一、計算機網絡

網絡基礎

1. 計算機網絡的分類

2. 網絡拓撲結構

總線型(利用率低、干擾大、價格低)
星型(交換機形成的局域網、中央單元負荷大)
環型(流動方向固定、效率低擴充難)
樹型(總線型的擴充、分級結構)
分布式(任意節點連接、管理難成本高)

一般來說，辦公室局域網是星型拓撲結構，中間節點就是交換機，一旦交換機損壞，整個網絡都癱瘓了，這就是星型結構。同理，由路由器連接起來的小型網絡也是星型結構。

3. OSI參考模型

OSI層	功能	單位	設備
物理層	負責比特流在物理介質上的傳輸，包括電壓、線速、針腳等電氣特性。	比特（Bit）	網卡、中繼器、集線器
數據鏈路層	幀傳輸、錯誤檢測與糾正、MAC尋址	幀（Frame）	交換機、網橋
網絡層	負責邏輯尋址和路由選擇，實現不同網絡間的數據包傳輸。	數據包（Packet）	路由器、三層交換機
傳輸層	端到端連接、流量控制、可靠性保障	段（Segment，TCP）或數據報	網關、防火墻
會話層	建立、管理、終止會話	數據（Data）	不常見（軟件實現為主）
表示層	數據格式轉換、加密/解密、壓縮	數據（Data）	軟件協議棧
應用層	直接為用戶應用提供服務，如文件傳輸、電子郵件等。	數據（Data）	代理服務器、應用網關

由低層到高層分別為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層（速記詞：巫術忘傳會飆鷹）。

網絡設備

1. 網卡（Network Interface Card, NIC）

網卡是計算機與網絡之間的硬件接口，負責將數據轉換為電信號或光信號進行傳輸。功能包括物理地址（MAC地址）識別、數據封裝與解封裝、流量控制等。有線網卡通過RJ-45接口連接網線，無線網卡通過天線接收Wi-Fi信號。

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2. 中繼器（Repeater）

中繼器工作在物理層，用于放大或再生網絡信號以延長傳輸距離。作用僅限于信號增強，不改變數據內容，也無法識別數據包的目標地址。中繼器功能單一，無法隔離沖突域或廣播域。

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3. 集線器（Hub）

集線器是物理層設備，功能類似于多端口中繼器。所有連接到集線器的設備共享同一沖突域，數據廣播到所有端口，缺乏定向傳輸能力。因其效率低，現代網絡已逐漸被交換機取代。

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4. 網橋（Bridge）

網橋工作在數據鏈路層，用于連接兩個MAC層協議相同的網絡（局域網）并過濾流量。通過MAC地址表學習目標設備位置，僅轉發目標地址在另一端的幀，從而減少不必要的廣播流量。

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5. 交換機（Switch）

交換機是高性能的網橋升級版，在數據鏈路層轉發數據幀，基于MAC地址進行點對點通信。每個端口獨立構成沖突域，支持全雙工通信。通過MAC地址表實現點對點數據傳輸，顯著提升網絡效率。交換機隔離沖突域，但默認不隔離廣播域（除非使用VLAN）

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6.路由器（Router）

路由器工作在網絡層（OSI第三層），負責在不同網絡間轉發數據包。功能包括IP地址尋址、路由選擇（如OSPF、BGP協議）、NAT（網絡地址轉換）和防火墻基礎防護。路由器處理IP地址，而交換機處理MAC地址。

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7.網關（Gateway）

網關是高層協議轉換設備，工作于傳輸層及以上（OSI第四至七層）。用于連接不同協議的網絡（如TCP/IP與SNA），或實現應用層協議轉換（如郵件網關）。廣義上，路由器也可視為一種網關。

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8.防火墻（Firewall）

防火墻是網絡安全設備，工作層次從網絡層到應用層不等。監控進出網絡的數據流，基于規則允許或攔截流量。功能包括：

• 包過濾：基于IP、端口等規則阻止非法流量。
• 狀態檢測：跟蹤連接狀態以識別異常會話。
• 應用層防護：深度檢測HTTP、FTP等協議內容。
• VPN支持：加密遠程訪問流量。
  可分為硬件防火墻（如企業級設備）和軟件防火墻（如Windows Defender）。

網絡協議

1. TCP/IP協議

2. 常見網絡協議端口號及作用

端口號	協議名稱	作用
20/21	FTP	文件傳輸協議（20用于數據傳輸，21用于控制連接）
22	SSH	安全外殼協議，用于加密遠程登錄和管理
23	Telnet	遠程登錄協議（明文傳輸，安全性較低）
25	SMTP	簡單郵件傳輸協議，用于發送郵件
53	DNS	域名系統協議，用于域名解析
67/68	DHCP	動態主機配置協議（67為服務器端，68為客戶端）
80	HTTP	超文本傳輸協議，用于網頁瀏覽
110	POP3	郵局協議版本3，用于接收郵件
143	IMAP	互聯網消息訪問協議，用于郵件管理（比POP3更高級）
161	SNMP	簡單網絡管理協議，用于網絡設備監控和管理
443	HTTPS	安全的HTTP協議，通過SSL/TLS加密傳輸數據
465	SMTPS	加密的SMTP協議（基于SSL）
587	SMTP（提交）	郵件提交端口（通常與STARTTLS加密配合使用）
993	IMAPS	加密的IMAP協議（基于SSL/TLS）
995	POP3S	加密的POP3協議（基于SSL/TLS）
3306	MySQL	MySQL數據庫默認端口
3389	RDP	遠程桌面協議，用于Windows遠程訪問
5432	PostgreSQL	PostgreSQL數據庫默認端口
5900	VNC	虛擬網絡計算協議，用于遠程桌面控制
6379	Redis	Redis數據庫默認端口

** 網際層協議**
IP 的主要功能包括將上層數據（如TCP、UDP數據）或同層的其他數據（如ICMP數據）封裝到IP數據中；將IP數據報送到最終目的地；為據報到達其他網絡中的目的地的路徑。
地址解析協議ARP的作用是將IP地址轉換為物理地址，反地址解析協議RARP的作用是將物理地址轉換為IP地址。
Internet 控制信息協議（ICMP）是網際層的另一個比較重要的協議。由于 IP 是一種盡力傳送的通信協議，即傳送的數據報可能會丟失、重復、延遲或亂序，因此IP需要一種避免差錯并在發生差錯時報告的機制。ICMP就是一個專門用于發送差錯報文的協議。ICMP定義了五種差錯報文（源抑制、超時、目的不可達、重定向和要求分段）和四種信息報文（回應請求、回應應答、地址屏蔽碼請求和地址屏蔽碼應答）。
傳輸層協議
傳輸控制協議TCP是TCP/IP 協議族中最重要的協議之一，利用TCP在源主機和目的機之間建立和關閉連接操作時，均需要通過三次握手來確認建立和關閉是否成功，如圖10-7所示。

用戶數據報協議UDP是一種不可靠、無連接的協議。UDP協議軟件的主要作用是將UDP消息展示給應用層，并不負責重新發送丟失或出錯的數據消息，不對接收到的無序IP數據報重新排序，不消除重復的IP數據報等。

常用的網絡診斷命令

ping： 用于測試與目標主機的連通性和延遲。發送ICMP回顯請求包，接收回顯應答包。
tracert： 追蹤數據包從源到目標的路徑，顯示經過的每一跳（路由器）及延遲。
nslookup： 查詢DNS記錄，驗證域名解析是否正常。
netstat： 顯示網絡連接、路由表、接口統計等信息。
ipconfig： 查看或配置網絡接口信息（IP地址、子網掩碼、網關等）。

IP

1. IP地址

計算機存放的IP地址是 32位的二進制代碼，每隔8位插入一個空格，可提高可讀性，為了便于理解和設置，一般會采用點分十進制方法來表示:將32位二進制代碼每8位二進制轉換成一進制，就變成了4個十進制數，而后在每個十進制數間隔中插入.如下所示

Internet中的地址可以分為五類：A類、B類、C類、D類和E類，各類地址分配方案如圖。


特殊地址：

169.254 是自動專用IP地址，當DHCP故障時為主機分配的臨時IP地址
主機位：全0是本地網絡地址，全1是廣播地址，其他是主機地址。

2. 子網掩碼

子網掩碼（Subnet Mask）是一種32位的二進制數字，用于劃分IP地址的網絡部分和主機部分。它與IP地址結合使用，通過邏輯“與”運算確定網絡地址。子網掩碼由連續的1和連續的0組成，1表示網絡位，0表示主機位。

IP地址類別	默認子網掩碼	IP地址范圍
A類	255.0.0.0	1.0.0.1 - 126.255.255.254
B類	255.255.0.0	128.0.0.1 - 191.255.255.254
C類	255.255.255.0	192.0.0.1 - 223.255.255.254

子網掩碼通常有兩種表示形式：

• 點分十進制：如255.255.255.0，對應二進制為11111111.11111111.11111111.00000000。
• CIDR斜線表示法：如/24，表示掩碼中1的個數為24位。

3. 子網劃分

我們一般采用子網劃分的方法來劃分網絡，將主機號拿出幾位作為子網號，就可以劃分出多個子網，此時IP地址組成為：網絡號+子網號+主機號。(本質還是保留了分類編址結構)
網絡號和子網號都為1，主機號都為0，這樣的地址為子網掩碼。

如何判斷兩個IP地址是否在同一網段？

只需要確定其網絡號+子網號是否相同，可以將子網掩碼和源IP地址進行與運算，得出網絡地址，判斷網絡地址是否相同即可。網絡號不同的主機屬于不同的網段，不能直接通信，必須通過網絡路由才能互相通信。
要注意的是：子網號可以為全0和全1，主機號不能為全0或全1，因此，在計算時，主機數需要 - 2，而子網數不用。

特殊情況處理
如果子網掩碼不同，即使IP地址看起來相似，也可能不在同一網段。例如：
IP地址1：192.168.1.10，子網掩碼：255.255.0.0，網絡地址：192.168.0.0
IP地址2：192.168.1.20，子網掩碼：255.255.255.0，網絡地址：192.168.1.0
此時網絡地址不同，不在同一網段。