3_计算机网络_网路层-IP-子网划分-路由-ping
网络层
- 1、三层交换机
- 2、链路聚合
- 3、IP地址
- 3.1 ip地址分类
- 3.2 私有地址
- 3.3 子网掩码
- 3.4 IP包头格式
- 4、ping命令
- ping的作用
- ping 的过程
- ping 选项
- ping不通的原因
- 5、DHCP协议
- 6、配置静态ip地址
- 7、子网划分
- 8、路由
- 8.1 路由表
- 8. 2 路由的类型
- 8.3 网关
- 8.4 route 相关命令用法
- 8.5 路由器的工作过程
- 8.6 路由追踪
- 路由器转发数据包封装过程
1、三层交换机
实现了不同vlan之间的通信
既是交换机，又有路由器的功能
路由器的接口需要配置ip地址，交换机不需要。因为傻瓜交换机不是根据ip地址转发数据的。
如果交换机要配置ip地址的话也是给vlan1配地址。
vlan1的接口是虚拟接口，任何一个接口只要属于vlan1都可以访问vlan1的ip（192.168.0.1）
所有的无线路由器的lan口的ip地址，就是vlan1的ip地址。
2、链路聚合
思科设备中，叫以太通道
将多条链路逻辑上捆绑成（逻辑上）一条链路，提升带宽。
作用：负载均衡、高可用（容错）
3、IP地址
internet protocol 互联网协议；
ip就是互联网协议里使用的地址；
一台电脑就是一台主机；
一个服务器就是一个主机；
一个主机就是一个节点（node）；
IP地址有32个二进制（32bit）组成；
将8位二进制转换成十进制的，范围是0~255；
IPV4：ip协议的第四个版本（常见）——》32位（2^32=43亿） ——》平常的网络里面非常常见
IPV6：ip协议的第六个版本（下一代互联网协议）——》128位 ——》已经在公网里面使了
为什么不用ipv6？
全部投入ipv6的话资金设备大。ipv4可以通过NAT技术解决ip地址不足的问题
3.1 ip地址分类
网络部分 +主机部分
网段：就是指的网络部分，如果网络部分一样，ip地址就是一个网段的；
公网：互联网上使用的全球唯一的地址
私网：相当于一个的局域网
- A类：1~126
1个网络部分，3个主机部分
容纳2^24 = 16777216台电脑 - B类：128~191
2个网络部分，2个主机部分
容纳2^16 = 65536台电脑 - C类：192~223
3个网络部分，1个主机部分
容纳2^8 = 256台电脑 - D类：给组播地址使用 224以后
- E类： 保留科学研究使用
环回loopback——》lo接口，环回接口
127开头的地址给所有电脑的lo接口使用，用来测试TCP/IP 协议是否正常；
https://www.ip138.com/
您的iP地址是：[175.8.135.205] 来自：中国湖南长沙芙蓉区 电信
ISP：网络服务提供者（Internet Service Provider）
3.2 私有地址
满足企业用户在内部网络中使用的需求
私有地址不能在Internet上使用
私有地址包括3组
A类：10.0.0.0~10.255.255.255
B类：172.16.0.0~172.31.255.255
C类：192.168.0.0~192.168.255.255
3.3 子网掩码
netmask ： 和ip地址进行与运算确定一个ip的网段号（网络部分）
默认子网掩码
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
C类：255.255.255.0
ip地址和子网掩码作逻辑与运算后得到的就是网络地址；
3.4 IP包头格式
- 版本： ipv4、6
- 首部长度：ip包头部长度，因为长度可变，因此需要定义
- 优先级与服务类型：对某些类型的数据优先转发
- 总长度：ip数据的总长度
- 标识符、标识、段偏移量（类似火车车厢以及编号）
- TTL生命周期（经过一个路由器值减一，为0时，数据包丢弃。防止数据包在网络中无限地循环下去）
- 协议号（用来标识封装的上层数据协议是17 UDP还是6 TCP）
- 首部校验和
- 源IP、目的IP
网络层：IP
传输层： TCP、UDP
17 UDP 无连接，不可靠 ，快 发短信–》–>QQ
6 TCP 面向连接，可靠 -->打电话
4、ping命令
ping的作用
ping命令是用来测试网络的质量
1.测试通还是不通
2.网络质量：
——lost 丢包率
——响应时间–》往返的时间总和
arp协议是将ip地址解析到对应的mac地址，
arping ip地址 就能得到mac地址。
[root@192 ~]# arping 192.168.56.1`在这里插入代码片`
ARPING 192.168.56.1 from 192.168.56.128 ens33
Unicast reply from 192.168.56.1 [00:50:56:C0:00:08] 0.834ms
Unicast reply from 192.168.56.1 [00:50:56:C0:00:08] 0.774ms
ip地址冲突： 一个ip地址，2台或者多台都在使用
一个人能上网另外的不能上网
ping 的过程
1.如果是域名，先进行域名解析到具体的一个ip
2.将要ping的ip地址和自己的子网掩码进行与运算，得出相应的网段号114.114.114.0
3.然后到自己的电脑里的路由表里查询是否有到这个网段的路由
ping 选项
-s 指定要发送数据的字节数（数据包大小）。缺省值是 56，当和 8 字节的 ICMP 头数据合并时被转换成 64 字节的 ICMP 数据。
-i 指定发包时间间隔
-c 指定发包数量
-w 指定期限
-W 超时时间 ，ping不通的时候最多能等多久（等待的时间至少1秒）
ping不通的原因
服务器挂了；
开启了防火墙 ；
运营商（中间线路中断，宽带被剪了）；
路由器问题；
排除网路故障方法：分段排查、替换排查、先硬件后软件
场景:
1）请求超时：
a）对方开启了防火墙，不允许icmp协议包通过
开启防火墙
iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 8 -j DROP
关闭防火墙（清除防火墙规则）
iptables -F
b） 中间的路由器丢弃了我们的ping包
[root@localhost ~]# ping www.google.com
PING www.google.com (157.240.0.18) 56(84) bytes of data.
^C
--- www.google.com ping statistics ---
9 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 201ms
2）目的主机不可达：
一般是ip地址没人使用
[root@localhost ~]# ping 192.168.66.3
PING 192.168.66.3 (192.168.66.3) 56(84) bytes of data.
From 192.168.66.254 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable
From 192.168.66.254 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable
From 192.168.66.254 icmp_seq=3 Destination Host Unreachable
3）网络不可达
不能跨网段通信，没有填写默认网关
[root@localhost 192~]# ip route # 查看路由表
default via 192.168.1.1 dev ens224 proto static metric 101
192.168.1.0/24 dev ens224 proto kernel scope link src 192.168.1.133 metric 101
192.168.66.0/24 dev ens160 proto kernel scope link src 192.168.66.254 metric 100
[root@localhost 192~]# ip route del default # 删除默认网关
[root@localhost 192~]# ping 114.114.114.114 # 报错
connect: 网络不可达
[root@localhost 192~]# ip route add default via 192.168.1.1 dev ens224 # 添加默认网关，下一跳地址必须是相同网段的ip
4）未知的名称或服务
没有填写DNS服务器地址
/etc/resolv.conf 存放dns服务器ip地址的，真正我们进行域名查询的时候，就到这个文件里找dns服务器地址；
当激活新的配置的时候，NetworkManager 服务会读取/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 里的DNS1这个配置写到/etc/resolv.conf。
nameserver最多可以3个 优先级自上而下
[root@localhost network-scripts]# cat /etc/resolv.conf
# Generated by NetworkManager
nameserver 114.114.114.114
5、DHCP协议
动态主机配置协议（Dynamic host configuration protocol）
帮助电脑配置ip地址、子网掩码、网关、dns服务
无线路由器上会启用DHCP功能–》帮助电脑配置ip地址，子网掩码，网关，dns服务器–》功能
无线路由器就是一个dhcp server
静态配置（手工配置）：
动态获得（dhcp服务器分配）： 就是局域网里的dhcp服务器给我们的电脑分配ip地址和子网掩码，网关，dns服务器
6、配置静态ip地址
1、查看系统的版本
[root@192 ~]# cat /etc/centos-release
CentOS Linux release 8.3.2011
2、查看网卡配置文件
[root@192 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none # 指定获得ip地址的引导协议，dhcp说明是动态获得，none是静态
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=dhcp # none手工配置/dhcp动态获得
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacyPREFIX=24 # 子网掩码
NAME=ens33 # 网络连接的名字
UUID=3f9c1514-bb0d-470c-90b0-9fc2bd6bee96 # 网课设备的唯一标识
DEVICE=ens33 # 网卡的设备名
ONBOOT=yes # 开机是否自启动（激活）
ifcfg-ens33 是ens33网卡的配置文件 (interface config 接口配置)
ens33是系统里的第一个网卡的名字 ；
centos7、8 里面叫ifcfg-ens33 相当于windows里面的本地连接或WLAN）
centos6 和乌邦图里面叫eth0；
3、修改配置文件ifcfg-ens33
[root@192 ~]# ip route # 查看默认网关default via
default via 192.168.56.2 dev ens33 proto dhcp metric 100
192.168.56.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.56.128 metric 100
[root@slave-mysql network-scripts]# vim ifcfg-ens33
BOOTPROTO=none 静态配置ip地址 none 静态配置（手工配置） dhcp 就是动态获得，别的dhcp服务器给我们的机器分配ip地址
NAME=ens33 网络连接的名字
DEVICE=ens33 网卡的设备名
ONBOOT=yes 开机是否启动（激活） yes 启动 no 不启动
IPADDR=192.168.0.27 ip地址
NETMASK=255.255.255.0 子网掩码
GATEWAY=192.168.0.1 默认网关
DNS1=114.114.114.114 首选DNS服务器地址
DNS2=192.168.0.1 备用DNS服务器地址
4.重启网络服务，获得新配置的ip
centos7 重启网络服务
service network restart 重启网络服务
service NetworkManager stop -->NetworkManager 是一个网络连接管理服务，经常会导致我们的网络配置的ip地址出现服务启动不了，没有获得ip地址。
centos7里面要关闭，centos8里面不要关。centos8 重启网络服务
ifup ens33 --》interface up ens33
NetworkManager 在centos8里是不能关闭，必须要开启的
临时添加IP地址：
ip address add ip地址 dev ens33
ip add add ip地址
7、子网划分
把大的网络划分成很多小的网络，就叫子网划分；
目的：满足不同网络对IP地址的需求，实现网络的层次性。
有效的ip地址范围= 网段号（网络部分）+ 主机部分
主机部分全为0表示网段号
练习：
1、192.168.220.0/24 划分成8个子网，要求你计算每个子网的网段号和子网掩码，有效ip地址段，每个子网的广播地址
2、192.168.212.123/27 , 请你计算这个ip所在网段和广播地址，有效ip地址范围。
- 使用ip地址和子网掩码进行与运算，得出网段号
网段：192.168.212.96
广播地址：192.168.212.127
有效地址范围：192.168.212.97~126
- 路由器接口需要配ip地址；所有的无线路由器的LAN口的ip地址，就是vlan1的ip地址；
- 交换机接口不需要ip地址，给交换机配置ip地址，就是vlan1的ip地址；
8、路由
路由（动词）：跨越从源主机到目标主机的一个互联网络来转发数据包的过程；
路由器：帮助我们选择最佳的路径，把数据送过去的设备（中转站）
能够将数据包转发到正确的目的地，并在转发过程中选择最佳的路径；
路由器是如何知道我们的数据从哪来到哪里去？
IP包：源IP+目的IP路由器是如何判断最佳路径的？
路由表：判断哪一条路由是最佳的，根据路由的优先级选择最佳的。
找不到路径会丢包，显示目的主机不可达。路由器是如何知道自己能去哪里地方？
路由表里面写了能到哪里路由器作用？
实现跨网段通信，将数据包从一个网络转发到另外一个网络。根据路由表转发。哪些设备有路由表？
电脑、手机、路由器、三层交换机——》能配置ip地址的设备都有路由表，路由表在内存里存放。
8.1 路由表
组成：目标网段+接口（从路由器自己的哪个接口发送出去）+下一跳地址（对方路由IP）
注：在路由器的内存里面，停电会丢失；
只要能配置ip地址的地方都有路由表，电脑、手机里面都有路由表；
8. 2 路由的类型
直连路由：路由器的接口配置的ip地址，直接相连接的网段——》自己直接配置的网段。
直连路由自动产生，不需要配置；
满足条件：需要配置ip地址，同时需要激活网卡（接口是up状态）;
非直连路由：
只要不是直连的，如果想要过去，都要添加静态路由或动态路由。
静态路由：人工配置，是单向的，缺乏灵活性；
静态路由是管理员手工去配置的，不配置的话路由表里是没有的 --》适合网络规模比较小的- 默认路由：当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目，路由器把请求转发到默认路由接口。
特殊的静态路由，需要人添加的，优先级比较低。
配置网关，就是添加一条默认路由（比如IPv4默认网关192.168.0.1，不管你要去哪里都是送给这个网关，这个接口就是路由器的接口lan口）
- 默认路由：当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目，路由器把请求转发到默认路由接口。
动态路由
动态路由是路由器互相之间学习（互相告诉），需要在每个路由器上启用动态路由协议，配置自己能到达哪些网络 --》适合网络规模比较大，路由器比较多
动态路由协议： rip，ospf，BGP
只要是不直连的，要想过去都要添加静态或者动态路由
优先级：直连路由——》静态路由——》动态路由——》默认路由
自己找对象——》朋友介绍指定的/别人主动追求——》 在周边找互相学习了解——》找不到对象，只能找爸妈介绍的对象
8.3 网关
网络的关卡——》gateway
路由器的LAN口的接口
网关是一个角色
配置网关，就是添加一条默认路由
8.4 route 相关命令用法
route -n 查看路由表
Destination目标主机 Gateway网关 Genmask子网掩码 Use Iface接口
[root@192 ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
0.0.0.0 192.168.56.2 0.0.0.0 UG 101 0 0 ens33
192.168.56.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 101 0 0 ens33
ip route 显示路由，显示的路由记录与route显示的格式不一样
[root@192 ~]# ip route
default via 192.168.56.2 dev ens33 proto dhcp metric 101
192.168.56.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.56.128 metric 101
ip route del 删除路由
[root@slave-mysql ~]# ip route del 192.168.30.0/24 # 删除静态路由
[root@slave-mysql ~]# ip route del default # 删除默认路由
ip route add default via xxx dev ens33 添加默认网关（默认路由）
# 添加静态路由
[root@sc-mysql ~]# ip route add 192.168.90.0/24 via 192.168.0.2 dev ens33 目标网段和子网掩码 下一跳 从自己的那个接口送出去
# 添加默认网关
[root@slave-mysql ~]# ip route add default via 192.168.0.1 dev ens33
[root@slave-mysql ~]# ip route
default via 192.168.0.1 dev ens33
8.5 路由器的工作过程
1.查看ip包的目的ip地址
2.计算出目标网段
3.到路由表里查看是否有到目标网段的路由
4.如果有，就转发，没有就告诉客户机不能到达
# 在linux里临时添加ip地址
ip add/address add 192.168.20.1/24 dev ens33 # 在ens33设备上添加ip
ip address add 192.168.30.1/24 dev ens33 [root@slave-mysql ~]# ip route 查看路由表
default via 192.168.0.1 dev ens33 proto static metric 100
192.168.0.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.0.27 metric 100
192.168.100.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.100.1
192.168.200.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.200.1
8.6 路由追踪
- linux里面：
tracepath 默认情况下是30跳
tracepath6 追踪ipv6
巧妙利用了TTL生命周期 - windows里面：
tracert
[root@slave-mysql ~]# tracepath -n 114.114.114.114 # 以数字的形式追踪路由，显示所有下一跳地址1?: [LOCALHOST] pmtu 14921: 192.168.0.1 5.606ms 1: 192.168.0.1 9.015ms 2: 175.8.132.1 163.898ms 3: 61.187.5.233 5.196ms 4: 61.137.10.225 23.914ms 5: 202.97.38.81 27.173ms 6: 218.2.122.34 24.102ms 7: no reply8: no reply9: no reply
C:\Users\Administrator>tracert 114.114.114.114 --》windows里通过最多 30 个跃点跟踪
到 public1.114dns.com [114.114.114.114] 的路由:1 3 ms 3 ms 3 ms 192.168.0.12 6 ms 9 ms 5 ms 175.8.132.13 8 ms 13 ms 12 ms 222.247.30.1894 15 ms * 10 ms 61.137.10.2255 37 ms 25 ms 25 ms 202.97.36.1456 25 ms * *
tracepath ip怎么会知道下一跳地址是什么？如何探测出下一跳地址
tracepath放在icmp协议中，tracepath底层协议封装的数据包仍然是icmp相关的，探路，探测到底有哪些路由。
默认情况30跳，巧妙利用了ttl。第一次ttl=1，每经过一个路由器，ttl减1，包转到下一个路由ttl=0就不转发了，回复主机（同时ip暴露给主机）。下一次ttl=2，慢慢地-1，直到为0后不转发。
路由器转发数据包封装过程
从数据帧的封装和数据包的封装讲起
主机A访问主机B，将192.168.2.2与自己的子网掩码做与运算，算出来A属于1.0网络，B属于2.0网络。
A会查自己的路由表，看有没有对应2.0网络的路由，发现直连路由是1.0，所以只能走默认路由，下一跳地址是192.168.1.1。所以会发arp广播获得1.1的mac地址，目的mac就为22-22。
广播包是不能扩散路由器的，当路由器收到广播包的时候不会让它继续传递下去，因为路由器是隔离广播包的。
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