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第一章 数据通信基础

一、数据通信模型

0、企业网络

  • 远程互联:VPN 远程连接总部网络
  • 基本架构:终端→交换机(多级)→路由器→英特网

交换机接口较多,成本较低;路由器接口较少,成本较高。

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1、传输介质

简单网络:通过物理介质(网线)连接,实现主机A→主机B数据传输,文件转移;传输介质的分类:

  • 同轴电缆(较慢)
以太网标准 电缆类别 最长有效传输距离
10BASE5 粗同轴电缆 500米
10BASE2 细同轴电缆 185米
  • 双绞线+水晶头(常见)
以太网标准 线缆类别 最长有效传输距离
10BASE-T 两对3/4/5类双绞线 100米
100BASE-TX 两对5类双绞线 100米
1000BASE-T 四对5e类双绞线 100米

超出最长有效传输距离,可能会导致数据丢失

  • 光纤(常见)
以太网标准 线缆类别 最长有效传输距离
10BASE-F 单模/多模光纤 2000米
100BASE-FX 单模/多模光纤 2000米
1000BASE-LX 单模/多模光纤 316米
1000BASE-SX 多模光纤 316米

多模:传输种类更多,传输距离更近

黄色:单模;橙色:多模

  • 串口电缆(特殊网络)(较少)
线缆类别 速率
V.24 1.2Kbit/s~64Kbit/s
V.35 1.2Kbit/s~2.048Mbit/s

冲突域:共享式网络中可能出现的信号冲突现象的范围。如何解决呢?CSMA/CD 【百科词条】

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双工模式:半双工、全双工模式都支持双向数据传输

半双工:收和发,同时只能进行一个进程

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2、通信模型

协议一致,通信自如

  • 分层模型-OSI(初学者入门)(七层模型)

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  • TCP/IP协议(取代OSI)(四层模型)

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TCP/IP 五层模型:将网络接口层分为数据链路层和物理层

数据封装、解封装流程:

  • 应用层:终端主机A,输入你好——数据

  • 传输层:在数据前面加上报头——TCP/UDP报头

    传输层处理完的数据段的单位,称为PDU

  • 网络层:在数据段前面加上IP报头——IP报头

    数据段+IP报头,称为数据包(Packet)

  • 链路层:在数据包前面加上MAC报头——MAC报头+FCS

    数据包+MAC报头+FCS尾部,称为数据帧(Frame)

  • 物理层:基于 D.MAC ,以数据帧的形式,发送到主机Bimage-20220523135351687

数据帧格式

局域网协议 中文名称 不同点 如何区别
Ethernet_Ⅱ 以太网2协议 Type Length/Type>=1536(0x0600)
IEEE802.3 IEEE802协议 Length Length/Type<=1500(0x05DC)

以太网2协议,用的较多;IEEE802协议,较为特殊

D.MAC:目的MAC,S.MAC:源MAC,Data:数据包,FCS:数据帧的校验;Type:表明网络层所使用的协议。

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以太网的MAC地址,可以唯一的表示一台设备

数据帧的转发方式:

  • 单播:只有正确的主机能够接收数据帧,其余主机直接丢弃

    MAC:第8个bit=0,0或1

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  • 广播:所有人都能接受数据帧

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  • 组播:多播,分小组的去传播

    MAC:第8个bit=1,0或1

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解封装的步骤:

  • 第一步看D.MAC确认是主机的
  • 第二步看FCS帧校验,数据帧有无被篡改或者丢失
  • 第三步将以太网封装剥掉,往上层发送

传输层,IP报文头部

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IP报文分片

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标记字段:用于判断是否已经收到最后一个分片(最后一个为0,其他为1)(例如:1、1、0)

生存时间(Time to Live)(TTL值)

TTL=255(最大值),三层设备:可以视为路由器

作用:防环,避免环路导致的网络拥塞

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协议号(从Protocol入手)

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3、TCP与UDP

TCP:面向连接,可靠的传输服务

端口号:0~65535;知名端口:0~1023;动态端口:1024~65535

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标识位——SYN:连接建立请求;ACK:确认报文

seq:序列号(依次叠加,a++);ack:确认号(确认接收到a的报文,并期望下一个收到的序列号为a+1)

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可靠性:三次握手,四次挥手,重传机制,流量控制

标识位——FIN:断开连接请求

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UDP:面向无连接,传输可靠性没有保证

由应用程序根据需要提供报文到达确认、排序、流量控制等等

UDP不提供重传机制,占用资源小,处理效率高

一些延时敏感的流量,如语言、视频等等,通常使用UDP作为传输层协议

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4、ARP协议

ARP协议:通过IP地址来获取D.MAC地址(网络层),在命令提示符中,输入 arp -a 即可查看ARP缓存

动态:通过ARP协议所获取的;静态:原本就存在,自动生成的

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  • ARP数据包格式:S.MAC+S.IP+D.MAC+D.IP(不能穿越路由器)

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  • ARP请求:相应的IP地址→对应的MAC地址;操作类型:Request(广播)

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  • ARP响应:在ARP缓存表,新增一个Dynamic(动态),回复ARP请求;操作类型:Reply(单播)

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  • ARP代理:解决ARP的报文,不能穿越路由器,默认关闭(被配置网关替代)

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免费ARP:探测IP地址是否冲突

目的IP和源IP都是自己,ARP请求的格式,收到ARP响应,即为探测到IP冲突

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5、ICMP协议

ICMP协议:网络控制消息协议(网络层),需要对ICMP的工作原理非常熟悉!

ICMP用来传递差错、控制、查询等信息

ICMP差错检测:主机A到服务器A能否互通,双向连同(ping操作)

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Wireshark 抓包工具:查看ICMP报文(8个)

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ICMP重定向:Redirect——网关RTB出现次优路径时,通知主机直接向另一个网关RTA发送该报文

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  • ICMP重定向攻击,伪造报文

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ICMP错误报告:无法访问目标网络时,会自动发送 ICMP目的不可达 报文到发送端设备

ICMP数据包格式

Checksum:校验值

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  • ICMP消息类型和编码类型:类型值==3,较为常见

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5.1、华为路由器——Ping操作

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5.2、华为路由器——Tracert操作

探测主机A→主机B,信息通信的路径(源→目的)(TTL值)

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假设主机A传输不到主机B,即可利用 Tracert 定位通信故障点,为C

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二、IP编址及数据转发过程

1、IP编址

网络层:TCP/IP协议(最重要),ARP协议,ICMP协议

计算机能够识别的只有二进制数(B),一个字节等于八个比特,1B=8bit

进制 字符范围 基值
二进制(B) 0~1 2
十进制(D) 0~9 10
十六进制(H) 0~9,A~F 16

在IP网络中,二进制和十六进制是常用的编码方式

比特位 1 1 1 1 1 1 1 1 1
乘方 2^8 2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0
数值 256 128 64 32 16 8 4 2 1

十进制转二进制:除二取余法;

二进制转十六进制:每四个二进制数,可以转换为一个十六进制数,例:0000 0000 → 00

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第二章 Linux系统基础

第三章 Windows操作基础

P.s.各单元总结,预备考核

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