网络基础知识详解：从局域网到广域网，了解计算机网络的定义与分类

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    第一部分：什么是网络？

    计算机网络是利用通信线路和通信设备，将分布在不同位置的多个具有独立功能的计算机系统连接起来，在网络操作系统、通信协议和网络管理软件的协调下，实现资源共享和信息传递。

    网络通信的重要性

    资源共享是通过在应用程序之间传递信息来实现的。

    网络之间的通信是端到端的。

    网络分类范围

    局域网 （LAN）：几米~几公里。

    城域网 （MAN）：通常是具有多个 LAN 的城市。

    广域网 （WAN）：国家/地区、大洲、世界，具有多个 LAN 和 MAN。

    结构

    总线类型;

    Ring（只有拿到 Token 的人才能发送数据）;

    树形;

    星;

    网;

    传输介质

    双绞线电缆：分为直通电缆（同类设备之间不使用，如PC-> Swith/Hub、->）、交叉电缆（同类设备使用，如：->、->）、全反向电缆（不用于以太网连接，用于PC->、->

    ）。

    同轴电缆：成本高，目前只使用有线电缆。

    光纤：快速、安全、抗干扰性强，分为单模和双模。

    无线：微波、卫星、红外、蓝牙。

    网卡

    网卡（也称为网络适配器）是将计算机连接到网络的硬件设备。

    网卡的主要工作是将计算机发送到网线的数据整理出来，并将数据分解成大大小小的数据包发送到网络，并将接收到的数据缓存起来。

    苹果电脑

    MAC是网卡上的一个48位段，每段8位的地址，是网卡在网络中的标识码，其中0~23位称为组织唯一标识局域网节点，24~47位由制造商分配，第8位为组播标志位。

    冲突域

    冲突域是当两台计算机同时通信时接受冲突片段的设备集合。

    广播域

    向所有节点发送消息是强制性的，会降低网络执行效率，并且不安全。

    组 播

    消息将发送到所有节点，可选

    单播

    一对一发送

    IP地址

    IP 是网络上每台计算机的数字标识符，表示设备在网络上的位置，IP 地址是软件地址，MAC 是硬件地址，并被硬编码到网卡中，用于定位本地网络中的主机。

    IP 寻址不需要考虑两个网络之间的差异。

    IP 地址为 32 位，由 4 个段组成，每个段 8 位。

    什么是集线器？

    一个 hub 被理解为一个早期的开关，一个层层设备，无法识别任何控制信息，转发机制是将信号放大（恢复接收到信号的频率）加上泛洪处理，所有连接的 hub 设备都是一个冲突域。

    集线器是纯物理层设备，不具备智能功能，因此发送数据不是目标。

    Hub 是不可分片的广播域和冲突域。

    注意：信号放大是所有网络设备都采用的一种机制。

    什么是交换机？

    交换机具有高带宽的反向总线和内部结构，这是一种用于电信号转发的网络设备，可以为连接到交换机的任意两个网络节点提供专用的电信号路径。

    交换机的所有端口都连接到这个反向总线上，当控制电路收到数据包时，处理端口会查找内存地址表，以确定目标 MAC 的 NIC 连接到哪个端口，并通过内部结构快速将数据包传输到目标端口。

    这

   

    交换机更适用于源 MAC 地址学习和目标 MAC 地址转发。

    交换机具有多个冲突域，具有多个端口，但只有一个广播域。

    交换机的工作特性：在已知的单播帧上进行相应的端口转发;未知帧的广播和 MAC 学习;广播帧和组播帧的直接转发;

    交换机的工作过程：收到数据包后，进行 MD5 算法查询 FCS 的帧号是否匹配，如果匹配，则查询 MAC 地址，然后转发给交换机 MAC 地址所在的机器。

    交换机不能切断广播域，但可以切断冲突域。

    什么是路由器？

    路由器是连接多个网络或网段的设备，可以在不同的网络或网段之间转换数据，使不同的网段可以读取彼此的数据，从而形成更大的网络，因此路由器是应用于不同网段和网络的设备。

    路由器可以切割广播域和冲突域。

    为什么路由器可以翻译？

    路由器不是简单的硬件设备，而是将硬件和软件相结合的设备。

    路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，是网络层的互联设备，具有隔离广播的功能，路由器的每个端口都是一个广播和冲突域，有的路由器集成了防火墙等功能。

    反差

    比较项目

    路由器

    开关

    枢纽

    转发速度

    慢

    快

    很快

    OSI 层

    三层楼

    三楼

    第 1 层

    地址

    逻辑地址 （IP）。

    物理地址 （MAC）。

    比特流

    广播

    块

    向前

    向前

    安全

    高

    低

    非常低

    帧中继

    连接相距较远的路由器，就像共享同一个网段。

    端口号的分区

    1~1023：已知端口，如 Http 协议，占用 80 端口;

    1024~65535：为非知名端口，如服务器的端口可设为 8089;

    注意：数据的 IP 地址和端口都封装在数据头中，从而加快了转发速度。

    加密

    明文加密：点击内容即可查看。

    密文加密：使用特定算法进行加密。

    对称加密：发送方和接收方的密钥相同。

    非对称加密：分为公钥和私钥，发送方和接收方的密钥不同（AB），发送方使用公钥加私钥（A）进行加密，接收方使用公钥加私钥（B）进行解密。

    第 II 部分：网络架构

   

    如果希望两台计算机进行通信，则必须使用相同的规则进行信息交换，并且计算机网络使用特定的信息格式和一组规则来决定如何发送和接收消息称为网络协议通信（只有层约定才能保证正常通信），但为了降低设计复杂度， 人员按功能分层，网络分层模型和每一层定义中的重要结构之一是 OSI/ISO 模型。

    OSI/ISO 模型

    OSI/ISO 模型是在协议之前开发的，而不是针对特定协议开发的，并且用途更广，其余大多数模型都是基于 OSI/ISO 模型设计的。

    应用层

    提供用户界面（端口），特指网络应用，可以产生流量，但单机不产生流量的应用。

    表示图层

    数据以二进制格式或 ASCII 码（如加密、压缩）进行处理，以防止他人进行数据捕获、转换等恶意行为。

    会话层

    建立、维护和管理应用程序之间的会话。

    传输层

    提供可靠或不可靠的连接，并能够在校正失败时纠正错误并重新传输。

    可靠传输是指负责建立端到端连接并在端到端之间传输数据。

    传输层通过端口对上层服务进行区分，并通过各种机制实现可靠的传输、流控、阻塞控制、三方握手连接，向会话层提供独立于网络层的透明数据传输。

    关键内容：MTU（最大传输单元，1500 字节）;发送 NIC 时，数据将被切片，最大为 MTU 大小。封装发送的数据;PDU 数据段的传输;TPC（传输控制协议）;UDP（用户数据报协议）;

    网络层

    为网络设备提供一个逻辑地址，根据数据包的逻辑地址选择最佳路径，并负责从源端口到目标端口的寻址和数据传输。

    网络层设备必须能够识别 IP 地址。

    注意：MAC 是以太网环境（网络，例如地图，没有地名但只有地址）。

    IP 忽略了 Layer 2 环境（网络就像一张地图，有地名和店名，可能会错）。

    数据链路层

    管理网络设备的物理地址，使用 MAC 提供对媒体的访问，执行错误检测 （FCS） 但不纠正错误，并负责主机之间的可靠传输。

    物理层

    负责设备之间二进制数据位流的传输，指定设备和电缆的电压大小、线速、接口标准。

    总结

    应用层：处理网络应用，为应用系统提供网络服务;

    表示层：提供数据标识、代码语法协商等

    会话层：建立和维护主机之间的通信;

    传输层：提供可靠和不可靠的端到端连接，具有分段和足够的数据流;

    网络层：寻址和路由，确定数据从一个地方传输到另一个地方的最佳路径;

    数据链路层：对介质的访问控制，提供对介质的传输控制，如错误、流量等;功能具体体现在：1、物理层提供的不可靠链路通过该层的协议成为可靠链路;2. 对于链接的管理，发送者必须知道接收者已经准备好接受传输，因此需要交换一些信息，然后建立链接，并确保可靠性并维护连接，例如在发生错误时，需要重新初始化并建立连接;3. 帧同步，接收器可以准确地区分一帧的开始和结束与物理层上传的非结构化比特流，称为帧同步;4. 帧封装，基于帧的优点是，如果出现错误，只能传递错误的部分;5. 流控，建立缓冲区并控制发射器发送数据的速率，并调整接收帧的顺序;6、错误控制，使目的主机能找到传输错误并纠正错误，即错误帧，目的主机用冗余代码纠正错误;另一种是错误重传，发现错误时，需要重传错误的部分，如果不知道，则重传帧，直到正确接收，且不超过重传次数;7、区分数据和控制信息，运维数据和控制信息不仅在同一信道上传输，而且很多数据都封装在同一帧中，因此应区分目的主机。

    物理层：二进制传输，激活和维护系统之间的物理连接;关注接口和一定条带的物理特性、比特的识别和传输速率、与比特的同步、物理拓扑和传输方式;

    注： 应用层、表示层和会话层是面向用户的应用程序，用于定义应用程序在终端系统中的通信方式，而不考虑数据通信。

    下四层是面向数据的，定义了如何进行端到端通信，即面向数据传输。

    数据传输过程

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    注意：数据的控制信息形成于数据链路层的最后，而 OSI 是下层向上层提供服务的模型，因为传输层、网络层、数据链路层都是由这三层逻辑形成的。

    OSI 仅封装在数据链路层、网络层和传输层。

    第 3 部分：TCP/IP 模型和 OSI/ISO 模型之间有什么区别？

    TCP/IP 模型可以跨层封装，而 OSI/ISO 模型只能逐层封装。

    TCP/IP 模型应用层

    名字

    港口

    TCP/UDP 协议

    描述

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