生，在接收方被重新计算以确定帧在传送过程中是否被损坏。

TCP的头部

16位端口号： 告知主机该报文段是来自哪里（源端口Source Port）以及传给哪个上层协议或应用程序（目的端口Destination Port）的。进行TCP通信时，客户端通常使用系统自动选择的临时端口号，而服务器则使用知名服务端口号（比如DNS协议对应端口53，HTTP协议对应80，这些端口号可在/etc/services文件中找到）。

32位序号： 一次TCP通信（从TCP连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。假设主机A和主机B进行TCP通信，A发送给B的第一个TCP报文段中，序号值被系统初始化为某个随机值ISN（Initial Sequence Number，初始序号值）。那么在该传输方向上（从A到B），后续的TCP报文段中序号值将被系统设置成ISN加上该报文段所携带数据的第一个字节在整个字节流中的偏移。例如，某个TCP报文段传送的数据是字节流中的第1025~2048字节，那么该报文段的序号值就是ISN+1025.另外一个传输方向（从B到A）的TCP报文段的序号值也具有相同的含义。

32位确认号（acknowledgement number）：用作对另一方发送来的TCP报文段的响应。其值是收到的TCP报文段的序号值加1。假设主机A和主机B进行TCP通信，那么A发送出的TCP报文段不仅携带自己的序号，而且包含对B发送来的TCP报文段的确认号。反之，B发送出的TCP报文段也同时携带自己的序号和对A发送来的报文段的确认号。

4位头部长度（header length）：标识该TCP头部有多少个32bit字（4字节）。因为4位最大能标识15，所以TCP头部最长是60字节。

6位标志位包含如下几项：

URG标志，表示紧急指针（urgent pointer）是否有效。

ACK标志，表示确认号是否有效。我们称携带ACK标识的TCP报文段为确认报文段。

PSH标志，提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间（如果应用程序不将接收到的数据读走，它们就会一直停留在TCP接收缓冲区中）。

RST标志，表示要求对方重新建立连接。我们称携带RST标志的TCP报文段为复位报文段。

SYN标志，表示请求建立一个连接。我们称携带SYN标志的TCP报文段为同步报文段。

FIN标志，表示通知对方本端要关闭连接了。我们称携带FIN标志的TCP报文段为结束报文段。

16位窗口大小（window size）：是TCP流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口（Receiver Window，RWND）。它告诉对方本端的TCP接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。

16位校验和（TCP check sum）：由发送端填充，接收端对TCP报文段执行CRC算法以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括TCP头部，也包括数据部分。这也是TCP可靠传输的一个重要保障。

16位紧急指针（urgent pointer）：是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号。因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移。TCP的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。

TCP头部选项： TCP头部的最后一个选项字段（options）是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节，因为TCP头部最长是60字节（其中还包含前面讨论的20字节的固定部分）。

伪头部校验： 校验网络层中12个字节的内容，32位源IP，32目标IP，8位保留，8位协议，16位总长度

UDP头部

头部结构中各部分的作用：

1. 16位源端口号 记录源端口号，在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。
2. 16位目的端口号 记录目标端口号。这在终点交付报文时必须要使用到。
3. UDP长度 UDP数据报的长度（包括数据和首部），其最小值为8B（即仅有首部没有数据的情况）。
4. 校验和检测UDP数据报在传输中是否有错，有错就丢弃。该字段时可选的，当源主机不想计算校验和，则直接令该字段为全0。当传输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交给进程。如果接收方UDP发现收到的报文中目的端口号不正确（即不存在对应端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由ICMP发送“端口不可达”差错报文交给发送方。