### 计算机网络基础知识整理
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#### **一、网络类型**
1. **局域网 (LAN)**
- **定义**：覆盖小范围（如家庭、教室、公司）。
- **特点**：高带宽、低延迟，设备通过交换机互联。
- **示例**：家庭WiFi、企业内网。
2. **广域网 (WAN)**
- **定义**：跨地域连接多个局域网（如互联网）。
- **特点**：依赖路由器连接，带宽较低，延迟较高。
- **示例**：跨国公司的分支机构互联。
3. **无线局域网 (WLAN)**
- **定义**：基于无线技术（如WiFi）组建的局域网。
- **特点**：灵活性高，覆盖范围有限。
- **协议**：IEEE 802.11系列（如802.11ac）。
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#### **二、网络模型**
1. **OSI七层模型**
- **记忆口诀**：应（7.应用层）表（6.表示层）会（5.会话层）传（4.传输层）往（3.网络层）树（2.数据链路层）屋（1.物理层）。
- **各层功能**：
| 层级 | 名称 | 核心功能 | 协议/设备 |
|------|------------|------------------------------|--------------------------|
| 7 | 应用层 | 用户接口（HTTP、FTP） | 浏览器、应用程序 |
| 6 | 表示层 | 数据格式转换（加密、压缩） | SSL、JPEG |
| 5 | 会话层 | 建立/管理会话（断点续传） | RPC、NetBIOS |
| 4 | 传输层 | 端到端通信（TCP/UDP） | 端口号、流量控制 |
| 3 | 网络层 | 寻址和路由（IP地址） | 路由器、IP协议 |
| 2 | 数据链路层 | 帧传输（MAC地址） | 交换机、ARP协议 |
| 1 | 物理层 | 物理介质传输（比特流） | 网线、光纤、集线器 |
2. **TCP/IP五层模型**
- **简化OSI**：合并应用层、表示层、会话层为单一应用层。
- **层级对比**：
| TCP/IP模型 | 对应OSI层 | 核心协议 |
|------------|-----------|----------------------------|
| 应用层 | 5-7 | HTTP、FTP、DNS |
| 传输层 | 4 | TCP、UDP |
| 网络层 | 3 | IP、ICMP、ARP |
| 数据链路层 | 2 | Ethernet、WiFi（802.11） |
| 物理层 | 1 | 双绞线、光纤 |
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#### **三、网络设备**
1. **交换机 (Switch)**
- **功能**：组建局域网，基于MAC地址转发数据帧。
- **工作原理**：
- **学习MAC地址**：记录源MAC与接口的映射。
- **转发策略**：
- **单播**：查表直接转发。
- **广播/组播**：泛洪到所有接口（除接收口）。
- **类型**：
- **二层交换机**：基于MAC地址转发。
- **三层交换机**：支持IP路由功能。
2. **路由器 (Router)**
- **功能**：跨网段通信，连接不同网络（如LAN到WAN）。
- **核心作用**：
- **路由选择**：通过路由表决定数据包路径。
- **NAT转换**：将私有IP转换为公网IP。
3. **网卡 (NIC)**
- **功能**：终端设备的网络接口，负责数据帧的收发。
- **地址类型**：
- **MAC地址**：48位物理地址（如 `00:1A:2B:3C:4D:5E`）。
- **IP地址**：逻辑地址（如 `192.168.1.100`）。
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#### **四、地址与子网**
1. **IPv4地址分类**
| 类别 | 范围 | 默认掩码 | 可用主机数（默认） |
|------|--------------------|----------------|--------------------|
| A | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | 255.0.0.0 | \(2^{24}-2\) |
| B | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | 255.255.0.0 | \(2^{16}-2\) |
| C | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | 255.255.255.0 | \(2^{8}-2 = 254\) |
- **保留地址**：
- **网络地址**：主机位全0（如 `192.168.1.0`）。
- **广播地址**：主机位全1（如 `192.168.1.255`）。
2. **子网划分**
- **目的**：提高IP地址利用率。
- **示例**：
- **原始C类地址**：`192.168.1.0/24`（254主机）。
- **划分子网**：`192.168.1.0/25`（126主机）。
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#### **五、VLAN与广播域**
1. **VLAN (虚拟局域网)**
- **作用**：隔离广播域，增强安全性和管理灵活性。
- **划分方式**：基于交换机端口、MAC地址或协议。
- **特点**：
- 同一VLAN内设备可直接通信。
- 不同VLAN需通过路由器或三层交换机通信。
2. **VXLAN (虚拟扩展局域网)**
- **目的**：解决VLAN数量限制（4096个）。
- **原理**：通过隧道技术封装二层帧，支持更大规模虚拟网络。
3. **生成树协议 (STP)**
- **作用**：防止广播风暴（由网络环路引起）。
- **机制**：通过阻塞冗余路径消除环路。
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#### **六、数据传输基础**
1. **数据单位**
- **Bit**：最小单位（0/1）。
- **Byte**：1 Byte = 8 Bit。
- **帧 (Frame)**：数据链路层单位（64-1518 Byte）。
- **MTU**：最大传输单元（默认1500 Byte）。
2. **通信类型**
| 类型 | 特点 | 示例 |
|--------|--------------------------|--------------------|
| 单播 | 一对一通信（目标明确） | HTTP请求 |
| 组播 | 一对多（特定组） | 视频会议 |
| 广播 | 一对所有（局域网内） | ARP请求 |
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#### **七、机房与数据中心**
1. **IDC (互联网数据中心)**
- **功能**：集中托管服务器和网络设备。
- **核心组件**：
- **机柜**：物理设备存放单元。
- **UPS**：不间断电源。
- **冷却系统**：保障设备温度。
2. **负载均衡**
- **四层负载均衡**：基于IP和端口（如LVS）。
- **七层负载均衡**：基于应用层协议（如Nginx）。
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#### **八、常用命令与工具**
1. **Windows**
```bash
ipconfig /all # 查看IP和MAC地址
ping 192.168.1.1 # 测试网络连通性
```
2. **Linux**
```bash
ifconfig # 查看网络接口信息
ethtool ens33 # 查看网卡详细信息
traceroute google.com # 跟踪路由路径
```
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#### **九、补充知识点**
1. **数据封装与解封装**
- **发送端**：应用层 → 物理层（逐层添加头部）。
- **接收端**：物理层 → 应用层（逐层去除头部）。
2. **网络安全基础**
- **防火墙**：过滤非法流量（如iptables）。
- **VPN**：通过加密隧道实现安全远程访问。
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