计算机网络的诞生与发展_计算机网络的产生与发展-优快云博客

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本文介绍了计算机网络的基本概念，包括网络分层、传输介质如同轴电缆、双绞线和光纤的特点，以及局域网的概念。接着，详细讨论了网络拓扑结构，如总线型、星型和网状型网络。此外，还探讨了网络设备的作用，如集线器、网桥和交换机的特性，以及路由器的功能和IP地址的分类。最后，提到了VLSM和CIDR在IP地址管理中的应用。

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一、计算机网络概述

（1）计算机网络发展史

第一台计算机诞生于1946年2月14日，名称为"ENIAC"，诞生地点为美国宾夕法尼亚大学。

计算机网络分层

应用层：把人类语言转换计算机编码（ASCii、Unicode）

表示层：把编码转换成二进制（0,1）

介质访问控制层：把二进制转换成电信号

物理层：传输电信号

局域网：几千米以内的网络

（2）计算机网络规模

增大网络传输距离

几种传输工具

同轴电缆：

优点：耐用性比较好，抗电磁干扰能力强

缺点：传输速率低（155Mb/s），造价成本高

双绞线：

结构：
8根铜丝，两两相绞

线序：

T568A：白绿、绿白橙、蓝白蓝、橙白棕、棕

T568B：白橙、橙白绿、蓝白蓝、绿白棕、棕

水晶头型号：

RJ45

RJ11---电话线头

双绞线的分类：

屏蔽双绞线：

非屏蔽双绞线：

优点：造价成本低

缺点：传输距离只有100米

光纤：

结构：纤芯为玻璃纤维

分类：

单模光纤：黄色，传输单一光源的信号，传输距离比较远，可以达到5KM，1310nm

多模光纤：橙色或者水绿色，传输多种光源的信号，传输距离可到2KM，850nm

优点：传输距离远、传输速率高（40Gb/S）,被广泛使用

缺点：造价成本高，需要配套光模块使用，易弯折

无线传输介质：微波、激光、红外线、蓝牙等

增加接入设备

（3）计算机网络拓扑结构

图片中圆圈代表节点，网络中的各种设备

各类型网络结构分析：

总线型网络

结构：所有节点共享一条通信线路

优点：通信线路利用率特别高，同一时刻只能有两个节点相同通信；组网结构简单

缺点：安全性低，某一个节点发消息，其他节点都能收到；同一时刻只能有两个节点相同通信，对于用户来说，需要抢占通信线路；扩充节点数量不太容易；通信线路故障，会造成网络的瘫痪

星型网络：

结构：所有的节点通过中心节点互连

优点：组网结构简单；中心节点有监视功能，可以监视整个网络

缺点：两个节点的通信，需要经过中心的节点的转发，会降低数据接收的安全性；不太容易扩充节点数量；中心节点故障，会造成网络瘫痪

环形网络：

结构：两个节点之间，首尾互连，形成一个封闭的环形

优点：组网结构简单

缺点：网络的节点故障越多，造成的网络问题越严重；不容易增加新节点；

树型网络：

结构：一种层次化的星型结构

优点：容易扩充节点数量

缺点：最高层级的节点故障，造成的网络问题越严重

网状型网络：

结构：所有节点两两互连，形成一个网状结构

优点：可靠性比较好

缺点：不容易增加新节点

二、网络设备简介

（1）集线器

特点：

集线器内部为总线型结构，是一种共享型介质（共享的是通信线路）；任意时间只有两个主机能通信，占用通信线路；工作在物理层，没有寻址能力，所有数据泛洪式（广播）转发

集线器组网的问题：

地址问题：搞清楚谁发送谁接收问题

MAC地址：物理地址

MAC地址格式：由48位二进制

12位的16进制构成（每4位二进制转换成一个16进制）

MAC地址的组成：前24位代表厂商，后24位是由厂家编写的。全球唯一的地址，不会出现重复现象

泛洪传输的问题：一个主机发出的消息，在集线器中的主机都能收到

冲突问题：同一时间都想要发送数据

冲突域：形成冲突的范围

解决方法：CSMA/CD 带载波侦听的多路访问冲突检测技术

在监听到有主机发送数据时，其他主机不发送数据，无主机发送消息时，任一主机都可以抢占发送数据

在两台主机同时发送数据时，导致了冲突，全部主机都会被停止发送，CSMA/CD技术会给主机一个随机的退避时间，那个主机的退避期满，那个主机开始发送数据

（2）网桥：网桥的每一个接口都能隔离一个冲突域

网桥通过接口分离冲突域，在主机发送数据时，会通过站表来分析需要将数据发送到哪个接口实现接口传输

（3）交换机：多接口的网桥，每个接口都能隔离冲突域，有自学习的功能

交换机通过MAC地址分析发送数据的源地址与目的地址，初始的MAC地址表没有数据，需要通过自学习记录

MAC地址表：

MAC地址接口

MAC1 GE0/0/1

MAC2 GE0/0/2

MAC地址表的形成过程

交换机组网中的数据传输过程:

主机1通过GE0/0/1将数据发送至交换机，交换机会学习数据中的源MAC地址，在MAC地址表中记录源MAC地址与接口关系，然后获取数据中的对端MAC地址，获取之后再MAC地址表中进行搜索是否有对应地址，如果没有对应地址，交换机将数据归为“未知单播帧”，进行泛洪（广播）操作，交换机其他的端口连接的主机会将对应的数据进行丢弃，对端主机（主机2）会接收与处理该数据并向主机1回复，交换机在MAC地址表中会查到主机1的信息，进行单播帧直行转发操作，同时交换机会将主机2的MAC地址与对应接口创建对应的MAC地址表项，如在此操作后（主机1与主机2的数据已被记录进入MAC地址表）存在主机3与主机4（未被记录MAC地址表），主机3对主机4发送数据，交换机依旧会进行泛洪操作，且主机1与主机2依旧会接受到对应数据。

交换机处理数据的三种方式：

泛洪：在MAC地址表中没有找到对应的目的MAC的表项，则执行泛洪操作，除了自己的收到数据的接口外的其他接口泛洪出去

丢弃：当收到的数据帧的MAC地址与自身主机的MAC地址不一致时，执行丢弃操作

单播：MAC地址表中有对应关系的时候，就执行单播转发操作

MAC地址表的特点：

MAC地址表的老化时间是300S

一个MAC地址只能对应一个接口，一个接口可以对应多个MAC地址

MAC地址的泛洪攻击（广播风暴）-----造成最严重的后果是使交换机卡死----注：一般存在于交换机上

交换机的分类：

二层交换机：转发数据

三层交换机：转发数据、承担一些路由器的功能

交换机转发数据的形式：

单播：一对一的通信

广播：一对所有

组播：一对多（直播）

（4）路由器

特点：提供路由，转发数据，隔离广播域，扩大网络传输的范围，工作在三层（网络层）设备

IP地址（逻辑地址）、不唯一、标识不同的广播域

子网掩码：配置IP地址，标识不同的广播域

192.168.1.0 255.255.255.0

192.168.2.0 255.255.255.0

192.168.2.1 255.255.255.0

IP地址分类：

IPv4：由32位二进制构成

172.16.60.190 点分十进制表示（一位十进制需要8位二进制）

IPV6：由128位二进制构成

fe80:0000:0001:0000:0440:44ff:1233:5678 冒分十六进制表示

二进制与十进制的转换

0000 0000=0

0000 0001=1

0000 0010=2

0000 0100=4

0000 1000=8

0001 0000=16

0010 0000=32

0100 0000=64

1000 0000=128

1111 1111=128+64+32+16+8+4+2+1=255

0000 0000——1111 1111 即十进制的 0-255

二进制与十进制的转换：

1100 0000---128+64=192

1001 1100---128+16+8+4=156

1110 0001---128+64+32+1=225

1010 0101---128+32+4+1=165

十进制与二进制的转换（凑）

172----128+32+8+4--------1010 1100

16-----0001 0000

60----32+16+8+4------0011 1100

190---128+32+16+8+4+2-----1011 1110

路由器与主机或者交换机之间传输是需要使用到ARP协议进行工作

ARP协议：地址解析协议，根据已知的IP地址解析出相应的MAC地址

工作原理：

组网完成时，arp表是空的；

主机1寻找主机2的MAC地址时，会将此数据广播发送给网络所有的主机；此时发送的包是ARP REQUEST

所有主机收到后会做个对比，对比一下数据包中的目的IP地址，如果数据中的IP地址和自身主机的IP地址是一致的，则认为这个主机1是找自己的，会给主机1做个回复，此时这个包是ARP REPLY ，告知主机1自己的MAC地址；同时主机2会学习主机1的IP和MAC，并将其写入ARP表中；

主机1收到后，会学习主机2的IP和MAC地址，并将其写入自己的ARP表中。

总结：广播请求，单播回复。

ARP表特点：老化时间是180秒

ARP分类：

正向ARP：根据已知的IP地址解析出相应的MAC地址

反向ARP:根据已知的MAC地址解析出相应的IP地址

免费ARP：自我介绍；地址冲突的检测

路由器工作原理

工作原理详解：

主机A需要将数据发送到主机B，由于A主机当前不清楚与自己连接的接口MAC地址，先向路由器发送ARP REQUEST请求10.1.0.2的MAC地址，路由器会回复ARP REPLY告知A10.1.0.2的MAC地址为C，A将数据发送到路由器，告知自己的源ip为10.1.0.1，目的ip为10.2.0.1，源MAC地址为A，目的MAC地址为C，路由器会向网络内的机器发送ARP REQUEST请求10.2.0.1的MAC地址，主机B接收到之后会向路由器回复ARP REPLY告知10.2.0.1的MAC地址为B，然后路由器将主机A发送的数据发送给主机B。

三、IP地址详解

（1）IP地址分类