网络--网络分层，网络协议，IP地址
1.以太網
1.1什么是以太網？
以太網是目前最為廣泛應用的計算機網絡技術。他分為兩種：一種是經典以太網，另一種是交換式以太網，使用了交換機連接
不同的設備。交換式以太網的網速大于經典式以太網。以太網的標準拓樸結構為總線型拓撲。但在實際中快速以太網為了減少沖
突，將能提高網速和使用的效率最大化，使用集線器來進行網絡連接和組織。于是，拓撲結構就成了星型；但在邏輯上，以太網
還是總線型拓撲和CSMA/CD(載波多重訪問/碰撞偵測)的總線技術。以太網實現了網絡上無線電系統多個結點發送信息的想法，
每個節點必須獲取電纜或者信道的才能傳送信息。每個節點有全球唯一的48位地址的MAC地址，以保證以太網上所有的節點能
互相鑒別。
注：CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)
經典以太網用一個長電纜圍繞著建筑物，這根電纜連接著所有的計算機。
經典以太網 ?物理層:以太網的每個版本都有電纜的最大長度限制，這個范圍的長度可以正常傳播，超過這個范圍信號將無法傳播。為了建設更大的網絡，用中繼器（物理設備，能接收，放大并在兩個方向上重發信號，信號發送使用的曼徹斯特編碼）將多條電纜連接起來。
? ? ? ? ? ? ? ?MAC子層：堅持1-CSMA/CD算法，即當站有幀要發送時要監聽介質，介質空閑便立即發送。在發送的同時監測信道上
是否有沖突。如果有沖突，則立即終止傳輸，并發出一個短沖突加強信號，再等待一段隨機時間后重發。
交換式以太網：交換式以太網核心是交換機，包含一塊所有端口的高速背板。從外面看交換機很像集線器，他們都是盒子，通常
有4~48個端口。交換機只把幀輸出到該幀想去的端口。通過簡單的插入或者拔出電纜就能完成或者刪除一臺繼器。
1.2 以太網中用到的CSMA/CD技術是什么？
CSMA/CD即帶沖突檢測的載波監聽多路訪問技術。在傳統的共享以太網中，所有的節點共享傳輸介質。如何保證傳輸介質有序，高效地為許多節點提供傳輸服務，就是以太網的介質訪問控制協議要解決的問題。其工作原理總結為：先聽后發，邊發邊聽，沖突停發，隨機延遲后重發。?
2.網絡分層模型
2.1 OSI體系結構和TCP/IP體系結構分別分為那幾層？每層都包含那些協議？
OSI（Open system interconnect）體系結構：把網絡通信分為7層，分別是物理層，數據鏈路層，網絡層，傳輸層，會話層，表示層，應用層。
TCP/IP體系結構（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）傳輸控制協議/因特網互聯協議分為：數據鏈路層，網路（IP）層，傳輸層，應用層
2.2應用層協議：文件傳輸，電子郵件，虛擬終端,TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet
（1）FTP(FIile Transfar Protocol)文件傳輸協議，應用在網絡上進行文件傳輸的一套標準協議。允許用戶以文件操作的方式（增，刪，改，查，傳送等）與另一主機相互通信。用戶并不真正登錄到自己想要存取的計算機上面而成為完全用戶，可用FTP程序訪問遠程資源，實現用戶往返傳輸文件，目錄管理以及訪問電子郵件等等，即使雙方配有不同的操作系統和文件存儲傳輸方式。目標是提高文件的共享性，但FTP有極高的延時，從開始請求到第一次接收數據的時間，會非常長。
（2）SMTP（簡單電子郵件Simple Mail Transfar Ptrotocol）協議：屬于TCP/IP協議族，一般通過端口號25，110，143建立連接。他幫助計算機在發送和中轉信件時找到下一個目的地。
（3）http（HyperText Transfer Protocol）超文本傳輸協議，是基于客戶端-服務器模型的請求-響應模式。架構在TCP/IP之上。
（4）Telnet是遠程終端協議。它為用戶提供了在本地計算機上遠程管理的主機的能力。
（5）DNS（Domain name system）解析協議：將同一資源定位符轉換為ip地址。DNS服務器采用的是分布式的方法。查詢時先在本局域網的dns服務器上查詢，如果不存在則通過該服務器轉發到其他dns服務器進行查詢。
（6）SNMP(簡單網絡管理Simple Network Mangement Protocol)協議，SNMP 是專門設計用于在 IP 網絡管理網絡節點（服務器、工作站、路由器、交換機及HUBS等）的一種標準協議。
2.3傳輸層：提供端對端的接口TCP,UDP
（1）TCP面向連接的，可靠的，流協議。流是一種不間斷的數據結構，應用程序在發送數據時，可以保證數據的順序，就像沒有間隔的數據流發送給接收端。TCP還提供可靠性傳輸，實行“順序控制”和“重發機制”。此外，還具備“流控制”，“擁塞控制”以及提高網絡利用率等諸多功能。TCP應該應用在傳輸層有必要實現可靠性傳輸的情況下。
（2）UDP無連接，不可靠，數據報協議。在UDP協議下，可以確保數據包的大小，卻不能確保數據包可以到達。因此，有時根據自己的需要重發。UDP應用在傳輸層講究高速傳輸和時效性的情況下。
2.4網絡層：為數據包選擇路由IP,ICMP,RIP,OSPF,BGP,IGMP
（1）IP（Internet Protocol）協議，用于Internet網絡之間的通信，將數據從一個網絡傳輸到另一個網絡必須遵守的規則是TCP/IP協議的核心。因特網是虛擬的不存的一種網絡，將全世界愿意接入因特網的計算機局域網連接起來，進行通信。IP協議是點到點的，協議簡單，是以無連接數據報機制，不能保證數據可靠傳輸。
（2）ICMP（Internet Control Message Protocol）網絡控制報文協議。用于在IP主機和路由器之間傳遞控制消息。ICMP協議是一種面向無連接的協議，用于傳輸出錯報告控制信息。ICMP 是 TCP/IP 模型中網絡層的重要成員，與 IP 協議、ARP 協議、RARP 協議及 IGMP 協議共同構成 TCP/IP 模型中的網絡層。ping和 tracert 都利用 ICMP 協議來實現網絡功能，它們是把網絡協議應用到日常網絡管理的典型實例。
（3）RIP（Routing Information Protocol）路由信息協議。是基于距離矢量算法的路由協議，利用跳數來作為計量標準。在帶寬、配置和管理方面要求較低，主要適合于規模較小的網絡中。
（4）ARP（Address Resolution Protocol）地址解析協議。是根據IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協議 。
（5）IGMP(Internet Group Mangement Protocol)網絡組信息管理。因特網協議里面大的組播協議。該協議運行在組播和路由器之間。
2.5附加題：網絡為什么要分層？
網絡協議中的分層不僅僅是從負責的功能上簡單劃分，而且層與層之間還包括不可或缺的封裝和傳遞。對于每層的封裝都是根據網絡模型從上到下的工作流程來劃分的。總的來說，這是從功能需求劃分，協議維護和方便升級，降低網絡通信復雜性出發考慮，只有把網絡分層。
注釋：
TCP提供IP下的數據可靠傳輸，它提供的服務包括數據流傳送，可靠性，有效流控，全雙工操作和多路復用。通過面向連接，端到端和可靠的數據包發送。
UDP則不為IP提供可靠性，流控或者差錯恢復功能，是非面向連接，不可靠的傳輸。
TCP支持的應用協議主要有;Telnet,FTP,SMTP,http等。
UDP支持的應用層協議主要有：NFS,SNMP,DNS,TFTP等。
3.IP地址分類
3.1 A類IP地址及范圍：A類IP地址由一個字節的網絡號和三個字節的主機號組成，且有一個最高位0。地址范圍（1.0.0.0到127.0.0.0）可用A類網絡由127個，每個網絡能容納16777214個主機。127.0.0.1是個特殊地址，表示本機，用于本機測試。
注：
? ? A:0-127，其中0代表任何地址，127為回環測試地址，因此，A類ip地址的實際范圍是1-126。
? ? 默認子網掩碼為255.0.0.0
3.2 B類IP地址及范圍：B類IP地址由兩個字節的網絡號和兩個字節額主機號組成，且網絡地址最高位必須是10。地址范圍是128.0.0.0到191.255.255.255。一共有16382個網絡，每個網絡有6萬多個主機。
注：
? ? B:128-191，其中128.0.0.0和191.255.0.0為保留ip，實際范圍是128.1.0.0--191.254.0.0。
3.3 C類IP地址及范圍：一個C類IP地址有三個網絡地址和一個主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“110”。范圍是從192.0.0.0
到223.255.255.255。C類網絡有209萬多個，每個網絡有254個主機。
注：C:192-223，其中192.0.0.0和223.255.255.0為保留ip，實際范圍是192.0.1.0--223.255.254.0
D類和E類地址屬于特殊地址，D類地址為多播地址，而E類地址為將來使用。
3.4附加題
3.4.1? 為什么有時候需要子網掩碼？子網掩碼作用是什么？
子網掩碼是用來判斷任意兩臺計算機是否屬于同一子網的根據。子網掩碼可以分離出IP地址中的網絡地址和主機地址，那為什么要分離呢？因為兩臺主機要通信，首先要判斷是否處于同一網段，即網絡地址是否相同。如果相同，那么可以把數據包直接發送到目標主機，否則就需要路由網關將數據包轉發送到目的地。結果如果相同，則說明這兩臺主機是處于同一個網段，實現正常通信。
作用：
（1）用于將一個大的IP網絡劃分為若干小的子網絡：
因為隨著互聯網的發展，越來越多的網絡產生，有的網絡多則幾百臺，有的只有區區幾臺，這樣就浪費了很多IP地址，所以要劃分子網。使用子網可以提高網絡應用的效率。
（2）用于屏蔽IP地址的一部分以區別網絡標識和主機標識，并說明該IP地址是在局域網上，還是在遠程網上：
子網掩碼一旦設置，網絡地址和主機地址就固定了。子網一個最顯著的特征就是具有子網掩碼。與IP地址相同，子網掩碼的長度也是32位，也可以使用十進制的形式。
3.4.2一個子網掩碼是255.255.255.248，請問可以連接多少個主機？
3.4.3描述ipv6地址格式
（1）首選格式，IPv6的128位地址每16位劃分為一段，總共8段，每段用冒號隔開，這種表示方法叫做“冒號十六進制表示法”。
eg:fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0001:0000
（2）壓縮格式，有時候首先格式中的IP地址中有好多0，就可以把連續的一段0壓縮為 :: ,即用冒號表示，但是一個IP地址中只能有一個::。 ?? eg:fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0001:0000 —>fe80::0001:0000
（3）內嵌ipv4格式，在IPv4向IPv6過度的過程中，IPv4的地址會內嵌到IPv6中去，因此在IPv6地址的第一部分使用IPv6的格式（十六進制表示），第二部分使用IPv4的格式（十進制表示）。
eg:0:0:0:0:0:0:192.168.12.1 或者 ::192.168.12.1
4.單播，廣播，多播
4.1 單播的概念和特點：
概念：一個發送者和一個接受者通過網絡進行通信。
特點：1.服務器及時響應客戶機請求。
? ? ? ? ?? 2.服務器對不同的客戶機請求發送不同的數據，容易提供個性化服務。
4.2廣播的概念和特點：
概念：一個發送者和所有人通過網絡進行通信。
特點:1.設備簡單，維護簡單，布網成本低廉
? ? ? ? 2.不用向每個客戶端單獨發送數據，所以服務器流量負載極低。
4.3多播（組播）概念和特點：
概念：一個發送者和多個接收者（不是所有人）通過網絡進行通信。
特點：1.需要相同數據流的客戶端加入相同的組共享一條數據流，節省了服務器的負載。具備廣播的所有優點。
? ? ? ? ?? 2.IP協議允許有2億6千多萬個組播，所以其提供的服務非常豐富。
? ? ? ? ?? 3.此協議和單播協議一樣允許在Internet寬帶網上傳輸。
?
5.以太網數據幀
5.1IEEE 802.3幀格式
5.1.1Ethernet 802.3協議報頭結構
5.1.2每個字段詳細解析：
目標地址：數據包目標MAC地址
源地址：數據包源MAC地址
長度：數據包幀包含的數量必須小于或者等于1500
數據：高層協議（IPX/SPX），數據填充符,范圍在46~1500字節。
FCS：數據幀校驗序列，用于確定數據包在傳輸過程中是否損壞。
5.2以太網幀的數據為什么要有最小長度和最大長度？并且最小長度是46？
傳統的以太網是共享性局域網，采用載波偵聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD協議。最小幀長必須大于整個網絡的最大時延位（最大時延時間內可以傳輸的數據位）。
如果幀長度太小，就可能出現網絡上同時有兩個幀在傳播，就會產生沖突（碰撞）而造成網絡無法發送數據。
如果數據幀太長就會出現有的工作長時間不能發送數據，而且可能超出接受端的緩沖區大小，造成緩沖益出。
不論是在Ethernet II還是IEEE 802.3標準中，從前序到FCS字段的幀長度最小必須是64字節。最小幀長度保證有足夠的傳輸時間用于以太網網絡接口卡精確地檢測沖突，這一最小時間是根據網絡的最大電纜長度和幀沿電纜長度傳播所要求的時間確定的。基于最小幀長為64字節和使用六字節地址字段的要求，意味著每個數據字段的最小長度為46字節。
6.ARP(地址解析協議)：
6.1為什么需要ARP?
在局域網中，以太網中的數據傳輸是以“幀”傳遞，而幀包含目標主機的MAC地址。一臺主機和另一臺主機在互相通信時，必須知道目標主機的MAC地址。那如何得到目標MAC地址呢？那就是通過地址協議獲得的。“地址解析協議”就是主機將目標地址的IP地址轉換成MAC地址的過程。
功能：OSI結構模型，將網絡通信分為七層，IP地址在第三層，MAC地址在第二層。以太網在發送數據包時第三層有IP地址報文頭，第二層有MAC地址報文頭。因此，數據在傳輸時不能直接跨過二，三層。所以需要地址解析協議，把IP地址解析成目標硬件地址，因而保證通信的順利進行。
工作原理：流程：
第1步：根據主機A上的路由表內容，IP確定用于訪問主機B的轉發IP地址是192.168.1.2。然后A主機在自己的本地ARP緩存中檢查主機B的匹配MAC地址。
第2步：如果主機A在ARP緩存中沒有找到映射，它將詢問192.168.1.2的硬件地址，從而將ARP請求幀廣播到本地網絡上的所有主機。源主機A的IP地址和MAC地址都包括在ARP請求中。本地網絡上的每臺主機都接收到ARP請求并且檢查是否與自己的IP地址匹配。如果主機發現請求的IP地址與自己的IP地址不匹配，它將丟棄ARP請求。
第3步：主機B確定ARP請求中的IP地址與自己的IP地址匹配，則將主機A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP緩存中。
第4步：主機B將包含其MAC地址的ARP回復消息直接發送回主機A。
第5步：當主機A收到從主機B發來的ARP回復消息時，會用主機B的IP和MAC地址映射更新ARP緩存。本機緩存是有生存期的，生存期結束后，將再次重復上面的過程。主機B的MAC地址一旦確定，主機A就能向主機B發送IP通信了。
6.2命令查看ARP緩存：
arp -a 或者arp -g ? ? ? ?? 查看緩存中的所有項。
arp -a Ip ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 如果有多個網卡，加上Ip地址，就只顯示與該接口相關的緩存項目。
arp -s Ip ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 給緩存中添加一個靜態項目。
arp -d Ip ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 刪除靜態項目。
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注釋：
DHCP（動態主機配置協議 Dynamic Host Configuration Protocol）服務器：一種局域網網絡層協議。它是指一組由服務器控制的一段IP地址范圍，客戶機在登陸時自動獲得由服務器分配IP地址和子網掩碼。需要管理員手動安裝的必要設備。
DUCP由三種機制分配IP地址：（1）自動分配（2）動態分配（3）手工分配?
采用客戶端/服務器模型，功能如下：
(1)DHCP同一時刻下任何IP地址只能分配給唯一一臺客戶機使用。
(2)DHCP可以分配永久的IP地址。
(3)與其他方法得到的IP地址共存。
(4)DHCP應該向現有的客戶端提供服務。
只有動態分配才能重復使用客戶端不需要的IP地址
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IPX協議
說明：全稱Internetwork Packet Exchange（網間數據包交換），IPX協議是Novell NetWare自帶的最底層網絡協議，主要用來控制局域網內或局域網之間數據包的尋址和路由，只負責數據包在局域網中的傳送，并不保證消息的完整性，也不提供糾錯服務。
應用：在局域網中傳輸數據包時，如果接收節點在同一網段內，通過IPX協議就直接按該節點的ID將數據傳給它；如果接收節點不在同一網段內，那么通過IPX協議可以將數據包交給NetWare服務器，再繼續傳輸。在使用過程中，網絡管理員可以通過使用相應的IPX路由命令，比如“routing ipx add/set staticroute”表示在IPX路由表中添加或配置靜態IPX路由，“routing ipx set global”表示配置全局IPX路由設置。
SPX協議
說明：全稱Sequences Packet Exchange（順序包交換），SPX協議是基于施樂的Xerox SPP（Sequences Packet Protocol，順序包協議）協議，同樣是由Novell公司開發的一種用于局域網的網絡協議。在局域網中，SPX協議主要負責對整個傳輸的數據進行無差錯處理，即糾錯。
應用：SPX協議一般和上面介紹的IPX協議組合成IPX/SPX協議來使用，多用于Netware網絡環境以及聯網游戲。
IPX/SPX協議
說明：IPX/SPX協議即IPX與SPX協議的組合，它是Novell公司為了適應網絡的發展而開發的通信協議，具有很強的適應性，安裝方便，同時還具有路由功能，可以實現多網段間的通信。其中，IPX協議負責數據包的傳送；SPX負責數據包傳輸的完整性。在微軟的NT操作系統中，一般使用NWLink IPX/SPX兼容協議和NWLink NetBIOX兩種IPX/SPX的兼容協議，即NWLink協議，該兼容協議繼承了IPX/SPX協議的優點，更適應Windows的網絡環境。
應用：IPX/SPX協議一般可以應用于大型網絡（比如Novell）和局域網游戲環境中（比如反恐精英、星際爭霸）。不過，如果不是在Novell網絡環境中，一般不使用IPX/SPX協議，而是使用IPX/SPX兼容協議，尤其是在Windows 9x/2000組成的對等網中。
在Windows中安裝IPX/SPX兼容協議的方法大致如下：比如在Windows XP中，首先打開“網絡連接”窗口，右擊“本地連接”，選擇“屬性”打開本地連接屬性窗口；接著，單擊“安裝”按鈕，選擇“協議”組件，單擊“添加”按鈕；在打開的窗口中選擇“NWLink IPX/SPX/NetBIOS Compatible Transport Protocol”，最后，單擊“確定”按鈕即可進行安裝。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的网络--网络分层，网络协议，IP地址的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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