计算机网络知识总结01

计算机网络从入门到进阶：从家用路由器到 VLAN / 三层交换机的一条线

2. 路由器 vs 交换机：它们到底差在哪？

2.1 工作层次：MAC vs IP

交换机：二层，按 MAC 转发
路由器：三层，按 IP 路由

2.2 广播域与冲突域

为什么交换机不能隔离广播
为什么路由器能隔离广播

2.3 家用路由器其实是"三合一"

路由（NAT/DHCP）+ 交换机（LAN口）+ 无线AP（Wi-Fi）

5. NAT 是什么？为什么家里设备能共用一个公网 IP

5.1 NAT 的本质

内网私网 IP ↔ 公网 IP 的地址转换
家庭多设备共享一个公网出口

5.2 NAT 和"能不能上网"

只有交换机不能上网
路由器（或三层设备）+ NAT 才能让内网访问互联网

6. 访问网页时：什么时候走 LAN，什么时候走 WAN？

6.1 判断依据：子网掩码与网段

同网段：直接二层（LAN）
不同网段：发给默认网关（WAN方向）

6.2 浏览器访问网站的基本路径

DNS → 建立连接（TCP/HTTPS）→ 请求网页
LAN 内访问 vs 互联网访问的区别

7. DNS 是什么？它在路由器里吗？

7.1 DNS 的作用：域名 → IP

没 DNS 就得背 IP

7.2 DNS 在哪

通常在运营商/公共 DNS/企业 DNS 服务器上
路由器常扮演：转发、缓存、"本地 DNS 代理"

7.3 为什么访问局域网有时也会用到 DNS

用 IP 访问：不需要 DNS
用名字访问（printer/nas/printer.local）：需要名字解析
mDNS/本地 DNS/hosts/缓存机制

7.4 为什么打印机可以用"域名"访问管理页

打印机自己运行 Web 服务
常见是 mDNS（.local）或路由器/内网 DNS 记录

7.5 本地"域名↔IP 映射"存在哪里

hosts 文件（持久）
系统缓存（mDNS/LLMNR/NetBIOS）
路由器 DHCP 租约与本地解析
企业 DNS（集中管理）

9. 软路由是什么？为什么能玩多 WAN

9.1 定义

通用硬件 + 路由系统软件（OpenWrt/pfSense等）

9.2 软路由擅长什么

多 WAN、策略路由、精细化控制、扩展插件

9.3 家庭常见结构

光猫→软路由→交换机→AP

10. 交换机 MAC 表：从空表到"学会转发"

10.1 MAC 表为空时怎么转发

未知单播：洪泛（除了入端口外全发）
只学习"源 MAC"并记端口

10.2 多台交换机互联时，MAC 表怎么存

每台交换机都有自己的 MAC 表
会记录：本端口直连的 MAC + 通过上联端口可达的 MAC
不同交换机表不相同；是否"学全"取决于是否发生过通信

11. 二层环路会怎样？STP 为什么重要？

11.1 环路的后果

广播风暴
MAC 表震荡（flapping）
网络瘫痪

11.2 STP/RSTP 的核心思想

物理可冗余，逻辑必须无环
阻塞多余链路，故障时再启用

12. 最小生成树（MST）是什么？它和 STP 的关系

12.1 MST 定义

连通、无环、总权值最小

12.2 Prim/Kruskal 的直觉回忆

12.3 STP 与 MST

STP 的目标：在交换机拓扑上选一棵"生成树"来避免环路（工程实现会有差异）

13. 子网掩码什么时候获取？为什么 /24 常见？

13.1 子网掩码何时得到

DHCP 下发（与 IP、网关、DNS一起）
或手动配置（静态 IP）

13.2 为什么 255.255.255.0 常见

254 主机数适中
广播可控
管理简单
历史上 C 类默认 /24 的惯性（但现代用 CIDR）

14. 校园网为什么给我 /16？会不会 6 万多台填满？

14.1 看到 /16 不等于二层是 /16

实际二层用 VLAN 切小广播域
三层可能用 /16 做地址汇总（路由更简单）

14.2 地址空间很大但不会"全挤在一个广播域"

VLAN / 子网分片 + 三层互通

15. 三层交换机是什么？不同 VLAN 怎么通信？

15.1 三层交换机定义

二层交换 + 三层路由（SVI、路由表）

15.2 VLAN 间路由（Inter-VLAN Routing）

每个 VLAN 配一个 SVI 做默认网关
不同 VLAN 通信必须走三层设备

15.3 三层交换机 vs 路由器

内网线速转发 vs 出口 NAT/多 WAN 等

16. 实战排错：默认网关与 ARP 表怎么查

16.1 查看默认网关

Windows：ipconfig
macOS：系统设置/或 route -n get default
Linux：ip route

16.2 查看 ARP 缓存表

Windows/macOS：arp -a
Linux：ip neigh

好，这里我给你一个真正"一次讲明白"的 NAT 解释 ，不堆术语，直接把是什么、为什么要、怎么工作、常见类型、你每天在用的是什么全部串起来。

一、先给一句话定义（最重要）

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）
是一种把"内网私有 IP"转换成"外网公网 IP"的技术。

再直白一点：

NAT 让很多内网设备，可以共用一个公网 IP 上网。

二、为什么一定要有 NAT？（根本原因）

1️⃣ IPv4 地址不够用

IPv4 一共只有约 43 亿 个地址，而现在：

手机
电脑
路由器
摄像头
IoT 设备

👉 远远不够

2️⃣ 私有 IP 不能直接上互联网

这些地址：

192.168.x.x
10.x.x.x
172.16.x.x ~ 172.31.x.x

👉 在互联网上是"不可路由的"

也就是说：

公网路由器看到这种地址，会直接丢弃

3️⃣ 那怎么办？

答案就是：

在"出互联网的地方"，把私有 IP 换成公网 IP

这个"出入口"，就是：

家用路由器
出口路由器
防火墙

👉 这一步，就是 NAT

三、没有 NAT 会发生什么？

假设没有 NAT：

复制代码

电脑：192.168.1.10
目标：www.baidu.com

电脑直接把包发到公网：

复制代码

源 IP：192.168.1.10
目的 IP：110.242.xxx.xxx

公网服务器回包时：

复制代码

回给 192.168.1.10

❌ 问题来了：

公网根本不知道 192.168.1.10 在哪
回包直接丢失

👉 你永远上不了网

四、NAT 是怎么"变魔术"的？（核心过程）

场景：你在家访问网页

复制代码

电脑：192.168.1.10
路由器公网 IP：114.114.114.114

1️⃣ 电脑发包（内网视角）

复制代码

源 IP：192.168.1.10
源端口：52345
目的 IP：www.baidu.com
目的端口：443

2️⃣ 路由器做 NAT（关键一步）

路由器把包改头换面：

复制代码

源 IP：114.114.114.114
源端口：60001   ← 路由器分配
目的 IP：www.baidu.com

并在 NAT 表里记一条账：

复制代码

192.168.1.10:52345  ↔  114.114.114.114:60001

3️⃣ 服务器回包（公网视角）

复制代码

目的 IP：114.114.114.114
目的端口：60001

4️⃣ 路由器查 NAT 表，改回去

复制代码

114.114.114.114:60001
→ 192.168.1.10:52345

👉 精准送回正确的内网设备

⭐ 关键点（一定要记住）

NAT 不只是改 IP，通常还会改端口
靠"端口号"区分内网的不同设备

五、最常见的 NAT 类型（你真正需要懂的）

1️⃣ SNAT（源地址转换）------出网用

内网 → 外网
改的是：源 IP（和端口）

👉 你上网用的就是它

2️⃣ DNAT（目的地址转换）------外网访问内网

外网 → 内网
改的是：目的 IP

典型场景：

端口映射
内网服务器对外提供服务

公网IP:8080 → 192.168.1.100:80

3️⃣ PAT（端口地址转换）------最常见

多个内网 IP → 一个公网 IP（靠端口区分）

📌 家用路由器 99% 用的就是 PAT

六、NAT 带来的"副作用"（你可能已经遇到过）

❌ 1️⃣ 外网不能主动访问内网

因为：
- 没有 NAT 映射
解决：
- 端口映射
- 内网穿透
- VPN

❌ 2️⃣ 双 NAT 问题

复制代码

设备 → 路由器 A → 路由器 B → 公网

后果：

游戏联机失败
P2P 不稳定
排错困难

❌ 3️⃣ NAT 破坏"端到端"

原始互联网设计：端到端直连
NAT 是 工程妥协方案

七、NAT 在哪一层？

这是面试常问点。

NAT 工作在三层
但：
- 实际实现会结合四层端口

👉 可以说：三层 + 四层

八、一个非常好记的比喻

内网 IP：公司分机号
公网 IP：公司总机
NAT：总机转接员

所有人都对外报总机号码

回电靠分机号再转回个人

九、终极总结

NAT（网络地址转换）是一种在网络出口处将私有 IP 地址转换为公网 IP 地址的技术，使多个内网设备能够共享有限的公网地址访问互联网。NAT 通过维护映射表，将外部返回的数据正确转发回对应的内网主机，是当前 IPv4 网络中实现大规模接入的关键机制。

从电脑开机到 B 站播放视频并发表评论，网络都干了什么？

场景假设：

笔记本 / 台式机

接校园网 / 家用网络

使用浏览器访问 https://www.bilibili.com

播放一个视频并发送评论

一、电脑刚开机：网络"还什么都不知道"

1️⃣ 操作系统启动

CPU / 内存 / 磁盘初始化
网卡驱动加载

📌 此时：

❌ 没有 IP
❌ 不知道网关
❌ 不知道 DNS
❌ 不能上网

二、接入网络：拿到"上网资格"

2️⃣ 网卡上线，开始 DHCP（非常关键）

电脑一接上网线 / Wi-Fi，会立刻做一件事：

"有没有 DHCP 服务器？给我一套网络配置！"

这是一个 广播包（因为它谁也不认识）：

复制代码

DHCP Discover（广播）

3️⃣ DHCP 服务器回应（通常是路由器 / 校园网服务器）

服务器返回一整套配置：

IP 地址：10.x.y.z 或 192.168.x.x
子网掩码：如 /16 或 /24
默认网关：如 10.x.0.1
DNS 服务器：如 10.x.0.53

📌 这一步完成后：

你的电脑"正式加入了网络"

三、你打开浏览器，输入：`www.bilibili.com`

4️⃣ 浏览器发现：这是个"域名"，不是 IP

浏览器不会直接访问域名，它会把任务交给操作系统：

"帮我把这个名字解析成 IP"

四、DNS 解析：名字 → IP（极其重要）

5️⃣ 本机先查"有没有现成答案"

按顺序查：

hosts 文件
DNS 缓存
都没有 → 发 DNS 请求

6️⃣ DNS 请求发给谁？

DNS 服务器 IP 是 DHCP 给的
通常是：
- 校园 DNS
- 或路由器转发
- 或运营商 DNS

📌 DNS 请求走的是 UDP 53 端口

7️⃣ DNS 服务器逐级查询

大致过程（简化）：

复制代码

.bilibili.com
↓
根 DNS
↓
.com DNS
↓
bilibili.com 权威 DNS
↓
返回 IP（可能是 CDN 节点）

返回结果例如：

复制代码

www.bilibili.com → 117.50.xx.xx

📌 你的电脑现在知道"该找谁了"

五、建立连接：TCP + HTTPS

8️⃣ 浏览器开始建立 TCP 连接（三次握手）

目标：

复制代码

117.50.xx.xx:443

过程：

SYN（我想连你）
SYN-ACK（我同意）
ACK（连接建立）

📌 这一步保证：

连接可靠
顺序正确
能重传

9️⃣ TLS / HTTPS 握手（加密）

在 TCP 之上：

协商加密算法
校验证书（B 站是不是"真 B 站"）
生成会话密钥

📌 从现在开始：

你和 B 站的通信是加密的

六、HTTP 请求：我要网页

🔟 浏览器发送 HTTPS 请求

复制代码

GET / HTTP/1.1
Host: www.bilibili.com
Cookie: ...

11️⃣ 请求怎么"跑"到 B 站的？

数据包实际走的路径是：

复制代码

浏览器
↓
操作系统
↓
网卡
↓
交换机（LAN）
↓
默认网关（路由器 / 三层交换机）
↓
NAT（如果是私网）
↓
光猫
↓
运营商网络
↓
互联网
↓
B 站 CDN / 服务器

📌 中间：

二层靠 MAC
三层靠 IP
跨子网靠路由
出口靠 NAT

七、B 站返回网页内容

12️⃣ 服务器返回 HTML

返回内容包括：

HTML 结构
JS
CSS
图片地址
视频信息

浏览器开始解析网页。

13️⃣ 浏览器发现：还要加载很多资源

例如：

js.bili.com
i0.hdslb.com
视频流地址（m4s / dash）

👉 每一个域名，可能都会再走一次 DNS + TCP + HTTPS

八、点击视频：开始播放

14️⃣ 视频不是"一个文件"，而是流

B 站视频通常是：

DASH / HLS
视频和音频分离
分段下载

浏览器会不断请求：

复制代码

video_001.m4s
video_002.m4s
audio_001.m4s

📌 网络在后台持续干活：

预加载
缓冲
根据网速切码率

九、你开始打字：准备发表评论

15️⃣ 你输入评论，点击"发送"

浏览器做的事：

检查登录状态
携带 Cookie / Token
构造 HTTPS POST 请求

16️⃣ 评论请求发送到 B 站接口

复制代码

POST /x/v2/reply/add

内容包括：

视频 ID
评论文本
用户身份凭证

📌 仍然是：

TCP
HTTPS
加密传输

十、服务器处理评论

17️⃣ B 站后台做的事（你看不到）

校验登录状态
校验权限
风控 / 反垃圾
存数据库
返回结果

十一、评论显示在你眼前

18️⃣ 服务器返回成功响应

复制代码

200 OK

浏览器：

更新评论区 DOM
显示你的评论

📌 到此为止，一次完整的网络闭环完成

十二、把整个过程压缩成一条"主线"

DHCP 获取网络参数 →
DNS 把域名变成 IP →
TCP 建立可靠连接 →
HTTPS 加密通信 →
路由/NAT 把包送到服务器 →
CDN 加速内容返回 →
流媒体分段下载 →
API 请求提交评论 →
服务器处理并响应

内网穿透的原理

这是一个非常经典、而且一旦想通就"网络世界通关"的问题 。

我会按 原理 → 为什么 NAT 挡住了你 → 内网穿透的核心思想 → 花生壳具体怎么做 → 不同方案对比 一步一步讲清楚。

一、先给一句话结论（一定要先记住）

内网穿透的本质：
让"内网设备主动连出去"，
再利用这条"已经建立的连接"，
把外网的访问"转发"回来。

📌 不是外网直接打进内网

📌 而是内网先"打洞"

二、为什么"外网访问内网"本来做不到？

你前面已经学过 NAT，这里正好用上。

1️⃣ NAT 的天然限制

在 NAT 网络中：

内网 → 外网 ✅（NAT 会记账）
外网 → 内网 ❌（没有映射，直接丢）

公网请求 → 路由器
→ 不知道该给谁
→ 丢弃

👉 这就是你在家里"不能直接访问 NAS / 摄像头"的根本原因

三、内网穿透要解决的"核心矛盾"

外网进不来，但内网可以出去

所以思路只能是：

让内网设备"主动出去"，
并保持一条不断开的连接。

四、内网穿透的通用原理（不管什么工具）

核心角色只有 3 个

复制代码

【内网设备】 ←→ 【公网中转服务器】 ←→ 【外部访问者】

三者分工：

内网设备：主动连出去
公网服务器：双方都能访问
外部访问者：只连公网服务器

数据真实走向（非常重要）

复制代码

外部浏览器
   ↓
公网服务器
   ↓（已有连接）
内网设备

📌 外部流量从来没有"直接进内网"

五、花生壳是怎么做到的？（重点）

花生壳本质上就是：

"内网穿透 + 域名 + 转发服务"的一体化方案

1️⃣ 花生壳在内网干了什么？

你在内网设备上：

安装花生壳客户端
或使用带花生壳功能的路由器

它会做一件非常关键的事：

主动连接花生壳的公网服务器，并保持长连接

复制代码

内网设备 ───▶ 花生壳云服务器（TCP/HTTPS）

📌 这一步：

能穿过 NAT
NAT 会允许并记录这条连接

2️⃣ 花生壳在公网干了什么？

花生壳云服务器会：

给你分配一个域名
复制代码
```
yourname.oray.net
```
记录：
复制代码
```
这个域名 ↔ 这条内网连接
```

3️⃣ 外部用户访问时发生了什么？

外部用户访问：

复制代码

http://yourname.oray.net

流程是：

复制代码

浏览器
  ↓
DNS 解析 → 花生壳服务器
  ↓
服务器收到请求
  ↓
通过"已建立的连接"
  ↓
把请求转发给你的内网设备

内网设备返回的数据：

复制代码

内网设备 → 花生壳服务器 → 浏览器

📌 NAT 完全没察觉异常

4️⃣ 用一张"文字拓扑图"理解

复制代码

外部浏览器
     │
     ▼
┌──────────────┐
│ 花生壳云服务器 │
└──────────────┘
     ▲
     │（内网主动连出）
┌──────────────┐
│  内网设备     │
│  (NAS/PC)     │
└──────────────┘

六、这和"端口映射"有什么本质区别？

方案	原理	需要公网 IP	风险
端口映射	NAT 放行	✅	高
内网穿透	内网主动连出	❌	低
花生壳	穿透 + 中转	❌	中

📌 花生壳不要求你有公网 IP

七、那性能为什么不如直连？

这是内网穿透的"代价"。

原因很简单：

所有流量都要：
复制代码
```
内网 ↔ 中转服务器 ↔ 外部
```
路径变长
延迟增加
带宽受限

👉 这是用"可达性"换"性能"

八、除了花生壳，还有哪些同类原理？

本质一样，只是实现不同：

frp
ngrok
ZeroTier / Tailscale（更高级，虚拟局域网）
云厂商反向代理

九、一个极其好记的比喻（强烈推荐）

NAT：小区门禁，只允许住户出去
内网穿透：
👉 你主动打电话给前台，并一直不挂
外人找你：
👉 前台通过这通电话帮你转接

十、终极总结（你可以直接背）

内网穿透是一种通过让内网设备主动与公网服务器建立并保持连接，从而实现外部访问内网服务的技术。花生壳通过在内网部署客户端、在公网提供中转服务器和域名解析服务，将外部请求转发到内网设备，从而在无需公网 IP 和端口映射的情况下实现内网访问。

计算机网络知识总结01

计算机网络从入门到进阶：从家用路由器到 VLAN / 三层交换机的一条线

2. 路由器 vs 交换机：它们到底差在哪？

2.1 工作层次：MAC vs IP

2.2 广播域与冲突域

2.3 家用路由器其实是"三合一"

5. NAT 是什么？为什么家里设备能共用一个公网 IP

5.1 NAT 的本质

5.2 NAT 和"能不能上网"

6. 访问网页时：什么时候走 LAN，什么时候走 WAN？

6.1 判断依据：子网掩码与网段

6.2 浏览器访问网站的基本路径

7. DNS 是什么？它在路由器里吗？

7.1 DNS 的作用：域名 → IP

7.2 DNS 在哪

7.3 为什么访问局域网有时也会用到 DNS

7.4 为什么打印机可以用"域名"访问管理页

7.5 本地"域名↔IP 映射"存在哪里

9. 软路由是什么？为什么能玩多 WAN

9.1 定义

9.2 软路由擅长什么

9.3 家庭常见结构

10. 交换机 MAC 表：从空表到"学会转发"

10.1 MAC 表为空时怎么转发

10.2 多台交换机互联时，MAC 表怎么存

11. 二层环路会怎样？STP 为什么重要？

11.1 环路的后果

11.2 STP/RSTP 的核心思想

12. 最小生成树（MST）是什么？它和 STP 的关系

12.1 MST 定义

12.2 Prim/Kruskal 的直觉回忆

12.3 STP 与 MST

13. 子网掩码什么时候获取？为什么 /24 常见？

13.1 子网掩码何时得到

13.2 为什么 255.255.255.0 常见

14. 校园网为什么给我 /16？会不会 6 万多台填满？

14.1 看到 /16 不等于二层是 /16

14.2 地址空间很大但不会"全挤在一个广播域"

15. 三层交换机是什么？不同 VLAN 怎么通信？

15.1 三层交换机定义

15.2 VLAN 间路由（Inter-VLAN Routing）

15.3 三层交换机 vs 路由器

16. 实战排错：默认网关与 ARP 表怎么查

16.1 查看默认网关

16.2 查看 ARP 缓存表

一、先给一句话定义（最重要）

二、为什么一定要有 NAT？（根本原因）

1️⃣ IPv4 地址不够用

2️⃣ 私有 IP 不能直接上互联网

3️⃣ 那怎么办？

三、没有 NAT 会发生什么？

四、NAT 是怎么"变魔术"的？（核心过程）

场景：你在家访问网页

1️⃣ 电脑发包（内网视角）

2️⃣ 路由器做 NAT（关键一步）

3️⃣ 服务器回包（公网视角）

4️⃣ 路由器查 NAT 表，改回去

⭐ 关键点（一定要记住）

五、最常见的 NAT 类型（你真正需要懂的）

1️⃣ SNAT（源地址转换）------出网用

2️⃣ DNAT（目的地址转换）------外网访问内网

3️⃣ PAT（端口地址转换）------最常见

六、NAT 带来的"副作用"（你可能已经遇到过）

❌ 1️⃣ 外网不能主动访问内网

❌ 2️⃣ 双 NAT 问题

❌ 3️⃣ NAT 破坏"端到端"

七、NAT 在哪一层？

八、一个非常好记的比喻

九、终极总结

从电脑开机到 B 站播放视频并发表评论，网络都干了什么？

一、电脑刚开机：网络"还什么都不知道"

1️⃣ 操作系统启动

二、接入网络：拿到"上网资格"

2️⃣ 网卡上线，开始 DHCP（非常关键）

3️⃣ DHCP 服务器回应（通常是路由器 / 校园网服务器）

三、你打开浏览器，输入：www.bilibili.com

4️⃣ 浏览器发现：这是个"域名"，不是 IP

四、DNS 解析：名字 → IP（极其重要）

5️⃣ 本机先查"有没有现成答案"

6️⃣ DNS 请求发给谁？

三、你打开浏览器，输入：`www.bilibili.com`