linux系统网络基础知识

1.1 初识网络

1.1.1 网络基础学习体系

说明：

• ① 网络基础知识：涉及到网络的发展历程，网络的一些名词概念、路由、交换介绍
• ② OSI七层模型的介绍
• ③ TCP/IP协议族的简介，包含TCP/IP三次握手和四次挥手的过程。
• ④ VLSM 可变长子网的概念

1.1.2 网络拓扑

网络拓扑图

网络拓扑结构：是指传输介质互联各种设备的物理布局。指构成网络的成员间特定的物理的即真实的、或逻辑的即虚拟的排列方式。如果两个网络的链接结构相同我们就说它们的网络拓扑相同，尽管它们各种内部的物理链接线、节点间的距离可能会有不同。

1.1.3 广播域介绍

当一个交换机连接多个终端设备，多个终端设备即处于同一个网段中，而一个相同的网段，即表示一个广播域。
广播方式不会根据需求传输或接收消息，而是在整个网段中进行广播，所有机器必须接收，因此当广播信息大量产生时，会耗费机器的CPU资源等来接收广播信息，这就是广播风暴。

1.1.4 网络的层次说明

• 核心层：核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输，骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。
• 汇聚层：汇聚层是楼群或小区的信息汇聚点，是连接接入层和核心层的网络设备，为接入层提供数据的汇聚\传输\管理\分发处理，汇聚层为接入层提供基于策略的连接，如地址合并、协议过滤、路由服务、认证管理等，通过网段划分（如VLAN）与网络隔离可以防止某些网段的问题蔓延和影响到核心层、汇聚层同时也可以提供接入层虚拟网直接的互连，控制和限制接入层的访问，保证核心层的安全和稳定。
• 接入层：接入层通常指网络中直接面对用户连接或访问的部分。接入层的目的是允许终端用户连接到网络 ，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。

1.1.5 OSI网络模型概念

• OSI的概念：
• Open system interconnect开放系统互连参考模型，由ISO（国际标准化组织）定义的。

是个灵活的、稳健的和课互操作的模型，并不是协议，是用来了解和设计网络体系结构的。

• OSI模型的目的：

• 规范不同系统的互连标准，使两个不同系统能够较容易的通信，而不需要改变底层的硬件或软件的逻辑。

• OSI模型共7层：

• OSI把网络层次分为7层，由下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

1.1.6 OSI 各层对于知识

• 应用层： 为应用程序提供接入网络的接口，并根据程序的不同对于不同的接口协议。
• 常见的应用层协议：

Http(80)，ftp(20/21),smtp(25)、pop3(110)、Telnet（23）、dns(53)等。

• 表示层：为数据提供解码和编码，数据的加密和解密以及数据的压缩和解压缩。

• 会话层：建立、维护、管理、会话控制、同步等、应用程序之间的会话，

• 传输层: 负责网络中端到端的连接（TCP UDP）

• 作用：负责建立端到端的连接，保证报文在端到端之间的传输。
• 功能：服务点编址、分段与重组、连接控制、流量控制、差错控制。
• 
  
• 网络层：为数据包提供路由和寻址，主要接触到的是IP协议即IP地址。
• 作用：负责将分组数据从源端传输到目的端。

• 功能：为网络设备提供路径地址，进行路由器选择，分组转发。

• 数据链路层:

• 作用：在不可靠的物理链路上，提供可靠的数据传输服务，把帧从一跳（节点）移

动到另一跳（节点）。

• 功能：组帧、物理编址、流量控制、差错控制、接入控制。

• 物理层：将逐个bit进行传输

• 作用：负责把逐个的比特从一跳（结点）移动到另一跳（结点）。
• 功能：定义接口和媒体的物理特性，定义比特的表示、数据传输速率、信号的传输

模式（单工、半双工、全双工），定义网络物理拓扑。

1.1.7 OSI层次模型总结：

OSI 七层模型功能就类似于人传递信息，会用一句话传递，而一句话又是由多个词组成，而每个词又是多个字组成。

1.1.8 TCP与TDP对比

1.1.9 TCIP相关报文结构：

○源端口：即本地发起连接的端口
○目标端口：即要访问的服务的端口
○序列号：因为传输层会将上层的数据进行分段，因此需要对分段数据进行编号同时也便于
数据的重组。
○验证号：用于对数据进行验证

1.1.10 UDP相关报文结构

1.1.11 TCP/UDP端口

端口号范围从1~65535。
源端口随机分配，目标端口使用知名端口
应用客户端使用的源端口号一般为系统未使用的且大于1024的
目的端口号为服务器端应用服务的进程，如telnet为23

1.1.12 TCP三次握手

建立过程说明：
①由浩哥发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含了seq序列号，是由发送端随机生成
的，并且还将报文中SYN字段设置为1，表示需要建立TCP连接。
②小丽收到后回复浩哥发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号，是由回复端随机生成
的，并且将回复报文的SYN字段设置为1，而且会产生ACK字段，ACK字段数值在浩哥发过来
的seq序列号基础上加1进行回复，以便浩哥收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到验证
③浩哥收到小丽发送的TCP建立验证请求后，会使自己的序列号加1表示，并且再次回复ACK
验证请求，在小丽发送过来的seq基础上加1，在进行回复。

根据TCP的包头字段，存在三个重要的标识ACK、SYN、FIN

• ACK: 表示验证字段
• SYN:位数置1，表示建立TCP连接
• FIN：位数置1,表示断开TCP连接

1.1.13 四次挥手过程

断开过程说明：
①小丽发出分手（断开）交往（TCP连接）请求的报文，其中报文中包含的seq序列号，是由发送
端随机生成的，并且还将报文中FIN字段设置为1，表示需要断开TCP连接。
②浩哥会回复小丽发送的分手（TCP断开）请求，其中包含的seq序列号，是由回复端随机生成的
而且会产生ACK字段，ACK字段数值，是在小丽发送过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便小丽收到信息时，知晓自己的发出去的信息（TCP断开请求）已得到了验证。
③浩哥在回复完小丽的分手（TCP断开）请求后，不会马上就进行分手（TCP连接断开），浩哥会先
确保分手（断开）前，所有传输到小丽的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输完毕就会将回复
报文的FIN字段置1，并产生随机seq序列号。
④小丽收到浩哥也同意分手（TCP断开请求）的消息后，会回复浩哥一些道别的话（断开请求），包含随机生成的seq字段和ack字段，ack字段会在浩哥回复同意分手（TCP断开请求）的seq基础上加1，从而完成浩哥请求的验证回复。
至此 TCP断开的4次挥手过程完毕

1.1.14 TCP/IP的11种状态

1. 一开始，建立连接之前服务器和客户端的状态都为CLOSED。
2. 服务器创建socket后开始监听，变为LISTEN状态。
3. 客户端请求建立连接，向服务器发送SYN报文，客户端的状态变为SYN_SENT。
4. 服务器收到客户端的报文后向客户端发送ACK和SYN报文，此时服务器的状态为SYN_RCVD。
5. 然后，客户端收到ACK、SYN 就向服务器发送ACK，客户端状态变为BSTABLISHED。
6. 服务器端收到ACK后，状态也变为BSTABLISHED。此时3次握手完成。