《计算机是怎样跑起来的》第 9 章读书笔记

该测试笔记记录了《计算机是怎样跑起来的》第 9 章的内容，可对计算机网络有一个非常粗浅的认识。

第 9 章 通过七个简单的实验理解 TCP/IP 网络

9.1 实验环境

• 服务器（Server，服务的提供者）
• 客户端（Client，服务的利用者）
• 集线器（Hub）是负责把各台计算机的网线相互连接在一起的集线设备。
• 路由器（Router）是负责把公司内的网络和互联网连接起来的设备。
• LAN：部署在一间办公室内的小规模网络。
• WAN：像互联网那样将企业和企业联结起来的大规模网络。

9.2 实验 1：查看网卡的 MAC 地址

• 网卡选择的是规格极其普通的以太网（Ethernet）网卡。
• CSMA/CD（Career Sense Multiple Access with Collision Detection，带冲突检测的载波监听多路访问）：以太网中的每台计算机都需要先确认一件事：在网线上有没有其他的计算机正在传输电信号，也就是说要先确保没有人在占用网络，然后才能发送自己想传输的电信号。谁先抢到了网线的使用权，谁就先发送。万一遇到了多台计算机同时都想发送电信号的情况，只需要让这些计算机等待一段长度随机的时间后再重新发送相同的电信号即可。在以太网中，发送给一台计算机的电信号也可以被其他所有的计
  算机收到。一台计算机收到了电信号以后会先做判断，如果是发送给自己的则选择接收，反之则选择忽略。
• 载波监听（Career Sense），指的是这套机制会去监听（Sense）表示网络是否正在使用的电信号（Career）。
• 多路复用（Multiple Access） 指的是多个（Multiple）设备可以同时访问（Access）传输介质。
• 带冲突检测（with Collision Detection） 则表示这套机制会去检测（Detection）因同一时刻的传输而导致的电信号冲突（Collision）。
• 可以用被称作 MAC（Media Access Control） 地址的编号来指定电信号的接收者。在每一块网卡所带有的 ROM（Read Only Memory，只读存储器）中，都预先烧录了一个唯一的 MAC 地址。

在 cmd 中查看各自计算机中网卡的 MAC 地址：

ipconfig /all

物理地址即是 MAC 地址。假设得出的是 00-00-5D-B8-39-B0，则其中 00-00-5D 代表制造商，B8-39-B0 代表产品的编号。

9.3 实验 2：查看计算机的 IP 地址

• 在 TCP/IP 网络中，除了硬件上的 MAC 地址，还需要为每台计算机设定一个软件上的编号。这个编号就是众所周知的 IP 地址。通常把设定了 IP 地址的计算机称为主机（Host）。因为路由器也算是计算机的一种，所以它们也有 IP 地址。在 TCP/IP 网络中，传输的数据都会携带 MAC 地址和 IP 地址两个地址。
• IP 地址是一个 32 比特的整数，每 8 比特为一组，组间用“.”分隔，分成 4 段表示，因此可用作 IP 地址的整数是 0.0.0.0～255.255.255.255。
• 通常把 IP 地址中表示分组（即 LAN）的部分称作网络地址、表示各台计算机（即主机）的部分称为主机地址。

比如，在 AAA.BBB.CCC 这个公司内，如果有一台计算机的编号是 XXX，那么它的 IP 地址就是 AAA.BBB.CCC.XXX。而看到了 AAA.BBB.CCC.YYY 这样一个 IP 地址，就能知道它是这个公司内的另一台计算机。AAA.BBB.CCC 这一部分是网络地址，而 XXX 或 YYY 的部分是主机地址。

• 子网掩码的作用是标识出在 32 比特的 IP 地址中，从哪一位到哪一位是网络地址，从哪一位到哪一位是主机地址。值为 1 的那些位对应着 IP 地址中的网络地址，后面值为 0 的那些位则对应着主机地址。

比如 255.255.255.240 这个子网掩码就表示，其所对应的 IP 地址前 28 比特是网络地址，后 4 比特是主机地址。

在 cmd 中查看各自计算机中 IP 地址：

ipconfig /all

可查看 IPv4 地址、子网掩码，注意这是查的局域网 IP 地址（内网 IP）。

9.4 实验 3：了解 DHCP 服务器的作用

控制面板->网络和 Internet->网络和共享中心->更改适配器设置->右键“WLAN”或“本地连接”->点击“属性”->双击“Internet 协议版本 4 (TCP/IPv4)属性”，可以手动配置 IP 地址。

• DHCP 的全称是 Dynamic Host Configuration Protocol（动态主机设置协议）。DHCP 服务器上记录着可以被分配到 LAN 内计算机的 IP 地址范围和子网掩码的值。作为 DHCP 客户端的计算机在启动时，就可以从中知道哪些 IP 地址还没有分配给其他计算机。
• “默认网关”配置项：通常会把路由器的 IP地址设置在这里。也就是说路由器就是从 LAN 通往互联网世界的入口（Gateway）。路由器的 IP 地址也可以从 DHCP 服务器获取。
• “自动获得 DNS 服务器地址”这一选项：DNS 服务器的 IP 地址从 DHCP 服务器获取。

9.5 实验 4：路由器是数据传输过程中的指路人

• 路由器的工作原理就是查看附加到数据上的 IP 地址中的网络地址部分，只要发现这个数据不是发送给 LAN 内计算机的，就把它发送到 LAN 外，即互联网的世界中。
• 路由表：用来记录应该把数据转发到哪里，在一台路由器的路由表中，只会记录通往与之相邻的路由器的路径，而并不会记录世界范围内的所有传输路径。

在 cmd 中查看路由表：

route print

• Network Destination、Netmask、Gateway、Interface 这四列记录着数据发送的目的地和路由器的 IP 地址等信息。Metric 这一列记录着路径的权重，这个值由某种算法决定，比如数据传输过程中经过的路由器的数量。如果遇到有多条候选路径都可以通往目的地的情况，路由器就会选择 Metric 值较小的那条路径。
• 如果数据的发送目的地就在本 LAN 中，则可以直接发送数据而无需经过路由器转发；反之如果在 LAN 外（或发送目的地的 IP 地址不在路由表中），则需要经过路由器转发。

9.6 实验 5：查看路由器的路由过程

• Web 服务器中的数据，要经过若干个路由器的转发才能达到诸位的计算机上。通常把这种数据经过路由器转发的过程称为路由（Routing）。

在 cmd 中查看路由过程：

tracert 主机名或计算机名

例如：

tracert www.baidu.com

9.7 实验 6：DNS 服务器可以把主机名解析成 IP 地址

• DNS（Domain Name System，域名系统） 的服务器：正是该服务器为我们把 www.grapecity.com 这样的域名解析为了 210.160.205.80 这样的 IP 地址 。
• 计算机都有一个主机名，每个 LAN 也都有一个域名。通常把这种由主机名和域名组合起来形成的名字称作FQDN（Fully Qualified Domain Name，完整限定域名）。

例如：计算机的主机名是 ma50j（源于这台计算机的型号），所在的 LAN 的域名是 yzw.co.jp。把主机名和域名组合起来所形成的 ma50j.yze.co.jp，就是能够标识这台计算机的一个世界范围内独一无二的名字，这个名字与 IP 地址的作用是等价的。

• DNS 服务器通常被部署在各个 LAN 中，里面记录着 FQDN 和 IP 地址的对应关系表。世界范围内的 DNS 服务器是通过相互合作运转起来的。如果一台 DNS服务器无法解析域名，它就会去询问其他的 DNS 服务器。

在 cmd 中查看计算机主机名：

hostname

在 cmd 中查看 FQDN：

ipconfig /all

Host Name 后面显示的是主机名，而 DNS Suffix Search List 后面显示的就是域名。

在 cmd 中执行：

nslookup

屏幕上就会显示出一个提示符“>”，表示现在可以询问 DNS 服务器了，输入网址以查询 IP 地址。

9.8 实验 7：查看 IP 地址和 MAC 地址的对应关系

• 在互联网的世界中，到处传输的都是附带了 IP 地址的数据。但是能够标识作为数据最终接收者的网卡的，还是 MAC 地址。
• 用于实现由 IP 地址到 MAC 地址的转换，这种功能被称作 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）。
• 同时向所有 LAN 内的计算机发送数据的过程称作广播（Broadcast）。
• ARP 还提供了缓存的功能，当向各个计算机都询问完一轮之后，就会把得到的 MAC 地址和 IP 地址的对应关系缓存起来（临时保存在内存中）。存起来的这些对应关系信息称作 ARP 缓存表。

在 cmd 中查看当前 ARP 缓存表的内容：

arp -a

9.9 TCP 的作用及 TCP/IP 网络的层级模型

• IP 协议用于指定数据发送目的地的 IP 地址以及通过路由器转发数据。而 TCP 协议则用于通过数据发送者和接收者相互回应对方发来的确认信号，可靠地传输数据。通常把像这样的数据传送方式称作“握手”（Handshake）。
• TCP 协议中还规定，发送者要先把原始的大数据分割成以“包”（Packet）为单位的数据单元，然后再发送，而接收者要把收到的包拼装在一起还原出原始数据。
• TCP 协议使用被称作“TCP 端口号”的数字识别上层的应用程序。TCP 端口号中有一些是预先定义好的，比如 Web 使用 80 端口，电子邮件使用 25 端口（用于发送）和 110 端口（用于接收）。

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