[网络协议]小凉学网络之掩码套娃

一、WIFI怎么玩？

1、fps是什么？

无线信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接， 它的传播路径也有可能不只一条，我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，可以想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道， 无线信道也就是常说的无线的 “ 频段（Channel）”。

信道容量反映了信道所能传输的最大信息量。 信道容量可以表示为单位时间内可传输的二进制位的位数（称信道的数据传输速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，简记为bps。
bps bit/s： 每秒钟有多少bit的数据经过
fps: frame per second 每秒钟有多少个数据帧经过

2、双频路由2.4GHz和5GHz

• 2.4GHz标准频段 ，微波炉、无线摄像头、蓝牙设备，很多设备都用，信号就会变得过于拥挤。他有11个信道可供选择，但是只有三个是不重叠的，所以基本上只有三个可靠信道可供选择。但是他传输距离远呀，还能穿墙，这就很棒。
  
• 5GHz 新频段用的比较少，可以缓解网络速度慢的问题，值得一说，他有25个不重叠信道，有时候受到其他无线设备的干扰，可能就需要切换到不同的信道，这时候就有很多信道可以切换啦。但是频率越高，波长越短，穿墙难度越大。

二、用子网掩码套娃缓解IP枯竭

初学计算机的时候，一直有一个疑问。由于有子网掩码，相同的IP可以指代不同的计算机，使用网络掩码就可以让IP地址变多，IPv4地址枯竭根本不存在呀。
1.1.1.1/1，1.1.1.1/2，1.1.1.1/3 … 1.1.1.1/30，1.1.1/31，1.1.1.1/32 可以给32台计算机使用，全球60亿人口，2³² *32=2³⁷=1374亿个，每人最少可以分几十个玩吧。怎么会不够用？

1、想得美，根本套不了

假命题：条件为假，结论必然为假。
首先IP是唯一标识，就像身份证号，使用子网掩码，他还是同一个IP，多人使用必然会冲突，也就是根本不能套娃。
但是上百度一搜，子网掩码的作用：

一是用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。二是用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络。
使用子网是为了减少IP的浪费。因为随着互联网的发展，越来越多的网络产生，有的网络多则几百台，有的只有区区几台，这样就浪费了很多IP地址，所以要划分子网。使用子网可以提高网络应用的效率。

认真研读了一下这段话，好像并没有说能增加IP，那这网上说的减少了IP的浪费，提高了网络应用的效率，到底是个啥意思？

2、从通信角度看掩码

网络到底是什么，网络听起来好抽象的样子，计算机网络，简化来说就是计算机连接而成的网。而计算机网络世界的计算机通信，其实就三种通信模式：

• 1）主机和自己通信
  比如 主机=1.1.1.1，当与自己通信时，目的IP=1.1.1.1。当这个IP报文到达本机的IP路由转发模块时，目的IP = 自己接口IP。按照预先设定，将其从发送链表删除并移到接收链表尾部。

  常见操作，ping 127.0.0.1，回环地址，目的就是检测本机的回路是否正常， 如果正常，则说明本机的TCP/IP协议安装正常。如果连这个都不正常，则说明连TCP/IP协议都出了问题，那就需要从系统层面，先修复TCP/IP协议来解决所碰到的网络故障了。

  整个过程，IP报文不过在TCP/IP内部兜了一圈，没有到达硬件网卡。这里根本没有掩码什么事。

• 2）主机和广播域内其他主机通信
  如果主机1.1.1.1与1.1.1.200通信，该如何通信？
  这不是个问题，既然和自己的IP不相同，那么只要从硬件网卡发出就ok了。

  那网卡如何填写目的MAC地址？
  这也不是问题，可以用ARP广播请求1.1.1.200的MAC地址。

  假设主机1.1.1.1使用24位掩码，即1.1.1.1/24，那么主机用24位掩码，mask自己的IP，得到1.1.1。
  同样，mask 1.1.1.200，得到同样的1.1.1。故两者位于相同的广播域,就可以通信。

  但是ARP广播消息无法跨越不同广播域传输。
  假设主机1.1.1.1使用25位掩码，即1.1.1.1/25，那么主机用25位掩码，mask自己的IP，得到1.1.1.0。
  同样的，mask 1.1.1.200，得到不一样的1.1.1.128。
  由于1.1.1.0 ≠ 1.1.1.128，不在一个广播域，这样的方式就无法通信了。

• 3）主机和广播域外其他主机通信
  主机1.1.1.1/25发现1.1.1.200位于另外的广播域，但是ARP广播消息无法跨越不同广播域传输。于是决定将其扔给自己的网关1.1.1.126代为转发。

  问题是怎么扔？目的MAC填谁的？
  当然填网关的MAC了，否则到达网关的网卡也会被丢弃。

  可以ARP广播发现网关的MAC吗？（arp地址表的存在，不会让他每次都广播）
  当然可以了，因为网关和自己在一个广播域。

  怎么就在同一个广播域了？
  因为1.1.1.126 使用25位掩码做mask操作，与1.1.1.1 是相同的。

  当报文到达网关，剥离以太帧头，网关发现目的IP = 1.1.1.200 和自己另外一个接口 = 1.1.1.254 在一个相同的广播域。于是ARP广播发现其MAC地址，于是将IP报文完成封装，将其发给真正的目的地主机 = 1.1.1.200。

  如果网关发现目的IP= 8.8.8.8，自己的任何端口都和它都不在一个广播域，如何处理？
  这依然是不同广播域之间的通信，网关最坏的情况，查询路由表匹配到0.0.0.0/0，并按照0.0.0.0/0的指示，将其发给更靠近目的地的下一跳网关。通过N次相同迭代，和8.8.8.8相同广播域（物理直连）网关，再完成相同广播域主机之间通信，整个迭代过程完成收敛。

3、还是能套，但只能套一点

全球IP地址：全球IP配置在TCP/IP协议栈里，可以与世界任何终端自由自在通信，这是一个美好的愿望。 但是呢，TCP/IP协议的设计者没有什么远见，IP地址只有32位，全球IP只有40亿+，很快全球IP被瓜分完毕。

全球IP，供不应求，IPv6蓄势待发，私有IP应运而生。
IPv6国内没有城市使用，只有一部分高校在试用。根本还没有用起来。

我们会发现ipconfig和浏览器查询出的ip不一样。其实就是使用的私有IP。
互联网管理机构颁布一项新的规定，无法拥有全球IP的电脑、手机终端可以自由使用以下三个号段的IP地址：
10.0.0.0/8
172.16.0.0/12
192.168.0.0/16

但是互联网管理机构又规定，私有IP报文不能进入Internet。
诶，就是玩？私有IP报文既然不能进入Internet，意味着无法上网，配置这些私有IP又有何用呢？
看这个图，可能就顶端那一个路由器网口使用公有IP

互联网管理机构早就想好了，用户私有IP报文，当流经网关时，修改成网关的全球IP不就可以了吗？这就是上文所说的从通信角度看掩码，多台终端从共用同一个公有IP，这不就是解决了IP的浪费嘛。从结果看，还是能套娃，但只能套一点。

4、提高网络应用性

那又说用子网掩码可以提高网络应用性，是怎么回事？
对于主机来说，仅仅是判断要通信的主机是否和自己在相同广播域。对于网关（路由器）来说，掩码长度长短，仅仅表示哪条路径更可信。
比如一个包裹收件人地址 = 广东省深圳市南山区南十二路 xxx

网关现在有四条路：

1 广东省
2 广东省深圳市
3 广东省深圳市南山区
4.广东省深圳市南山区南十二路

做为网关应该优选哪条路？

当然是4，因为它更具体，更可信！这个原理跟路由器转发IP报文的原理是几乎一致的。

三、计算机网络？

1、路由协议？选路协议

当然，路由器是有路由表的， 路由表存储着指向特定网络地址的路径（有时候还记录有路径的路由度量值）。路由表中含有网络周边的拓扑信息。路由表建立的主要目标是为了实现路由协议和静态路由选择。
缺省路由，一般是0.0.0.0，也可以自己配置。
静态路由，自己配就完了。

动态路由，那就得说路由协议了，有点抽象，其实就是选路协议

按照范围分：
IGP(内部网关协议):RIP OSPF IS-IS
EGP(外部网关协议):BGP EIGRP

按照算法分：
距离矢量：RIP
链路状态：OSPF、IS-IS
混合型：BGP EIGRP

能够竞争进入路由表的协议有：OSPF（10）、IS-IS Level1（15）、IS-IS Level2（20）、RIP（120）、EIGRP（90）、BGP（20，200），还有直连路由（0）以及静态路由（1）, 括号里为它们AD优先级，外部BGP为20，内部BGP为200。

EBGP 外部边界网关协议，不同AS自治系统间交换路由信息。
IBGP 内部边界网关协议,同一个AS间路由信息，使用统一的内部路由协议的网络就是一个AS。

目前常用路由协议的AD优先级为：
直连路由> 静态路由 > EBGP > EIGRP > OSPF> ISIS > RIP > IBGP

优先级度量标准：路径长度、可靠性、延迟、带宽、负载 -> 可信度和cost（成本）

OSPF的AD优先级高，IS-IS的AD优先级低，如果同时运行OSPF和IS-IS，则IS-IS所有路由条目都不会进入路由表。是这样吗？
当然不是，只有同等的路由条目才可以使用AD值的优先级来决定去留，如果不是同等的路由条目，压根不会去比较AD优先级。

2、谁是甲方？4G还是TCP/IP

可以把TCP/IP比作快递物流公司，把4G可以比作高速公路
甲方： 浏览器、聊天软件
乙方： TCP/IP
乙方的乙方： 4G

4G代表是硬件实力，而TCP/IP则代表软件实力。只有软硬全面发展，才能带来飞速的流量速度与效率。

• 1）硬实力提升：5G （5G > 4G > H > 3G > E > 2G）
  4G，Forth Generation的缩写，经常还写作LTE，Long Term Evolution的缩写，意思是人类与移动通信的斗争是持久战。

• 2）软实力提升：
  传统的TCP流量调度算法，基于丢包来决定发送速率，已经严重制约了人类对高速通信的追求。后来通过增加路由器的的缓冲队列，来缓冲互联网上无法及时转发的IP报文，本意是提高物流速度，可是无限制增加缓冲队列非但没有增加网速，反而让互联网更慢了。
  Google公司BBR流量调度算法，实时测量IP报文的吞吐效率，然后让TCP的发送速率等于或接近实时测量IP报文的吞吐效率，可以更有效地利用网络，从而提高网速。

3、TCP流量控制与BBR流量调度算法

TCP需要有自己的流量调度，滑动窗口机制。

发送窗口只有收到对端对于本段发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的左边界。
接收窗口只有在前面所有的段都确认的情况下才会移动左边界。当在前面还有字节未接收但收到后面字节的情况下，窗口不会移动，并不对后续字节确认。以此确保对端会对这些数据重传。

BBR流量调度算法，引自[dog250]的博客，我不太懂，就不班门弄斧了。

四、十分钟组个网

算了，就这样吧

画图板画了个简图，是有点丑呀。。。

该文章部分引用B站比尔迈克视频。
BBR流量调度算法，引自[dog250]的博客。
该文章部分引自微信公众号车小胖谈网络。