--- url: https://ain.hmgf.hxcn.space/sre/network-basics.md --- # 网络基础 网络知识是计算机学习的基础。IP 地址、网络类型、协议这些概念，用电脑的人都应该了解。 ## 网络类型 ### 网络类型全解析：一看就懂 局域网、广域网、城域网、个人域网，不同网络类型覆盖范围和用途不一样。家里用的 Wi-Fi 是局域网，手机热点算个人域网。这个视频把各种网络类型的特点和适用场景讲得很清楚。 ### 网络类型详细分类 #### PAN（Personal Area Network）- 个人域网 覆盖范围最小的网络，通常只有几米。 **典型场景：** * 蓝牙耳机连接手机 * 手机热点共享网络 * 智能手表与手机配对 * USB 线连接手机和电脑 **技术特点：** * 覆盖范围：1-10 米 * 传输速率：1-3 Mbps（蓝牙），最高 480 Mbps（USB） * 典型技术：蓝牙、红外、NFC、USB #### LAN（Local Area Network）- 局域网 覆盖一个局部区域的网络，比如家庭、办公室、学校。 **典型场景：** * 家里路由器连接的设备 * 公司内部网络 * 学校校园网 * 网吧内部网络 **技术特点：** * 覆盖范围：几十米到几公里 * 传输速率：100 Mbps - 10 Gbps * 典型技术：以太网（Ethernet）、Wi-Fi * 延迟极低：通常小于 1ms **局域网内的设备通信：** * 通过交换机或路由器连接 * 使用 MAC 地址识别设备 * 可以共享文件、打印机、网络 #### MAN（Metropolitan Area Network）- 城域网 覆盖一个城市的网络，通常是运营商建设。 **典型场景：** * 城市宽带网络 * 有线电视网络 * 城市级企业网络 **技术特点：** * 覆盖范围：一个城市 * 传输速率：100 Mbps - 100 Gbps * 典型技术：光纤、SDH、MPLS #### WAN（Wide Area Network）- 广域网 覆盖范围最大的网络，跨城市、跨国家、跨大洲。互联网就是最大的广域网。 **典型场景：** * 互联网 * 跨国企业内部网络 * 银行跨区域网络 **技术特点：** * 覆盖范围：全球 * 传输速率：变化很大 * 典型技术：光纤、卫星、海底光缆 * 延迟较高：跨洲通信延迟可达 100-300ms #### 网络类型对比 | 网络类型 | 覆盖范围 | 典型技术 | 传输速率 | 典型场景 | |---------|---------|---------|---------|---------| | PAN | 1-10 米 | 蓝牙、NFC | 1-3 Mbps | 个人设备互联 | | LAN | 几十米-几公里 | 以太网、Wi-Fi | 100M-10Gbps | 家庭、办公室 | | MAN | 一个城市 | 光纤、SDH | 100M-100Gbps | 城市宽带 | | WAN | 全球 | 光纤、卫星 | 变化大 | 互联网 | ## 网络原理 ### 大白话半小时理解网络 网络原理听起来复杂，但核心概念其实不多。这个视频用大白话把网络的基础知识讲了一遍，从物理层到应用层，半小时就能建立基本概念。如果你是网络小白，从这个视频开始不会错。 ### OSI 七层模型 OSI（Open Systems Interconnection）模型把网络通信分成 7 层，每层负责不同的功能。理解这个模型，就理解了网络通信的全貌。 #### 第一层：物理层（Physical Layer） 负责在物理介质上传输原始比特流。 **涉及内容：** * 网线（双绞线、光纤） * 无线信号（Wi-Fi、蓝牙） * 电压、电流、光信号 * 接口标准（RJ45、光纤接口） **常见设备：** * 网线 * 光纤 * 集线器（Hub） * 中继器（Repeater） #### 第二层：数据链路层（Data Link Layer） 负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧。 **核心概念：** * **MAC 地址**：设备的物理地址，全球唯一，48 位 * **帧（Frame）**：数据链路层的传输单位 * **交换机**：根据 MAC 地址转发数据 **常见设备：** * 交换机（Switch） * 网桥（Bridge） **MAC 地址格式：** ``` AA:BB:CC:DD:EE:FF ``` * 前 24 位：厂商编号（OUI） * 后 24 位：设备编号 #### 第三层：网络层（Network Layer） 负责在不同网络之间传输数据包。 **核心概念：** * **IP 地址**：设备的逻辑地址 * **路由**：选择数据包的传输路径 * **路由器**：连接不同网络的设备 **常见协议：** * IP（Internet Protocol） * ICMP（Internet Control Message Protocol） * ARP（Address Resolution Protocol） * OSPF、BGP（路由协议） **常见设备：** * 路由器（Router） * 三层交换机 #### 第四层：传输层（Transport Layer） 负责端到端的可靠传输。 **核心概念：** * **端口号**：区分不同的应用程序（0-65535） * **TCP**：可靠传输，有连接、有序、重传机制 * **UDP**：不可靠传输，无连接、速度快 **TCP vs UDP：** | 特性 | TCP | UDP | |------|-----|-----| | 连接 | 面向连接（三次握手） | 无连接 | | 可靠性 | 可靠（重传、确认） | 不可靠 | | 顺序 | 保证顺序 | 不保证 | | 速度 | 较慢 | 较快 | | 用途 | 网页、邮件、文件传输 | 视频、语音、游戏 | **常见应用端口：** * HTTP：80 * HTTPS：443 * SSH：22 * FTP：21 * DNS：53 * MySQL：3306 * Redis：6379 #### 第五层：会话层（Session Layer） 负责建立、管理和终止会话。 **功能：** * 会话建立和断开 * 会话恢复 * 数据同步 #### 第六层：表示层（Presentation Layer） 负责数据的格式转换、加密解密、压缩解压。 **功能：** * 数据格式转换（如 JPEG、ASCII） * 数据加密解密（如 SSL/TLS） * 数据压缩解压 #### 第七层：应用层（Application Layer） 直接为用户的应用程序提供服务。 **常见协议：** * **HTTP/HTTPS**：网页浏览 * **SMTP/POP3/IMAP**：电子邮件 * **FTP/SFTP**：文件传输 * **DNS**：域名解析 * **DHCP**：自动分配 IP 地址 * **SSH**：远程登录 * **Telnet**：远程登录（不安全） #### 数据封装过程 发送数据时，数据从应用层到物理层逐层封装： ``` 应用层数据 ↓ [传输层头部] + 应用层数据 → 段（Segment） ↓ [网络层头部] + 段 → 包（Packet） ↓ [数据链路层头部] + 包 + [尾部] → 帧（Frame） ↓ [物理层] → 比特流（Bits） ``` 接收数据时，从物理层到应用层逐层解封装，去掉每一层的头部信息。 ### TCP/IP 四层模型 实际使用中更常用的是 TCP/IP 四层模型，它是 OSI 模型的简化版本： | TCP/IP 模型 | OSI 模型 | 主要协议 | |------------|---------|---------| | 应用层 | 应用层 + 表示层 + 会话层 | HTTP, FTP, DNS, SMTP | | 传输层 | 传输层 | TCP, UDP | | 网络层 | 网络层 | IP, ICMP, ARP | | 网络接口层 | 数据链路层 + 物理层 | 以太网, Wi-Fi | ## IP 地址 ### IP 地址基础 IP 地址是网络中设备的唯一标识，就像门牌号一样。 #### IPv4 地址 IPv4 地址由 32 位二进制数组成，通常用点分十进制表示。 **格式：** `192.168.1.1` **地址分类：** | 类别 | 范围 | 默认子网掩码 | 用途 | |------|------|-------------|------| | A 类 | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | 255.0.0.0 (/8) | 大型网络 | | B 类 | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | 255.255.0.0 (/16) | 中型网络 | | C 类 | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | 255.255.255.0 (/24) | 小型网络 | | D 类 | 224.0.0.0 - 239.255.255.255 | - | 组播 | | E 类 | 240.0.0.0 - 255.255.255.255 | - | 保留 | **特殊地址：** * `127.0.0.1`：本地回环地址（localhost） * `0.0.0.0`：表示所有地址 * `255.255.255.255`：广播地址 **私有地址（局域网使用）：** * A 类：10.0.0.0 - 10.255.255.255 * B 类：172.16.0.0 - 172.31.255.255 * C 类：192.168.0.0 - 192.168.255.255 #### 子网掩码 子网掩码用于区分 IP 地址中的网络部分和主机部分。 **示例：** ``` IP 地址：192.168.1.100 子网掩码：255.255.255.0 (/24) 网络部分：192.168.1 主机部分：100 ``` **CIDR 表示法：** * `/24` 表示前 24 位是网络部分 * `/16` 表示前 16 位是网络部分 * `/8` 表示前 8 位是网络部分 **子网划分示例：** ``` 网络：192.168.1.0/24 可用 IP：192.168.1.1 - 192.168.1.254 广播地址：192.168.1.255 可用主机数：254 ``` #### IPv6 地址 IPv6 地址由 128 位二进制数组成，用冒号分隔的十六进制表示。 **格式：** `2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334` **简写规则：** * 前导零可以省略：`2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334` * 连续的全零可以用 `::` 替代：`2001:db8:85a3::8a2e:370:7334` * `::` 只能使用一次 **IPv6 的优势：** * 地址空间巨大（2^128 个地址） * 自动配置（SLAAC） * 更好的安全性（内置 IPSec） * 更简洁的头部结构 ### 查看本机 IP 地址 **方法一：命令提示符** ```cmd ipconfig ``` **方法二：PowerShell** ```powershell Get-NetIPAddress ``` **方法三：设置** 1. 设置 → 网络和 Internet 2. 点击当前连接的网络 3. 查看 IP 地址 ### DNS 域名解析 DNS（Domain Name System）负责把域名转换成 IP 地址。 **工作流程：** 1. 浏览器输入 `www.example.com` 2. 浏览器缓存 → 系统缓存 → 路由器缓存 3. 本地 DNS 服务器 4. 根 DNS 服务器 → 顶级域名服务器 → 权威 DNS 服务器 5. 返回 IP 地址 6. 浏览器访问该 IP 地址 **常用公共 DNS：** * 阿里 DNS：223.5.5.5 / 223.6.6.6 * 腾讯 DNS：119.29.29.29 * 百度 DNS：180.76.76.76 * Google DNS：8.8.8.8 / 8.8.4.4 * Cloudflare DNS：1.1.1.1 **修改 DNS 方法：** 1. 控制面板 → 网络和共享中心 2. 点击当前连接 → 属性 3. 双击"Internet 协议版本 4 (TCP/IPv4)" 4. 选择"使用下面的 DNS 服务器地址" 5. 输入 DNS 地址 ## 网络设备 ### 常见网络设备 #### 路由器（Router） 连接不同网络的设备，负责数据包的转发和路由选择。 **家用路由器功能：** * 连接互联网（WAN 口） * 组建局域网（LAN 口） * 无线 Wi-Fi * DHCP 服务器（自动分配 IP） * NAT（网络地址转换） * 防火墙 **路由器 vs 交换机：** * 路由器：连接不同网络，有 NAT、DHCP 功能 * 交换机：连接同一网络内的设备，根据 MAC 地址转发 #### 交换机（Switch） 连接同一网络内的多台设备，根据 MAC 地址转发数据。 **工作原理：** 1. 学习：记录每个端口连接的设备 MAC 地址 2. 转发：根据目标 MAC 地址转发数据 3. 过滤：只转发到目标端口，不广播 4. 消除环路：使用 STP 协议 #### 调制解调器（Modem） 将数字信号转换为模拟信号，或将模拟信号转换为数字信号。 **类型：** * **光纤猫**：光纤入户，将光信号转换为电信号 * **ADSL Modem**：电话线宽带，将数字信号调制为电话线可传输的信号 * **Cable Modem**：有线电视网络 ### 查看网络设备信息 **查看本机网关：** ```cmd ipconfig ``` **查看路由表：** ```cmd route print ``` **测试网络连通性：** ```cmd ping 8.8.8.8 ``` **查看数据包路径：** ```cmd tracert www.baidu.com ``` **查看 DNS 解析：** ```cmd nslookup www.baidu.com ``` ## 无线网络 ### Wi-Fi 基础 Wi-Fi 是无线局域网技术，让设备不用网线就能连接网络。 #### Wi-Fi 标准 | 标准 | 名称 | 频段 | 最大速率 | 特点 | |------|------|------|---------|------| | 802.11a | Wi-Fi 1 | 5 GHz | 54 Mbps | 早期标准 | | 802.11b | Wi-Fi 2 | 2.4 GHz | 11 Mbps | 早期标准 | | 802.11g | Wi-Fi 3 | 2.4 GHz | 54 Mbps | 兼容 802.11b | | 802.11n | Wi-Fi 4 | 2.4/5 GHz | 600 Mbps | 双频 | | 802.11ac | Wi-Fi 5 | 5 GHz | 6.9 Gbps | 5G 专用 | | 802.11ax | Wi-Fi 6 | 2.4/5 GHz | 9.6 Gbps | OFDMA、MU-MIMO | | 802.11ax | Wi-Fi 6E | 6 GHz | 9.6 Gbps | 新增 6 GHz 频段 | | 802.11be | Wi-Fi 7 | 2.4/5/6 GHz | 46 Gbps | 最新标准 | #### 2.4 GHz vs 5 GHz vs 6 GHz | 频段 | 优点 | 缺点 | 适用场景 | |------|------|------|---------| | 2.4 GHz | 穿墙能力强，覆盖范围大 | 速度慢，干扰多 | 远距离、穿墙 | | 5 GHz | 速度快，干扰少 | 穿墙能力弱，覆盖范围小 | 近距离、高速传输 | | 6 GHz | 速度最快，干扰最少 | 覆盖范围最小 | 超高速需求 | #### Wi-Fi 安全 **加密方式：** * **WEP**：已淘汰，不安全 * **WPA**：较老，安全性一般 * **WPA2**：目前主流，推荐使用 * **WPA3**：最新标准，安全性最高 **安全建议：** * 使用 WPA2 或 WPA3 加密 * 设置强密码（至少 12 位，包含大小写字母、数字、符号） * 定期更换密码 * 关闭 WPS 功能（容易被暴力破解） * 隐藏 SSID（可选） * 开启 MAC 地址过滤（可选） ### 网络命令速查 | 命令 | 功能 | 示例 | |------|------|------| | `ipconfig` | 查看网络配置 | `ipconfig /all` | | `ping` | 测试连通性 | `ping 8.8.8.8` | | `tracert` | 追踪路由 | `tracert www.baidu.com` | | `nslookup` | DNS 查询 | `nslookup www.baidu.com` | | `netstat` | 查看网络连接 | `netstat -an` | | `arp` | 查看 ARP 表 | `arp -a` | | `route` | 查看路由表 | `route print` | | `nbtstat` | 查看 NetBIOS | `nbtstat -n` | | `netsh` | 网络配置工具 | `netsh wlan show profiles` | ### 查看已保存的 Wi-Fi 密码 ```cmd # 查看所有已保存的 Wi-Fi 配置 netsh wlan show profiles # 查看特定 Wi-Fi 的密码 netsh wlan show profile name="Wi-Fi名称" key=clear ``` 在输出中找到"关键内容"字段，就是 Wi-Fi 密码。