2.网络排错

网络基础–故障排错

提问于 07 月 28 日
修改于 11 月 03 日
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一、IP地址计算：网络地址与广播地址

通过子网掩码与IP地址做相与运算（都为1则为1，1和0则为0，0和0则为0）得到网络地址；网络地址的主机位全置为1 即为广播地址。

示例：192.168.1.100/24

  1. 十进制转二进制
    • IP地址：1100 0000 1010 1000 0000 0001 0110 0100
    • 子网掩码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000
  2. 相与运算得网络地址
    • 二进制：1100 0000 1010 1000 0000 0001 0000 0000
    • 十进制：192.168.1.0
  3. 主机位全1得广播地址
    • 二进制：1100 0000 1010 1000 0000 0001 1111 1111
    • 十进制：192.168.1.255

任务清单：计算以下IP的网络地址和广播地址

  1. 10.85.192.13/10
  2. 172.16.150.149/17
  3. 192.168.168.25/23
  4. 12.39.139.32/26

二、两台电脑模拟网络直连实验

实验环境：VMware软件，两台Windows虚拟机，网卡模式设置为仅主机网络模式。

实验一

  • vm1配置：192.168.100.100/24 子网掩码 255.255.255.0
  • vm2配置：192.168.100.254/24 子网掩码 255.255.255.0
  • 验证：能否互通？
  • 备注：若ping不通，检查操作系统防火墙是否关闭。

实验二

  • vm1配置：192.168.100.100 子网掩码 255.255.255.0
  • vm2配置：192.168.99.254 子网掩码 255.255.255.0
  • 验证：能否互通？并解释原因。

实验三

  • vm1配置：192.169.100.100 子网掩码 255.255.255.0
  • vm2配置：192.168.100.100 子网掩码 255.255.255.0
  • 验证：能否互通？并解释原因。

实验四

  • vm1配置：192.168.240.100 子网掩码 255.255.240.0
  • vm2配置：192.168.245.100 子网掩码 255.255.240.0
  • 验证：能否互通？并解释原因。

实验五

  • vm1配置：172.16.100.100 子网掩码 255.255.0.0
  • vm2配置：192.16.100.100 子网掩码 255.255.0.0
  • 验证：能否互通？并解释原因。

实验六

  • vm1配置：172.16.100.100 子网掩码 192.0.0.0
  • vm2配置：172.31.100.100 子网掩码 192.0.0.0
  • 验证：能否互通？并解释原因。

三、核心网络设备

1. 交换机（Switch）

交换机是局域网（LAN）核心设备，工作在OSI数据链路层（第2层），核心功能如下：

  • 数据帧转发：通过识别设备MAC地址，精准转发数据，避免广播泛滥。
  • 独享带宽：每个端口提供独立带宽（如千兆以太网），设备间通信互不干扰。

2. 路由器（Router）

路由器是跨网络通信关键设备，工作在OSI网络层（第3层），核心功能如下：

  • 跨网转发数据包：实现不同网络之间的通信（如内网连接互联网）。
  • 路径选择：基于IP地址选择最优数据传输路径。

四、网络故障排错过程（思路）

按照以下步骤逐步排查，定位故障点：

  1. ping 127.0.0.1 或本机IP

    • 通：本地网卡驱动和IP配置正确。
    • 不通：网卡故障或IP配置异常；若IP为169.254.X.X，代表IP地址冲突。
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    C:\Users\new>ipconfig
    Windows IP 配置
    以太网适配器 Ethernet0:
       自动配置 IPv4 地址  . . . . . . . : 169.254.50.49
       子网掩码  . . . . . . . . . . . . : 255.255.0.0
       默认网关. . . . . . . . . . . . . :

  2. ping 网关地址

    • 通：主机到网关的链路正常。
    • 不通：检查路由器是否开启ICMP响应，或排查主机到网关的链路故障。

  3. ping 公网IP地址（如 8.8.8.8、114.114.114.114）

    • 通：路由器到公网的链路正常；能否上网还需检查DNS配置。
    • 不通：公网链路故障。

  4. ping www.baidu.com

    • 通：网络配置（含DNS）完全正确。
    • 不通：检查DNS相关配置。

五、DNS相关知识

1. 全球13个根服务器IP地址

根服务器域名 IP地址
a.root-servers.net. 198.41.0.4
b.root-servers.net. 199.9.14.201
c.root-servers.net. 192.33.4.12
d.root-servers.net. 199.7.91.13
e.root-servers.net. 192.203.230.10
f.root-servers.net. 192.5.5.241
g.root-servers.net. 192.112.36.4
h.root-servers.net. 198.97.190.53
i.root-servers.net. 192.36.148.17
j.root-servers.net. 192.58.128.30
k.root-servers.net. 193.0.14.129
l.root-servers.net. 199.7.83.42
m.root-servers.net. 202.12.27.33

任务清单

  1. 用自己的话描述DNS查询过程。
  2. 清晰说明网络故障的排错思路。
  3. 阐述浏览器输入域名后，背后发生的全过程。

六、VMware 三种网络类型

网络类型 特点
桥接模式 与宿主机同网段，可访问宿主机及宿主机所在网络的所有设备
NAT模式（默认） 与宿主机不同网段，通过虚拟NAT设备访问外网；宿主机网络无法访问虚拟机
仅主机网络模式 仅虚拟机之间可互通，无法访问外网和宿主机网络；适合独立网络实验、高危测试

七、如何重置VMware的网络配置

  1. 关闭所有正在运行的虚拟机（未关闭无法重置）。
  2. 打开VMware，找到虚拟网络编辑器。
  3. 更改虚拟网卡配置或点击还原网卡配置。

查看VMware默认网卡地址

  1. 打开虚拟网络编辑器。
  2. 找到对应网卡的地址信息。

八、IP地址补充知识

1. IP地址分类（A、B、C、D、E类）

类别 特征（二进制开头） 网络号范围 私有地址范围 子网掩码
A类 0 1.0.0.0—126.0.0.0 10.0.0.0—10.255.255.255 255.0.0.0
B类 10 128.0.0.0—191.255.0.0 172.16.0.0—172.31.255.255 255.255.0.0
C类 110 192.0.0.0—223.255.255.0 192.168.0.0—192.168.255.255 255.255.255.0
D类（组播） 1110 224.0.0.0—239.255.255.255 - -
E类（实验） 1111 240.0.0.0—255.255.255.254 - -

注意：127.X.X.X 为环回地址，用于本地测试。

2. 内网IP（私有地址）

私有地址仅用于局域网，不会在公网路由，具体范围：

  • 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. 特殊IP地址

地址 用途
127.X.X.X 环回地址，本机测试
169.254.X.X IP地址冲突或无DHCP服务器时自动分配
0.0.0.0 仅作源地址，服务监听所有网络接口
255.255.255.255 通用广播地址
网络地址（主机位全0） 表示网络本身，如 192.168.1.0/24
广播地址（主机位全1） 本网段广播，如 192.168.1.255/24

4. VLSM技术

IP地址仅按A、B、C类划分会造成大量浪费，可变长子网掩码（VLSM） 可在类网络基础上进一步划分子网，提高地址利用率。

九、OSI七层模型

1. 分层思想

将复杂的网络通信问题拆分为多个层级，每个层级专注解决一类问题，简化整体设计与故障排查。

类比：计算房间能塞多少乒乓球 → 拆分步骤：计算房间体积 → 计算乒乓球等效体积 → 除法估算数量。

2. 各层数据单元

层次 数据单元
传输层 数据段
网络层 数据包
数据链路层 数据帧
物理层 比特流

3. 各层对应主要设备

层次 主要设备
传输层 防火墙
网络层 路由器
数据链路层 交换机
物理层 网卡

十、传输层协议（TCP/UDP）

TCP和UDP是传输层核心协议，特性对比：

对比项 TCP（传输控制协议） UDP（用户数据报协议）
连接方式 面向连接（三次握手建立连接） 面向无连接
可靠性 可靠传输，丢包自动重传，数据按序到达 不可靠，可能丢包、乱序
速度 较慢（需确认、重传、排序） 较快（无额外开销）
流量控制 支持 不支持
适用场景 网页浏览、文件传输、邮件（需数据完整） 视频直播、游戏、DNS查询（需速度优先）

1. TCP三次握手（建立连接）

  1. 第一次握手：客户端发送 SYN=1，随机生成序号 seq=J，进入 SYN_SENT 状态。
  2. 第二次握手：服务器回复 SYN=1、ACK=1，确认号 ack=J+1，随机生成序号 seq=K，进入 SYN_RCVD 状态。
  3. 第三次握手：客户端回复 ACK=1，确认号 ack=K+1，双方进入 ESTABLISHED 状态，开始传输数据。

2. TCP四次挥手（断开连接）

  1. 第一次挥手：客户端发送 FIN=1，序号 seq，进入 FIN_WAIT_1 状态（无数据发送）。
  2. 第二次挥手：服务器回复 ACK=1，确认号 ack=seq+1，客户端进入 FIN_WAIT_2 状态。
  3. 第三次挥手：服务器发送 FIN=1，请求关闭连接，进入 LAST_ACK 状态。
  4. 第四次挥手：客户端回复 ACK=1，确认号 ack=seq+1，进入 TIME_WAIT 状态；等待2MSL后，确认服务器关闭，客户端关闭连接。

说明：小写 ack 是确认号，大写 ACK 是TCP标志位。