NET-04网络层
NET-04网络层
abstruct:
- IP地址
- 子网划分
- 静态/动态路由
- 网络地址转换（NAT）、v*n
4.1 网络层提供的两种服务(向运输层)：
争论：可靠传输应该由谁负责？
- 虚电路服务：提前配置专用逻辑电路
- ★ 数据报服务：路由选择(目前状况：由端系统负责)
4.1.1 虚电路&数据报 对比：
4.2 网际协议 IP
4.2.1 虚拟互联网
- 网络互联的设备：
中间设备（中间系统/ 中继 relay）:
- 物理层：转发器（repeater) -中继器
- 链路层：网桥或桥接器（bridge）-集线器Hub
- 网络层：路由器（router) ：有些文献也称路由器为网关
-
网络以上层：网关（gateway)现在网关都指：路由器的一个接口（网关地址：路由器接口的地址）
网关一般选用本网段的第一个地址 1 或最后一个地址 254（选中间的可能会和某台主机重复）
4.2.2 IP协议简介：
4.2.3 IP地址
- IP层次结构：
32位IP分为：网络ID+主机ID - 网络地址：
- 注：127：不划到A类地址，本地环回地址（人称代词：我，人人都可以自称“我” == 自己的IP地址）
- 访问自己的共享资源：
- 访问自己的网站：http://127.0.0.1
几个特殊的地址：
127.0.0.1 本地环回地址
169.254.0.0 Windows：自动获得IP地址错误后产生的地址（访问不了其他网段）
保留的私网地址（在互联网上没有这些地址，通过互联网连不上，对比公网地址）：
A:10.0.0.0
B:172.16.0.0 - 172.31.0.0
C:192.168.0.0 - 192.168.255.0
s
- 远程连接（服务器）公网地址：
4.2.4 划分子网&构成超网
子网掩码的作用：
与IP地址做与运算：得到网络号（主机号清0）
- 网段：192.168.0.0(255.255.255.0)
- 分成2个子网：
- 答：
A子网：192.168.0.0（0000 0001:1~0111 1110:126）
B子网：192.168.0.1（1000 0001:129~1111 1110:254）
掩码： 255.255.255.128
TIPS：主机ID不能全0（代表一个网段），也不能全1（广播）
- 分成4个子网：
- 答：
A子网：192.168.0.00（1~62）
B子网：192.168.0.01（65~126）
C子网：192.168.0.10（129~190）
D子网：192.168.0.11（193~254）
掩码： 255.255.255.192同理：分成8个子网…
- 点到点网络的子网掩码最好是（255.255.255.252）30位长，留2位做主机位（不能留1位：只有0/1了）
- 划分子网需要遵循/2的规律，不能随意分割（比如：分成150：50）
- 变长子网：
(每个子网的主机数量不同时)：
比如：200个主机，分为：10 20 50 100
10：1~30(0000 0001 - 0001 1110)
20：33~62(0010 0001 - 0011 1110)
50：65~126(0100 0001 - 0111 1110)
100：129~254(1000 0001 - 1111 1110)
- 利用超网合并网段
相当于：子网掩码左移
例：网段1：192.168.0.0(255.255.255.0)要接400台计算机，不够用了 -> 扩展出网段2：192.168.1.0
-
将网段1/ 2合并：
网段1： 192.168.0.0
网段2： 192.168.1.0
总网段： 192.168.0.0
掩码： 255.255.254.0 -
合并4个网段：
网段1：192.168.0(00).0
网段2：192.168.1(01).0
网段3：192.168.2(10).0
网段4：192.168.3(11).0
1.2/ 3.4可以合并，但2.3不能合并（有多余的）
同理：合并8个网段
4.2.5 IP地址&MAC地址
- 规则：
- 交换机根据MAC地址转发数据帧、路由器基于数据包的IP地址转发数据包
- 数据包在传输过程不变，过网络设备要用新的物理层地址封装
- IP地址决定数据包的起点和终点（始终不变），而MAC决定下一跳（源MAC地址为当前网络设备，目的MAC地址为下一跳的设备地址）
=》基于MAC地址控制代理服务器只能控制本网段计算机
4.2.6 ARP协议
- 作用：将IP地址解析成MAC地址（通过广播：不安全），就是通过IP地址找MAC地址
RARP：逆ARP（MAC -> IP）
-
ARP欺骗：M1请求M2，M4监听到后，把自己的MAC地址发给M1，M1收到后更新目的MAC地址（M2->M4），M4就可以收到M1发给M2的数据包了，收到后还要转发给M2
a）P2P终结者：控制其他主机的上网带宽
b）网络执法官：给目标主机传一个不存在的MAC地址，使其不能上网 -
实验 ARP欺骗：
- 查看ip配置：
得到网关地址：
- ping：检查网络是否连通
- 查MAC地址：
- 重新配置MAC地址（Win2003可以）
4.2.7 IP数据报（首部+数据）
- 首部格式：20字节
- 区分服务(QoS)：加标记（区分优先级）
- 标识：计数器，每产生一个数据报+1
- 标志：3位（中间一位DF（Don’t Fragment)：为0->可以分片 || 最低位MF（More Fragment）：1->后面还有分片；0->最后一个分片）
- 片偏移：以8个字节为单位
- 生存时间TTL（Time to Live）：可通过的路由器数最大值（每过一个路由器 TTL- -）
手动设置TTL:ping 0.0.0.0 -i ttl
如：ping xxxx -i 1：将ttl设为1：从返回信息可以得知相应跳数的路由器地址
- 实验 抓包分析IP首部：
4.3 路由转发
4.3.1 静态路由
- 数据路由：路由器在不同网段转发数据报
- 网络畅通的条件：能去能回（能去：沿途所有路由器都知道到目标的下一跳；能回：正好相反，到源）
- 添加静态路由：
实验软件：Cisco Packet Tracer
4.3.2 Windows网关就是默认路由
- 添加默认路由xxx：
route add 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 xxx
使用命令+/?：可以查看具体命令的功能，如：
ping /?查看ping的所有命令的功能
4.3.3 网际控制报文协议ICMP
- 作用：查网络故障
-
类型：
ICMP差错报告报文 & ICMP查询报文 -
差错报告报文5种：
a.终点不可达
b.源点抑制
c.时间超时
d.参数问题
e.改变路由（重定向）：发现更近的路径时，报告
4.3.4 路由选择协议
1.RIP协议
特点：
- 自学习：动态路由协议
- 周期性广播（每隔30s）
- 更新路由状态（只保留最佳路径，以跳数为标尺）
- 最大跳数16
2.内部网关协议：OSPF协议（Open Shortest Path First）
开放最短路径优先协议：泛洪法
特点：
- 自学习：动态路由协议
- 开放式
- 度量值：带宽
- 支持多区域
- 触发式更新（网络状态发生变化时）
- 三个表：
a)邻居表：使用hello包（很小，10几s发一次，看看是否健在）计录邻接路由状态，得到整个网络的拓扑
b)链路状态表：
c)计算路由表：不会产生环路
- 其他特点：
3.外部网关协议：BGP协议（Border Gateway Protocol ）
边界网关协议：连接不同自治系统间使用的协议，每个自治系统的协议可能不同（如：RIP、OSPF）
- 特点：
4.4 v*n & NAT
4.4.1 虚拟专用网络：v*n(Virtual Private Network )
- v*n的功能
- 作用：通过v*n，可以在互联网上访问私网地址（学校，企业都是用保留的私网地址，无法在互联网上使用）
- 通过拨号获得一个内网地址（作为源地址），再把私网地址当作数据部分，外边封装一个公网地址来传递，相当于主机虚拟的存在于内网中
- 应用：
用隧道技术实现虚拟局域网：
连接两个远程的局域网（相当于合体），互相访问不需要拨号
4.4.2 网络地址转换：NAT 和 PAT
- 作用：只用一个公网地址，让一堆私网地址访问互联网
互联网上的Web服务器找不到私网地址：私网地址上网需要：在“门口”转换一下：出去时，私网地址转成门（路由器）的地址；回来时，再转换回来
-
netstat -n：查看建立会话的目标端口/源端口
当两台主机端口相同时：“出去”时，端口号同时替换（hash映射），防止“回来”后分不清是哪台。
NAT&PAT区别：
NAT不节省IP地址：一个私网对应一个公网地址（只转换，一一映射）
PAT可以把多个私网地址，映射到一个公网地址上