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计算机网络——基本概念和基础知识CNCN分类CN性能指标网络连接设备因特网体系结构因特网的网际协议IP套接字端口TCP连接localhost127.0.0.1本机IPURI、URL和URN/（URL）DNS网卡MAC地址pingCSMA

计算机网络——基本概念和基础知识

CN

CN（计算机网络）是把分布在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。internet（泛指互联网）：多个计算机网络互联形成的网络，通信协议任意。Internet（特指因特网）：当前全球最大的、开放的、有众多网络互相连接而成的特定的计算机网络，采用 TCP/IP 协议族作为通信规则，前身是美国的APRAnet。具有灵活多样的入网方式，任何计算机只要采用TCP/IP协议与Internet中任何一台主机通信，就可以成为其中一员。Ethernet（以太网）：当前局域网采用的最通用的一种通信协议标准，是局域网的一种。注意：局域网内部必须采用同一通信协议，但不同局域网之间又可以采用其他通信协议通信。万维网：环球信息网，World Wide Web，WWW，是互联网所能提供的一项服务，万维网可让Web客户端（常用浏览器）通过互联网访问浏览Web服务器上的页面。页面是由许多相互链接的超文本组成的系统，系统中每一个有用的事物称为一种“资源”，每个资源可由一个“统一资源标识符”（URI）标识。

CN分类

按网络交换技术（即按什么方式动态地分配传输线路的资源）

电路交换——电话系统（交换机、中继线；面向连接服务、资源独占；通信质量好但资源利用率低）

报文交换——邮政系统（邮筒；无连接服务、存储转发、资源共享）

分组交换——计算机网络（分组、存储转发、资源共享）按覆盖范围分类

局域网LAN——校园网、企业网（范围小、速率高10Mb/s～10Gb/s、延迟短、多介质传输、总线型和环形）

城域网MAN——城市（局域网之间的连接）

广域网WAN——（许多LAN和MAN组成，最广为人知的广域网就是Internet）

CN性能指标

带宽：数字信道上指最高数据传输速率（比特率，单位bit/s）；带宽越大，时间轴上信号宽度越窄。时延（delay）：一个报文或分组从一个链路或网络的一端传送到另一端的时间。时延主要存在于发送器、节点和链路上。

（1）发送器（发送/传输时延）：

（2）节点：处理时延（存储转发）、排队时延（排队时间，取决于网络中当时的通信量）

（3）链路（传播时延）：

因此：总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

注意：宽带线路（即大带宽）只是每秒钟有更多的比特从计算机注入到线路；宽带线路和窄带线路上比特的传速率相同。丢包率（分组丢失率）：单位时间的传输过程中，丢失分组数量与总分组数量之比；网络拥塞是丢包的主要原因。信道利用率：信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。

网络利用率U：全网络的信道利用率的加权平均值。往返时延RTT：发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认的时间。

网络连接设备

网络层以上的中继系统：网关(gateway)网络层：路由器(router)数据链路层：交换机(switch)、网桥 (bridge)物理层：集线器(hub) 、转发器(repeater)

因特网体系结构

因特网的网际协议IP

配套协议

虚拟互连网络（网络的网络）中的地址

①在虚拟互连网络中必须为每个主机分配一个统一的地址——IP地址。

②IP地址中的网络号，间接交付时使用，连接在同一网络上主机的IP地址具有相同网络号。

③IP地址中的主机号，仅在直接交付时使用。IP地址

①定义：我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络，IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。

②编址方法：分类的 IP 地址（1981，最基本）；子网的划分（1985，改进）；构成超网（1993，无分类编址方法）

③表示：

IP地址分类：

特殊的IP地址：

主机号全 1——直接广播地址

32 位 IP 地址位全 1——有限广播地址

网络号为全 0 表示本网络

IP 地址全 0 表示本主机

网络号为 127 的 A 类地址——回送地址IP 地址的一些重要特点

①分等级的地址结构，方便管理并减小路由表所占的存储空间。

②实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。（路由器、多穴主机）

③用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。

④所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。IP地址与硬件地址

①二者关系

②地址解析协议 ARP作用

ARP可解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题 。每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。源主机与目的主机在同一局域网查目的主机IP地址，否则查路由器IP地址，ARP协议自动解析为相应的硬件地址。

③IP 数据报的格式

a. 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。

b. 首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。

c. 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。路由表

特定主机路由：为特定的目的主机指明一个路由。

默认路由：减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。划分子网和构造超网

①分类（分类IP）—子网掩码（划分子网）—变长子网掩码（VLSM）—无分类域间路由选择 CIDR（构成超网）

②划分子网：将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地址的因特网部分；使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。

③构成超网：又叫路由聚合，使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）传统分类地址的路由。

对于 /20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。

最长前缀匹配：选择两个匹配的地址中更具体的一个，即选择最长前缀的地址。

套接字

一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，比如Web服务、FTP服务、SMTP服务等，这些服务完全可以通过1个IP地址来实现。那么，主机是怎样区分不同的网络服务呢？显然不能只靠IP地址，因为IP 地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号（IP地址：端口号）作为”TCP连接的端点“，这种端点就叫做套接字（socket）或插口。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必需的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

端口

如果把IP地址比作一间房子 ，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口可以有65536（即：2^16）个之多。根据对应协议类型的不同，端口分为两种。计算机之间相互通信的时候，分为两种方式：一种是发送信息以后，可以确认信息是否到达，也就是有应答的方式，这种方式大多采用TCP协议；一种是发送以后就不管了，不去确认信息是否到达，这种方式大多采用UDP协议。

（1）TCP端口，对应这TCP协议的服务提供的端口；

（2）UDP端口，对应这UDP协议的服务提供的端口。

由于TCP和UDP 两个协议是独立的，因此各自的端口号也相互独立，比如TCP有235端口，UDP也 可以有235端口，两者并不冲突。根据服务类型的不同，端口分为三种。

（1）周知端口（Well Known Ports）：port0~1023；其中WWW服务——port21、FTP服务——port80；

（2）注册端口：port1024~49151，分配给用户选择安装的一些应用程序；

（3）动态端口（Dynamic Ports）：port49152~65535，一般不固定分配某种服务，而是动态分配。

TCP连接

以下为TCP联机过程：

每一个 TCP 连接都必须由一端（通常为 client )发起请求，这个 port 通常是随机选择大于 1024 以上（因为0-1023一般被用作知名服务器的端口，如FTP、HTTP、SMTP等）的 port 号来进行。第一个TCP封包只设定SYN旗标。如果另一端（通常为 Server ) 接受这个请求的话（特殊的服务需要以特殊的 port 来进行，例如 FTP 的 port 21 ），则会向请求端送回整个联机的第二个封包（设定SYN旗标和 ACK 旗标），并同时在本机端建立资源以待联机之需。请求端获得服务端响应封包之后，必须再响应对方一个确认封包（也就是整个联机的第三个封包），此时封包只带 ACK旗标（事实上，后继联机中的所有封包都必须带有 ACK 旗标）。当服务端收到请求端的确认封包之后，两端的联机才能正式建立。这就是所谓的 TCP 联机的“三次握手”（ Three-Way Handshake )的原理。经过三向交握之后， client 端的 port 通常是高于 1024 的随机取得的 port，至于主机端则视当时的服务是开启哪一个 port 而定，例如 WWW 选择 80 而 FTP 则以 21 为正常的联机信道。

localhost

localhost是个域名，不是地址，它可以被配置为任意的 IP 地址，不过通常情况下都指向 127.0.0.1(ipv4)和 ::1。

127.0.0.1

127.x.x.x整个都是环回地址。该地址通常分配给 loopback 接口，用于本机中各个应用之间的网络交互。只要操作系统的网络组件是正常的，loopback 就能工作。Windows 中看不到这个接口，Linux中这个接口叫lo。该地址用来测试本机的TCP/IP协议栈，发往这段A类地址数据包不会出网卡，网络设备不会对其做路由。这是测试网路通不通的第一步骤，因为如果ping 127.0.0.1都出问题的话，代表作业系统的TCP/IP通讯协定已经出问题了。

本机IP

本机 IP 就是真实网卡的 IP，具体来说有线无线各有一个，在国内是动态的。

####防火墙一种网络数据的过滤方式，可以根据服务器启动服务来设定是否放行，也可以针对信任的用户来放行。GFW（Great Firewall of China，中国国家防火墙、防火长城）：中华人民共和国政府在其管辖因特网内部建立的多套网络审查系统的总称，包括相关行政审查系统。

URI、URL和URN

URI，即统一资源标识符，可以唯一的标识某一个资源。URL，即统一资源定位符，可以唯一的定位某一个资源，可以操作和获取资源；既然可以唯一的定位到该资源，当然也可以用来唯一标识该资源，所以URL∈URI。URN，即统一资源名，该名称可以唯一标识某一资源。显然，URN∈URI。

/（URL）

http://—— 超文本传输协议，一种应用层协议pan—— 服务器名（主机名）—— 域名，网域名称，互联网上某一台计算机或计算机组的名称，数据传输时可标识计算机的电子方位（有时也指地理位置）；与IP地址相对应，域名和IP之间可通过DNS（Domain Name System，域名系统）相互映射。.com—— 域名后缀，顶级域名，包括国别域名（ccTLD），如中国的.cn、美国的.us、俄罗斯的.ru等；国际通用域名，如.com、.edu、.net等。—— 网址，网页的地址，网站名，即“服务器名+域名”，每一页网页都有一个网址。FQDN：(Fully Qualified Domain Name)全限定域名：同时带有主机名和域名的名称，从逻辑上准确地表示出主机在什么地方，是主机名的一种完全表示形式。/—— 服务器根目录

DNS

DNS（DomainNameSystem，域名系统）是互联网的一项服务。它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS使用TCP和UDP端口53。当前，对于每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。

网卡

一般有三块网卡：

loopback（虚拟网卡，lo）ethernet （有线网卡，真实网卡，eth）wlan（无线网卡，真实网卡，wlan）

MAC地址

MAC（Media Access Control Address，媒体访问控制地址）：也称为局域网地址（LAN Address），以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），用来确认网上设备位置的地址。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链接层则负责MAC地址。MAC地址长度是48比特（6字节），由16进制的数字组成，分为前24位和后24位：

（1）前24位叫做组织唯一标志符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分了不同的厂家。

（2）后24位是由厂家自己分配的，称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

#加粗样式# 网关

网关（Gateway）又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同层–应用层。

ping

ping（Packet Internet Groper，因特网包探索器）：

功能：一个网络诊断工具，可以检查网络是否连通，可以很好地帮助我们分析和判定网络故障。本质：是Windows、Unix和Linux系统下的一个命令。应用格式：ping空格IP地址。该命令还可以加许多参数使用，具体是键入ping按回车即可看到详细说明。原理：利用网络上机器IP地址的唯一性，给目标IP地址发送一个数据包，再要求对方返回一个同样大小的数据包来确定两台网络机器是否连接相通，时延是多少。

CSMA

CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波监听多路访问）：

是一种允许多个设备在同一信道发送信号的协议，其中的设备监听其它设备是否忙碌，只有在线路空闲时才发送。