【软考笔记】4. 计算机网络

OSI/RM 七层模型

1. 物理层
   1. 二进制传输
   2. 中继器，集线器
2. 数据链路层
   1. 传输以帧为单位的信息
   2. 网桥，交换机，网卡
   3. PPTP L2TP SLTP PPP
3. 网络层
   1. 分组传输、路由选择
   2. 三层交换机，路由器
   3. ARP RARP IP ICMP IGMP
4. 传输层
   1. 端到端的连接
   2. TCP UDP
5. 会话层
   1. 建立、管理、终止会话
6. 表示层
   1. 数据的格式与表达、加密、压缩
7. 应用层
   1. 实现具体的应用功能
   2. POP3 RTP HTTP Telnet SMTP DHCP TFTP SNMP DNS

广播域/冲突域

1. IP 全局广播分组/同一局域网/广播域
   1. 路由器（网络层）连接的每一头都是一个局域网
   2. 路由器（网络层）可以隔离广播域
2. 冲突域
   1. 同一时间内只能有一台设备发送信息的域
   2. 交换机（数据链路层）隔离冲突域，扩大广播域

网络技术标准与协议

协议族

1. TCP/IP 协议族：Internet 的协议
2. IPX/SPX 协议族：局域网协议，适合局域网游戏，安全
3. NETBEUI 协议族：不支持路由，速度快

网络层协议

1. IP
2. ICMP：Internet 控制协议，ping
3. ARP/RARP：地址解析协议/反向地址解析协议，IP->MAC/MAC->IP

传输层协议

1. TCP
2. UDP

应用层协议

1. 基于 TCP
   1. FTP
   2. HTTP
   3. Telnet：远程登录
   4. POP3：邮件传输
   5. SMTP：邮件传输
2. 基于 UDP
   1. DHCP：局域网动态分配 IP 地址
      1. 过程
         1. 客户机向服务器申请 IP
         2. 服务器向客户机分配 IP，租约默认 8 天
         3. 租约过半，客户机向 DHCP 服务器申请续租（自动的）
         4. 租约超过 87.5%，若客户机没能和之前的 DHCP 服务器联系上，则开始联系其他的 DHCP 服务器
      2. 方式
         1. 固定分配
         2. 动态分配
         3. 自动分配
      3. 169.254.X.X / 0.0.0.0：这两个地址是假地址，若 IP 为这两个地址可能说明没有和 DHCP 服务器联系上
   2. TFTP：小文件传输协议，与 FTP 相比它是不可靠的
   3. SNMP：简单网络管理协议
   4. DNS：域名解析
      1. 递归查询：服务器需要回答 IP
      2. 迭代查询：服务器可以告诉下一步该问谁
      3. 主机 向 本地域名服务器 查询用 递归查询
      4. 本地域名服务器 向 根域名服务器 查询用 迭代查询
3. 既可以用 TCP 又可以用 UDP
   1. Samba：跨平台文件共享协议
   2. CIFS：文件共享协议
   3. NFS：文件共享协议

计算机网络的分类

按分布范围分

1. 局域网（LAN）
2. 城域网（MAN）
3. 广域网（WAN）
4. 因特网

按拓扑结构分

1. 总线型
2. 星型：办公室使用，单点故障（中心节点，即交换机）影响大
3. 环形

网络规划与设计

网络规划原则

1. 实用性
2. 开放性：符合通用标准
3. 先进性：在实用性和开放性的基础上选择更先进的设备

逻辑设计

IP 地址方案

物理设计

网络物理结构图

层次化的网络设计

1. 接入层：将用户接入本地网段
2. 汇聚层：网络访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址
3. 核心层：数据交换、转发

IP 地址

8*4=32 位

A 类 B 类 C 类 D 类地址

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KbypKFie-1679479754097)(/assets/a类b类c类d类网络.png)]

注释：绿框里的是网络号，剩余的部分是主机号

子网划分，构成超网

场景 1：用不完 B 类，但是 C 类又少了——子网划分
场景 2：原有的类别满了，需要扩展——构成超网

解决：打破地址分类概念，形成无分类网络

例子：172.18.129.0/24
是说前 24 位为网络号，后 8 位为主机号，能容纳 2^8-2 台主机

题型 1：求子网掩码

子网掩码为 1 的部分是网络号，为 0 的部分是主机号

题型 2：如何将一个网络划分成多个子网

思路：取部分主机号当子网号

已知要划分成多少个子网

例题：将 B 类 IP 地址 168.195.0.0 划分成 27 个子网，子网掩码是多少

1. 将 168.195.0.0 转换为二进制，网络号是前 16 位

1010 1000 1100 0011 0000 0000 0000 0000

2. 划分成 27 个子网，即需要有 5 位主机号被划分成子网号

$2^x\ge 32\to x\ge 5$

3. 得出子网掩码是前 21 位为 1

1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 0000

4. 转化为十进制

255.255.248.0

已知主机数

例题：将 B 类 IP 地址 168.195.0.0 划分成若干个子网，每个子网内有主机 700 台，子网掩码是多少

1. 将 168.195.0.0 转换为二进制，网络号是前 16 位

1010 1000 1100 0011 0000 0000 0000 0000

1. 每个子网内有主机 700 台，即主机号需要有 10 位

$2^k-2\ge 700\to k\ge 10$
为什么要 $-2$：减去全 0 和全 1，全 0 表示这个网络，全 1 表示广播

3. 得出子网掩码是后 10 位为 0

1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000 0000

4. 转化为十进制

255.255.252.0

题型 3：如何将多个子网合并成一个大的网络

思路：取部分网络号当主机号

与题型 2 方法相同

题型 4：两个 IP 地址属不属于一个子网之内

1. 将两个 IP 转化成二进制
2. 分析网络号和子网号分别有多少位
3. 网络号的位数是否相同

无分类编址（无类域间路由）

IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}

例：128.14.32.0/20 表示有前 20 位是网络位，后 12 位（32-20）为地址位

特殊含义的 IP 地址

1. 127 网段：回播地址
   1. 回播地址就是自己的意思
   2. 用于开发时只有一台主机的情况，客户端和服务端都是本机，客户端请求向 127.0.0.1 请求
   3. 用于测试网卡，看能不能 ping 成功 127.0.0.1
2. 网络号全 0（0.0.168.195）：当前子网中的主机
3. 网络号主机号全 1（255.255.255.255）：本地子网的广播
4. 主机号全 1（168.195.255.255）：特定子网的广播
5. 10.0.0.0/8 172.16.0.0/12 192.168.0.0/16：局域网 ip，非公网 ip
6. 169.254.0.0 0.0.0.0：保留地址，用于 DHCP 失效时
   1. 客户机请求局域网地址，若 DHCP 失效，用这两个 IP 先搪塞过去，防止客户机一直请求
   2. 前者用于 Win，后者用于 Linux

无线网

优势

1. 移动性
2. 灵活性
3. 成本低
4. 容易扩充

分类

1. 无线局域网（WLAN）：Wi-Fi
   1. 协议：IEEE 802.11
   2. 接入方式：有接入点模式，无接入点模式
2. 无线城域网（WMAN）
   1. 协议：IEEE 802.16
3. 无线广域网（WWAN）：3G/4G
4. 无线个人网（WPAN）：Bluetooth, zigbee
   1. 协议：IEEE 802.15

网络接入技术

1. 有线接入
   1. ADSL 非对称数字用户线路
      1. 用于家用网络，是电话线
      2. 上行速度低于下行速度
   2. HFC 同轴光纤技术
      1. 上下行对等
2. 无线接入
   1. IEEE 802.11 (WiFi)
   2. IEEE 802.15 (Bluetooth)
   3. 红外 (IrDA)
   4. WAPI
3. 3G/4G
   1. CDMA
   2. LTE-Advanced
   3. WiMAX

IPv6

IPv6 为 128 位

IPv6 vs IPv4

1. 128 位
2. 简化了 IP 报文头部格式，且更灵活
3. 提高安全性（身份认证、隐私权）

IPv6 地址分类

1. 单播地址：单个接口
2. 任播地址/泛播地址，对应 IPv4 广播地址
3. 组播地址：类似 IPv4 组播
   1. 组播：发出给多个接收者，但不是全部