网络协议:网络基础

什么是计算机网络?

将各个分散的、具有独立功能的计算机系统,通过网络设备(路由器)和线路(光纤)连接起来,然后通过软件实现资源共享和信息传递的系统。

一 网络指标

1.1 速率

速率: 指的是每一秒发送端和接收端传输的比特数量(即8位,二进制表示,1代表高电压,0代表低电压)。或者说每一秒两段之间传输的数据量。常见的单位b/s kb/s, Mb/s Gb/s等

1.2 带宽

带宽: 表示网络通信线路传输数据的能力,即最高速率。比如100.0 Mbs (百兆带宽)1000.0 Mbs(千兆带宽)

假设本地网卡带宽是10Mbs,即该网卡允许每秒最多传输10M的数据,不能超过10M,现实中肯恩都还不能达到10M。如果你现在在下载文件(3Mbs),看电视剧(5Mbs),打游戏(4Mbs),但是因为本地网卡最多允许10Mbs带宽,所以你现在正在进行的网络活动的速率即使超过了10Mb,也不会在一秒内同时接收。

运营商可以通过时钟频率来限制带宽。

1.3 吞吐量

吞吐量:指的是在单位时间内通过某个网络(信道、接口)的数据量,包括全部上传和下载的流量,受网络带宽的影响。

1.4 时延

时延:指的是数据(报文、分组、比特流)从网络的一端发送到另一端所需要的时间,也叫延迟或者迟延,单位是秒。他可以分为发送时延和传播时延、排队时延、处理时延等

1.4.1 发送时延

即从一个网络设备发送数据到另一个网络设备需要的时间,比如主机到交换机,交换机到路由器,路由器到路由器等。

发送时延 = (数据帧的长度(bit)) / 发送速率(bit/s)

1.4.2 传播时延

1.4.2.1排队时延

排队时延: 比如网络过来的数据达到路由器,但是路由器来不及转发,就需要在接口处排队,等待被路由器处理,通过查路由表看走哪一个接口出去。或者说在路由器选择了某一出口,如果来不及出去,则放入出口队列进行排队。等待的时间就是排队时延。同理,交换机也会有进出口的排队行为。

1.4.2.2 处理时延

处理时延: 路由器处理数据包,看网络层首部,看一下目标地址,查询路由表,该怎么转,是否需要修改首部值,比如TTL的值,重新计算校验和等,所以处理也是需要时间的。同理,交换机也会有自己处理行为,也会耗费时间

1.4.3 总时延

总时延: 就是从源主机到目标主机所需要的(发送时延+传播时延)的总和

二 IP地址

IP: 是Internet Protocol缩写,即网际协议,所以IP地址也叫作网际协议地址。

IP地址是由32位二进制组成,为了方便,转化成10进制。IP地址主要包括两个部分:网络标识部分和主机标识部分。有的也叫作网络位和主机位。而且不同类型的IP地址,网络部分和主机部分是不同的,如图所示:

网络协议:网络基础_第1张图片

我们需要注意:对于主机位而言,不能全是0或者全是1,全是0是给子网掩码用的;全是1是广播地址用的。

即C类地址不允许最后一位是0或者是255;B类地址不允许最后2位全是0或者全是255;同理A类地址不允许最后三位全是0或者是255

私网地址:(我们不能直接访问,要么VPN要么端口映射)

A类: 10.0.0.0 255.0.0.0 总共可以有256*256*256-2台主机

B类: 172.16.0.0 255.255.0.0 ~ 172.31.0.0 255.255.0.0, 保留了16个B类网络,可以有16*256*256 -2 台主机

C类: 192.168.0.0 255.255.255.0 ~ 192.168.255.0 255.255.255.0,保留了256个C类地址,即256 * 256 -2 主机

三 MAC地址

MAC地址: 每一个网卡或者路由器都有自己物理地址。这个物理地址是网卡或路由器出场时候烧录的,总共由48位16进制数表示,前24位表示IEEE厂商分配;后面24位由厂商分配。又因为数据链路层主要是解决媒体访问控制的问题,所以也叫作MAC地址。

四 IP地址和MAC地址比较

4.1 所在的分层不一样

IP地址属于网络层地址;MAC地址属于数据链路层的地址

4.2 目的不一样

IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机,作用是在外网寻址;而MAC地址决定数据包下一跳该由哪一个设备接收,主要是在内网工作,比如交换机会记录内网中设备IP地址和MAC地址,进行映射

4.3 IP地址在网络中是可以被修改的,但是MAC地址是不会的,你电脑上的网卡拔下来插入到别人的电脑上MAC地址不会改变

五 子网掩码(subnet mask)

5.1 什么是子网掩码

掩码:是一串二进制,对目标进行与运算,屏蔽某些位

子网掩码:也是一串二进制,对目标IP地址进行与运算,可以知道IP地址哪些位是网络位,哪些是主机位。

5.2子网掩码有何作用

确定IP地址中哪些是网络地址,哪些是主机地址

5.3 IP地址和子网掩码的关系

正常情况下,不划分子网和超网的情况下,A类IP地址对应子网掩码是255.0.0.0; B类IP地址对应子网掩码是255.255.0.0; C类IP地址对应子网掩码是255.255.255.0

5.4 如何计算IP地址属于哪一个网段?

以192.168.3.24为例

第一:将IP地址转化成二进制表示:

11000000 10101000 00000011 00011000

第二:将子网掩码转化成二进制表示:

11111111 11111111 11111111 00000000

第三:然后将这两部分做与运算

11000000 10101000 00000011 00011000

11111111 11111111 11111111 00000000

11000000 10101000 00000011 00000000(结果)

第四:将结果转化成10进制表示

192.168.3.0

所以以此我们在转发数据包的时候,就可以判断目的IP地址是不是和源主机属于同一个网段;如果是则通过MAC地址转发数据;不是则通过路由器转发数据

六 子网划分

子网划分:就是借用现有网段的主机位做子网位,划分出多个子网。

实现方式:就是将当前的子网掩码主机位移动,如果划分2个子网,可以向主机位右移1位;如果是2-4,可以向主机位右移2位。

6.1 为什么需要子网划分

公网地址不够用,避免资源浪费,所以需要子网划分,让公网地址充分利用。

网络协议:网络基础_第2张图片
什么才属于公网IP地址浪费呢?

如果现在在弄一个交换机,交换机下又有200台机器,现在之前分配的C类根本不够用,然后再申请256个公网地址或者干脆申请B类地址,那么现在

                     

6.2 等长子网划分

就是将一个网段等分成多个网段,也就是等分成多个子网。

#1 确定子网掩码的长度

如果划分的网络是原来的1/(2*N),则需要向主机位移动N位,然后移动的位置置为1

比如C类地址,255.255.255.0,如果要划分的子网是原来的1/4,则向右移动2位。

11111111 11111111 11111111 00000000

11111111 11111111 11111111 11000000(结果)

所以结果为255.255.255.192

#2 确定子网中第一个可用的IP地址和最后一个可用的IP地址

只要满足主机位不全是0或者全是1即可。

假设目前的网络情况:

网络协议:网络基础_第3张图片

现在需要将50台计算机位于现在的网段中,然后另外150台位于三个不同的网段中。如何实现?划分后子网掩码是多少?每一个范围内最小和最大IP地址。

6.2.1 C类地址

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6.2.2 B类地址

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6.2.3 A类地址

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6.3 变长子网划

以前假设网络是200台电脑,网段是192.168.3.0. 现在需要划分为3个子网,电脑只有170台,每一个子网要求的电脑数不一样。如何划分子网?

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我们计算每一个子网的最大最小区间方法:

第一步:先计算需要容纳最多数量计算机,比如我们这里最多需要容纳100台,所以我们将网络2等分,主机位向右移动1位,即除以2,即128,我们就将128-255之间分配100台计算机即可。 [192.168.3.129,192.168.3.254];

第二步:然后在计算容纳第二多的计算机的子网的最大最小范围,比如我们这里需要容纳50台计算机,我们将网络四等分,即主机位向右移动2位,即64,那么我们就在64-128之间分配50台计算机即可,即[192.168.3.65,192.168.3.126]

第三步:同理,我们将网络8等分,主机位向右移动3位,即32,那么我们在32-64之间分配20台计算机。即[192.168.3.33,192.168.3.62]

6.4 如何判断一个网段是超网还是子网

#1 通过左移子网掩码合并多个网段;右移子网掩码将一个网段划分成多个子网,使得IP地址打破了传统的A,B,C类的限制

#2 判断一个网段到底是子网还是超网,首先需要判断是哪一类网络,A类,B类

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