弋.目录

• 一.网络发展前传
• • 中继器-简述
  • 集线器-简述
  • 交换机-简述
  • 路由器-简述
  • 交换机与路由器区别
• 二.TCP/IP模型
• • 三次握手-详解
  • 四次断开-详解
• 三.OSI模型
• • 下四层详解
  • • 传输层-内容详解
    • 网络层-内容详解
    • 数据链路层-内容详解：
    • 物理层-内容详解
• 四.TCP/IP模型 VS OSI模型
• 附录
• • 一.数据交换方式
  • • 1.电路交换
    • 2.报文交换
    • 3.分组交换
  • 二.IPV4与IPV6
  • • IPV4
    • IPV4中的特殊地址
    • IPV6
    • IPv6与IPv4区别
    • 子网划分、子网汇总
  • 三.单播，组播，广播
  • 四.网络类型
  • 五.三层架构

一.网络发展前传

网络的发展经历了从简单的数据传输到复杂的互联网架构：

• 技术迭代：从中继器和集线器到交换机和路由器，各种网络设备不断提升了信息传递的效率、距离及安全性。
• 网络升级需求：1.无限传输距离：不受物理距离的限制；2.无冲突：支持所有终端同时发送和接收数据；3.单播;实现一对一通讯
• 当前的网络：不仅能够实现无限距离的传输，也能够有效地处理并发访问和数据冲突，为现代社会的信息交流提供了强有力的基础设施。

解决方法（使用交换机）：

中继器-简述

这种方法是通过纯物理加压的方式，延长传输距离，但存在很多弊端：

• 延时加大
• 延长距离有限

集线器-简述

所谓集线器就是集成了中继器的功能，可以一次性连接多个电脑，但也存在弊端：

• 安全问题：电脑A给电脑B发消息时，集线器会将电脑A的消息发送给连接在它上的所有电脑
• 延时依旧加大
• 地址问题：当存在3个以上的电脑时，需要用地址去区分电脑
• 冲突问题：电脑A给电脑B发消息时，刚好电脑B也要给电脑C发消息，当两个消息同时经过集线器时，两个电信号互相影响，最终会破坏消息，使消息不能成功发送

交换机-简述

接收数据：

1. 数据进入交换机
交换机接收到来自网络中不同设备的数据帧（通常通过其接口）
2. 记录源MAC地址：

交换机会首先查看数据帧中的源MAC地址，并将其与对应的接口记录在MAC地址表中。这使得交换机能够记住每个设备连接到哪个端口。

3. 查询目标MAC地址：

接下来，交换机会检查数据帧中的目标MAC地址，并在本地的MAC地址表中查找该地址。

4. 根据查找结果进行转发：

• 如果目标MAC地址存在于MAC地址表中：
  交换机会根据记录的接口，将数据帧单播（即一对一地）发送到对应的端口。
• 如果目标MAC地址不在MAC地址表中：
  交换机会进行洪泛（flooding），即将数据帧复制并转发到所有其他接口（除了接收该数据帧的入接口），以确保数据能找到目的地。

转发数据：

终端访问另一设备时，在获取目标ip地址后，关注目标ip地址是否和本地处于同一网段：

• 若在同一网段，使用ARP获取对端mac地址后，单播通讯；
• 若目标ip地址与源头不在同一网段，将封装目标MAC地址为本地的网关位置；之后数据进入路由器，又路由器将数据基于路由表路由转发到目标地点；

分析：
数据在跨网段传输过程中，源、目ip地址正常不变化，但源、目MAC地址在每一个广播域中重新编写，用于该广播域内的物理寻址；

区别：

分析：

• 二层交换机：负责局部网络的连接
• 三层交换机：连接不同网络，实现更广泛的数据传输

路由器-简述

工作原理：

接收数据：

1. 数据进入路由器
   路由器接收到来自网络红不同设备的数据包（通常通过接口）
2. 检查目标IP地址
   路由器首先查看数据包中的目标IP地址，并根据该地址决定数据包的转发路径
3. 查找路由表
   路由器查询其内部的路由表，以确定如何将数据包发送到目标网络。路由表包含目的网络、下一跳地址和相应的接口信息。
4. 根据查找结果进行转发

• 如果目标IP地址在路由表中有记录：

  路由器将数据包发送到指定的接口，并根据下一跳地址继续转发。

• 如果目标IP地址不在路由表中：

  路由器可能会丢弃数据包或发送回源设备一个错误消息，指示无法找到目标。

转发数据：

当终端访问另一设备时，路由器需要关注目标 IP 地址的所属网段：

• 若在同一网段：

  路由器首先查找其路由表以确认目标 IP 地址是否在其直接连接的网络中。如果在同一网段，它将通过 ARP 协议获取目标设备的 MAC 地址，然后直接转发数据包。

• 若目标 IP 地址与源头不在同一网段：

  路由器将目标 MAC 地址设置为其自身的网关地址，然后将数据包发送到下一跳。这可能是同一网络中的另一个路由器或最终目的地。路由器将根据路由表继续处理并转发数据包到目标网络。

注释：
1.洪泛：除流量入口，其他接口复制转出。洪泛范围越大，网络越卡。
2.洪泛范围：通过路由器进行划分。比如：电脑A在找电脑B，会先判断AB在不在同一洪泛范围，如果在，通过洪泛去找，不在，则将流量交给路由器。
3.IPV4地址：32位二进制构成，存在两个部分，前部分为网络位，标记对应的洪泛范围（广播域）。后部分为主机位，标记在该范围内的唯一性。一个ip地址的网络位和主机位依赖子网掩码来进行区分。
4.ARP：地址解析协议，已知对端的某一地址，来获取另一种地址
5.正向ARP：已知同一网段其他设备的ip地址，通过广播的形式来获取对端的MAC地址。
6.路由器的ip地址，也就是我们熟称的网关。

交换机与路由器区别

区别如下：

理解：

• 路由器:相当于连接内网和外网的连接墙，如果路由器不接WAN口，只接LAN口可当作交换机使用
• 交换机：相当于一个数据交换设备，单根网络变多根网络，UPLINK用来接上级接口，就是外部网络（目前大部分交换机已经不区分UPLINK口和普通口，统一为公共口，且交换机都是LAN口，连接路由器的LAN口）

分析：

• 交换机主要负责局域网（LAN)内的通信
• 路由器主要负责广域网（WAN)之间的数据传输和管理(即不同网络之间）

二.TCP/IP模型

TCP连接状态

时序图：

三次握手-详解

趣味图：

目的：确保双方都准备好开始通信，并同步初始序列号

1. 第一次握手：客户端发送一个带有SYN标志的数据包请求建立连接，携带一个随机生成的序列号

• 状态：客户端进入SYN_SENT状态

2. 第二次握手：服务端收到该请求后，恢复一个带有SYN/ACK标志的数据包，确认收到客户端的请求，并发送自己的序列号

• 状态：服务端进入SYN_RECEIVED状态

3. 第三次握手：客户端再次发送一个ACK确认包给服务端，表示知道服务端的确认信息

• 状态：双方都进入ESTABLISHED状态，连接成功

四次断开-详解

趣味图：

目的：安全地关闭连接，确保双方都完成数据传输

1. 第一次挥手：客户端发送一个带有FIN标志的数据包，请求关闭连接

• 状态：客户端进入FIN_WAIT_1状态

2. 第二次挥手：服务端收到FIN后，发送一个ACK包确认关闭请求，并进入CLOSE_WAIT状态
3. 第三次挥手：服务端也会发送一个带FIN标志的数据包，通知客户端自己也要关闭连接

• 状态：服务端进入LAST_ACK状态

4. 第四次挥手：客户端收到服务端的FIN后，发送一个ACK确认包，并进入TIME_WAIT状态，等待一段时间以确保服务端收到确认

• 状态：服务端进入CLOSED状态，连接彻底关闭

三.OSI模型

下四层详解

传输层-内容详解

分段与端口：

常见端口号

TCP与UDP：

• UDP：用户数据报文协议
  
• TCP：传输控制协议
  

（附）TCP功能详解

分析：

• UDP速度快，但不可靠，适合实时需求
• TCP稳定可靠，但速度较慢，适合需要确保数据完整性的场景

网络层-内容详解

分析：

• 网络层负责在互联网上寻址、路由和转发数据；
• 网络层确保数据能找到正确的路径，从源设备成功到达目标设备；
• 通过IP地址、子网掩码、路由信息等参数，网络层高效地管理数据通信

相关参数：

注释：

数据链路层-内容详解：

eg：电脑A要发1个G的视频给电脑B，在发送前，电脑A会对这1个G的date做一次Hash算法，抽样出128位的数据，
当电脑B收到这1个G的date后，电脑B也会做一次Hash算法，将抽样出来的128位数据和A的128位数据进行对比。从而实现了校验。

注:

• 这种效验只能保证数据的完整性，不能保证数据的安全性。

物理层-内容详解

四.TCP/IP模型 VS OSI模型

相同点：

• 二者都是模型化层次化
• 下层对上层提供服务支持
• 每层协议彼此相互独立

不同点：

• OSI先有模型后有协议，TCP/IP协议先有协议后有模型
• TCP/IP协议栈只适用于TCP/IP网络
• 层数量不同

附录

一.数据交换方式

1.电路交换

电路交换（CS：circuit switching)是通信网中最早出现的一种交换方式，具有悠久的历史，并在多个领域中得到了广泛应用。以下是对电路交换的详细介绍：
定义与原理：

• 电路交换是一种通信传输方式，它通过建立一条物理路径（即电路）来划分和保持通信资源，实现点对点的数据传输
• 在电路交换中，通信双方需要先建立连接，交换机会为双方专门划分一个物理电路，数据在这个电路上进行传输，直到关闭连接

特点：

• 独占性：在电路交换中，通信的双方在通话期间会独占一条物理通路，这意味是这通信资源会被独占使用，而不会被其它用户所利用
• 有序性:数据经过固定的路径传输，数据在这个电路上传输
• 时延稳定：在建立电路的过程中，会对通信资源进行预留，因此通信时延相对稳定，不受网络中其它用户的影响
• 实时性：由于电路交换中建立了端到端的固定通路，阔以保证数据的实时性，适用于对数据传输时延要求较高的应用场景

工作过程：
电路交换的基本过程可分为三个阶段：

1. 连接建立：通信双方首先建立连接，交换机会为双方专门划分一个物理电路
2. 消息传送：在电路建立后，数据在这个电路上进行传输
3. 连接拆除：当通信完成后，交换机会拆除已建立的电路连接

应用场景：
电路交换最早应用于传统的电话通信中，通过建立电路实现双方的通话。此外，它还在以下领域中得到了应用：

• 视频会议：电路交换可以保证视频会议的通信稳定性和实时性，满数组实时的视频、音频和数据的传输要求
• 流媒体传输：在流媒体传输中，流媒体服务器会按照需要建立电路，将音频数据传给用户，以保证数据的实时性和有序性
• 铁路信号系统：电路交换在铁路信号系统中得到广泛应用，通过建立电路来传输铁路信号，保证列车运行的安全性和有序
• 音视频广播：电路交换可以用于音视频广播系统中，将音视频信号传输给广播终端，保证音视频节目的同步性和实时性
• 专线租用：电路交换可以满足用户对专线通信的需求，提供稳定且带宽保证的通信服务，适用于需要大量数据传输的应用场景

分析：

• 总的来说，电路交换是一种稳定、可靠的通信传输方式，适用于对通信质量有较高要求的应用场景

2.报文交换

报文交换（Message Switching),又称存储转发交换，是数据交换的三种方式之一。以下是关于报文交换的详细解释：
定义与原理：
报文交换是计算机网络中重要的通信方式。它通过在网络中传递数据报文来实现不同计算机之间的通信和数据交换。在这个过程中，数据被封装为带有源地址、目标地址等信息的报文，在网络的节点中进行存储和转发。最终达到目标地址。
特点：

• 无需建立专用链路：报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，用户可随时发送报文
• 动态利用传输带宽：报文交换可以动态逐段利用传输带宽，对突发式数据传输效率高
• 提高传输可靠性：在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换节点害具有路径选择，可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据
• 实现代码转换和速率匹配：在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信
• 提供多目标服务：一个报文可以同时发送到多个目的地址
• 允许建立数据传输优先级：使优先级高的报文优先转换

工作过程：

报文交换的工作过程可以归纳为以下步骤：

1. 数据封装：在计算机网络中，数据报文需要经过多层协议的封装才能在网络中传输。例如在TCP/IP协议中，数据会被封装成数据包，如何在通过IP地址和端口进行定位和传输
2. 路由选择：数据报文需要经过路由器进行传输，路由器会根据数据包的目的地址来选择合适的路径进行传输。这个过程需要路由器根据路由表来进行路由选择，然后再将数据包发送到下一个路由器或目的地
3. 存储转发：每一个节点接收整个报文，检查目标节点地址，然后根据网络中的交通情况再适当的时候转发到下一个节点

优点：

• 无需建立专用链路，线路利用率高
• 传输可靠性高，具有路径选择和重发机制
• 便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信
• 提供多目标服务和数据传输优先级

缺点：

• 转发时延较大，不适合实时或交互式业务的数据
• 只适用于数据信号
• 报文长度没有限制，要求网络中每个节点哟较大缓冲区

应用场景：

报文交换再多个领域得到广泛应用，包括但不限于：

• 电子邮件系统：邮件内容被分割为多个报文，通过网络传输到接收方的电子邮箱
• 即时通信应用：聊天内容被分割为多个报文，通过网络·传输遇到对的设备上
• 金融支付系统：支付请求被分割为多个报文，通过网络传输到一行系统进行处理
• 供应链管理：运输和追踪信息被分割为多个报文，通过网络传输·到·物流系统
• 分布式计算系统：计算任务被分割为多个子任务，通过网络传输到云服务器集群中进行处理
  分析：

综上所述，报文交换是一种重要的数据交换方式，具有独特的特点和广泛的应用场景

3.分组交换

分组交换（Packet Swatching)是一种再通信过程中，将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段（分组或包），并在每个数据段前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，以实现数据交互的通信方式。以下是分组交换的详细解释：

定义与原理：

• 定义：分组交换是在通信过程中，通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式
• 原理：将用户的数据划分成多个更小的等长数据段，并在每个数据段前面加上包含接收消息和控制信息的首部，构成分组。交换机根据分组中的信息将分组转发到目的地，完成数据的传输

特点：

• 灵活性高：分组的大小通常都是固定的，但可以根据需要调整以满足不同应用场景的需求
• 数据安全性强：分组交换可以采用加密技术来保护数据的安全性，确保数据的机密性和完整性
• 低延迟：与电路交换相比，分组交换不需要等待整个通信链路的建立，因此具有较低的延迟时间
• 高吞吐量：分组交换支持多路复用技术，可以同时处理多个分组，提高整个系统的吞吐量
• 网络拓扑结构简单：分组交换是一种无连接的交换方式，不需要预先建立物理连接，使得网络拓扑结构更加简单
• 可靠性高：分组在传输过程中的每个环节都经过严格的检查和控制，确保数据传输的准确性和完整性

工作过程：

1. 数据划分：将用户通信的数据按照一定长度划分成多个分组
2. 添加首部：在每个分组前面加上包含接收地址和控制信息的首部
3. 存储转发：交换机接收到分组后，将其暂时存储在存储器中，然后根据首部中的地址信息选择K线的路径进行转发
4. 目的地重组：到达目的地的分组被重新组合成原始数据

分许结构与大小：

• 分组结构：分组由分组头和其后的用户数据部分表示。分组头包含地址信息和控制信息，用户数据部分长度是固定的
• 分组大小：同一分组网内·分组长度是固定的，而不同分组网分组长度可以不同。用户数据部分长度平均为128B，最长不超过256B

区别：

即：

• 报文交换适合大数据量的单次传输，但效率较低
• 分组交换灵活高效，适用于互联网等实时需求高的场景

应用场景：

分组交换技术广泛应用于各种计算机网络中，特别是在数据传输量大、对实时性要求不高的场景中，如互联网数据传输、文件传输等

分析：
分组交换作为一种重要的数据交换方式，以其灵活性、数据安全性、低延迟、高吞吐量等特点，在计算机网络中发挥着重要作用

二.IPV4与IPV6

IPV4

IPV4含义：
由32位二进制构成，点分十进制进行标识。一个IPV4地址由两部分组成：网络位+主机位。其中网络位标记对应的广播域，主机位标记广播域内部的唯一性。一个IP地址的网络位和主机位依赖子网掩码

(子网掩码含义：IPV4的子网掩码也是32位二进制构成，网络位全是1，主机位全是0，全为1的网络位是固定不变的，为0的主机位是可变的)

IPV4分类：
分为ABCDE五类：

• 其中ABC三类为单播地址（1.在整个网络中，每个地址均全网唯一；2.既可作为目标IP，也可作为原IP地址；3.同时，只要给一台设备配置IP地址，那么必须为单播地址）
• D类为组播地址
• E类为保留地址（该地址被用来搞科研，被美国拿走了，其他国家都用不到）

地址划分：
我们基于IP地址的第一个8位即可判断其所在的类别：

ABC三类的区别在于默认的子网掩码长度有所不同：

IPV4中的特殊地址

1.公有IP与私有IP

• 公有IP：具有全球唯一性，可以在互联网中通讯，且需要付费使用
• 私有IP：仅具有本地唯一性，不能在互联网中通讯，无需付费使用

因此，通过·私有构建的企业或局域网，访问全部为公有地址的互联网时，必须转换为合法且唯一的互联网公有IP地址

私有IP地址：
10.0.0.0/8
172.16.0.0 — 172.31.0.0/16
192.168.0.0 — 192.168.255.0/24

2.每一段单播地址中，主机位全为0
比如：192.168.1.0 子网掩码：255.255.255.0
不是一个可用IP，不能配置为设备的地址。它是一个网络号，用于代表整个网段
网络号简写：
192.168.1.0 255.255.255.0 = 192.168.1.0/24

3.每一段单播地址中，主机位全为1
比如：192.168.1.255/24
这不是一个可用ip地址，不能配置给设备使用，它是广播地址，可用进行广播域攻击

（广播域攻击：利用广播向整个网络发送恶意信息，干扰其它设备的组成通信）

4.32位全为1
比如：255.255.255.255
受限广播地址，受到路由器的限制，路由器将不转发该信息到其它的广播域（常用于在本地网络向所有设备发送消息）
5.32位全为0
比如：0.0.0.0
作用：

• 可以表示无效地址，代表没有IP。常用于电脑在没有IP的情况下自动向路由器发送DHCP请求（该请求通过广播发送，原ip全0，目标ip全1，原MAC为自己，目标MAC全是f),获取在广播域下的一个ip地址
• 可以表示缺省地址，代表所有

6.169.254.0.0/16

本地链路地址，自动私有地址：它是终端通过多次广播DHCP请求后，依然没有任何的DHC应答，本地自动生成的ip地址，其网络位固定为169.154,子网掩码为16位，主机位本地随机生成。

7.127
它是环回地址，wind系统默认为127.0.0.1，系统默认自动生成，用于检测系统的TCP/IP协议栈道软件部分是否可以正常工作（只要能ping通，证明网卡没问题，否则网卡有问题）

IPV6

报头区别：

地址相关：

协议相关：

拒绝IPV4与IPV6的共存问题：

IPv6与IPv4区别

分析：
IPv4和IPv6是两种不同版本的互联网协议，其中IPv4已经使用多年，但其地址数量有限。IPV6则提供了更大的地址空间和更好的功能，以应对日益增长的互联网设备需求

报头区别：

• 黄色部分：一致
• 红色部分：取消
• 蓝色部分：代替
• 灰色部分：保留

分析：

• V4中用于跨层封装的参数，在IPV6中若需要可以在尾部使用扩展首部来实现
• V4中的服务类型（Type of Service),是IPV6中的扩展素（Traffic Class)
• V4中的总长度（Total Length)，是V6中的有效负载长度（Payload Length)
• V4中的TTL（Time to Live),是V6中的跳数限制（Hop Limit)
• V4中的协议号（Protocol)，是V6中的下一个头部（Next Header)

子网划分、子网汇总

子网汇总-计算口诀：

• 取相同位，去不同位：在进行子网汇总时，你会找出多个子网中相同的位（即它们的前面部分），然后舍弃不同的部分，得到一个新的聚合地址

汇总后情况

三.单播，组播，广播

四.网络类型

1.按照网络规模分类

2. 按照网络拓扑进行分类

3. 按照网络架构进行分类

4. 按照功能进行分类

5. 按照接入方式分类

6. 按照服务质量进行分类

7. 按照协议层次分类

8. 按照网络类型

区别：

五.三层架构

• 三层架构是企业内部网络设计的一种常见模型，将网络划分为接入层、汇聚层和核心层，每一层都有其特定的功能和作用

冗余的重要性：

分析：

• 三层架构通过清晰的层次分工，增强了网络的灵活性、可扩展性和可靠性，是企业内网设计的重要依据。
• 通过合理规划各层功能，有助于有效管理网络资源，提高整体性能和安全性