第1讲 | 为什么要学习网络协议？

1.协议三要素

• 语法，就是这一段内容要符合一定的规则和格式。例如，括号要成对，结束要使用分号等。
• 语义，就是这一段内容要代表某种意义。例如数字减去数字是有意义的，数字减去文本一般来说就没 有意义。
• 顺序，就是先干啥，后干啥。例如，可以先加上某个数值，然后再减去某个数值。

只有通过协议， 计算机才知道我们想让它做什么。
只有通过网络协议，才能使一大片机器互相协作、共同完成一件事。

TCP 协议里面会有两个端口，一个是浏览器监听的端口，一个是电商的服务器监听的端口。操作系统往往通过端口来判断，它得到的包应该给哪个进程。

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第2讲 | 网络分层的真实含义是什么？

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现实生活中，往往是员工说一句，组长补充两句，然后经理补充两句，最后总经理再补充两句。
但是在 网络世界，应该是总经理说话，经理补充两句，组长补充两句，员工再补充两句。

那 TCP 在三次握手的时候，IP 层和 MAC 层在做什么呢？当然是 TCP 发送每一个消息，都会带着 IP 层 和 MAC 层了。因为，TCP 每发送一个消息，IP 层和 MAC 层的所有机制都要运行一遍。而你只看到 TCP 三次握手了，其实，IP 层和 MAC 层为此也忙活好久了。

这里要记住一点：只要是在网络上跑的包，都是完整的。可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。
所以，对 TCP 协议来说，三次握手也好，重试也好，只要想发出去包，就要有 IP 层和 MAC 层，不然 是发不出去的。

一个 HTTP 协议的包经过一个二层设 备，二层设备收进去的是整个网络包。这里面 HTTP、TCP、 IP、 MAC 都有。什么叫二层设备呀，就 是只把 MAC 头摘下来，看看到底是丢弃、转发，还是自己留着。那什么叫三层设备呢？就是把 MAC 头摘下来之后，再把 IP 头摘下来，看看到底是丢弃、转发，还是自己留着。

第3讲 | ifconfig：最熟悉又陌生的命令行

IP 地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，相当于我们现实世界的门牌号码

1.无类型域间选路（CIDR）

有了一个折中的方式叫作无类型域间选路，简称CIDR。这种方式打破了原来设计的几类地址的做 法，将 32 位的 IP 地址一分为二，前面是网络号，后面是主机号。从哪里分呢？你如果注意观察的话可 以看到，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。

伴随着 CIDR 存在的，一个是广播地址，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 地址进行 AND 计算。前面三个 255，转成二进制都是 1。1 和任何数值取 AND，都是 原来数值，因而前三个数不变，为 10.100.122。后面一个 0，转换成二进制是 0，0 和任何数值取 AND，都是 0，因而最后一个数变为 0，合起来就是 10.100.122.0。这就是网络号。将子网掩码和 IP 地址按位计算 AND，就可得到网络号。

2.公有 IP 地址和私有 IP 地址

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公有 IP 地址有个组织统一分配，你需要去买。如果你搭建一个网站，给你学校的人使用，让你们学校的 IT 人员给你一个 IP 地址就行。但是假如你要做一个类似网易 163 这样的网站，就需要有公有 IP 地址， 这样全世界的人才能访问

3.MAC 地址，是一个 网卡的物理地址，用十六进制，6 个 byte 表示。

MAC 地址更像是身份证，是一个唯一的标识。
它的唯一性设计是为了组网的时候，不同的网卡放在一个 网络里面的时候，可以不用担心冲突。从硬件角度，保证不同的网卡有不同的标识。

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。

MAC 层有 MAC 的头，以太网 规定连 MAC 头带正文合起来，不允许超过 1500 个字节。正文里面有 IP 的头、TCP 的头、HTTP 的 头。如果放不下，就需要分片来传输。
总结

• IP 是地址，有定位功能；MAC 是身份证，无定位功能；
• CIDR 可以用来判断是不是本地人；
• IP 分公有的 IP 和私有的 IP。

第4讲 | DHCP与PXE：IP是怎么来的，又是怎么没的？

1.如何配置 IP 地址？

你看着它有自己的源 IP 地址 16.158.23.6，也有目标 IP 地址 192.168.1.6，但是包发不出去，这 是因为 MAC 层还没填。
自己的 MAC 地址自己知道，这个容易。但是目标 MAC 填什么呢？是不是填 192.168.1.6 这台机器的 MAC 地址呢？
当然不是。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。
如果你配置了网关的话，Linux 会获取网关的 MAC 地址，然后将包发出去。对于 192.168.1.6 这台机器 来讲，虽然路过它家门的这个包，目标 IP 是它，但是无奈 MAC 地址不是它的，所以它的网卡是不会把 包收进去的。
如果没有配置网关呢？那包压根就发不出去。
如果将网关配置为 192.168.1.6 呢？不可能，Linux 不会让你配置成功的，因为网关要和当前的网络至 少一个网卡是同一个网段的，怎么可能 16.158.23.6 的网关是 192.168.1.6 呢？
真正手动配置ip的时候，一定不是直接用命 令配置的，而是放在一个配置文件里面。不同系统的配置文件格式不同，但是无非就是 CIDR、子网掩 码、广播地址和网关地址。

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

如果是数据中心里面的服务器，IP 一旦配置好，基本不会变，这就相当于买房自己装修。 DHCP 的方式就相当于租房。你不用装修，都是帮你配置好的。你暂时用一下，用完退租就可以了。

3.解析 DHCP 的工作方式

新来的机器使用 IP 地址 0.0.0.0 发送了一个广播包，目的 IP 地址为 255.255.255.255。广播包封装在 UDP 里面，UDP 封装在 BOOTP 里面。其实 DHCP 是 BOOTP 的增强版，但是如果你去抓包的话，很 可能看到的名称还是 BOOTP 协议。

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只有 MAC 唯一，IP 管理员才能知道这是一个新人，需要租给它一个 IP 地址，这个过程我们称为DHCP Offer。同时，DHCP Server 为此客户保留为它提供的 IP 地址，从而不会为其他 DHCP 客户分配此 IP 地址。

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此时，由于还没有得到 DHCP Server 的最后确认，客户端仍然使用 0.0.0.0 为源 IP 地址、 255.255.255.255 为目标地址进行广播。在 BOOTP 里面，接受某个 DHCP Server 的分配的 IP。

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当 DHCP Server 接收到客户机的 DHCP request 之后，会广播返回给客户机一个 DHCP ACK 消息包， 表明已经接受客户机的选择，并将这一 IP 地址的合法租用信息和其他的配置信息都放入该广播包，发给 客户机，欢迎它加入网络大家庭。

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4.预启动执行环境（Pre-boot Execution Environment），简称PXE。

解析 PXE 的工作过程

小结

DHCP 协议主要是用来给客户租用 IP 地址，和房产中介很像，要商谈、签约、续租，广播还不 能“抢单”；
DHCP 协议能给客户推荐“装修队”PXE，能够安装操作系统，这个在云计算领域大有用处。