趣谈网络协议_1

第1讲 | 为什么要学习网络协议？

第3讲 | ifconfig：最熟悉又陌生的命令行

无类型域间选路（CIDR）

10.100.122.2/24，这个 IP 地址中有一个斜杠，斜杠后面有个数字 24。这种地址表示形式，就是 CIDR。后面 24 的意思是，32 位中，前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。
基于以上栗子，又衍生两个概念：

• 广播地址，10.100.122.255。如果发送这个地址，所有 10.100.122 网络里面的机器都可以收到。
• 另一个是子网掩码，255.255.255.0。
  将子网掩码和 IP 地址按位计算 AND，就可得到网络号

在 IP 地址的后面有个 scope，对于 eth0 这张网卡来讲，是 global，说明这张网卡是可以对外的，可以接收来自各个地方的包。对于 lo 来讲，是 host，说明这张网卡仅仅可以供本机相互通信。
lo 全称是loopback，又称环回接口，往往会被分配到 127.0.0.1 这个地址。这个地址用于本机通信，经过内核处理后直接返回，不会在任何网络中出现。

MAC 地址

MAC 地址的通信范围比较小，局限在一个子网里面。例如，从 192.168.0.2/24 访问 192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。一旦跨子网，即从 192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC 地址就不行了，需要 IP 地址起作用了。

第4讲 | DHCP与PXE：IP是怎么来的，又是怎么没的？

Linux 首先会判断，要去的这个地址和我是一个网段的吗，或者和我的一个网卡是同一网段的吗？只有是一个网段的，它才会发送 ARP 请求，获取 MAC 地址。如果发现不是呢？

Linux 默认的逻辑是，如果这是一个跨网段的调用，它便不会直接将包发送到网络上，而是企图将包发送到网关。

动态主机配置协议（DHCP）

动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），简称DHCP。

第5讲 | 从物理层到MAC层：如何在宿舍里自己组网玩联机游戏？

第一层（物理层）

我们要的是电脑连电脑。这种方式就是一根网线，有两个头。一头插在一台电脑的网卡上，另一头插在另一台电脑的网卡上。但是在当时，普通的网线这样是通不了的，所以水晶头要做交叉线，用的就是所谓的1－3、2－6 交叉接法
水晶头的第 1、2 和第 3、6 脚，它们分别起着收、发信号的作用。将一端的 1 号和 3 号线、2 号和 6 号线互换一下位置，就能够在物理层实现一端发送的信号，另一端能收到。

集线器：这种设备有多个口，可以将宿舍里的多台电脑连接起来。但是，和交换机不同，集线器没有大脑，它完全在物理层工作。它会将自己收到的每一个字节，都复制到其他端口上去（广播模式）。

第二层（数据链路层）

数据链路层，也即 MAC 层要解决的问题。MAC的全称是Medium Access Control，即媒体访问控制。

ARP 协议，也就是已知 IP 地址，求 MAC 地址的协议
ARP 发送一个广播包，谁是这个 IP 谁来回答。具体询问和回答的报文就像下面这样：

局域网

谁能知道目标 MAC 地址是否就是连接某个口的电脑的 MAC 地址呢？这就需要一个能把 MAC 头拿下来，检查一下目标 MAC 地址，然后根据策略转发的设备，按第二节课中讲过的，这个设备显然是个二层设备，我们称为交换机。
交换机也存在自学习能力（学习MAC地址），形成转发表，根据此表可以快速知道交换机各个接口对应的机器IP&MAC地址（注意可能会过期的）

小结

第一，MAC 层是用来解决多路访问的堵车问题的；
第二，ARP 是通过吼的方式来寻找目标 MAC 地址的，吼完之后记住一段时间，这个叫作缓存；
第三，交换机是有 MAC 地址学习能力的，学完了它就知道谁在哪儿了，不用广播了。

第6讲 | 交换机与VLAN：办公室太复杂，我要回学校

如何解决常见的环路问题？

如何解决广播问题和安全问题？

物理隔离：配置单独的子网
虚拟隔离：就是用我们常说的VLAN，或者叫虚拟局域网
在原来的二层的头上加一个 TAG，里面有一个 VLAN ID，一共 12 位

小结

• 当交换机的数目越来越多的时候，会遭遇环路问题，让网络包迷路，这就需要使用 STP 协议，通过华山论剑比武的方式，将有环路的图变成没有环路的树，从而解决环路问题。
• 交换机数目多会面临隔离问题，可以通过 VLAN 形成虚拟局域网，从而解决广播问题和安全问题。

第7讲 | ICMP与ping：投石问路的侦察兵

ICMP 协议的格式

ping 是基于 ICMP 协议工作的。ICMP全称Internet Control Message Protocol，就是互联网控制报文协议。

第8讲 | 世界这么大，我想出网关：欧洲十国游与玄奘西行

你了解 MAC 头和 IP 头的细节吗？

如果是同一个网段，例如，你访问你旁边的兄弟的电脑，那就没网关什么事情，直接将源地址和目标地址放入 IP 头中，然后通过 ARP 获得 MAC 地址，将源 MAC 和目的 MAC 放入 MAC 头中，发出去就可以了。

如果不是同一网段，例如，你要访问你们校园网里面的 BBS，该怎么办？这就需要发往默认网关 Gateway。Gateway 的地址一定是和源 IP 地址是一个网段的。往往不是第一个，就是第二个。例如 192.168.1.0/24 这个网段，Gateway 往往会是 192.168.1.1/24 或者 192.168.1.2/24。

网关往往是一个路由器，是一个三层转发的设备。啥叫三层设备？前面也说过了，就是把 MAC 头和 IP 头都取下来，然后根据里面的内容，看看接下来把包往哪里转发的设备。
很多情况下，人们把网关就叫作路由器。其实不完全准确，而另一种比喻更加恰当：路由器是一台设备，它有五个网口或者网卡，相当于有五只手，分别连着五个局域网。每只手的 IP 地址都和局域网的 IP 地址相同的网段，每只手都是它握住的那个局域网的网关。

静态路由是什么？

静态路由，其实就是在路由器上，配置一条一条规则。

IP 头和 MAC 头哪些变、哪些不变？

• “欧洲十国游”型：IP 不变，MAC 变
• “玄奘西行”型

MAC 地址是一个局域网内才有效的地址。因而，MAC 地址只要过网关，就必定会改变，因为已经换了局域网。两者主要的区别在于 IP 地址是否改变。不改变 IP 地址的网关，我们称为转发网关；改变 IP 地址的网关，我们称为NAT 网关。

“欧洲十国游”型

① IP & MAC 信息

• 源 MAC：服务器 A 的 MAC
• 目标 MAC：192.168.1.1 这个网口的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目标 IP：192.168.4.101

② IP & MAC 信息

• 源 MAC：192.168.56.1
• 目标 MAC：192.168.56.2 这个网口的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目标 IP：192.168.4.101

③ IP & MAC 信息

• 源 MAC：192.168.4.1
• 目标 MAC：192.168.4.101 这个网口的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目标 IP：192.168.4.101

“玄奘西行”型

① IP & MAC 信息

• 源 MAC：服务器 A 的 MAC
• 目标 MAC：192.168.1.1 这个网口的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目标 IP：192.168.56.2

② IP & MAC 信息

• 源 MAC：192.168.56.1 的 MAC 地址
• 目标 MAC：192.168.56.2 的 MAC 地址
• 源 IP：192.168.56.1
• 目标 IP：192.168.56.2

③ IP & MAC 信息

• 源 MAC：192.168.1.1 的 MAC 地址
• 目标 MAC：192.168.1.101 的 MAC 地址
• 源 IP：192.168.56.1
• 目标 IP：192.168.1.101

第9讲 | 路由协议：西出网关无故人，敢问路在何方

如何配置路由？

路由器就是一台网络设备，它有多张网卡。当一个入口的网络包送到路由器时，它会根据一个本地的转发信息库，来决定如何正确地转发流量。这个转发信息库通常被称为路由表。
每一条规则至少包含这三项信息：

• 目的网络：这个包想去哪儿？
• 出口设备：将包从哪个口扔出去？
• 下一跳网关：下一个路由器的地址。

ip route add 10.176.48.0/20 via 10.173.32.1 dev eth0，就说明要去 10.176.48.0/20 这个目标网络，要从 eth0 端口出去，经过 10.173.32.1。

如何配置策略路由？