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

• 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

• 32位二进制，点分十进制表示（如192.168.1.1）

• 地址分类：

  • A类：1.0.0.1 ~126.255.255.254（/8）

  • B类：128.1.0.1 ~191.255.255.254（/16）

  • C类：192.0.1.1 ~223.255.254.254（/24）

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

ARP协议流程：

1. 主机A查询本地ARP缓存

2. 发送ARP广播请求（目标IP→MAC）

3. 目标主机B单播回复MAC地址

4. 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

• MAC地址表学习：
  通过源MAC自动建立端口映射表

• 帧转发策略：

  • 单播：直接转发到目标端口

  • 广播：泛洪到所有端口

  • 未知：执行泛洪操作

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

• 路由表组成要素：

  • 目标网络

  • 子网掩码

  • 下一跳地址

  • 出接口

  • 度量值（跳数、带宽等）

动态路由协议对比：

06. DHCP服务揭秘

地址分配四步曲

1. DHCP Discover：客户端广播发现

2. DHCP Offer：服务器响应提议

3. DHCP Request：客户端确认请求

4. DHCP ACK：最终分配确认

租期管理策略：

• 默认租期：8天（691200秒）

• T1时间（50%）：客户端尝试续租

• 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：

• A记录：IPv4地址映射

• AAAA：IPv6地址映射

• MX：邮件服务器记录

• CNAME：域名别名

• TXT：文本验证信息

08. NAT网络地址转换

转换类型对比

NAT转换表示例：