《計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課件-圖解TCP

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網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)圖解TCP/IP1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題通信原始時代你是一臺電腦，你的名字叫A很久很久之前，你不與任何其他電腦相連接，孤苦伶仃。1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題通信原始時代直到有一天，你希望與另一臺電腦B建立通信，于是你們各開了一個網(wǎng)口，用一根網(wǎng)線連接了起來。用一根網(wǎng)線連接起來怎么就能"通信"了呢？可以研究一下包是如何被網(wǎng)卡轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送出去的，要么就僅僅把它當做電腦里有個小人在開槍吧1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題通信原始時代有一天，一個新伙伴C加入了，但聰明的你們很快發(fā)現(xiàn)，可以每個人開兩個網(wǎng)口，用一共三根網(wǎng)線，彼此相連。1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題通信原始時代隨著越來越多的人加入，你發(fā)現(xiàn)身上開的網(wǎng)口實在太多了，而且網(wǎng)線密密麻麻，混亂不堪。（而實際上一臺電腦根本開不了這么多網(wǎng)口，所以這種連線只在理論上可行，所以連不上的我就用紅色虛線表示了，就是這么嚴謹哈哈~）1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題集線器的誕生于是你們發(fā)明了一個中間設(shè)備，你們將網(wǎng)線都插到這個設(shè)備上，由這個設(shè)備做轉(zhuǎn)發(fā)，就可以彼此之間通信了，本質(zhì)上和原來一樣，只不過網(wǎng)口的數(shù)量和網(wǎng)線的數(shù)量減少了，不再那么混亂。1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題集線器的誕生你給它取名叫集線器，它僅僅是無腦將電信號轉(zhuǎn)發(fā)到所有出口（廣播），不做任何處理，你覺得它是沒有智商的，因此把人家定性在了物理層。1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題集線器的誕生由于轉(zhuǎn)發(fā)到了所有出口，那BCDE四臺機器怎么知道數(shù)據(jù)包是不是發(fā)給自己的呢？首先，你要給所有的連接到交換機的設(shè)備，都起個名字。原來你們叫ABCD，但現(xiàn)在需要一個更專業(yè)的，全局唯一的名字作為標識，你把這個更高端的名字稱為MAC地址。你的MAC地址是aa-aa-aa-aa-aa-aa，你的伙伴b的MAC地址是bb-bb-bb-bb-bb-bb，以此類推，不重復(fù)就好。這樣，A在發(fā)送數(shù)據(jù)包給B時，只要在頭部拼接一個這樣結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，就可以了。1．圖解物理層：使用MAC解決設(shè)備的身份證問題集線器的誕生B在收到數(shù)據(jù)包后，根據(jù)頭部的目標MAC地址信息，判斷這個數(shù)據(jù)包的確是發(fā)給自己的，于是便收下。其他的CDE收到數(shù)據(jù)包后，根據(jù)頭部的目標MAC地址信息，判斷這個數(shù)據(jù)包并不是發(fā)給自己的，于是便丟棄。2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題集線器的問題雖然集線器使整個布局干凈不少，但原來我只要發(fā)給電腦B的消息，現(xiàn)在卻要發(fā)給連接到集線器中的所有電腦，這樣既不安全，又不節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。如果把這個集線器弄得更智能一些，只發(fā)給目標MAC地址指向的那臺電腦，就好了。2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題交換機的誕生雖然只比集線器多了這一點點區(qū)別，但看起來似乎有智能了，你把這東西叫做交換機。也正因為這一點點智能，你把它放在了另一個層級，數(shù)據(jù)鏈路層。2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題交換機的誕生交換機內(nèi)部維護一張MAC地址表，記錄著每一個MAC地址的設(shè)備，連接在其哪一個端口上。2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題交換機的誕生假如你仍然要發(fā)給B一個數(shù)據(jù)包，構(gòu)造了如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從網(wǎng)口出去。到達交換機時，交換機內(nèi)部通過自己維護的MAC地址表，發(fā)現(xiàn)目標機器B的MAC地址bb-bb-bb-bb-bb-bb映射到了端口1上，于是把數(shù)據(jù)從1號端口發(fā)給了B，完事~你給這個通過這樣傳輸方式而組成的小范圍的網(wǎng)絡(luò)，叫做以太網(wǎng)。2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題交換機的誕生當然最開始的時候，MAC地址表是空的，是怎么逐步建立起來的呢？假如在MAC地址表為空是，你給B發(fā)送了如下數(shù)據(jù)由于這個包從端口4進入的交換機，所以此時交換機就可以在MAC地址表記錄第一條數(shù)據(jù)：MAC：aa-aa-aa-aa-aa-aa-aa端口：4交換機看目標MAC地址（bb-bb-bb-bb-bb-bb）在地址表中并沒有映射關(guān)系，于是將此包發(fā)給了所有端口，也即發(fā)給了所有機器。之后，只有機器B收到了確實是發(fā)給自己的包，于是做出了響應(yīng)，響應(yīng)數(shù)據(jù)從端口1進入交換機，于是交換機此時在地MAC：bb-bb-bb-bb-bb-bb端口：12．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題交換機的誕生經(jīng)過該網(wǎng)絡(luò)中的機器不斷地通信，交換機最終將MAC地址表建立完畢~2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題交換機的誕生隨著機器數(shù)量越多，交換機的端口也不夠了，但聰明的你發(fā)現(xiàn)，只要將多個交換機連接起來，這個問題就輕而易舉搞定~你完全不需要設(shè)計額外的東西，只需要按照之前的設(shè)計和規(guī)矩來，按照上述的接線方式即可完成所有電腦的互聯(lián)，所以交換機設(shè)計的這種規(guī)則，真的很巧妙。你想想看為什么（比如A要發(fā)數(shù)據(jù)給F）。但是你要注意，上面那根紅色的線，最終在MAC地址表中可不是一條記錄呀，而是要把EFGH這四臺機器與該端口（端口6）的映射全部記錄在表中。2．圖解數(shù)據(jù)鏈路：使用交換機解決MAC地址映射問題MAC地址和端口的映射記錄左邊的交換機右邊的交換機3．圖解傳輸層：IP地址和路由器二層交換機的問題只有8臺電腦的時候還好，甚至在只有幾百臺電腦的時候，都還好，所以這種交換機的設(shè)計方式，已經(jīng)足足支撐一陣子了。但很遺憾，人是貪婪的動物，很快，電腦的數(shù)量就發(fā)展到幾千、幾萬、幾十萬。交換機已經(jīng)無法記錄如此龐大的映射關(guān)系了。此時你動了歪腦筋，你發(fā)現(xiàn)了問題的根本在于，連出去的那根紅色的網(wǎng)線，后面不知道有多少個設(shè)備不斷地連接進來，從而使得地址表越來越大。那我可不可以讓那根紅色的網(wǎng)線，接入一個新的設(shè)備，這個設(shè)備就跟電腦一樣有自己獨立的MAC地址，而且同時還能幫我把數(shù)據(jù)包做一次轉(zhuǎn)發(fā)呢？3．圖解傳輸層：IP地址和路由器二層交換機的問題這個設(shè)備就是路由器，它的功能就是，作為一臺獨立的擁有MAC地址的設(shè)備，并且可以幫我把數(shù)據(jù)包做一次轉(zhuǎn)發(fā)，你把它定在了網(wǎng)絡(luò)層。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器二層交換機的問題注意，路由器的每一個端口，都有獨立的MAC地址好了，現(xiàn)在交換機的MAC地址表中，只需要多出一條MAC地址ABAB與其端口的映射關(guān)系，就可以成功把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)交給路由器了，這條搞定。那如何做到，把發(fā)送給C和D，甚至是把發(fā)送給DEFGH....的數(shù)據(jù)包，統(tǒng)統(tǒng)先發(fā)送給路由器呢？不難想到這樣一個點子，假如電腦C和D的MAC地址擁有共同的前綴，比如分別是C的MAC地址：FFFF-FFFF-CCCCD的MAC地址：FFFF-FFFF-DDDD那我們就可以說，將目標MAC地址為FFFF-FFFF-？開頭的，統(tǒng)統(tǒng)先發(fā)送給路由器。這樣是否可行呢？答案是否定的。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器IP地址的誕生我們先從現(xiàn)實中MAC地址的結(jié)構(gòu)入手，MAC地址也叫物理地址、硬件地址，長度為48位，一般這樣來表示00-16-EA-AE-3C-40它是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)時燒錄在網(wǎng)卡的EPROM（一種閃存芯片，通?？梢酝ㄟ^程序擦寫）。其中前24位（00-16-EA）代表網(wǎng)絡(luò)硬件制造商的編號，后24位（AE-3C-40）是該廠家自己分配的，一般表示系列號。只要不更改自己的MAC地址，MAC地址在世界是唯一的。形象地說，MAC地址就如同身份證上的身份證號碼，具有唯一性。那如果你希望向上面那樣表示將目標MAC地址為FFFF-FFFF-？開頭的，統(tǒng)一從路由器出去發(fā)給某一群設(shè)備（后面會提到這其實是子網(wǎng)的概念），那你就需要要求某一子網(wǎng)下統(tǒng)統(tǒng)買一個廠商制造的設(shè)備，要么你就需要要求廠商在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備燒錄MAC地址時，提前按照你規(guī)劃好的子網(wǎng)結(jié)構(gòu)來定MAC地址，并且日后這個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)都不能輕易改變。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器IP地址的誕生于是你發(fā)明了一個新的地址，給每一臺機器一個32位的編號，如：11000000101010000000000000000001你覺得有些不清晰，于是把它分成四個部分，中間用點相連。11000000.10101000.00000000.00000001你還覺得不清晰，于是把它轉(zhuǎn)換成10進制。192.168.0.1最后你給了這個地址一個響亮的名字，IP地址。現(xiàn)在每一臺電腦，同時有自己的MAC地址，又有自己的IP地址，只不過IP地址是軟件層面上的，可以隨時修改，MAC地址一般是無法修改的。這樣一個可以隨時修改的IP地址，就可以根據(jù)你規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，來調(diào)整了。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器路由器的誕生路由器誕生了，專門負責IP地址的尋找。那報文交給路由器之后，路由器又是怎么把數(shù)據(jù)包準確轉(zhuǎn)發(fā)給指定設(shè)備的呢？別急我們慢慢來。我們先給上面的組網(wǎng)方式中的每一臺設(shè)備，加上自己的IP地址3．圖解傳輸層：IP地址和路由器路由器的誕生現(xiàn)在兩個設(shè)備之間傳輸，除了加上數(shù)據(jù)鏈路層的頭部之外，還要再增加一個網(wǎng)絡(luò)層的頭部。假如A給B發(fā)送數(shù)據(jù)，由于它們直接連著交換機，所以A直接發(fā)出如下數(shù)據(jù)包即可，其實網(wǎng)絡(luò)層沒有體現(xiàn)出作用。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器路由器的誕生但假如A給C發(fā)送數(shù)據(jù)，A就需要先轉(zhuǎn)交給路由器，然后再由路由器轉(zhuǎn)交給C。由于最底層的傳輸仍然需要依賴以太網(wǎng)，所以數(shù)據(jù)包是分成兩段的。A~路由器這段的包如下：路由器到C這段的包如下：3．圖解傳輸層：IP地址和路由器子網(wǎng)的由來A給C發(fā)數(shù)據(jù)包，怎么知道是否要通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)呢答案：子網(wǎng)如果源IP與目的IP處于一個子網(wǎng)，直接將包通過交換機發(fā)出去。如果源IP與目的IP不處于一個子網(wǎng)，就交給路由器去處理。好，那現(xiàn)在只需要解決，什么叫處于一個子網(wǎng)就好了。

192.168.0.1和192.168.0.2處于同一個子網(wǎng)

192.168.0.1和192.168.1.1處于不同子網(wǎng)這兩個是我們?nèi)藶橐?guī)定的，即我們想表示，對于192.168.0.1來說：192.168.0.xxx開頭的，就算是在一個子網(wǎng)，否則就是在不同的子網(wǎng)。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器子網(wǎng)的由來那對于計算機來說，怎么表達這個意思呢？于是人們發(fā)明了子網(wǎng)掩碼的概念假如某臺機器的子網(wǎng)掩碼定為255.255.255.0這表示，將源IP與目的IP分別同這個子網(wǎng)掩碼進行與運算，相等則是在一個子網(wǎng)，不相等就是在不同子網(wǎng)，就這么簡單。比如

A電腦：192.168.0.1&255.255.255.0=192.168.0.0

B電腦：192.168.0.2&255.255.255.0=192.168.0.0

C電腦：192.168.1.1&255.255.255.0=192.168.1.0

D電腦：192.168.1.2&255.255.255.0=192.168.1.0那么A與B在同一個子網(wǎng)，C與D在同一個子網(wǎng)，但是A與C就不在同一個子網(wǎng)，與D也不在同一個子網(wǎng)，以此類推。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器子網(wǎng)的由來所以如果A給C發(fā)消息，A和C的IP地址分別&A機器配置的子網(wǎng)掩碼，發(fā)現(xiàn)不相等，則A認為C和自己不在同一個子網(wǎng)，于是把包發(fā)給路由器，就不管了，之后怎么轉(zhuǎn)發(fā)，A不關(guān)心。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器子網(wǎng)的由來A如何知道，哪個設(shè)備是路由器？答案：在A上要設(shè)置默認網(wǎng)關(guān)上一步A通過是否與C在同一個子網(wǎng)內(nèi)，判斷出自己應(yīng)該把包發(fā)給路由器，那路由器的IP是多少呢？其實說發(fā)給路由器不準確，應(yīng)該說A會把包發(fā)給默認網(wǎng)關(guān)。對A來說，A只能直接把包發(fā)給同處于一個子網(wǎng)下的某個IP上，所以發(fā)給路由器還是發(fā)給某個電腦，對A來說也不關(guān)心，只要這個設(shè)備有個IP地址就行。所以默認網(wǎng)關(guān)，就是A在自己電腦里配置的一個IP地址，以便在發(fā)給不同子網(wǎng)的機器時，發(fā)給這個IP地址。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器子網(wǎng)的由來路由器如何知道C在哪里？答案：路由表現(xiàn)在A要給C發(fā)數(shù)據(jù)包，已經(jīng)可以成功發(fā)到路由器這里了，最后一個問題就是，路由器怎么知道，收到的這個數(shù)據(jù)包，該從自己的哪個端口出去，才能直接（或間接）地最終到達目的地C呢。路由器收到的數(shù)據(jù)包有目的IP也就是C的IP地址，需要轉(zhuǎn)化成從自己的哪個端口出去，很容易想到，應(yīng)該有個表，就像MAC地址表一樣。這個表就叫路由表。路由表就表示，192.168.0.xxx這個子網(wǎng)下的，都轉(zhuǎn)發(fā)到0號端口，192.168.1.xxx這個子網(wǎng)下的，都轉(zhuǎn)發(fā)到1號端口。3．圖解傳輸層：IP地址和路由器路由表的由來剛才說的都是IP層，但發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)鏈路層需要知道MAC地址