11.1 计算机网络基础知识

2018-02-07 约 2011 字预计阅读 5 分钟

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本章我们开始学习 Linux 网络配置相关知识。计算机网络包含了众多协议和基础设施，大学里一般都有专门的课程来讲解。本章主要还是对网络配置相关命令讲解，对于计算机网络的基础知识，在一章里肯定没法说清道明。不过有几本书推荐给大家，可以作为深入学习的参考资料。计算机网络-自顶向下方法五星推荐，对计算机网络的整体架构，基础设施，大多数协议都作了详细概述，通俗易懂。TCP/IP详解这一系列分成了三卷，对 TCP/IP 协议栈原理作了深入讲解。自己还没读过，大神都是力荐。本章将包含以下内容:

网络基础知识
Linux 网络配置的相关命令

ifcfg 系列命令
ip 系列命令
Centos7 特有的 nmcli 命令

网络配置的配置文件
网络客户端工具

本节先来简单说一说网络相关的基础知识。由于网络知识庞大繁杂，此篇文章将会持续更新，希望能以通俗易懂的方式让大家对网络有个基础的认识。

计算机网络协议是一个网络协议栈，目的是将计算机主机之间通信这一复杂问题划分为多个层次，每个层次通过协议进行规范，向上层输出标准 api。一来通过分层降低解决问题的难度，二来特定层次可以有不同的实现，可以变动改进，只要遵守即定的协议，就不会影响到起他层次的使用，提供了最大程度的灵活性。我们学习网络知识，就是要学习计算机网络的层次，每个层次面对的问题，怎么解决问题，涉及到的协议和基础设施；最后对整个网络有个整体性的认识。本节将按照这样的顺序，对计算机网络做一个简述，包括:

计算机网络的分层
计算机网络协议栈

1. 计算机网络的分层

我们的数据都是以二进制的格式存放在磁盘上的，至于它是文本，还是视频取决于二进制数据的组织形式。因此我们在通过网络传输数据时，数据仍是以二进制的形式进行传输，只是不同的传输介质表示二进制的方式不同。比如以太网使用高电压表示 1，低电压表示 0。最终数据传输完成后仍然需要按照特定的组织方式还原数据。

因此从宏观上来看，计算机网络被分成两个层次，通信子网和资源子网。通信子网关注的是如何传输数据，资源子网则只关心数据是如何组织起来的。资源子网不必关心通信子网是如何实现的，只调用其提供的标准接口。因此整个过程有点类似于现实世界中寄快递，快递公司帮我们运输物品，我们不必关心快递公司是如何运输，但是我们必需确保我们物品没有损坏，也可以按需选择不同的快递公司。通过这样的分层我们将一个复杂问题分隔成一个个独立的子问题。

资源子网通常由各个应用程序提供，比如我们常用的 httpd，位于操作系统的用户空间中，通信子网由操作系统内核实现，通过套接子 socket，向用户空间的应用程序提供标准接口。

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                --------------------
  用户空间  <--- |                   |  ---> 资源子网
                |-------------------|
  内核空间  <--- |                   |   ---> 通信子网
                |-------------------|

2. 计算机网络协议栈

计算机网络协议栈目前有两个标准:

TCP/IP 协议栈，这是当前事实上的使用标准，在实际生产环境中逐步演化而来，缺点是每个网络层次之间的接口定义并不是非常明确
OSI 协议栈，这是 ISO 组织对 TCP/IP 作出改进之后的版本，各个网络层次之间界限明确，但是各个层次之间功能有所重复，并没有TCP/IP效率高。正因为其定义规范且明确，这是一个我们更容易学习的版本

上图就是两个协议栈的对比示意图，每个层次的作用概述如下:

通信子网:
1. 物理层: 定义传输介质及介质之间的传输协议，比如电压等(网卡标准定义)
2. 数据链路层: 定义局域网内主机之间的通信，比如传输速度等
3. 网络层: 定义网络与网络之间的通信
4. 传输层: 定义进程与进程之间的通信
资源子网: 5. 应用层: - 会话层 - 表示层 - 应用层

2.1 物理层

设备：网桥或交换机
寻址：MAC 地址

Media Access Control
48bits，前 24bits 由 ICANN 分配

2.2 网络层

设备：路由器
寻址：IP 地址

Internet protocol, 由网络号+主机号组成
IPv4：32bits 8bits.8bits.8bits.8bit

2.3 传输层

寻址：IP 地址 + 端口
端口号:16bits

1-1023：固定分配，而且只有管理员有权限启用；
1024-4W：半固定，
4W+：临时

2.4 数据的传输过程

MAC：本地通信；范围：本地局域网；
IP：界定通信主机，源和目标；范围：互联网；
Port：界定进程；范围：主机；

3. IP地址分类

IP 地址用于标识网络及网络中的主机，按照用于表示网络的字节数将 IP 地址分为 ABCDE 五大类:

A类：
- 第一段为网络号，后三段为主机号
- 网络号：0 000 0000 - 0 111 1111：1-127
- 网络数量：126，127
- 每个网络中的主机数量：2^24-2
- 默认子网掩码：255.0.0.0，/8
- 私网地址：10.0.0.0/8
B类：
- 前两段为网络号，后两段为主机号
- 网络号：10 00 0000 - 10 11 1111：128-191
- 网络数：2^14
- 每个网络中的主机数量：2^16-2
- 默认子网掩码：255.255.0.0，/16
- 私网地址：172.16.0.0/16-172.31.0.0/16
C类：
- 前三段为网络号，最后一段为主机号
- 网络号：110 0 0000 - 110 1 1111：192-223
- 网络数：2^21
- 每个网络中的主机数量：2^8-2
- 默认子网掩码：255.255.255.0, /24
- 私网地址: 192.168.0.0/24-192.168.255.0/24
D类：组播
- 网络号: 1110 0000 - 1110 1111：224-239
E类：科研
- 网络号: 1111 0000 - 1111 1111: 240-255

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