趣谈网络协议01-05

01：为什么要学习网络协议？

协议三要素：语法、语义、顺序。

语法：规则和格式，例如括号要成对。
语义：每一段内容要有特定的意义。
顺序：因果关系

在浏览器里输入URL访问网页，使用了哪些协议？

DNS/HTTPDNS、HTTP/HTTPS 应用层协议
TCP/UDP 传输层
IP 网络层
ARP 链路层

02： 网络分层的真是含义是什么？

只要是在网络上的包（物理层中的buffer），都是完整的，可以有下层没上层，不能有上层没下层。

为什么需要mac地址？

因为只有ip地址，没有mac地址，消息发不出去。在ip报文端到端的传输过程中，源ip与目标ip地址是不变的，无法确定消息应该发往何处。所以需要mac地址，数据包在传输过程中，不断更新源mac地址和目表mac地址来确定要往哪里走。

03：ifconfig，查看ip地址的命令行

ifconfig、ip addr Linux下，ipconfig Windows下

ip地址分类

ip地址=网络号+主机号
A类=0+网络号（7）+主机号（24）
B类=10+网络号（14）+主机号（16）
A类=110+网络号（21）+主机号（8）
最大主机数=Math.pow(2,主机号)-2；（主机号全为0为网络地址，这里我理解为路由器ip，全为1为广播地址）

CIDR

格式：10.100.122.2/24
广播地址：10.100.122.255
子网掩码：255.255.255.0
最大主机数=Math.pow(2,主机号)-2；（同上）
ip地址&子网掩码=网络号

ip addr返回内容解析

root@test:~# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default 
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host 
valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
link/ether fa:16:3e:c7:79:75 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 10.10.11.92/24 brd 10.100.122.255 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::f816:3eff:fec7:7975/64 scope link 
valid_lft forever preferred_lft forever

  1. 该操作系统有两张网卡lo和eth0

  2. lo：全称loopback，是回环地址，经常被分配到127.0.0.1地址上，用于本机通信，经过内核处理后直接返回，不会在任何网络中出现。

  3. <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>

    BROADCAST：网卡有广播地址，可以发生广播包。
    MULTICAST：网卡可以发生多播包。
    UP：网卡处于启动状态。
    LOWER_UP：L1是启动的，即网线是插着的。

  4. mtu：最大传输单元 1500字节 包含MAC、IP、TCP、HTTP头部和正文

  5. qdisc pfifo_fast ：queueing discipline排队规则。内核如果需要通过某个网络接口发送数据包，需要按照该网卡的qdisc排队规则把数据包加入队列。
    pfifo：先入先出队列
    pfifo_fase: 具有三个优先级不同的band波段，优先级band0>band1>band2，数据包根据ip头里的TOS字段分配到不同的band。

  6. link/ether：这个是MAC地址，唯一的，一块网卡一个MAC。

  7. 10.10.11.92/24为ip地址，scope后面为当前网卡可接受信息的范围，global表示对外，host表示只能支持本机内通信。

    IP地址具备定位功能，而MAC地址不具备

04：DHCP与PXE：IP是怎么来的，又是怎么没的？

如何配置ip地址？

net-tools：
    sudo ifconfig eth1 10.0.0.1/24
    sudo ifconfig eth1 up
iproute2:
    sudo ip addr add 10.0.0.1/24 dev eth1
    sudo ip addr up eth1

ip地址配置原则

    假设我旁边的机器ip地址为192.168.1.6，而我把本机ip地址设为16.158.23.6并企图从本机ping192.168.1.6。Linux默认的逻辑是如果目标ip地址和本机的一张网卡的ip地址处于同一网段，那么它会发送ARP请求，获取目标MAC地址。如果本机中没有任何一张网卡和目标ip地址在同一网段，那么它会先去请求网关。
    如果配置了网关，Linux会获取网关的MAC地址，将数据包发送至网关。如果没有配置网关，那么数据包无法发送。并且网关的配置必须与本机的网卡中的一张处于同一网段，否则无法配置成功。

DHCP

    动态主机配置协议
    当一台主机加入一个新的网络，发起DHCP Discover广播包，DHCP Server接收到消息，发送DHCP Offer，给主机提供一个ip地址。主机收到DHCP Offer以后，发送DHCP Request广播包，包含自己的MAC地址、即将接受的ip地址、接受Offer的DHCP Sever地址，告诉所有DHCP Server我已经获取到了ip地址。随后，该DHCP Server仍然以广播方式发送DHCP ACK包，自此主机获得了ip地址。

PXE

    预启动执行环境
    操作系统启动过程：

  1. 首先启动BIOS，这是一个特别小的系统，可以读取硬盘扇区，启动GRUB；
  2. 然后将权力交GRUB，GRUB加载内核；
  3. 然后将权力交给内核，内核启动，初始化操作系统。

    PXE工作流程

        当计算机启动时，首先启动BIOS，BIOS将PXE客户端载入内存，PXE客户端启动，发起DHCP请求，DHCP Server赋予其ip地址，并告知PXE服务端ip。
        计算机请求PXE服务端，因为涉及文件下载，PXE服务端上带有一个TFTP服务器。计算机请求到TFTP服务器，并获取操作系统文件。
        PXE执行该文件，安装操作系统。
    图片说明

05：物理层与数据链路层

    物理层代表设备：集线器（Hub），集线器采取广播模式发送数据包，连接同一台集线器的设备都能收到数据包。存在的问题：

  1. 数据包应该发给谁，应该谁接受？
  2. 大家都在发,怎么避免数据混乱？
  3. 发送时出现错误怎么办？

    数据链路层：解决物理层的问题。

  1. MAC地址可以对机器进行唯一标识。机器发送数据包前，在链路上广播，只有当目标MAC地址与接收方MAC一致时，接收方才会获取该数据。如果当本机不知道目标MAC时，发送ARP请求获取当前链路上所有ip的MAC。
    存在的问题：如果链路中主机过多，频繁广播数据包对信道资源是一种浪费。因此出现了二层设备交换机。当MAC1发送以广播方式发送数据包给MAC2，交换机一开始并不知道MAC2在哪，但是它会记录下MAC的位置，如此反复，交换机会获得所有主机的MAC地址。于是可以准确转发，不用再使用广播。
  2. 多路复用，信道划分。
  3. CRC循环冗余检测。