计算机网络——总结
01. 网络的发展及体系结构
网络演进历程
从1969年ARPANET的4个节点发展到如今覆盖全球的互联网，网络技术经历了电路交换到分组交换、有线连接到无线覆盖的革命性变革。5G时代的到来使得网络传输速度突破10Gbps，物联网设备数量突破百亿级别。
网络体系结构模型
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OSI七层模型（理论框架）：
应用层->表示层->会话层->传输层->网络层->数据链路层->物理层 -
TCP/IP四层模型（实际应用）：
应用层（HTTP/FTP/SMTP）
传输层（TCP/UDP）
网络层（IP/ICMP）
网络接口层（Ethernet/Wi-Fi）
02. IP地址及子网掩码
IPv4地址体系
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32位二进制，点分十进制表示（如192.168.1.1）
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地址分类：
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A类：1.0.0.1 ~126.255.255.254（/8）
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B类：128.1.0.1 ~191.255.255.254（/16）
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C类：192.0.1.1 ~223.255.254.254（/24）
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子网划分实践
# 计算可用主机数示例
mask = 26
host_bits = 32 - mask
available_hosts = 2**host_bits - 2 # 减去网络地址和广播地址
print(f"/{mask}掩码可用地址数：{available_hosts}") # 输出62
03. IP，MAC，ARP三剑客
地址协同工作机制
| 层 | 地址类型 | 特点 |
|---|---|---|
| 网络层 | IP地址 | 逻辑地址，可路由 |
| 数据链路层 | MAC地址 | 物理地址，全球唯一 |
ARP协议流程：
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主机A查询本地ARP缓存
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发送ARP广播请求（目标IP→MAC）
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目标主机B单播回复MAC地址
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更新ARP缓存表（有效期通常120s）
04. 交换机的智慧
核心功能解析
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MAC地址表学习：
通过源MAC自动建立端口映射表 -
帧转发策略：
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单播：直接转发到目标端口
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广播：泛洪到所有端口
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未知：执行泛洪操作
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VLAN技术：通过802.1Q协议实现逻辑网络隔离，典型配置：
Switch(config)# vlan 10 Switch(config-vlan)# name Sales Switch(config-if)# switchport access vlan 10
05. 路由器的世界
路由决策机制
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路由表组成要素：
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目标网络
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子网掩码
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下一跳地址
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出接口
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度量值（跳数、带宽等）
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动态路由协议对比：
| 协议类型 | 典型协议 | 更新方式 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 距离矢量 | RIP | 定期全量更新 | 小型网络 |
| 链路状态 | OSPF | 触发式更新 | 中大型企业网络 |
| 路径矢量 | BGP | 增量更新 | 互联网骨干 |
06. DHCP服务揭秘
地址分配四步曲
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DHCP Discover：客户端广播发现
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DHCP Offer：服务器响应提议
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DHCP Request：客户端确认请求
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DHCP ACK：最终分配确认
租期管理策略：
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默认租期：8天（691200秒）
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T1时间（50%）：客户端尝试续租
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T2时间（87.5%）：广播重新绑定
07. DNS域名解析系统
解析过程详解
graph LR
A[客户端] --> B[本地DNS]
B -->|缓存命中| A
B --> C[根服务器]
C --> D[顶级域.com]
D --> E[权威DNS]
E --> B
B --> A
记录类型大全：
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A记录：IPv4地址映射
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AAAA：IPv6地址映射
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MX：邮件服务器记录
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CNAME：域名别名
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TXT：文本验证信息
08. NAT网络地址转换
转换类型对比
| 类型 | 端口处理 | 连接数 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 静态NAT | 一对一固定映射 | 1:1 | 服务器发布 |
| 动态NAT | 地址池轮询 | N:M | 企业内网 |
| PAT(PNAT) | 端口多路复用 | 1:∞ | 家庭宽带 |
NAT转换表示例：
| 内部地址 | 外部地址 | 协议 | 外部端口 |
|---|---|---|---|
| 192.168.1.10:5566 | 203.0.113.5:12345 | TCP | 80 |