计算机网络漫游

本期讲讲基本的计算机网络概念，目标是让非业内人士了解网络运行原理和常见的概念。结合之前的文章，本期内容阅读耗时10min。

本期需要了解的重点概念： IP 子网掩码 WAN LAN WLAN NAT MAC

本期需要模拟的形象：邮局是怎么发到你家（通讯的起点和重点，以及通讯的主体）

  1. WAN/LAN

    wide area network vs local area network

    两者没有本质区别，都是连接一定数量的计算机网络设备，当然如其名。WAN的范围更广，因为它能够将多个LAN连接起来。

    WAN也是我们俗称的外网，谐音比较好记的也就是万维网。LAN是局域网，典型的是小学时候信息课的局域网络网上邻居的电脑网络，就是典型的LAN实例。

    现在你们知道路由器怎么连接了吧（现在的路由器的端口通用，真不错）

    router

    至于WLAN 这里就是wireless local area network

    有意思的是WiFi是一种网络协议，我们通常住酒店或者吃麦当劳的时候向别人索要网路的时候，实际上的需要的是有连接外网功能的无线网络

    多提一句：

    电磁波的传播速度 电流的移动速度 电信号的速度

  2. 网络分层

    这个部分设定的部分很多，我认为重要的就是抽象和分层的思想，其次是各种协议运用，这里直接引用总结类型的图片。

    • 将功能抽象成接口，使得开发者能够专注当前的系统需求。
    • 将功能分层成逻辑，使得每一层都能专注定位到一定范围内的工作
    1. 应用层：两个终端设备应用程序之间交互，典型如FTP/SFTP/POP
    2. 传输层：两台设备进程之间数据传输服务，典型的TCP/UDP
    3. 网络层：网络层为分组交换网络上的不同主机提供通信服务
    4. 接口层：链路层+物理层

    OSI1

    OSI2

    TBD： ref

  3. IP MAC

    网络层是整个计算机网络的核心，这里单独写一下自己的理解

    • 路由器与交换机

      现代市售路由器实际上已经集成运放 交换 路由的功能。

      1. 先从集线器（物理层）引入

        最常见的概念就是我们USB集线器了，现在的笔本为了轻量，接口限制的厉害，不是所有的外设能运用在相关的设备上面。

        拿一根网线，直接连接两个电脑网口，你会发现这两者通过各自的网卡连接成功，也能正常通讯，甚至联机打CS。

        这时候，我们需要在添加一名玩家怎么办，这时候我们就能供通过集线器中继他们的通讯过程

        两个概念 phy模块：输出格式一致的电信号 广播：对所有在端口中的设备进行都进行发送一次信号（见参考文献）

      2. 广播和转发

        广播的收信是全体，转发的收信方式是单个对象，因此转发需要对方的MAC地址（这是由于没到网络层还没有IP的概念，需要的是具体的设备地址）

      3. 集线器vs交换机

        集线器

      交换机

      1. 路由器

        交换机为维护了mac表，但由于mac是一对一的映射，不可能维护所有的入网设备，这里就引入了路由器（网络层交换机）。

        路由器委维护了路由表，这个就不是三层MAC表了，不然肯定维护不过来。具体看参考列表

        当然，之前进了一代光纤上网。也就是传输时使用的光信号（原先电信号衰减在介质中速度是2/3 光速）。这个光电转换时做的。不过现在应该也集成了在一起。

    • IP

      类比你的收货地址，短暂思考一下，你填写地址的时候，有哪些信息[国家+省市+片区+街道+门牌号（姓名和手机号）]。

      我们把门牌号前面的作为网络地址，本身当作主机号，就得到现有的ip地址

      ip = 网络地址 + 主机号

      所有的ip地址都是标识主机IP地址，网络世界中，主体是各种主机（入网设备如路由/手机/服务器），所以ip地址是这些设备的门牌号。MAC地址是主机的身份证号（六组16字节，前三组是设备商识别码，后三组自动分配）

      1. 网络划分

        是否想过，你所在地区的邮政编码怎么来的。你所在的城市规划帮你编码了这些地址。同样，你的网络服务商根据ip协议来分配所用的ip。

        直接设想一下，我们的IP地址肯定会根据地区来编码。这里我们就会得到网段这个概念

        • 网络地址

          IP地址等于网络号+主机号，但是与mac地址不同的是，ipv4总共只有32位，如果像mac一样固定分组，主机位只有8位，一个区域内的主机号不可能只有256台。因此，IP地址采用了变动性的编码

        • 子网掩码

          我们最开始举例中的两台电脑，之所以能够直接通信，前提是他们的被识别在了同一个局域网（网段）内。

          这个就是通过他们的子网掩码+ip来判断的。

          确定网络规模：根据需要支持的主机数量选择合适的子网掩码。

          使用公式 $2^𝑛−2$来计算可用主机数量，其中n是主机位数。

          选择子网掩码：

          常用的子网掩码有：
          /24：255.255.255.0（可支持 254 个主机）
          /23：255.255.254.0（可支持 510 个主机）
          /22：255.255.252.0（可支持 1022 个主机）
          /21：255.255.248.0（可支持 2046 个主机）
          以此类推。
          转换为二进制：

          将选择的子网掩码转换为二进制形式，前面的1表示网络位，后面的0表示主机位。例如，/24 的二进制形式为 11111111.11111111.11111111.00000000。
          计算网络地址/广播地址：
          IP地址：192.168.1.10
          子网掩码：/24（255.255.255.0）
          计算网络地址：
          192.168.1.10（11000000.10101000.00000001.00001010）
          255.255.255.0（11111111.11111111.11111111.00000000）
          网络地址：192.168.1.0

          广播地址是网络地址的主机位部分全为1,相当于全局域网内转发：192.158.1.0+1：192.168.1.255

ref:

https://www.eet-china.com/mp/a73949.html

https://www.runoob.com/w3cnote/summary-of-network.html#_label3