2022年网络基本功：细说网络传输 .pdf

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1、网络基本功（一）：细说网络传输常言道：欲练神功，必先练好基本功。之前做了一个关于IP 路由，默认网关和掩码的问答贴，做完这个帖子觉得如果对网络知识点做一个系统的阐述，应该会很有帮助。本系列文章着重于讲解网络管理实际应用中常常涉及的重要知识点，尽量以实用为主。 准备写的几个章节暂时有（可能会有增减）：网络传输交换机IP 地址VLAN Trunk 链路聚合静态路由动态路由集群常用诊断工具：ping 常用诊断工具：netstat 常用诊断工具：tcpdump 更多信息首先来看一个例子：示例：网络服务器向客户端传送数据的过程:在详细阐述网络传输过程之前，先来看一个最常见的例子，下图显示了一个网络服务器

2、向客户端传送数据的完整过程：1.需要传送的数据是网络服务器的HTML 页面。2.应用协议HTTP 报文头添加到HTML数据之前。 报文头信息包括：服务器所使用的HTTP版本，以及表明它包含发给网络客户端信息的状态编码。3.HTTP 应用层协议将HTML格式的网页数据发送给传输层。TCP 传输层用于管理网络服务器和客户端之间的会话。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 4.IP 信息添加到TCP 信息之前。 IP 指定适

3、当的源和目的IP 地址。这些信息就构成了IP 报文。5.以太网协议添加到IP 报文的两端之后，就形成了数据链路帧。上述帧发送至通向网络客户端的路径上的最近一个路由器。路由器移除以太网信息，观察IP 报文，判定最佳路径，将报文插入一个新的帧，并发送至目标路径上下一个相邻路由器。每一个路由器在转发之前都移除并添加新的数据链路层信息。6.数据通过互联网络传输，互联网络包含媒介和中间设备。7.客户端接收到包含数据的数据链路帧，处理各层协议头，之后以添加时相反的顺序移除协议头。首先处理并移除以太网信息，之后是IP 协议信息，接下来TCP 信息，最后是HTTP信息。8.之后，将网页信息传递给客户端网页浏览

4、器软件。数据封装 :消息要在网络中传输，必须对它进行 编码 ，以特定的 格式 进行封装 ，同时需要适当地封装以足够的 控制 和地址信息 ，以使它能够从发送方移动到接收方。消息大小理论上， 视频或邮件信息是能够以大块非中断型流从网络源地址传送到目的地址，但这也意味着同一时刻同一网络其他设备就无法收发消息。这种大型数据流会造成显著延时。并且，如果传输过程中连接断开，整个数据流都会丢失需要全部重传。因此更好的方法是将数据流分割 （segmentation）为较小的，便于管理的片段，能够带来两点好处： 发送较小片段，网络上同时可有多个会话交错进行。这种在网络上将不同会话片段交错进行的过程称为 多路传输

5、（ multiplexing） 。 分割可提高网络通讯的可靠性。各消息片段从源地址到目的地址无需经过相同路径，如果一条路径被堵塞或断开，其余消息可从替换路径到达目的地址。如果部分消息到不了目的地址，那只需重传丢失部分。通过对片段打上标签的方式来保证顺序以及在接收时重组。协议数据单元（Protocol Data Unit, PDU ）应用层数据在传输过程中沿着协议栈传递，每一层协议都会向其中添加信息。这就是封装的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - -

6、 - - - - - - - 过程。数据片段在各层网络结构中采用的形式就称为协议数据单元（PDU ） 。封装过程中，下一层对从上一层收到的PDU 进行封装。 在处理的每一个阶段PDU 都有不同的名字来反应它的功能。PDU 按照 TCP/IP 协议的命名规范： 数据（ Data ） ：应用层 PDU 的常用术语 分段（ Segment） ：传输层 PDU 帧（ Frame） ：网络层 PDU 比特（ Bits） ：在介质上物理传输数据所使用的PDU。封装封装是指在传输之前为数据添加额外的协议头信息的过程。在绝大多数数据通信过程中，源数据在传输前都会封装以数层协议。在网络上发送消息时，主机上的协议

7、栈从上至下进行操作。以网络服务器为例，HTTP 应用层协议发送HTML格式网页数据到传输层，应用层数据被分成 TCP 分段。各 TCP 分段被打上标签，称为头（header） ，表明接收方哪一个进程应当接收此消息。同时也包含使得接收方能够按照原有的格式来重组数据的信息。传输层将网页HTML数据封装成分段并发送至网络层，执行IP 层协议。整个TCP 分段封装成 IP 报文，也就是再添上IP 头标签。 IP 头包括源和目的IP 地址，以及发送报文到目的地址所必须的信息。之后， IP 报文发送到接入层，封装以帧头和帧尾。每个帧头都包含源和目的物理地址。物理地址唯一指定了本地网络上的设备。帧尾包含差错

8、校正信息。最后，由服务器网卡将比特编码传输给介质。解封装接收主机以相反的方式进行操作称为解封装。解封装是接收设备移除一层或多层协议头的过名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 程。数据在协议栈中向上移动直到终端应用层伴随着解封装。访问本地资源：访问本地网络资源需要两种类型的地址：网络层地址和数据链路层地址。网络层和数据链路层负责将数据从发送设备传输至接收设备。两层协议都有源和目的地址，但两种地址的目的不同 。示例：客户端

9、PC1 与 FTP 在同一 IP 网络的通信网络地址网络层地址或IP 地址包含两个部分：网络前缀和主机。路由器使用网络前缀部分将报文转发给适当的网络。最后一个路由器使用主机部分将报文发送给目标设备。同一本地网络中，网络前缀部分是相同的，只有主机设备地址部分不同。源 IP 地址：发送设备，即客户端PC1 的 IP 地址： 192.168.1.110 目的 IP 地址：接收设备，即FTP 服务器： 192.168.1.9 数据链路地址数据链路地址的目的是在同一网络中将数据链路帧从一个网络接口发送至另一个网络接口。以太网 LAN 和无线网LAN 是两种不同物理介质的网络示例，分别有自己的数据链路协议

10、。当 IP 报文的发送方和接收方位于同一网络，数据链路帧直接发送到接收设备。以太网上数据链路地址就是以太网MAC 地址。 MAC 地址是物理植入网卡的48 比特地址。源 MAC 地址：发送IP 报文的 PC1 以太网卡MAC 地址， AA-AA-AA-AA-AA-AA。目的 MAC 地址：当发送设备与接收设备位于同一网络，即为接收设备的数据链路地址。本例中， FTP MAC 地址： CC-CC-CC-CC-CC-CC 。源和目的MAC 地址添加到以太网帧中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

11、 - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - MAC 与 IP 地址发送方必须知道接收方的物理和逻辑地址。发送方主机能够以多种方式学习到接收方的IP地址：比如域名系统（Domain Name System, DNS ） ，或通过应用手动输入，如用户指定FTP地址。以太网MAC地址是怎么识别的呢？发送方主机使用地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）以检测本地网络的所有MAC 地址。如下图所示，发送主机在整个LAN 发送 ARP 请求消息，这是一条广播消息。ARP 请求包含目标设备的IP 地址， LAN 上的每一个设备都会检

12、查该ARP 请求，看看是否包含它自身的IP 地址。只有符合该IP 地址的设备才会发送 ARP 响应。 ARP 响应包含ARP 请求中 IP 地址相对应的MAC 地址。访问远程资源：默认网关当主机发送消息到远端网络，必须使用路由器，也称为默认网关。默认网关就是位于发送主机同一网络上的路由器的接口IP 地址。有一点很重要：本地网络上的所有主机都能够配置自己的默认网关地址。如果该主机的TCP/IP 设置中没有配置默认网关地址，或指定了错误的默认网关地址，则远端网络消息无法被送达。如下图所示， LAN 上的主机PC 1 使用 IP 地址为 192.168.1.1 的 R1 作为默认网关， 如果 PDU

13、的目的地址位于另一个网络，则主机将PDU 发送至路由器上的默认网关。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 与远端网络设备通讯下图显示了客户端主机PC 1 与远端IP 网络服务器进行通讯的网络层地址与数据链路层地址：网络地址当报文的发送方与接收方位于不同网络，源和目的IP 地址将会代表不同网络上的主机。源 IP 地址：发送设备即客户端主机PC 1 的 IP 地址： 192.168.1.110。目的 IP 地址：接收设备即

14、网络服务器的IP 地址： 172.16.1.99。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 数据链路地址当报文的发送方与接收方位于不同网络，以太网数据链路帧无法直接被发送到目的主机。以太网帧必须先发送给路由器或默认网关。本例中，默认网关是R1，R1 的接口 IP 地址与 PC 1 属于同一网络，因此PC 1 能够直接达到路由器。源 MAC地址：发送设备即PC 1 的 MAC地址， PC1 的以太网接口MAC地址为：AA-A

15、A-AA-AA-AA-AA。目的 MAC 地址： 当报文的发送方与接收方位于不同网络，这一值为路由器或默认网关的以太网 MAC 地址。本例中，即R1 的以太网接口MAC 地址，即： 11-11-11-11-11-11。IP 报文封装成的以太网帧先被传输至R1， R1 再转发给目的地址即网络服务器。R1 可以转发给另一个路由器，如果目的服务器所在网路连接至R1，则直接发送给服务器。发送设备如何确定路由器的MAC 地址？每一个设备通过自己的TCP/IP 设置中的默认网关地址得知路由器的IP 地址。之后，它通过ARP 来得知默认网关的MAC 地址，该MAC 地址随后添加到帧中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -