笔记：ARP/拓扑结构/IP基础

内容补充1拓扑结构的优缺点及连接方式1总线型结构所有节点共享一条通信线路优点结构简单、成本低、缺点安全性低某个结点发送消息其他结点都能收到同一时刻只能有两个结点相互通信需要抢占通信线路通信线路瘫痪网络也瘫痪增删结点不方便2星型结构所有结点通过中心结点互联(交换机集线器)优点单个节点故障不影响其他设备结构简单缺点中心结点故障会导致整个网络瘫痪3环型结构两个结点间首尾互联形成一个封闭的环形优点结构简单缺点网络结点故障越多造成的网络问题越严重安全性低中间结点能监听数据4树型结构一种层次化的星型结构优点容易扩充结点数量缺点越高层次结点故障造成的网络问题越严重5网状结构所有结点两两互连形成一个网状结构优点可靠性较好缺点不容易增加新结点2交换机的泛洪交换机的泛洪是被动的原理是当交换机在 MAC 地址表中查不到数据帧中对应的目标 MAC 地址时会将数据帧向除接收端口外的所有端口转发仅目的主机响应交换机通过接收响应帧学习目的 MAC 地址并加入 MAC 地址表(记录有存活时间)后续可直接单播转发。在此处引出交换机的泛洪范围交换机的泛洪范围是除了接收端口外的所有端口而当多个主机通过多个交换机连接时泛洪范围会变得非常大。为了隔离泛洪范围可以接入路由器。路由器起到隔离泛洪范围并转发的作用路由器是工作在网络层的设备。3.MAC地址分类单播地址一对一的通信称为单播单播地址的特征是第一个字节的最低位为0因此单播地址共有47位地址空间。广播地址一台主机向网络中 的所有主机发送数据称为广播。一个广播帧需使用广播地址作为目的地址所有主机都会收到这个帧。广播地址不是真实存在的网卡MAC地址广播地址48比特全为1。组播地址。4.CSMA/CD 介质访问控制前景由于所有 主机共享总线每个主机都有同等权利使用总线当两台主机同时向主机发送数据时这两个数据信号会在总线上相遇相互叠加使原有的两个信号被破坏这种情况称为碰撞或冲突。使用CSMA/CD协议可以用来解决总线使用权的问题。CSMA即载波监听CD即冲突检测协议执行过程先”听“后发边发边”听“冲突停止稍后重发。1) 每个结点都能访问总线通过总线发送数据称为多路访问.2) 发送数据前结点先”听“总线上是否有数据信号这个过程称为载波监听。如果有数据信号则等待直到总线空闲如果没有说明总线没有数据信号总线空闲结点就将数据帧发送出去。3) 在发送数据帧的同时继续监听总线检测是否发生了冲突称为冲突检测。当检测到冲突时立刻停止发送同时发送一个32bit的拥塞信号通知所有结点发生了冲突从而停止发送数据。----------在监听到空闲时发送数据但是可能两台主机同时监听到此时总线空闲于是可能产生冲突。4) 冲突后结点等待一段随机时间再次发送数据帧重复上面的步骤。如果超过16次说明网络状况太糟糕就会放弃发送并向高层报告。IP/ARPIP地址(主要是IPV4的内容)IP协议是TCP/IP协议体系的核心协议通过IP协议可以连接各种不同的网络。这些网络在物理层和数据链路层可能采用了不同的技术标准和协议但IP协议屏蔽了这些差异对运输层和应用层呈现一个统一的界面。IP地址是一个逻辑上的地址可以人为指定或者通过DHCP服务器动态获得IP地址是分配给网络接口的(网卡)一个接口对应一个IP地址。通常情况下主机只有一个网络接口所以主机只有一个IP而路由器有多个网络接口所以路由器会有多个IP地址。IP地址分为两部分网络号和主机号网络号代表主机或路由器所处的物理网络主机号代表所处物理网络中的编号。同一物理网络中的IP地址他们的网络号是相同的而主机号是不同的。网络号相同代表这些主机处在同一泛洪范围。IP地址分类根据网络号和主机号所占bit位数的不同将IP地址分为以下几内(IPV4)IPV4是一个32bit的二进制数字可将每8位二进制转化为十进制数字来表示每组间用点间隔这种方法叫点分十进制。IPV6是128位二进制构成冒分十六进制类别网络号主机号A类B类C类(0xxxxxxx) 8bit(10xxxxxx) 16bit(110xxxxx) 24bit24bit16bit8bitD类1110xxxxE类11110xxxA、B、C类称为单播地址用来分配给主机和路由器。D类IP以224~239之间的数字开头是作为组播地址预留的组播是一种点对多的数据传输方式在因特网上应用如电话会议视频会议等。E类作为保留地址保留以后使用。在IP地址中全0网络号有特殊含义和用途保留不分配网络号为127的IP地址作为环回测试地址也保留因此A类网络号有效范围是1~126A、B、C类IP地址的范围网络类型IP地址的有效范围A1.0.0.1 ~ 126.255.255.254B128.0.0.1 ~ 191.255.255.254C192.0.0.1 ~ 233.255.255.254全0和全1的IP地址网络号主机号含义全0全0本网络上本主机全0主机号id本网络上某个主机网络id全0某个网络的网络号(网段)网络id全1某个网络的广播地址(只能作为目标IP使用)全1全1本地网络的广播地址一个机构如果想接入因特网首先要向本地的ISP或因特网管理机构申请IP地址获得IP地址后再分配给机构内部的主机和路由器这种方式获得的IP称为公有地址。公有地址是全球唯一的。私有IP地址不需要申请直接可以使用只能在一个机构内部使用不能和因特网上的公有地址通信。私有IP地址范围10.0.0.0 ~ 10.255.255.255172.16.0.0 ~ 172.31.255.255192.168.0.0 ~ 192.168.255.255链路本地地址主机的IP可通过两种方式获得1手工为主机分配IP地址这样的地址称为静态IP地址除非重新分配否则不会改变。2从DHCP服务器动态获取IP地址动态IP地址会发生改变。当主机通过DHCP服务器动态获取IP地址时如果无法获得IP这时操作系统会为本机指定一个169.24开头的IP地址地址范围是169.254.0.0~169.254.255.255。这个地址称为链路本地地址。ARP(地址解析协议)使用前景当网络中的一台主机要向另一台主机发送IP数据报时发送方的网络层会将IP数据包向下传递交给数据链路层。数据链路层将IP数据报封装成帧需要在帧的首部写入源MAC地址和目的MAC地址源MAC地址来自发送方而发送方是如何获得目的主机的MAC地址呢ARP是用来完成IP地址到物理地址(MAC)映射的协议。即已知主机的IP地址获得主机的MAC地址。ARP原理ARP以广播的形式发送请求报文广播域内所有的设备均能收到请求报文 所有收到ARP请求报文的设备先去记录报文中源IP地址和源MAC地址的对应关系记录在本地 的ARP缓存表中之后再去看请求的IP地址如果请求的不是自己本地的IP地址则将数据包丢弃如果请求的IP地址是自己本地的IP地址则会回复ARP应答报文之后如果需要发送数据先查看本地的ARP缓存表(windows系统可用 ARP -A命令 ---查看ARP缓存表)如果缓存表中存在记录则直接按照记录转发如果ARP 缓存表中没有记录则发送ARP请求报文。ARP广播是一种主动行为。ARP缓存表中的每条记录也有生存时间一般为20min超过生存周期的记录会从缓存中删除。这样可以与网络的真实状况保持一致--------当有主机更换网卡时它的MAC地址会发生改变而IP地址可以保持不变。ARP的分类1.正向ARP通过IP地址获取MAC地址2.反向ARP通过MAC地址获取IP地址3.免费ARP: 利用正向ARP的原理只不过请求的IP地址是自己本地的IP地址