计算机体系——网络

一:网络连接状态

1) IP地址

IP

IP是Internet Protocol的缩写,即网际互连协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性:一是解决互联网问题,实现大规模、异构网络的互联互通;二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系,以利于两者的独立发展。根据端到端的设计原则,IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

IP地址

IP地址是Internet Protocol Address的缩写,是指互联网协议地址,又译为网际协议地址。IP协议提供的一种统一的地址格式,它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址,以此来屏蔽物理地址的差异。

IP地址被用来给Internet上的电脑一个编号。大家日常见到的情况是每台联网的PC上都需要有IP地址,才能正常通信。我们可以把“个人电脑”比作“一台电话”,那么“IP地址”就相当于“电话号码”,而Internet中的路由器,就相当于电信局的“程控式交换机”。

IP地址是一个32位的二进制数,通常被分割为4个“8位二进制数”(也就是4个字节)。IP地址通常用“点分十进制”表示成(a.b.c.d)的形式,其中,a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。例:点分十进IP地址(100.4.5.6),实际上是32位二进制数(01100100.00000100.00000101.00000110)。

公网IP和内网IP

公网也被称为“广域网”,公网IP是指以公网连接Internet上的非保留地址。由Inter NIC(Internet Network Information Center因特网信息中心)负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。广域网、局域网是两种Internet的接入方式,广域网的计算机和Internet上的其他计算机可随意互相访问。

广域网是连接不同地区局域网或计算机通信的远程网。承接很大的物理范围,所覆盖范围从几十公里到几千公里,它能够连接多个地区、城市和国家,甚至可以横跨几个洲,提供远距离通信,形成国际性的远程网络。广域网并不等同于互联网。公网得到的IP地址是因特网的公用地址,是非保留的地址。

内网IP也被称为“局域网”,是在一个局部的地理范围内(例如一个学校、工厂和机关内),一般是方圆几千米以内,将计算机,外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网,内网得到的IP地址是Internet上的保留地址。
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在局域网中,每台电脑都可以自己分配自己的IP,但是这个IP只在局域网中有效。如果你将电脑连接到互联网,你的网络提供商的服务器会为你分配一个IP地址,这个IP地址才是你在外网的IP。两个IP同时存在,一个对内,一个对外。内网的计算机可向 Internet 上的其他计算机发送连接请求, 但 Internet上其他的计算机无法向内网的计算机发送连接请求。

交换机

可以利用交换机搭建局域网

交换是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法,把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。交换机根据工作位置的不同,可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备,它应用在数据链路层。交换机有多个端口,每个端口都具有桥接功能,可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。实际上,交换机有时被称为多端口网桥。

网络交换机,是一个扩大网络的器材,能为子网络中提供更多的连接端口,以便连接更多的计算机。随着通信业的发展以及国民经济信息化的推进,网络交换机市场呈稳步上升态势。它具有性价比高、高度灵活、相对简单和易于实现等特点。以太网技术已成为当今最重要的一种局域网组网技术,网络交换机也就成为了最普及的交换机。

IP地址的发展

首先出现的IP地址是IPV4,它只有4段数字,每一段最大不超过255。由于互联网的蓬勃发展,IP位址的需求量愈来愈大,使得IP位址的发放愈趋严格,各项资料显示全球IPv4位址可能在2005至2010年间全部发完(实际情况是在2019年11月25日IPv4位地址分配完毕)。地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间,拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv6采用128位地址长度。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外,还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。
现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行的。IPv6是下一版本的互联网协议,也可以说是下一代互联网的协议,它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展,IPv4定义的有限地址空间将被耗尽,而地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间,拟通过IPv6以重新定义地址空间。IPv4采用32位地址长度,只有大约43亿个地址,估计在2005~2010年间将被分配完毕,而IPv6采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址,整个地球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除解决了地址短缺问题以外,还考虑了在IPv4中解决不好的其它一些问题,主要有端到端IP连接、服务质量(QoS)、安全性、多播、移动性、即插即用等。
随着互联网的飞速发展和互联网用户对服务水平要求的不断提高,IPv6在全球将会越来越受到重视。实际上,并不急于推广IPv6,只需在现有的IPv4基础上将32位扩展8位到40位,即可解决IPv4地址不够的问题。这样一来可用地址数就扩大了256倍。

2) 子网掩码

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩,它用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网,以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在,它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用,就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

子网掩码是在IPv4地址资源紧缺的背景下为了解决lP地址分配而产生的虚拟lP技术,通过子网掩码将A、B、C三类地址划分为若干子网,从而显著提高了IP地址的分配效率,有效解决了IP地址资源紧张的局面。另一方面,在企业内网中为了更好地管理网络,网管人员也利用子网掩码的作用,人为地将一个较大的企业内部网络划分为更多个小规模的子网,再利用三层交换机的路由功能实现子网互联,从而有效解决了网络广播风暴和网络病毒等诸多网络管理方面的问题。

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3) 网关

顾名思义,网关就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡。

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连,是复杂的网络互连设备,仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间,网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同,网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求。同层–应用层。

默认网关在网络层以上实现网络互连,是最复杂的网络互连设备,仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似,不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连

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4) DNS

DNS是计算机域名(Domain Name System)的缩写,它是由解析器和域名服务器组成的。域名服务器是指保存有该网络中所有主机的域名和对应IP地址,并具有将域名转换为IP地址功能的服务器。域名系统为Internet上的主机分配域名地址和IP地址。用户使用域名地址,该系统就会自动把域名地址转为IP地址。域名服务是运行域名系统的Internet工具。执行域名服务的服务器称之为DNS服务器,通过DNS服务器来应答域名服务的查询。

域名必须对应一个IP地址,一个IP地址可以同时对应多个域名,但IP地址不一定有域名。如果你是站长这句话非常好理解,比如说有一个服务器对应一个IP,而这个服务器上可以放置多个网站,不同网站上可以有多个域名。

当我们在上网的时候,通常输入的是网址,其实这就是一个域名,而我们计算机网络上的计算机彼此之间只能用IP地址才能相互识别。域名(网址)只是相当与门牌号,只是为了方便记忆而增加的。

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二:网络连接模式

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主机模式:
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