计算机网络概述
Mermaid 可视化 + 结构化 的计算机网络核心知识框架
graph LR
%% 计算机网络核心结构
Network[计算机网络] --> Architecture["分层架构"]
Network --> Protocols["核心协议"]
Network --> Devices["网络设备"]
Network --> Security["网络安全"]
%% ========== 分层架构 ==========
Architecture --> OSI7["OSI七层模型"]
OSI7 --> PhysicalLayer["物理层<br>（比特流传输）"]
OSI7 --> DataLinkLayer["数据链路层<br>（MAC/帧）"]
OSI7 --> NetworkLayer["网络层<br>（IP/路由）"]
OSI7 --> TransportLayer["传输层<br>（TCP/UDP）"]
OSI7 --> SessionLayer["会话层"]
OSI7 --> PresentationLayer["表示层"]
OSI7 --> ApplicationLayer["应用层<br>（HTTP/DNS）"]
Architecture --> TCPIP["TCP/IP四层模型"]
TCPIP --> Link["网络接口层"]
TCPIP --> Internet["网络层"]
TCPIP --> Transport["传输层"]
TCPIP --> App["应用层"]
%% ========== 核心协议 ==========
Protocols --> TCP["TCP<br>（可靠传输/三次握手）"]
Protocols --> UDP["UDP<br>（无连接/高效）"]
Protocols --> IP["IPv4/IPv6<br>（地址/包结构）"]
Protocols --> HTTP["HTTP/HTTPS<br>（请求响应模型）"]
Protocols --> DNS["DNS<br>（域名解析）"]
%% ========== 网络设备 ==========
Devices --> Switch["交换机<br>（二层转发/MAC表）"]
Devices --> Router["路由器<br>（三层路由/IP表）"]
Devices --> Firewall["防火墙<br>（ACL/状态检测）"]
%% ========== 网络安全 ==========
Security --> Cryptography["加密技术<br>（SSL/TLS/非对称加密）"]
Security --> VPN["VPN隧道<br>（IPSec/OpenVPN）"]
Security --> Attack["网络攻击与防御<br>（DDoS/中间人攻击/防火墙规则）"]
%% ===== 关联逻辑 =====
subgraph "数据流示例"
direction LR
WebClient["客户端HTTP请求"] --> TCP["封装TCP头部"]
TCP --> IP["封装IP头部"]
IP --> MAC["封装MAC地址"]
MAC --> Router["通过路由器转发"]
end
%% 高亮关键协议
classDef highlight fill:#E6F3FF,stroke:#0066CC
class TCP,UDP,HTTP,DNS highlight
核心概念分解
1. 协议分层对比
| OSI 7层 |
TCP/IP 4层 |
功能描述 |
| 应用层/表示层/会话层 |
应用层 |
HTTP, FTP, DNS, SSL |
| 传输层 |
传输层 |
TCP (可靠), UDP (高速) |
| 网络层 |
网络层 |
IP, ICMP, ARP |
| 数据链路层/物理层 |
网络接口层 |
Ethernet, Wi-Fi, MAC地址 |
2. TCP三次握手
sequenceDiagram
客户端->>服务端: SYN (seq=100)
服务端->>客户端: SYN-ACK (seq=300, ack=101)
客户端->>服务端: ACK (seq=101, ack=301)
3. IP地址与子网划分
graph LR
IP地址["192.168.1.0/24"] --> 子网A["子网A: 192.168.1.0/25 (1-126)"]
IP地址 --> 子网B["子网B: 192.168.1.128/26 (129-190)"]
- CIDR计算工具：
ipcalc 192.168.1.0/26
关键协议功能
1. HTTP vs HTTPS
| 特性 |
HTTP |
HTTPS |
| 加密 |
无 |
SSL/TLS 加密 |
| 端口 |
80 |
443 |
| 性能影响 |
低 |
略高（握手延时/加密开销） |
2. DNS解析流程
graph LR
浏览器 --> LocalDNS["本地DNS服务器"]
LocalDNS --> RootDNS["根域名服务器"]
RootDNS --> TLD["顶级域名服务器（.com）"]
TLD --> Authoritative["权威域名服务器<br>（example.com）"]
网络设备功能对比
| 设备 |
工作层级 |
核心功能 |
| 集线器 |
物理层 |
广播传输（数据冲突/低效） |
| 交换机 |
数据链路层 |
MAC地址学习/精确转发 |
| 路由器 |
网络层 |
IP路由选择/跨网络通信 |
OSI模型
Mermaid 可视化 + 结构化 的 OSI七层模型 详解
graph LR
%% OSI七层模型结构
OSI7["OSI七层模型"] --> L1["1\. 物理层<br>（Physical Layer）"]
OSI7 --> L2["2\. 数据链路层<br>（Data Link Layer）"]
OSI7 --> L3["3\. 网络层<br>（Network Layer）"]
OSI7 --> L4["4\. 传输层<br>（Transport Layer）"]
OSI7 --> L5["5\. 会话层<br>（Session Layer）"]
OSI7 --> L6["6\. 表示层<br>（Presentation Layer）"]
OSI7 --> L7["7\. 应用层<br>（Application Layer）"]
%% ======== 各层核心功能与协议 ========
L1 -->|功能| L1_Func["比特流传输<br>物理介质（电缆/光纤/无线电）"]
L1 -->|协议| L1_Proto["RS-232, 802.3（以太网物理层）"]
L2 -->|功能| L2_Func["帧传输<br>MAC地址寻址<br>错误检测（CRC）"]
L2 -->|协议| L2_Proto["以太网（802.3）<br>Wi-Fi（802.11）<br>PPP"]
L3 -->|功能| L3_Func["逻辑寻址（IP地址）<br>路由选择<br>IP分段"]
L3 -->|协议| L3_Proto["IPv4/IPv6<br>ICMP（ping）<br>ARP"]
L4 -->|功能| L4_Func["端到端连接控制<br>流量控制/拥塞控制"]
L4 -->|协议| L4_Proto["TCP（可靠）<br>UDP（快速）"]
L5 -->|功能| L5_Func["建立/管理/终止会话<br>会话同步"]
L5 -->|协议| L5_Proto["NetBIOS<br>RPC<br>SQL*Net"]
L6 -->|功能| L6_Func["数据格式转换<br>加密/解密<br>压缩"]
L6 -->|协议| L6_Proto["SSL/TLS（加密）<br>JPEG, ASCII"]
L7 -->|功能| L7_Func["用户接口<br>应用服务访问"]
L7 -->|协议| L7_Proto["HTTP/HTTPS<br>FTP<br>DNS<br>SMTP"]
%% ======== 数据封装流程 ========
subgraph "数据封装和解封装（示例：HTTP请求）"
direction TB
User[用户输入URL] --> L7_HTTP["应用层：生成HTTP请求"]
L7_HTTP --> L6_ENC["表示层：加密（HTTPS）"]
L6_ENC --> L5_SESSION["会话层：建立TCP会话"]
L5_SESSION --> L4_TCP["传输层：添加TCP头部（端口号）"]
L4_TCP --> L3_IP["网络层：添加IP头部（源/目标IP）"]
L3_IP --> L2_ETH["数据链路层：添加MAC头部（源/目标MAC）"]
L2_ETH --> L1_BITS["物理层：转换为比特流传输"]
end
%% 高亮关键技术层
classDef green fill:#E8FFE8,stroke:#009900
class L3,L4,L7 green
各层核心功能对比例表
| 层级 |
名称 |
数据单位 |
关键设备/协议 |
典型应用场景 |
| 7 |
应用层 |
报文/消息 |
HTTP, DNS, SMTP |
浏览器访问网页 |
| 6 |
表示层 |
报文 |
SSL/TLS, ASCII |
HTTPS加密通信 |
| 5 |
会话层 |
会话 |
NetBIOS, RPC |
远程数据库连接 |
| 4 |
传输层 |
段/数据报 |
TCP, UDP |
视频流传输（UDP） |
| 3 |
网络层 |
数据包 |
IP, 路由器 |
跨网络快递路由跟踪 |
| 2 |
数据链路层 |
帧 |
交换机, MAC地址 |
局域网内设备通信 |
| 1 |
物理层 |
比特 |
网卡, 光纤 |
网线传输电信号 |
工具与调试命令
| 层级 |
工具/命令 |
用途 |
| 2 |
arp -a |
查看ARP缓存（IP-MAC映射） |
| 3 |
traceroute / tracert |
跟踪数据包路径（网络层路由） |
| 4 |
netstat -ano |
查看TCP/UDP连接状态 |
| 7 |
Wireshark过滤http.request |
抓取应用层HTTP请求 |
对比TCP/IP模型：
- 应用层 ≈ OSI 5-7层
- 传输层/网络层 对应OSI同名层
- 网络接口层 ≈ OSI 1-2层
常见层次模型中的协议及设备
TCP/IP体系结构
Mermaid 可视化 + 结构化 的 TCP/IP体系结构 详解
graph LR
%% ======== 数据流示例（发送HTTP请求） ========
subgraph "数据封装流程示例"
direction LR
User["用户输入URL"] --> HTTP["应用层: HTTP请求"]
--> TCP["传输层: 添加TCP头（端口号:80）"]
--> IP["网络层: 添加IP头（目标IP: 8.8.8.8）"]
--> Ethernet["网络接口层: 添加MAC头（目标MAC:路由器）"]
--> Bits["物理传输（比特流）"]
end
graph LR
%% TCP/IP四层模型结构
TCPIP["TCP/IP四层模型"] --> LinkLayer["网络接口层"]
TCPIP --> InternetLayer["网络层（Internet Layer）"]
TCPIP --> TransportLayer["传输层（Transport Layer）"]
TCPIP --> ApplicationLayer["应用层（Application Layer）"]
%% ========== 各层核心协议与功能 ==========
LinkLayer -->|功能| LinkFunc["物理介质传输<br>MAC地址寻址"]
LinkLayer -->|协议| LinkProto["以太网（Ethernet）<br>Wi-Fi（802.11）<br>PPP"]
InternetLayer -->|功能| InternetFunc["IP地址路由<br>数据包分片与重组"]
InternetLayer -->|协议| InternetProto["IPv4/IPv6<br>ICMP（网络控制）<br>ARP（地址解析）"]
TransportLayer -->|功能| TransportFunc["端到端可靠传输<br>端口号标识服务"]
TransportLayer -->|协议| TransportProto["TCP（连接/可靠）<br>UDP（无连接/高效）"]
ApplicationLayer -->|功能| AppFunc["用户应用服务支持"]
ApplicationLayer -->|协议| AppProto["HTTP/HTTPS<br>DNS<br>SMTP/IMAP<br>SSH/FTP"]
%% ======= TCP/IP与OSI模型对应关系 =======
subgraph "TCP/IP vs OSI模型"
TCPIP -->|应用层≈| OSI5_7["OSI应用层/表示层/会话层"]
TCPIP -->|传输层≈| OSI4["OSI传输层"]
TCPIP -->|网络层≈| OSI3["OSI网络层"]
TCPIP -->|网络接口层≈| OSI1_2["OSI物理层/数据链路层"]
end
%% 高亮关键技术层
classDef green fill:#E8FFE8,stroke:#009900
class InternetLayer,TransportLayer,ApplicationLayer green
TCP/IP四层详细解析
1. 网络接口层（Link Layer）
- 功能： 物理介质连接与数据帧传输。
- 典型协议/技术：
- 以太网（Ethernet）：局域网通信（MAC地址）
- Wi-Fi（802.11）：无线局域网接入
- 串行通信协议（如PPP）：拨号连接
2. 网络层（Internet Layer）
- 关键技术：
- IP协议（IPv4/IPv6）：全球唯一地址分配与路由
- ICMP： 网络状态诊断（如ping命令）
- 路由协议 （OSPF, BGP）：路径选择与优化
- 核心设备： 路由器（基于IP表转发）
3. 传输层（Transport Layer）
| 协议 |
特性 |
典型应用 |
| TCP |
可靠传输、流量控制、拥塞控制 |
网页浏览（HTTP/HTTPS） |
| UDP |
无连接、低延迟、无可靠性保证 |
视频直播（QUIC/DNS） |
4. 应用层（Application Layer）
- 常见协议与服务：
- HTTP/HTTPS：Web数据传输
- DNS：域名解析为IP地址
- SMTP/POP3：电子邮件发送与接收
TCP/IP与OSI模型核心对比
graph LR
OSI模型 --> L7["7\. 应用层"]
OSI模型 --> L6["6\. 表示层"]
OSI模型 --> L5["5\. 会话层"]
OSI模型 --> L4["4\. 传输层"]
OSI模型 --> L3["3\. 网络层"]
OSI模型 --> L2["2\. 数据链路层"]
OSI模型 --> L1["1\. 物理层"]
TCP/IP模型 --> App["应用层"]
TCP/IP模型 --> Transport["传输层"]
TCP/IP模型 --> Internet["网络层"]
TCP/IP模型 --> Link["网络接口层"]
App -->|合并了| OSI的L5_L7["OSI应用层/表示层/会话层"]
Transport --> OSI的L4["OSI传输层"]
Internet --> OSI的L3["OSI网络层"]
Link -->|对应| OSI的L1_L2["OSI物理层/数据链路层"]
典型数据流场景
1. 浏览器访问网页（HTTP请求）
sequenceDiagram
用户计算机->>DNS服务器: 解析域名（DNS协议）
DNS服务器-->>用户计算机: 返回IP地址（如202.108.22.5）
用户计算机->>Web服务器: HTTP请求（TCP端口80）
Web服务器-->>用户计算机: HTTP响应（HTML内容）
实战指令与工具
| 层级 |
工具/命令 |
用途 |
| 网络层 |
ping 8.8.8.8 |
测试网络连通性（ICMP协议） |
| 传输层 |
netstat -tuln |
查看当前TCP/UDP端口监听状态 |
| 应用层 |
nslookup google.com |
DNS域名解析查询 |
| 抓包分析 |
tcpdump port 443 -i eth0 |
捕获HTTPS流量（网络接口层） |
tcp/udp
Mermaid 可視化 + 结构化对比 解析 TCP 与 UDP 的核心区别
graph LR
%% TCP vs UDP 核心对比框架
CP["传输层核心协议"] --> TCP["TCP协议<br>（Transmission Control Protocol）"]
CP --> UDP["UDP协议<br>（User Datagram Protocol）"]
%% ========== TCP核心特性 ==========
TCP -->|特性| TCP_Feature["可靠传输<br>连接导向<br>流量控制/拥塞控制"]
TCP -->|头部结构| TCP_Header["20字节头部<br>Seq/Ack/Window字段"]
TCP -->|过程| TCP_Process["三次握手建立连接<br>四次挥手终止连接"]
TCP -->|应用场景| TCP_Use["网页浏览（HTTP/HTTPS）<br>文件传输（FTP）<br>电子邮件（SMTP）"]
%% ========== UDP核心特性 ==========
UDP -->|特性| UDP_Feature["无连接通信<br>尽最大努力交付<br>低延迟/低开销"]
UDP -->|头部结构| UDP_Header["8字节头部<br>Source/Dest Port/Length/Checksum"]
UDP -->|过程| UDP_Process["无需握手直接发送数据<br>无状态维护"]
UDP -->|应用场景| UDP_Use["实时视频/语音（RTP）<br>DNS查询<br>游戏数据（UDP+自定义可靠性）"]
%% ======= 对比交互示例 =======
subgraph "HTTP（TCP） vs DNS（UDP）交互流程"
direction LR
HTTP_Client[("客户端")] --TCP三次握手--> HTTP_Server[("服务器")]
HTTP_Client --发送HTTP请求--> HTTP_Server
HTTP_Server --返回HTTP响应--> HTTP_Client
HTTP_Client --TCP四次挥手断开--> HTTP_Server
DNS_Client[("客户端")] --UDP单包查询--> DNS_Server[("DNS服务器")]
DNS_Server --UDP单包响应--> DNS_Client
end
%% 高亮关键差异
classDef red fill:#FFE8E8,stroke:#FF0000
classDef blue fill:#E8F4FF,stroke:#0066CC
class TCP red
class UDP blue
交换机与路由器
Mermaid 可视化 + 结构化对比 解析 交换机与路由器 的核心
graph LR
%% ======== 性能与技术参数对比 ========
subgraph "技术参数对比"
direction TB
SwitchParam["交换机参数"] -->|端口密度| HighPort["24/48端口"]
SwitchParam -->|背板带宽| HighBW["数百Gbps"]
RouterParam["路由器参数"] -->|路由表容量| LargeTable["支持10万+路由条目"]
RouterParam -->|接口类型| WANPort["光纤/以太网/串口"]
end
graph TB
%% 交换机 vs 路由器对比框架
NetworkDevice["网络设备"] --> Switch["交换机（Switch）<br>数据链路层（L2）"]
NetworkDevice --> Router["路由器（Router）<br>网络层（L3）"]
%% ========== 核心功能对比 ==========
Switch -->|核心功能| SwitchFunc["基于MAC地址转发数据帧<br>构建局域网（LAN）<br>高速端口交换"]
Router -->|核心功能| RouterFunc["基于IP路由表转发数据包<br>连接不同网络（WAN/LAN）<br>NAT/防火墙功能"]
%% ========== 工作原理对比 ==========
subgraph "工作原理对比"
Switch -->|MAC学习| Learn[["学习MAC地址表<br>（端口-MAC映射）"]]
Switch -->|转发规则| Forward[["单播/组播转发<br>避免广播风暴"]]
Router -->|路由选择| Routing[["动态路由协议（OSPF/BGP）<br>静态路由配置"]]
Router -->|NAT转换| NAT[["私网IP ↔ 公网IP转换"]]
end
%% ======== 典型组网场景示例 ========
subgraph "企业网络拓扑示例"
direction LR
Internet[("互联网")] --> Router
Router --> Switch
Switch --> PC1[("PC1")] & PC2[("PC2")] & Server[("服务器")]
end
style Internet fill:#99CCFF
style Router fill:#FFCC99
style Switch fill:#99FF99
%% 高亮关键差异
classDef green fill:#E8FFE8,stroke:#009900
classDef orange fill:#FFE8CC,stroke:#FF6600
class Switch green
class Router orange
核心对比表
| 特征 |
交换机（L2） |
路由器（L3） |
| 工作层级 |
数据链路层（MAC地址） |
网络层（IP地址） |
| 转发依据 |
MAC地址表 |
路由表 |
| 广播域控制 |
每个端口为一个冲突域，全交换机构成单个广播域 |
每个接口隔离广播域 |
| 典型应用场景 |
局域网内设备互联（同子网通信） |
跨网络通信（不同子网/互联网接入） |
| 协议支持 |
VLAN, STP RIP, OSPF, BGP, VPN |
|
| 网络地址转换（NAT） |
❌ 不支持 |
✅ 支持 |
深度技术解析
1. 交换机 MAC 地址学习
sequenceDiagram
PC1->>Switch: 发送数据帧（源MAC:00-AA）
Switch->>Switch: 记录MAC地址表（Port1↔00-AA）
PC2->>Switch: 发送数据帧（源MAC:00-BB）
Switch->>Switch: 记录MAC地址表（Port2↔00-BB）
当PC1向PC2发送数据时，Switch直接转发到Port2。
2. 路由器 IP 路由表查询
flowchart LR
A[接收数据包] --> B{目标IP是否在直连网络?}
B -->|是| C["从对应接口直接转发"]
B -->|否| D["查找路由表最长前缀匹配"]
D --> E{"找到下一跳?"}
E -->|是| F["通过指定接口转发到下一跳"]
E -->|否| G["丢弃（ICMP目标不可达）"]
典型应用场景
1. 交换机：构建高性能局域网
- 场景： 办公室内部设备互联
- 技术方案：
graph TB
CoreSwitch[核心交换机] --> AccessSwitch1[接入交换机]
CoreSwitch --> AccessSwitch2[接入交换机]
AccessSwitch1 --> User1[用户PC]
AccessSwitch1 --> Printer[打印机]
AccessSwitch2 --> Server[服务器集群]
2. 路由器：跨地区网络互联
- 场景： 总部与分支机构通过VPN连接
graph RL
HQ[总部网络] -->|IPSEC VPN| RouterA[总部路由器]
Branch[分支机构] -->|ISP链路| RouterB[分支路由器]
RouterA <-.互联网.-> RouterB
网络分类
可视化 + 结构化对比 解析 网络分类
graph LR
%% 网络分类核心框架
NetworkClass["网络分类"] --> Coverage["按覆盖范围"]
NetworkClass --> Topology["按拓扑结构"]
NetworkClass --> Medium["按传输介质"]
NetworkClass --> Usage["按用途"]
NetworkClass --> Tech["按传输技术"]
%% ====== 覆盖范围分类 ======
Coverage --> PAN["PAN（个人域网）<br>距离＜10m<br>（蓝牙/ZigBee）"]
Coverage --> LAN["LAN（局域网）<br>建筑/园区内<br>（以太网/WiFi）"]
Coverage --> MAN["MAN（城域网）<br>城市级别<br>（地铁监控/城市政务网）"]
Coverage --> WAN["WAN（广域网）<br>全球/跨地域<br>（互联网/SDH专线）"]
%% ====== 拓扑结构分类 ======
Topology --> Star["星型拓扑（Switch为核心）"]
Topology --> Bus["总线型拓扑（共享介质）"]
Topology --> Ring["环型拓扑（令牌传递）"]
Topology --> Mesh["网状拓扑（高冗余）"]
Topology --> Hybrid["混合拓扑（星型+总线）"]
%% ====== 传输介质分类 ======
Medium --> Wired["有线介质<br>双绞线/光纤/同轴"]
Medium --> Wireless["无线介质<br>Wi-Fi/5G/卫星"]
%% ====== 用途分类示例 ======
Usage --> Public["公用网络（互联网）"]
Usage --> Private["专用网络（企业VPN）"]
%% ====== 传输技术 ======
Tech --> Broadcast["广播式网络<br>（传统以太网）"]
Tech --> PointToPoint["点对点网络<br>（PPP协议）"]
覆盖范围分类详解
| 类型 |
覆盖范围 |
传输技术 |
典型应用场景 |
| PAN |
0-10米 |
蓝牙、NFC、ZigBee |
智能手表与手机配对 |
| LAN |
100米-几公里 |
IEEE 802.3（以太网）、WiFi |
企业办公网络、家庭局域网 |
| MAN |
城市（10-100km） |
光纤、WiMAX |
城市交通监控系统、校园互联 |
| WAN |
全球 |
IP/MPLS、卫星通信 |
跨国企业专线、云计算互联 |
IP地址
可视化 + 结构化对比 全面解析 IP地址
graph LR
%% IP地址分类框架
IP_Address["IP地址"] --> IPv4["IPv4（32位）"] & IPv6["IPv6（128位）"]
IP_Address --> PublicIP["公有IP"] & PrivateIP["私有IP"]
IP_Address --> Dynamic["动态IP"] & Static["静态IP"]
%% ========== IPv4详解 ==========
IPv4 --> FormatIPv4["点分十进制格式<br>（192.168.1.1）"]
IPv4 --> Classes["传统分类"] --> A类["A类（0.0.0.0-127.255.255.255）"]
Classes --> B类["B类（128.0.0.0-191.255.255.255）"]
Classes --> C类["C类（192.0.0.0-223.255.255.255）"]
IPv4 --> Subnet["子网划分/CIDR"]
%% ========== IPv6特性 ==========
IPv6 --> FormatIPv6["十六进制冒分格式<br>（2001:0db8:85a3::1）"]
IPv6 --> TypesIPv6["地址类型"] --> GlobalUnicast["全球单播地址"]
TypesIPv6 --> LinkLocal["链路本地地址（FE80::/10）"]
TypesIPv6 --> ULA["唯一本地地址（FC00::/7）"]
%% ====== 关键支撑技术 ======
Dynamic --> DHCP["DHCP协议动态分配"]
PublicIP --> NAT["NAT地址转换"]
IPv4 vs IPv6 核心对比
| 特征 |
IPv4 |
IPv6 |
| 地址长度 |
32位（约43亿个地址） |
128位（约3.4×10³⁸个地址） |
| 地址表示法 |
十进制点分（192.168.0.1） |
十六进制冒分（2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334） |
| 报头复杂度 |
可变长度（需选项字段） |
固定长度（效率更高） |
| 安全性 |
依赖外部协议（IPSec可选） |
原生支持IPSec |
| 典型配置场景 |
NAT广泛使用 |
端到端直接寻址 |
IPv4子网划分实战
1. CIDR表示法示例
- 给定地址： 192.168.1.0/24
graph LR
地址构成 --> 网络部分["网络位：192.168.1"]
地址构成 --> 主机部分["主机位：0-255（254可用）"]
- 掩码计算
/24 对应子网掩码：255.255.255.0
2. 划分子网工具链
flowchart LR
A[需求分析] -->|用户数200| B["选择掩码：/24（254主机）"]
B --> C["可用IP范围：192.168.1.1 - 192.168.1.254"]
B --> D["网关设置：192.168.1.1"]
D --> E["保留地址：192.168.1.255（广播）"]
私有IP地址范围（RFC 1918）
- IPv4保留段：
classDiagram
class PrivateIPv4{
+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
}
- 典型案例：
家庭路由器通常分配 192.168.1.1/24，并启用NAT转换公网IP。
IP数据包转发过程
sequenceDiagram
PC[发送方] ->> Router1: 源IP:192.168.1.100<br>目标IP:203.0.113.5
Router1 ->> Internet: 应用NAT转换源IP为公网IP
Internet ->> Router2: 目标IP命中路由表
Router2 ->> Server: 路由到内网服务器（DNAT）
核心特性对比
| 维度 |
公有地址 (Public IP) |
私有地址 (Private IP) |
| 唯一性 全球唯一， |
需向ISP或IANA申请 |
仅需在局域网内唯一 |
| 访问范围 |
可直接访问互联网 |
不能直接访问互联网（需通过NAT映射） |
| 地址分配主体 |
由互联网管理机构（如APNIC）或ISP分配 |
由本地网络管理员自由分配 |
| 典型地址段 |
非保留的任意IPv4地址（如8.8.8.8） |
RFC 1918定义的保留段（如192.168.x.x） |
| 成本 |
需向运营商付费租用 |
免费自由使用 |
私有地址保留段详解
| 类型 |
范围 |
容量 |
| A类 (10.0.0.0/8) |
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 |
16,777,216个地址 |
| B类 (172.16.0.0/12) |
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 |
1,048,576个地址 |
| C类 (192.168.0.0/16) |
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 |
65,536个地址 |
核心技术机制：NAT（网络地址转换）
sequenceDiagram
内网设备 ->> 路由器: 发送请求：源IP=192.168.1.100
Note over 路由器: 执行SNAT（源地址转换）
路由器 ->> 公网服务器: 请求：源IP=203.0.113.5
公网服务器 -->> 路由器: 响应：目标IP=203.0.113.5
Note over 路由器: 执行DNAT（目标地址转换）
路由器 -->> 内网设备: 响应：目标IP=192.168.1.100
典型应用场景对比
1. 公有地址
flowchart TD
场景1["互联网服务暴露"] --> WebServer["网站服务器（119.29.76.211）"]
场景2["云平台通信"] --> Cloud["AWS EC2实例（52.76.27.141）"]
场景3["VPN连接终点"] --> VPN["企业VPN网关（112.124.25.36）"]
2. 私有地址
flowchart TD
场景1["企业内网"] --> OfficeNetwork["员工电脑（172.16.10.33）"]
场景2["IoT设备管理"] --> SmartHome["智能灯泡（192.168.50.20）"]
场景3["虚拟化环境"] --> VM["虚拟机（10.3.1.101）"]
端口号
端口号的核心定义
graph LR
端口号["端口号（Port）"] --> 定义["为应用层进程/服务设计的数字标识（范围0-65535）"]
端口号 --> 作用["唯一标识同一IP地址上的不同网络服务"]
作用 --> 案例["HTTP服务使用80端口"]
端口号分类（按IANA标准）
classDiagram
class 端口类型{
<<端口号分类>>
+知名端口（Well-Known Ports）: 0-1023
+注册端口（Registered Ports）: 1024-49151
+动态/私有端口（Dynamic/Private Ports）: 49152-65535
}
TCP vs UDP 端口关键差异
| 维度 |
TCP端口 |
UDP端口 |
| 连接性 |
基于连接的可靠传输（三次握手） |
无连接的尽力传输（无握手） |
| 适用场景 |
文件传输、网页浏览、电子邮件 |
视频流、DNS查询、实时游戏 |
| 端口状态 |
需要维护连接状态（SYN/ACK/FIN） |
无状态 |
| 典型服务 |
HTTP（80）、SSH（22）、SMTP（25） |
DNS（53）、DHCP（67/68）、RTP（实时传输协议） |
经典应用场景
1. 端口转发实现内网穿透
graph LR
内网服务器 -->|绑定本地端口:8080| 路由器
路由器 -->|映射公网端口:80| 外部用户访问公网IP:80
2. 防火墙端口开放策略
flowchart LR
配置防火墙 --> 允许入站端口:80,443
允许入站端口 --> 拒绝其他端口访问
拒绝其他端口 --> 提升网络安全
端口安全风险与防护
1. 高危端口示例
classDiagram
class 高危端口{
+23/TCP : Telnet（明文传输风险）
+445/TCP : SMB（永恒之蓝漏洞入口）
+3389/TCP : RDP（暴力破解重灾区）
}
2. 防护措施
网络常见的名词解释
DNS-域名
域名结构剖析
graph LR
A[根域 . ] --> B[顶级域 TLD]
B --> com
B --> cn
B --> org
com --> C[二级域名] --> 公司主站 --> alibaba
C --> 云服务平台 --> aliyun
cn --> D[政府机构-->beijing.gov.cn]
DNS解析全流程
sequenceDiagram
User->>本地DNS: 请求① www.example.com
本地DNS->>根服务器: 请求② (.com NS地址)
根服务器-->>本地DNS: 响应③ .com权威服务器IP
本地DNS->>TLD服务器: 请求④ example.com NS
TLD服务器-->>本地DNS: 响应⑤ 该域权威服务器IP
本地DNS->>权威DNS: 请求⑥ www记录
权威DNS-->>本地DNS: 最终IP 93.184.216.34
本地DNS->>User: 返回结果⑦
关键阶段解析：
| 步骤 |
角色 |
作用说明 |
| ① |
本地DNS（递归解析器） |
接收用户请求，发起迭代查询 |
| ②③ |
根DNS服务器（全球13组） |
返回顶级域权威服务器地址 |
| ④⑤ |
TLD服务器（如.com域） |
管理二级域名注册信息 |
| ⑥⑦ |
权威DNS（域名管理员） |
提供最终域名对应的资源记录 |
域名与URL的差异对比
flowchart LR
URL结构 --> 协议头[HTTP/HTTPS] --> 域名 --> 端口[可选:8080] --> 路径[/api/data/] --> 参数[?id=123]
域名 --> 单纯定位服务器
URL --> 完整资源地址
