零基础从头教学Linux（Day 12）
计算机网络技术
网络概述
1. 网络基本概念
网络是指通过传输介质和通信协议连接不同地理位置的主机，实现通信和资源共享的系统。
2. 网络发展历程
第一阶段（1960年代）
第二阶段（1970-1980年代）
第三阶段（1990年代）
- 标志：ARPANET诞生
- 关键技术：分组交换技术
- 标志：NSFNet建立
- 关键技术：TCP/IP协议
- 标志：Mosaic浏览器问世
- 关键技术：Web技术
3. 网络四要素
传输介质：同轴电缆、光纤、双绞线、无线电波等
通信协议：EIGRP、RIP、OSPF、IS-IS、BGP、TCP/IP、PPP等
资源：数据、图片、视频、音频等数字内容
终端设备：手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机等接入设备
4. 主要网络功能
数据通信
资源共享
提高系统可靠性
增强处理能力
5. 网络类型
广域网(WAN)
局域网(LAN)
- 覆盖范围：数十至数千公里
- 用途：连接远距离网络
- 典型应用：互联网、城域网(MAN)
- 覆盖范围：约1公里
- 用途：短距离网络连接
- 典型应用：企业网、校园网
6. 网络协议与标准
协议三要素
- 语法：接口对象规范
- 语义：控制信息解释规则
- 同步：时序控制机制
标准：公认的统一协议规范
7. 常见网络概念
| 编号 | 概念 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | 主机 | 任何可联网设备，又称终端系统 |
| 2 | 通信链路 | 由物理介质连接形成的传输通道 |
| 3 | 路由器 | 数据转发设备，属于交换机类别 |
| 4 | 分组 | 数据分片加上首部形成的传输单元 |
| 5 | 路径 | 分组经过的链路和交换设备序列 |
| 6 | ISP | 互联网服务提供商，如移动、联通 |
| 7 | 网络协议 | 数据交换的规则和标准 |
| 8 | IP协议 | 定义分组格式的网络层协议 |
| 9 | TCP/IP协议簇 | 以TCP/IP为核心的相关协议集合 |
| 10 | 套接字接口 | 端系统间数据交换的API规范 |
| 11 | 协议 | 通信实体间的报文交互标准 |
| 12 | 丢包 | 网络传输中的分组丢失现象 |
| 13 | 吞吐量 | 单位时间成功传输的数据量 |
| 14 | IP地址 | 网络设备的唯一标识符 |
| 15 | 端口号 | 区分主机内不同应用的标识 |
| 16 | URI | 统一资源标识符 |
| 17 | URL | 统一资源定位符(URI子集) |
| 18 | HTML | 超文本标记语言 |
| 19 | Web页面 | 由多个对象组成的网页 |
| 20 | Web服务器 | 提供网页内容的服务端 |
| 21 | WebService | 跨平台远程调用技术 |
| 22 | CDN | 内容分发网络 |
| 23 | WAF | Web应用防火墙 |
| 24 | HTTP | 超文本传输协议 |
| 25 | SMTP | 电子邮件传输协议 |
| 26 | DNS | 域名解析协议 |
| 27 | TELNET | 远程登录协议 |
| 28 | SSH | 安全加密远程协议 |
| 29 | FTP | 文件传输协议 |
| 30 | 单工 | 单向数据传输 |
| 31 | 双工 | 双向数据传输 |
| 32 | 面向连接 | 需建立连接的通信方式 |
| 33 | 三次握手 | TCP连接建立过程 |
| 34 | 四次挥手 | TCP连接终止过程 |
| 35 | IPv4 | 32位地址的网络协议 |
| 36 | IPv6 | 128位地址的新一代协议 |
| 37 | 网络接口 | 主机与链路的边界 |
| 38 | ARP | 地址解析协议 |
| 39 | RARP | 反向地址解析协议 |
| 40 | 代理ARP | 跨网段ARP解决方案 |
| 41 | ICMP | 网络控制报文协议 |
| 42 | DHCP | 动态主机配置协议 |
| 43 | NAT | 网络地址转换协议 |
| 44 | IP隧道 | 协议封装传输技术 |
| 45 | 单播 | 点对点通信 |
| 46 | 广播 | 一对多全播通信 |
| 47 | 多播 | 组播通信 |
| 48 | 任播 | 特定组选播通信 |
| 49 | IGP | 内部网关协议 |
| 50 | EGP | 外部网关协议 |
| 51 | MPLS | 多协议标签交换 |
| 52 | MAC | 媒体访问控制协议 |
| 53 | 以太网 | 主流局域网技术 |
| 54 | VLAN | 虚拟局域网 |
| 55 | 基站 | 无线网络基础设施 |
8.网络拓扑结构
星型拓扑
优点
- 易于实现
- 便于网络扩展
- 故障排查简单
缺点
- 中心节点负载较大
网型拓扑
- 各节点至少与两个其他节点相连
- 可靠性高，但组网成本较高
二、网络模型
1. 分层思想
1.1 概述
分层思想通过将复杂系统划分为多个独立但相互关联的层级来实现结构化设计。每个层级具备特定功能，这种设计方式提升了系统的可管理性、可扩展性和互操作性。
1.2 核心理念
- 模块化：系统被分解为功能独立的模块，降低复杂度，提高设计清晰度
- 抽象性：各层级提供标准接口，隐藏实现细节，提升可维护性
- 松耦合：通过接口交互减少层级依赖，增强系统灵活性
- 可替换性：低耦合度支持层级独立更新或替换，便于系统演进
2. OSI七层模型
7. 应用层 (Application Layer)
功能：
为用户提供网络应用服务（如邮件、文件传输）
处理应用间通信并实现用户接口
数据处理：
发送端：将应用数据格式化为标准协议格式（HTTP/SMTP等）
接收端：根据协议头还原原始数据
6. 表示层 (Presentation Layer)
功能：
数据格式转换（应用格式↔网络格式）
提供压缩/加密服务
定义数据语法语义
数据处理：
发送端：执行数据分割/压缩/加密
接收端：逆向处理还原数据
5. 会话层 (Session Layer)
功能：
会话的建立、维护和终止
确保会话完整性和同步性
数据处理：
发送端：添加会话控制信息（标识符/状态）
接收端：提取会话信息并传递
4. 传输层 (Transport Layer)
功能：
提供端到端可靠传输
数据分段（TCP/UDP报文）
流量控制和错误恢复
数据处理：
发送端：添加TCP/UDP头部（含序列号等）
接收端：提取传输层信息
3. 网络层 (Network Layer)
功能：
路由选择和分组转发
IP地址解析
数据处理：
发送端：封装IP数据包（添加地址/校验信息）
接收端：提取网络层信息
2. 数据链路层 (Data Link Layer)
功能：
相邻节点可靠传输
帧格式化和错误检测
数据处理：
发送端：封装数据帧（添加首尾控制信息）
接收端：校验并提取帧数据
1. 物理层 (Physical Layer)
功能：
比特流传输
定义物理接口特性
数据处理：
发送端：比特流编码
接收端：比特流解码
3. TCP/IP五层模型
5. 应用层
主要协议：
HTTP(80)/HTTPS(443)
FTP(21)/TFTP(69)
DNS(53)
SMTP(25)
4. 传输层
协议：
TCP（可靠传输）
UDP（高效传输）
3. 网络层
协议：
IP（基础协议）
ICMP（状态检测）
IGMP（组播管理）
ARP/RARP（地址解析）
2. 数据链路层
协议：
以太网
Wi-Fi
PPP
1. 物理层
协议：
以太网
Wi-Fi
光纤通道
4. 数据处理过程
4.1 PDU类型
- 数据段(Segment)
- 数据包(Packet)
- 数据帧(Frame)
- 比特流(Bits)
4.2 各层设备
- 应用层：终端设备
- 传输层：防火墙
- 网络层：路由器
- 数据链路层：交换机
- 物理层：网卡
三、IP地址
1. 进制转换
1.1 基本概念
- 数制：计数方法的符号系统
- 数位：数字的位置
- 基数：数位上可用的数字数量
- 位权：数位代表的数值大小
1.2 十进制
- 数字：0-9
- 特点：逢十进一
- 表示：(1010)₁₀ 或 1010D
- 位权示例：236 = 2×100 + 3×10 + 6×1
1.3 二进制
- 数字：0-1
- 特点：逢二进一
- 表示：(1010)₂ 或 1010B
- 转换方法：位权相加（2ⁿ⁻¹）
- 示例：10001011B = 128+8+2+1 = 139
1.4 八进制
- 数字：0-7
- 特点：逢八进一
- 表示：(1010)₈ 或 1010O
- 示例：13241₈ = 4096+1536+128+32+1 = 5793
1.5 十六进制
- 数字：0-9,A-F
- 特点：逢十六进一
- 表示：(1010)₁₆ 或 1010H
- 示例：1B2H = 256+176+2 = 434