【云从】三、计算机网络基础

1、网络

网络，即通过通信线路（如光纤、网线）和通信设备（如路由器、光猫），将各类计算机以及终端相互连接起来的产物

应用为了给用户提供服务，需要通过网络传输信息，例如客户端在访问网站服务器时，用户请求以及网站资源均通过网络进行传输

2、网络通信

将一台计算机接入网络，实现通信，需要配置以下三项：

2.1 IP地址

IP地址：由32位二进制数组成，以点分十进制格式表示，用来标识计算机设备，就像寄收快递时的发货方和收货方

IP地址中包含了网络位和主机位，网络位代表IP地址所属的网络，主机位则代表IP地址在所属网络中的主机编号。用一个邮政系统来形象化理解IP地址中的网络位和主机位：

想象一下，整个城市就代表一个大的网络。这个城市有很多个街区（网络），每个街区又有很多栋房子（主机）

网络位：在这个例子中，网络位就像是街区的名称。每个街区都有一个唯一的名字，比如“花园街区”，这表示所有在这个街区内的房子都属于这个特定的区域

主机位：而主机位则像是街区内具体每栋房子的编号。例如，在“花园街区”中，房子可以编号为“101号”、“102号”等。这些编号帮助人们找到具体的房子

所以，一个完整的IP地址就像是“花园街区101号”，其中“花园街区”是网络位（指明了所属的网络），而“101号”是主机位（指明了该网络中的特定设备）

通过这样的方式，数据包在网络中传输时，就能快速找到目的地

2.2 子网掩码

前面提到了IP地址 = 网络位 + 主机位，而网络位占四位IP数字中的几位，则是根据子网掩码来判断的

子网掩码与IP 地址长度相同，并一一对应。以连续的“1”标记 IP 地址中的网络位，连续的“0”标记IP地址中的主机位，子网掩码也可以转换成十进制形式，也可以用子网掩码长度表示”1”的个数，如192.10.1.0/24，24个1，即子网掩码为255.255.255.0，因此，这个IP的网段为192.10.1

2.3 网关

网络位相同的两个IP地址，视为同一网段。不同网段的两个主机进行通信，就需要经过网关。

网关是不同网段之间的出入口，路由器可以解决不同网段之间的通信。

主机发送的数据，会通过网关地址，从该网段出去，并从接受方的网关，进入对方网段，找到接受方设备，完成传输，举个形象例子：

想象一下，你住在一个大型社区（网段）中，社区里有很多的房子（主机）。每栋楼的地址都包含社区的名称（网络位）和楼内的房间号（主机位）。

相同网段：

例如：你住在阳光社区，你的地址是“阳光社区 1栋 101号”，你的朋友甲住在“阳光社区 2栋 202号”。由于你们都在阳光社区这个同一个社区（相同的网络位），所以你们可以直接通过电话或走路彼此联系，不需要经过其他人。

不同网段：

例如：现在你还有一个朋友乙住在“星辰社区”，他的地址是“星辰社区 5栋 303号”。由于你们分别属于不同的社区（不同的网络位），你们不能直接通信。如果你想和他联系，就需要通过自己社区的门卫（网关）。你首先拨打门卫的电话，告诉他你要联系“星辰社区 5栋 303号”。门卫会帮你转接到他的社区的门卫，他们社区的门卫找到你的朋友乙，最后让你们可以顺利通话。

总结： 在这个例子中，相同网段的设备可以直接通信，而不同网段的设备则需要通过网关（门卫）进行中转，这样才能实现相互之间的通信

最后，网关地址，可以是这个网段的任何一个地址，但一般设置为本网段的第一给或者最后一个可用地址，如上面的192.10.1.254，自然也可以是192.10.1.1

2.4 私有地址和公有地址

根据互联网通信协议第四版，也就是IPV4，IP地址由32位二进制数构成，可以算出，IP地址的总数有42.9亿左右，随着互联网的发展，IP地址肯定会不够用。鉴于此，将 IP 地址划分为私有地址和公有地址，然后通过NAT网络地址转换技术以缓解IP 地址短缺的问题：

• 私有地址：作局域网内部分配使用的地址
• 公有地址：在公有网络分配使用，可以直接访问互联网的地址

PS：局域网（LAN）通常是指在有限地理范围内（如家庭、办公室或校园）连接的计算机和设备。不同的局域网之间通常是相互隔离的。这意味着，一个局域网中的设备通常无法直接访问另一个局域网中的设备。隔离可以通过路由器、防火墙等实现。

计算机规定了三个私有地址范围，其余的IP地址，均为公有地址。私有地址只能在私有网络中使用，互联网如果识别到一个数据的来源或者目标IP地址是私有IP，就会立刻终止这一次的网络传输。如此划分后，因为私有网络之间是相互隔离的，因此，即使私有地址重复，也不会引起冲突，这样就很大程度的缓解了IP地址枯竭的问题。形象的说，私有IP地址就像学号，可以在A学校使用，也可以在B学校使用，但公有IP地址就像身份证号，要有唯一性。

私有地址范围:
10.0.0.0-10.255.255.255
172.16.0.0-172.31.255.255
192.168.0.0-192.168.255.255

根据这个IP地址，以10.0.0.0-10.255.255.255为例，其32位IP地址的二进制数中，可改变的有32-8 = 24位，因此，这个范围的可用IP地址有2的24次方个，再减去网络地址和广播地址，即2^24 - 2个可用地址，同理，下面两个的可用地址数为2^20- 2和2^16 - 2，自然的：

• 小型公司：推荐使用192.168.x.x 范围，因为地址管理相对简单
• 中型公司：推荐使用172.16.x.x 范围
• 大型公司：推荐使用10.x.x.x 范围

2.5 NAT网络地址转换

生活中，连接了家庭网络的手机电脑等，即使分配了私有网络地址，也可以访问互联网，这是因为家庭网络设备默认开启NAT网络地址转换功能。NAT可以将私有IP地址转换成公有IP地址。

私有网络连通公有网络需要通过 几AT网络地址转换技术来实现。

3、网络架构及设备

如上图，公司分办公区和机房两个空间，前者是办公用的计算机，后者则是服务器，为了区分，通常会给他们设置不同的网段。同一个区域的设备通过交换机连接在一起，交换机解决的是同网段计算机之间的数据传输，还可以将发送到其他网段的数据，交给其上层的设备 – 路由器，进行路由转发，路由器一般与交换机相连，负责解决不同网段之间计算机的通信问题，此外，企业私有网络中的计算机要访问互联网时，路由器会将这部分流量指引流向通信运营商的设备，最后，为了保障整个私有网络的安全，流量进出公网之前通常会经过防火墙的过滤。