计算机网络——总结

01. 网络的发展及体系结构

网络演进历程

从1969年ARPANET的4个节点发展到如今覆盖全球的互联网，网络技术经历了电路交换到分组交换、有线连接到无线覆盖的革命性变革。5G时代的到来使得网络传输速度突破10Gbps，物联网设备数量突破百亿级别。

网络体系结构模型

• OSI七层模型（理论框架）：
  应用层->表示层->会话层->传输层->网络层->数据链路层->物理层

• TCP/IP四层模型（实际应用）：
  应用层（HTTP/FTP/SMTP）
  传输层（TCP/UDP）
  网络层（IP/ICMP）
  网络接口层（Ethernet/Wi-Fi）

02. IP地址及子网掩码

IPv4地址体系

• 32位二进制，点分十进制表示（如192.168.1.1）

• 地址分类：

  • A类：1.0.0.1 ~126.255.255.254（/8）

  • B类：128.1.0.1 ~191.255.255.254（/16）

  • C类：192.0.1.1 ~223.255.254.254（/24）

子网划分实践

# 计算可用主机数示例

mask = 26

host_bits = 32 - mask

available_hosts = 2**host_bits - 2 # 减去网络地址和广播地址

print(f"/{mask}掩码可用地址数：{available_hosts}") # 输出62

03. IP，MAC，ARP三剑客

地址协同工作机制

层	地址类型	特点
网络层	IP地址	逻辑地址，可路由
数据链路层	MAC地址	物理地址，全球唯一

ARP协议流程：

1. 主机A查询本地ARP缓存

2. 发送ARP广播请求（目标IP→MAC）

3. 目标主机B单播回复MAC地址

4. 更新ARP缓存表（有效期通常120s）

04. 交换机的智慧

核心功能解析

• MAC地址表学习：
  通过源MAC自动建立端口映射表

• 帧转发策略：

  • 单播：直接转发到目标端口

  • 广播：泛洪到所有端口

  • 未知：执行泛洪操作

VLAN技术：通过802.1Q协议实现逻辑网络隔离，典型配置：

Switch(config)# vlan 10
Switch(config-vlan)# name Sales
Switch(config-if)# switchport access vlan 10

05. 路由器的世界

路由决策机制

• 路由表组成要素：

  • 目标网络

  • 子网掩码

  • 下一跳地址

  • 出接口

  • 度量值（跳数、带宽等）

动态路由协议对比：

协议类型	典型协议	更新方式	适用场景
距离矢量	RIP	定期全量更新	小型网络
链路状态	OSPF	触发式更新	中大型企业网络
路径矢量	BGP	增量更新	互联网骨干

06. DHCP服务揭秘

地址分配四步曲

1. DHCP Discover：客户端广播发现

2. DHCP Offer：服务器响应提议

3. DHCP Request：客户端确认请求

4. DHCP ACK：最终分配确认

租期管理策略：

• 默认租期：8天（691200秒）

• T1时间（50%）：客户端尝试续租

• T2时间（87.5%）：广播重新绑定

07. DNS域名解析系统

解析过程详解

graph LRA[客户端] --> B[本地DNS]B -->|缓存命中| AB --> C[根服务器]C --> D[顶级域.com]D --> E[权威DNS]E --> BB --> A

记录类型大全：

• A记录：IPv4地址映射

• AAAA：IPv6地址映射

• MX：邮件服务器记录

• CNAME：域名别名

• TXT：文本验证信息

08. NAT网络地址转换

转换类型对比

类型	端口处理	连接数	典型应用
静态NAT	一对一固定映射	1:1	服务器发布
动态NAT	地址池轮询	N:M	企业内网
PAT(PNAT)	端口多路复用	1:∞	家庭宽带

NAT转换表示例：

内部地址	外部地址	协议	外部端口
192.168.1.10:5566	203.0.113.5:12345	TCP	80