计算机网络基础知识整理
**一、网络类型**
- **局域网 (LAN)**
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**定义**:覆盖小范围(如家庭、教室、公司)。
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**特点**:高带宽、低延迟,设备通过交换机互联。
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**示例**:家庭WiFi、企业内网。
- **广域网 (WAN)**
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**定义**:跨地域连接多个局域网(如互联网)。
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**特点**:依赖路由器连接,带宽较低,延迟较高。
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**示例**:跨国公司的分支机构互联。
- **无线局域网 (WLAN)**
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**定义**:基于无线技术(如WiFi)组建的局域网。
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**特点**:灵活性高,覆盖范围有限。
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**协议**:IEEE 802.11系列(如802.11ac)。
**二、网络模型**
- **OSI七层模型**
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**记忆口诀**:应(7.应用层)表(6.表示层)会(5.会话层)传(4.传输层)往(3.网络层)树(2.数据链路层)屋(1.物理层)。
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**各层功能**:
| 层级 | 名称 | 核心功能 | 协议/设备 |
|------|------------|------------------------------|--------------------------|
| 7 | 应用层 | 用户接口(HTTP、FTP) | 浏览器、应用程序 |
| 6 | 表示层 | 数据格式转换(加密、压缩) | SSL、JPEG |
| 5 | 会话层 | 建立/管理会话(断点续传) | RPC、NetBIOS |
| 4 | 传输层 | 端到端通信(TCP/UDP) | 端口号、流量控制 |
| 3 | 网络层 | 寻址和路由(IP地址) | 路由器、IP协议 |
| 2 | 数据链路层 | 帧传输(MAC地址) | 交换机、ARP协议 |
| 1 | 物理层 | 物理介质传输(比特流) | 网线、光纤、集线器 |
- **TCP/IP五层模型**
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**简化OSI**:合并应用层、表示层、会话层为单一应用层。
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**层级对比**:
| TCP/IP模型 | 对应OSI层 | 核心协议 |
|------------|-----------|----------------------------|
| 应用层 | 5-7 | HTTP、FTP、DNS |
| 传输层 | 4 | TCP、UDP |
| 网络层 | 3 | IP、ICMP、ARP |
| 数据链路层 | 2 | Ethernet、WiFi(802.11) |
| 物理层 | 1 | 双绞线、光纤 |
**三、网络设备**
- **交换机 (Switch)**
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**功能**:组建局域网,基于MAC地址转发数据帧。
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**工作原理**:
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**学习MAC地址**:记录源MAC与接口的映射。
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**转发策略**:
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**单播**:查表直接转发。
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**广播/组播**:泛洪到所有接口(除接收口)。
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**类型**:
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**二层交换机**:基于MAC地址转发。
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**三层交换机**:支持IP路由功能。
- **路由器 (Router)**
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**功能**:跨网段通信,连接不同网络(如LAN到WAN)。
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**核心作用**:
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**路由选择**:通过路由表决定数据包路径。
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**NAT转换**:将私有IP转换为公网IP。
- **网卡 (NIC)**
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**功能**:终端设备的网络接口,负责数据帧的收发。
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**地址类型**:
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**MAC地址**:48位物理地址(如 `00:1A:2B:3C:4D:5E`)。
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**IP地址**:逻辑地址(如 `192.168.1.100`)。
**四、地址与子网**
- **IPv4地址分类**
| 类别 | 范围 | 默认掩码 | 可用主机数(默认) |
|------|--------------------|----------------|--------------------|
| A | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | 255.0.0.0 | \(2^{24}-2\) |
| B | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | 255.255.0.0 | \(2^{16}-2\) |
| C | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | 255.255.255.0 | \(2^{8}-2 = 254\) |
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**保留地址**:
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**网络地址**:主机位全0(如 `192.168.1.0`)。
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**广播地址**:主机位全1(如 `192.168.1.255`)。
- **子网划分**
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**目的**:提高IP地址利用率。
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**示例**:
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**原始C类地址**:`192.168.1.0/24`(254主机)。
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**划分子网**:`192.168.1.0/25`(126主机)。
**五、VLAN与广播域**
- **VLAN (虚拟局域网)**
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**作用**:隔离广播域,增强安全性和管理灵活性。
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**划分方式**:基于交换机端口、MAC地址或协议。
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**特点**:
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同一VLAN内设备可直接通信。
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不同VLAN需通过路由器或三层交换机通信。
- **VXLAN (虚拟扩展局域网)**
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**目的**:解决VLAN数量限制(4096个)。
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**原理**:通过隧道技术封装二层帧,支持更大规模虚拟网络。
- **生成树协议 (STP)**
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**作用**:防止广播风暴(由网络环路引起)。
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**机制**:通过阻塞冗余路径消除环路。
**六、数据传输基础**
- **数据单位**
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**Bit**:最小单位(0/1)。
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**Byte**:1 Byte = 8 Bit。
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**帧 (Frame)**:数据链路层单位(64-1518 Byte)。
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**MTU**:最大传输单元(默认1500 Byte)。
- **通信类型**
| 类型 | 特点 | 示例 |
|--------|--------------------------|--------------------|
| 单播 | 一对一通信(目标明确) | HTTP请求 |
| 组播 | 一对多(特定组) | 视频会议 |
| 广播 | 一对所有(局域网内) | ARP请求 |
**七、机房与数据中心**
- **IDC (互联网数据中心)**
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**功能**:集中托管服务器和网络设备。
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**核心组件**:
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**机柜**:物理设备存放单元。
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**UPS**:不间断电源。
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**冷却系统**:保障设备温度。
- **负载均衡**
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**四层负载均衡**:基于IP和端口(如LVS)。
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**七层负载均衡**:基于应用层协议(如Nginx)。
**八、常用命令与工具**
- **Windows**
```bash
ipconfig /all # 查看IP和MAC地址
ping 192.168.1.1 # 测试网络连通性
```
- **Linux**
```bash
ifconfig # 查看网络接口信息
ethtool ens33 # 查看网卡详细信息
traceroute google.com # 跟踪路由路径
```
**九、补充知识点**
- **数据封装与解封装**
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**发送端**:应用层 → 物理层(逐层添加头部)。
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**接收端**:物理层 → 应用层(逐层去除头部)。
- **网络安全基础**
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**防火墙**:过滤非法流量(如iptables)。
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**VPN**:通过加密隧道实现安全远程访问。