網絡基礎

網絡知識開篇介紹

運維網絡知識結構

基礎部分

網絡通信原理

路由（IP地址 路由表 路由協議）

交換（MAC地址 mac表 廣播域與衝突域）

OSI7層模型

網絡通信數據包分裝過程

進階部分

TCP/IP模型（TCP/IP協議簇）

TCP三次握手/四次揮手狀態集轉換

深刻部分

IP地址分類

IP地址子網劃分原理

DNS協議原理

ARP協議原理

操做部分

與系統相關網絡操做命令

網絡知識學習路徑

路由交換部分

網絡安所有分

網絡運營商部署部分

無線網絡技術

語音網絡技術

網絡基礎知識概念

網絡通信原理

到底什麼是網絡：實現通信的技術

網絡誕生第一步：網絡主機

至少兩臺有通信需求的主機才能構建網絡

網絡誕生第二步：硬件網卡

主機之間實現網絡通信須要有硬件支持，網卡就是實現通信的硬件

網絡誕生第三步：傳輸介質

實現網絡通信還須要有傳輸介質，常見的傳輸介質爲網線、管線、wifi無線等

網絡誕生第四步：數據傳輸

經過網卡將計算機能夠識別的二進制信息轉換爲電壓信息進行傳輸

調製解調的過程

網絡誕生第五步：傳輸問題

經過網卡和傳輸介質，定義1個bit傳輸的單位時間，從而分辨連續相同的信號

網絡誕生第六步：傳輸依賴

在網絡數據傳輸過程當中，影響傳輸速率主要是通信雙方的網卡和傳輸介質

網絡拓撲架構構建

　　以上就是一個網絡拓撲圖
       網絡拓撲==網絡設備鏈接圖

　　作網絡拓撲圖有助於咱們檢查問題、解決問題

交換原理概念

問題：

在現實中，須要通信的主機可不止兩臺，如何在多臺計算機之間通信，引入設備X（能夠配置不少網卡的設備）

主機A發送後信息到主機D，主機B和C會不會響應

主機D接收到A的信息，如何清除是主機A發送的

廣播包：當全部主機接入到X設備後，主機會發送一個網絡包，識別多有的主機

 

交換機設備說明：
           交換機概念：解決多臺主機在一個網絡裏面通信的需求
           主機身份標識信息：稱爲叫作mac地址，又稱爲是一個物理地址（刻錄在網卡上面的）
           交換機通信的網絡範圍：稱爲叫作一個局域網
           
交換機傳輸數據問題：
           01. 會有廣播風暴產生：會讓主機接收到大量廣播包，影響主機性能
               一個交換機全部接口處於一個廣播域內
           02. 早期交換網絡中，會存在數據衝突問題（數據碰撞）
               目前一個交換機每個接口處於一個衝突域內便可
           總結：假設一個24口的交換機；總共有24個衝突域；總共有一個廣播域       
           
交換機做用特徵說明：           
           在一個交換機的端口上所鏈接的全部終端設備，均在一個網段上（稱爲一個廣播域）
           而且一個網段會有一個統一的網絡標識（mac），會產生廣播消耗設備CPU資源（廣播問題）
           交換機能夠隔離衝突域，每個端口就是一個衝突域
           終端用戶的設備接入
           基本的安全功能
           廣播域的隔離沒法具有的

路由原理概念

大量主機在一個廣播域內，會有廣播風暴問題，咱們能夠把一個大的局域網切割成多個小得局域網

當有多個局域網的時候，即多個交換機組成的網絡。兩個局域網之間的主機之間該如何通信？

鏈接路由器的主機經過IP地址識別不一樣的主機

IP：局域網標識+主機標識

路由器會有一個路由表，記錄不一樣口鏈接的不一樣局域網標識
路由器設備說明：
           路由器概念說明：實現不一樣網段主機通信的需求
           路由器身份標識信息：稱爲ip地址（網段信息+網絡主機信息=IP地址），IP地址又稱爲是一個邏輯地址
           總結：假設一個5口的路由器：總共有5個衝突域，總共有5個廣播域
           
路由器做用特徵說明：
           廣播、組播控制
           對數據作尋址、選擇到達目的網絡的最佳路徑
           流量管理
           鏈接廣域網

網絡架構層次概念

網絡架構模型

網絡層次架構組成
        核心層：（放置外網互聯路由器設備）
            核心層的功能主要是實現骨幹網絡之間的優化傳輸，骨幹層設計任務的重點一般是冗餘能力、可靠性和高速的傳輸。
        匯聚層：（放置的3層交換機）
            匯聚層是樓羣或小區的信息匯聚點，是鏈接接入層和核心層的網絡設備，爲接入層提供數據的匯聚\傳輸\管理\分發處理。
            匯聚層爲接入層提供基於策略的鏈接，如地址合併，協議過濾，路由服務，認證管理等。
            經過網段劃分(如VLAN)與網絡隔離能夠防止某些網段的問題蔓延和影響到核心層。
            匯聚層同時也能夠提供接入層虛擬網之間的互連，控制和限制接入層對核心層的訪問，保證核心層的安全和穩定。
        接入層：（放置2層交換機）
            接入層一般指網絡中直接面向用戶鏈接或訪問的部分。接入層目的是容許終端用戶鏈接到網絡，所以接入層交換機具備低成本和高端口密度特性。

網絡規模區域劃分
        局域網:
            本地私有的一個網絡範圍。若是是一個規模比較大的局域網，也會成爲是一個園區網。
        城域網：
            若是一個網絡的覆蓋面積達到了一個城市，就能夠稱爲城域網。
        廣域網：（互聯網）
            若是覆蓋面積達到了全國或者全球，就稱爲廣域網，全球最大的廣域網就是Internet互聯網。

網絡互聯模型

    ①. 網絡層次模型概念介紹
        OSI的概念：
        open system interconnect開放系統互連參考模型，是由ISO(國際標準化組織)定義的。
        是個靈活的、穩健的和可互操做的模型，並非協議，是用來了解和設計網絡體系結構的。
    ②. 網絡層次模型做用說明
        OSI模型的目的：
        規範不一樣系統的互聯標準，使兩個不一樣的系統可以較容易的通訊，而不須要改變底層的硬件或軟件的邏輯。
        每一層指定了不一樣協議標準
    ③. 網絡層次模型組成部分
        OSI把網絡按照層次分爲7層
        由下到上分別爲物理層，數據鏈路層，網絡層，傳輸層，會話層，表示層，應用層。每一個層次對應了相應的標準或者協議。
    ④. 網絡層次模型逐層說明
        傳輸層：
            重要協議：TCP協議和UDP協議
                   傳輸層數據包稱爲報文：會包含兩個重要的信息--->源端口信息 目標端口信息
        網絡層：
            重要協議：IP協議
                   網絡層數據包稱爲包：會包含兩個重要的信息--->源IP地址信息  目標IP地址信息
        數據鏈路層：
                   數據鏈路層數據包稱爲幀：會包含兩個重要的信息--->源MAC地址信息  目標mac地址信息
        物理層：
            傳輸模式：單工（電臺廣播）  半雙工（對講機）  全雙工（電話）（通用模式）
        物理拓撲：總線型 星型 環形網絡

 

 

 

 

網絡OSI網際互聯

①. OSI網際互聯數據包封裝過程

②. OSI網際互聯數據包解封過程  

③. OSI網際互聯過程的詳細描述

 

網絡TCP/IP層次模型

①. 網絡層次模型概念介紹
        用於簡化OSI層次，以及相關的標準。
        傳輸控制協議(tcp/ip)族是相關國防部(DoD)所建立的，主要用來確保數據的完整性及在毀滅性戰爭中維持通訊
        是由一組不一樣功能的協議組合在一塊兒構成的協議簇
        利用一組協議完成OSI所實現的功能

DoD（TCP/IP）模型各層包含的協議

②. 網絡層次模型做用說明

③. 網絡層次模型組成部分

④. 網絡層次模型逐層說明

 

 

 

網絡TCP/IP模型精講

 

①. 網絡重要協議說明
        TCP與UDP協議對比：
        傳輸控制協議（TCP）                                 用戶數據報文協議(UDP)
        面向鏈接                                                      無鏈接
        可靠傳輸                                                      不可靠傳輸
        流控                                                             盡力而爲，盡力傳遞
        使用TCP應用                                               使用UDP的應用：
        WEB瀏覽器；電子郵件；文件傳輸程序        域名系統（DNS）；視頻流；IP語音（VoIP）
       tcp：必須創建鏈接，須要雙方都贊成，同步

       udp：無需鏈接，無論對方贊成不一樣意，異步

②. 網絡協議報文結構
        源端口隨機分配，目標端口使用知名端口
        [root@test ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
        32768     61000
        因爲TCP協議頭部使用16位來保存端口號，因此端口的個數最多爲65536個，2^16=65536。0號端口不會被tcp和udp協議使用
        tcp和udp協議端口號範圍是 1~65535 ，並非全部的端口都能隨意使用
        http 80 ssh 22 telnet 23
        
        控制字段：
        ack：表示確認控制字段，實現數據可靠鏈接
        syn：表示請求創建鏈接字段
        fin  ：表示請求斷開鏈接字段
        說明：控制字段信息默認爲0，控制字段功能不起做用；控制字段信息置爲1，表示相應控制字段功能開啓
        
        應用客戶端使用的源端口號通常爲系統中未使用的且大於1024的
        目的端口號爲服務器端應用服務的進程，如telnet爲23
TCP報文結構

UDP報文結構

③. 網絡鏈接創建過程
        TCP/IP三次握手創建過程

　　　　一握手：請求創建鏈接（syn）

　　　　二握手：鏈接確認再請求（ack syn）

　　　　三握手：最後確認，即創建（ack）

④. 網絡鏈接斷開過程
        TCP/IP三次握手創建過程

　　　　一揮手：請求鏈接要斷開（fin）

　　　　二揮手：斷開請求要確認（ack）

　　　　三揮手：思考事後要斷開（fin，ack）

　　　　四揮手：最後確認，要斷開（ack）
⑤. 網絡狀態轉換過程

　　TCP的十一種狀態機轉換

 

另外一種揮手狀況：ACK確認字段沒有被客戶端收到，可是等來了FIN ACK，客戶端直接變成closing

 

經過命令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      

 

網絡TCP/IP涉及原理

①. ARP協議原理
        ARP協議的功能
        1) 將IPv4地址解析爲MAC地址
        2) 維護映射的緩存

經過cmd查看arp緩存

win中

[D:\~]$ arp -a

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

 

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協議原理
        DNS是什麼？DNS(Domain Name System)
        DNS稱爲域名系統，在網站運行中器到了相當重要的做用

　　主要做用是負責把網站域名解析爲對應的IP地址。
        
        域名的層次級別：
        第一個級別：稱爲 根域名服務器 .（全球13個）
        第二個級別：稱爲 頂級域名服務器（一級域名服務器）.com .cn .gov
        第三個級別：稱爲 二級域名服務器（受權DNS服務器）.baidu.com .jd.com
        第四個級別：稱爲 虛擬主機信息 www.baidu.com www.jd.com
        
        DNS解析相關命令
        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緩存ipconfig /displaydns

 

網絡IP地址分類說明

按照IP地址數值範圍劃分（A B C 類  D類 組播地址 E類 預留研發使用）

　　32位IP地址，按照每8位劃分

按照IP地址用途進行劃分（公網地址 私網地址）
    　　劃分公網和私網地址最主要的做用：就是避免IP地址資源枯竭
    　　常見私有地址
    　　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私網地址相似於咱們的身份證
    　　IP公網地址相似於咱們的護照信息
    
按照IP地址通信方式劃分（單播地址 組播地址 廣播地址）
   　　 單播地址：
    　　　　就是網卡上配置的IP地址，就稱爲單播地址
    　　組播地址：
    　　　　通常爲D類地址，稱爲組播地址，只能在一個組內進行互相訪問通信
    　　廣播地址：
    　　　　就是主機位全爲1的，就稱爲廣播地址
    　　網絡地址
    　　　　就是主機位全爲0的，就稱爲網絡地址
        
特殊IP地址說明：
    　　127.0.0.1
    　　　　表示迴環地址，進行測試使用，驗證本地的TCP協議簇安裝的是否正確。ping 127.0.0.1測試網卡是夠正常
    　　0.0.0.0
    　　　　主機位全爲0的稱爲是網絡地址
    　　255.255.255.255
    　　　　主機位全爲1的稱爲是廣播地址，即向全部人發出信息
    　　結論：主機地址能夠範圍中，不能包含網絡地址和廣播地址
    
    總結得知：
    　　0和255做爲主機的地址，是不能進行分配使用的，只有0-255之間的地址能夠進行分配爲主機地址使用
    　　根據主機地址範圍取值，能夠引入一個公式:
    　　能夠分配的主機地址個數=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表示有多少個主機位
    　　-2就表示減去網絡地址和廣播地址，剩餘的就是可分配的主機地址

網絡IP地址劃分說明

VLSN可變長子網掩碼劃分過程

IP地址劃分子網的緣由
    172.16.0.0  ==>  2的16次方（n表示B類地址的主機位個數）-2=65536-2=65534
    01. 爲了不IP地址資源浪費，會對IP地址進行子網劃分
    02. 大量的廣播包，造成廣播風暴，會嚴重影響主機性能
    03. 會對路由器產生壓力，路由的性能也會被耗盡
    IP地址劃分子網計算法
    172.16.0.0  == 前兩個8位爲網絡爲  後兩個8位爲主機位
    網絡掩碼概念：
    有32位二進制數組成，而且每8位爲一組，只要是網絡位，都會置爲1
    
    172.16.0.0 這個B類地址爲例說明：
    172-128=44-32=12-8=4
    10101100  00010000 00000000  00000000

    掩碼就是把網絡位全置爲1
    11111111  11111111 00000000  00000000   
    掩碼：
    255.0.0.0         A類掩碼信息     /8
    255.255.0.0     B類掩碼信息   /16
    255.255.255.0 C類掩碼信息   /24
    

     

將紅線右移

總結得知：
    所以能夠獲得另外一個計算公式的結論
    能夠劃分的子網數=2的N次方
    其中N表示借用的主機位個數

局域網上網原理講解

 

Linux中操做網絡命令實現系統的網絡通訊

01. 系統網卡配置參數說明
    網卡配置參數詳解
    [root@oldboy ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
    DEVICE=eth0                    <- 第一塊網卡邏輯設備名；第二塊爲eth1，
    有些系統也會以em等字符標識（centos7系統）
    TYPE=Ethernet                <- 上網類型，目前基本都是以太網
    UUID=sasd-sdasd-wqe-12       <- 通用惟一識別碼（Universally Unique Identifier）；
                                   若是是vmware克隆的虛擬機沒法啓動網卡能夠去除此項。
    ONBOOT=yes                   <- 這個地方要設置爲yes，才能保證下次開機啓動激活網卡設備
    NM_CONTROLLED=no             <- 是否經過NetworkManager管理網卡設備（centos6關閉）
    BOOTPROTO=none               <- 啓動協議，獲取IP地址配置方式，有none|bootp|dhcp三個選項
    IPADDR=10.0.0.51             <- 表示本臺局域網中服務器的固定IP地址
    NETMASK=255.255.255.0        <- 子網掩碼，用來規劃網絡爲和主機位的，通常爲255.255.255.0
    DNS2=223.6.6.6               <- 第二個DNS，這裏默認會覆蓋以及優選於/etc/resolv.conf的配置文件
    GATEWAY=10.0.0.254           <- 局域網上網網關地址
    DNS1=223.5.5.5               <- 主DNS，這裏默認會覆蓋以及優先於/etc/resolv.conf的配置生效
    USERCTL=no
    PEERDNS=yes                  <- 是否確認網卡配置文件中的DNS配置優先於/etc/resolv.conf配置文件
    IPV6INIT=no                  <- 是否支持IPV6
    HWADDR=00:0c:29:10:2e:28     <- 以太網硬件地址即MAC地址，若是是vmware克隆的虛擬機
                                   沒法啓動網卡能夠堅決果斷的刪除此項。
    網卡配置生效方法：
    # 推薦：ifdown,ifup進行指定髮卡的重啓操做
    ifdown eth0 && ifup eth0  <- 重啓eth0網卡
    ifup eth0                    <- 啓動eth0網卡

    針對全部網卡進行重啓操做（工做場景慎用此命令）
    /etc/init.d/network restart 
  
02. 系統默認網關配置說明
　　[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

    添加默認網關路由（gw是網關縮寫）
    route add default gw 10.0.0.254
    route del default gw 10.0.0.254

    添加靜態網段路由
    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 # 報錯，由於網關不存在
    [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.

    添加靜態主機路由
    route add -host 192.168.2.13 dev eth2
　　 route add -host 172.16.2.2 gw 10.0.0.254


03. 系統網卡多個地址配置
    IP別名方式配置多地址
    ifconfig eth0:1 10.0.0.100/24 up        <- 配置別名IP，即虛擬IP（VIP），並啓用虛擬IP
    ifconfig eth0:X down                    <- 停掉指定別名IP配置

    輔助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  添加廣播地址
    ip add del 10.0.0.10/24 dev ethx   
　　須要使用 ip address show（簡寫ip a） 查看用ip addr 命令添加的IP


04. 網絡地址信息獲取命令
    查看網絡狀態經常使用命令：
      ifconfig命令：centos 5 6系統中經常使用
    用於顯示網路配置信息
      ip命令：centos7系統
    用於顯示網路配置信息
      route命令：
    查看路由配置信息
　　　 route -n      
    顯示主機名稱信息；也能夠利用hostname顯示ip地址配置信息hostname -I
　　　 hostname（uname -n）
    顯示主機的端口與服務網絡鏈接狀態，ESTABLISHED表示創建鏈接的狀態，數量即表示網絡鏈接數
      netstat（ss-centos7）
    顯示主機的端口與服務網絡鏈接狀態。
    　lsof


05. 網絡鏈接異經常用排查命令
    ping命令
    -c<count>        設置完成要求迴應的次數；默認會一直長ping
    -f                表示極限ping，ping過程當中不顯示任何信息，效率更高
    -i<interval>    指定收發信息的間隔時間
    -q                不顯示指定執行過程，開頭和結尾的相關信息除外
    -s              <數據包大小>    設置數據包的大小

    tracroute/tracert命令，跟蹤網絡路徑
    
    telnet命令  ，查看相應的服務有沒有開啓　　   telnet ip 端口
    nmap命令    ，與telnet命令相似　　    nmap ip -p 端口 或者 端口-端口（20-40）