計算機網絡相關知識總結（計算機網絡的知識點總結）

1.DHCP

從路由器的角度講（可以看成服務端），不開啟dhcp的路由器類似于交換機，不能自動給連接上的終端分配IP地址，需要手動設置IP地址，或者當交換機使用。

例如：二級路由就是這樣設置的，第二個路由關閉DHCP服務，讓第一個路由來分配ip，避免IP沖突。

從電腦的角度講（可以看成客戶端），開不開啟DHCP就關系到你能不能自動獲取到IP地址，不開的話，需要手動設置IP地址。

DHCP服務器：動態主機配置協議是一個局域網的網絡協議。指的是由服務器控制一段IP地址范圍，客戶機登錄服務器時就可以自動獲得服務器分配的IP地址和子網掩碼。擔任DHCP服務器的計算機需要安裝TCP/IP協議，并為其設置靜態IP地址、子網掩碼、默認網關等內容。

分配ip方式有三種：

自動分配是當DHCP客戶端第一次成功的從DHCP服務器獲取一個IP地址后，就永久的使用這個IP地址。

手動分配是由DHCP服務器管理員專門指定的IP地址

動態分配是當客戶端第一次從DHCP服務器獲取到IP地址后，并非永久使用該地址，每次使用完后，DHCP客戶端就需要釋放這個IP，供其他客戶端使用。

客戶端從DHCP服務器獲得IP地址的過程叫做DHCP的租約過程，IP地址的有效使用時間段稱為租用期，租用期滿之前，客戶端必須向DHCP服務器請求繼續租用。服務器接受請求后才能繼續使用，否則無條件放棄。

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）是一個局域網的網絡協議，使用UDP協議工作， 主要有兩個用途：給內部網絡或網絡服務供應商自動分配IP地址，給用戶或者內部網絡管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。

——資料來源百度百科

DHCP有3個端口，其中UDP67和UDP68為正常的DHCP服務端口，分別作為DHCP Server和DHCP Client的服務端口；546號端口用于DHCPv6 Client，而不用于DHCPv4，是為DHCP failover服務，這是需要特別開啟的服務，DHCP failover是用來做“雙機熱備”的。

——以上圖片來源于網絡

擴展：

1.雙機熱備是應用于服務器的一種解決方案，其構造思想是主機和從機通過TCP/IP網絡連接，正常情況下主機處于工作狀態，從機處于監視狀態，一旦從機發現主機異常，從機將會在很短的時間之內代替主機，完全實現主機的功能。

2.容災備份系統是指在相隔較遠的異地，建立兩套或多套功能相同的IT系統，互相之間可以進行健康狀態監視和功能切換，當一處系統因意外(如火災、地震等)停止工作時，整個應用系統可以切換到另一處，使得該系統功能可以繼續正常工作。容災技術是系統的高可用性技術的一個組成部分，容災系統更加強調處理外界環境對系統的影響，特別是災難性事件對整個IT節點的影響，提供節點級別的系統恢復功能。

2.VPN

VPN屬于遠程訪問技術，簡單地說就是利用公用網絡架設專用網絡。例如某公司員工出差到外地，他想訪問企業內網的服務器資源，這種訪問就屬于遠程訪問，在公用網絡上建立專用網絡，進行加密通訊。在企業網絡中有廣泛應用。VPN網關通過對數據包的加密和數據包目標地址的轉換實現遠程訪問。VPN可通過服務器、硬件、軟件等多種方式實現。

讓外地員工訪問到內網資源，利用VPN的解決方法就是在內網中架設一臺VPN服務器。外地員工在當地連上互聯網后，通過互聯網連接VPN服務器，然后通過VPN服務器進入企業內網。為了保證數據安全，VPN服務器和客戶機之間的通訊數據都進行了加密處理。有了數據加密，就可以認為數據是在一條專用的數據鏈路上進行安全傳輸，就如同專門架設了一個專用網絡一樣，但實際上VPN使用的是互聯網上的公用鏈路，因此VPN稱為虛擬專用網絡，其實質上就是利用加密技術在公網上封裝出一個數據通訊隧道。有了VPN技術，用戶無論是在外地出差還是在家中辦公，只要能上互聯網就能利用VPN訪問內網資源，這就是VPN在企業中應用得如此廣泛的原因。

——來源自百度百科

3.NAT

IPv4雖然已經被瓜分完了，那么我們電腦上的ip地址是怎么回事呢，我們電腦上的ip地址一般都是私有的ip地址，在局域網內部有效，在進入Internet之前會被NAT路由器轉換為一個全球唯一的公網IPv4地址，等到返回的時候，NAT路由器又會轉換為我們電腦的私有IPv4地址。

NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）是1994年提出的。當在專用網內部的一些主機本來已經分配到了本地IP地址（即僅在本專用網內使用的專用地址），但又想和因特網上的主機通信（并不需要加密）時，可使用NAT方法。

這種方法需要在專用網（私網IP）連接到因特網（公網IP）的路由器上安裝NAT軟件。裝有NAT軟件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球IP地址（公網IP地址）。這樣，所有使用本地地址（私網IP地址）的主機在和外界通信時，都要在NAT路由器上將其本地地址轉換成全球IP地址，才能和因特網連接。

4.子網劃分問題

分子網是為了解決網絡阻塞的問題，防止一個網絡結點過多的問題，而nat是為了節省ip地址，通過nat可以實現內部ip地址，通過一個外部ip地址，實現內部網絡和外部網絡實現傳輸。

范圍上劃分有些要注意的：

A類 從1.0.0.0 到126.255.255.255

B類 從128.0.0.0到191.255.255.255

C類 從192.0.0.0到223.255.255.255

其中127.x.x.x段地址空間是被保留的回環地址

IP地址包含 網絡地址+主機地址，即IP地址=網絡地址+主機地址

在使用TCP/IP 協議的網絡中，主機標識段host ID 為全1 的IP 地址為廣播地址，廣播的分組傳送給host ID段所涉及的所有計算機。例如，對于10.1.1.0 （255.255.255.0 ）網段，其廣播地址為10.1.1.255 （255 即為2 進制的11111111 ），當發出一個目的地址為10.1.1.255 的數據包時，它將被分發給該網段上的所有計算機。

子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用。子網掩碼只有一個作用，就是將某個IP地址劃分成網絡地址和主機地址兩部分。

子網掩碼是一個32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以區別網絡標識和主機標識，并說明該IP地址是在局域網上，還是在遠程網上。

對于A類地址來說，默認的子網掩碼是255.0.0.0；對于B類地址來說默認的子網掩碼是255.255.0.0；對于C類地址來說默認的子網掩碼是255.255.255.0。

通過子網掩碼，就可以判斷兩個IP在不在一個局域網內部，也可以看出有多少位是網絡號，有多少位是主機號。

比如：當TCP/IP設置配置到設備時，必須指定子網掩碼(或IPv6的前綴長度)。IP地址是203.118.18.137，掩碼是255.255.255.224，也就是CIDR符號中的/27，即203.118.18.137/27。

5.網絡傳輸數據底層具體過程舉例：（圖解）

PC1想要訪問PC2時，將PC2的IP地址與自身的子網掩碼做邏輯與運算，發現自身與PC2在同一個物理網段(二層廣播域)中，可以直接通信，于是發出ARP請求，請求PC2的MAC地址，將PC2的IP地址作為目的IP，MAC地址作為目的MAC，完成二層幀的封裝，把數據幀發給路由器；路由器查找MAC地址映射表，發現數據幀的目的MAC與4號端口關聯，直接從4號端口發出。

如下圖為完整傳輸過程（下圖畫出了一般情況下的傳輸過程）：

如下為路由選址詳細部分：

6.網關

大家都知道，從一個房間走到另一個房間，必然要經過一扇門。同樣，從一個網絡向另一個網絡發送信息，也必須經過一道“關口”，這道關口就是網關。顧名思義，網關（Gateway） 就是一個網絡連接到另一個網絡的“關口”。也就是網絡關卡。

比如有網絡A和網絡B，網絡A的IP地址范圍為“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子網掩碼為255.255.255.0；網絡B的IP地址范圍為“192.168.2.1~192.168.2.254”，子網掩碼為255.255.255.0。

在沒有路由器的情況下，兩個網絡之間是不能進行TCP/IP通信的，即使是兩個網絡連接在同一臺交換機（或集線器）上，TCP/IP協議也會根據子網掩碼（255.255.255.0）判定兩個網絡中的主機處在不同的網絡里。

而要實現這兩個網絡之間的通信，則必須通過網關。如果網絡A中的主機發現數據包的目的主機不在本地網絡中，就把數據包轉發給它自己的網關，再由網關轉發給網絡B的網關，網絡B的網關再轉發給網絡B的某個主機。

所以說，只有設置好網關的IP地址，TCP/IP協議才能實現不同網絡之間的相互通信。那么這個IP地址是哪臺機器的IP地址呢？網關的IP地址是具有路由功能的設備的IP地址，具有路由功能的設備有路由器、啟用了路由協議的服務器（實質上相當于一臺路由器）、代理服務器（也相當于一臺路由器）。

網關(Gateway)又稱網間連接器、協議轉換器。網關在網絡層以上實現網絡互連，是復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協議不同的網絡互連。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連。 網關是一種充當轉換重任的計算機系統或設備。使用在不同的通信協議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統之間，網關是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統的需求。同層–應用層。

——來源自百度百科

網關(Gateway)又稱網間連接器、協議轉換器。默認網關在網絡層以上實現網絡互連，是最復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協議不同的網絡互連。網關的結構也和路由器類似，不同的是互連層。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連 。

7.DNS

域名系統（英文：Domain Name System，縮寫：DNS）是互聯網的一項服務。它作為將域名和IP地址相互映射的一個分布式數據庫，能夠使人更方便地訪問互聯網。DNS使用UDP端口53。當前，對于每一級域名長度的限制是63個字符，域名總長度則不能超過253個字符。

域名系統(Domain Name System,DNS)是Internet上解決網上機器命名的一種系統。就像拜訪朋友要先知道別人家怎么走一樣，Internet上當一臺主機要訪問另外一臺主機時，必須首先獲知其地址，TCP/IP中的IP地址是由四段以“.”分開的數字組成(此處以IPv4的地址為例，IPv6的地址同理)，記起來總是不如名字那么方便，所以，就采用了域名系統來管理名字和IP的對應關系。

由于因特網的用戶數量較多，所以因特網在命名時采用的是層次樹狀結構的命名方法。任何一個連接在因特網上的主機或路由器，都有一個唯一的層次結構的名字，即域名(domain name)。這里，“域”(domain)是名字空間中一個可被管理的劃分。

域名層次圖：

DNS解析迭代查詢和遞歸查詢過程圖：

DNS解析具體流程圖：

——上述三張圖片來源網絡

以上內容于2021.7.30著

8.LAN、WAN、WLAN、WiFi、傳輸介質等相關介紹

LAN是Local Area Network的縮寫，中文名局域網，在局域范圍內使用的內部通訊網絡。

局域網是一種私有網絡，一般在一座建筑物內或建筑物附近，比如家庭、辦公室或工廠。局域網絡被廣泛用來連接個人計算機和消費類電子設備，使它們能夠共享資源和交換信息。當局域網被用于公司時，它們就稱為企業網絡。

其網絡結構圖如下：

——圖片來源百度百科

這里個人對圖片中的內容進行詳細說明一下，我們從右下角的Internet小球開始說起：

首先互聯網傳播的范圍很廣，在如此遠距離的情況下，光信號作為傳播介質是最快的，也是最佳的方式，光信號通過光纖進行傳播，而在我們的局域網內部，范圍比較小，光纖價格高昂，所以一般考慮使用雙絞線作為傳遞電信號的材質，從光信號到電信號的轉換，這個過程就交給光貓這個設備來進行處理。

光貓可以把光信號轉換成電信號，也可以把電信號轉換成光信號，我們先說從Internet到個人計算機的過程，從個人計算機到Internet是其逆過程；通過光貓后信號變成了電信號，交給交換機進行分發，交換機可以連接電腦，也可以連接交換機，交換機后面還能再接交換機，交換機接交換機叫級聯，理論上可以無窮的一直級聯下去，但實際應用過程中，建議級聯不超過四層。（其中涉及到路由器，改圖中沒有畫出來，路由器工作在網絡層，交換機工作在數據鏈路層）

交換機負責轉發到對應的交換機或主機后，主機中的網卡負責把串行的電信號變成并行的電信號，如下圖，圖b是未到計算機網卡前的電信號的通訊方式，圖a是經過網卡串并轉換后在計算機內部的通信方式。

下面是對應的實物照片,其中涉及到WAN廣域網，我們將在8.2中講到

——上述圖片來源自網絡

WAN，全稱Wide Area Network，中文名叫做廣域網。

其又稱外網、公網。是連接不同地區局域網或城域網計算機通信的遠程網。通常跨接很大的物理范圍，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個地區、城市和國家，或橫跨幾個洲并能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網絡。

一般路由器都會有一個或多個WAN口的路由。

——上述圖片來源自網絡

WLAN，Wireless Local Area Network的簡稱，中文名無線局域網。

和LAN不同，WLAN的數據通過電磁波傳輸，也就是常說的空氣傳輸。WLAN 利用電磁波在空氣中發送和接受數據，而無需線纜介質。

是一種利用射頻(Radio Frequency RF)技術進行據傳輸的系統，該技術的出現絕不是用來取代有線局域網絡，而是用來彌補有線局域網絡之不足，以達到網絡延伸之目的，使得無線局域網絡能利用 簡單的存取架構讓用戶透過它，實現無網線、無距離限制的通暢網絡。

WLAN 使用 ISM (Industrial、Scientific、Medical) 無線電廣播頻段通信。WLAN 的 802.11a 標準使用 5 GHz 頻段，支持的最大速度為 54 Mbps，而 802.11b 和 802.11g 標準使用 2.4 GHz 頻段，分別支持最大 11 Mbps 和 54 Mbps 的速度。目前WLAN所包含的協議標準有：IEEE802.11b協議、IEEE802.11a協議、IEEE802.11g協議、IEEE802.11E 協議、IEEE802.11i協議、無線應用協議(WAP)。

WIFI(WirelessFidelity，無線保真)技術

WIFI(WirelessFidelity，無線保真)技術是一個基于IEEE 802.11系列標準的無線網路通信技術的品牌，目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有。

簡單來說WIFI就是一種無線聯網的技術，以前通過網絡連接電腦，而現在則是通過無線電波來連網。而Wi-Fi聯盟(也稱做： 無線局域網標準化的組織WECA)成立于1999年，當時的名稱叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)，在2002年10月，正式改名為Wi-Fi Alliance。與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。該技術使用的使2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段。其目前可使用的標準有兩個，分別是IEEE802.11a和IEEE802.11b。在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整為5.5Mbps、2Mbps和 1Mbps，帶寬的自動調整，有效的保障了網絡的穩定性和可靠性。該技術由于有著自身的優點，因此受到廠商的青睞。

兩者區別：

wifi包含于WLAN中，發射信號的功率不同，覆蓋的無線信號范圍不同

事實上WIFI就是WLANA(無線局域網聯盟)的一個商標，該商標僅保障使用該商標的商品互相之間可以合作，與標準本身實際上沒有關系，但因為WIFI 主要采用802.11b協議，因此人們逐漸習慣用WIFI來稱呼802.11b協議。從包含關系上來說，WIFI是WLAN的一個標準，WIFI包含于 WLAN中，屬于采用WLAN協議中的一項新技術。WiFi的覆蓋范圍則可達300英尺左右(約合90米)，WLAN最大(加天線)可以到5KM。

WLAN無線上網其實包含WIFI無線上網

WIFI和WLAN都是實現無線上網的技術即可，并且WLAN無線上網其實包含WIFI無線上網，WLAN無線上網覆蓋范圍更寬，而WIFI無線上網比較適合比如智能手機，平板電腦等智能小型數碼產品。

雙絞線

由兩條互相絕緣的銅線組成，其典型直徑為1mm。這兩條銅線擰在一起，就可以減少鄰近線對電氣的干擾。雙絞線即能用于傳輸模擬信號，也能用于傳輸數字信號，其帶寬決定于銅線的直徑和傳輸距離。但是許多情況下，幾公里范圍內的傳輸速率可以達到幾Mbit/s.由于其性能較好且價格便宜，雙絞線得到廣泛應用，雙絞線可以分為非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線兩種，屏蔽雙絞線性能優于非屏蔽雙絞線。雙絞線共有6類，其傳輸速率在4~1000Mbit/s之間。

下圖是帶有水晶頭的雙絞線，記得大二下學期的時候學習計算機網絡的時候，第一次課程設計中就要求我們去制作帶有水晶頭的雙絞線

同軸電纜

它比雙絞線的屏蔽性要更好，因此在更高速度上可以傳輸得更遠。它以硬銅線為芯（導體），外包一層絕緣材料（絕緣層），這層絕緣材料再用密織的網狀導體環繞構成屏蔽，其外又覆蓋一層保護性材料（護套）。同軸電纜的這種結構使它具有更高的帶寬和極好的噪聲抑制特性。1km的同軸電纜可以達到1~2Gbit/s的數據傳輸速率。

光纖

它是由純石英玻璃制成的。纖芯外面包圍著一層折射率比芯纖低的包層，包層外是一塑料護套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護。光纖的傳輸速率可達100Gbit/s.

微波傳輸

微波是頻率在10的8次方~10的10次方Hz之間的電磁波。在100MHz以上，微波就可以沿直線傳播，因此可以集中于一點。通過拋物線狀天線把所有的能量集中于一小束，便可以防止他人竊取信號和減少其他信號對它的干擾，但是發射天線和接收天線必須精確地對準。由于微波沿直線傳播，所以如果微波塔相距太遠，地表就會擋住去路。因此，隔一段距離就需要一個中繼站，微波塔越高，傳的距離越遠。微波通信被廣泛用于長途電話通信、監察電話、電視傳播和其他方面的應用。

未完待續…

NAT TCP/IP 網絡

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