网络基础
一、网络分层模型
OSI 七层模型、TCP/IP 四层模型，是整个计算机网络体系结构的理论与实践基础，用来规范不同设备之间的通信流程。
1、OSI 七层模型（理论参考模型）
OSI 是 ** 国际标准化组织（ISO）** 制定的理论标准，定义了通信系统的七层架构，每一层都有明确的职责。
| 层级 |
名称 |
核心作用 |
典型协议 / 设备 |
| 第 7 层 |
应用层 |
为用户应用提供网络服务，直接面向用户的网络交互 |
HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS |
| 第 6 层 |
表示层 |
数据格式转换、加密解密、压缩解压（解决 “语法问题”） |
数据编码、加密标准（如 SSL/TLS 的部分功能） |
| 第 5 层 |
会话层 |
建立、管理、终止会话连接，控制会话同步与恢复 |
RPC、SQL 会话控制 |
| 第 4 层 |
传输层 |
端到端通信、流量控制、差错校验，提供可靠 / 不可靠传输 |
TCP、UDP；端口号 |
| 第 3 层 |
网络层 |
路由选择、IP 寻址，跨网络转发数据包 |
IP、ICMP、ARP；路由器 |
| 第 2 层 |
数据链路层 |
物理介质上的帧传输、MAC 寻址、差错检测 |
以太网、PPP、MAC 地址；交换机 |
| 第 1 层 |
物理层 |
电气 / 机械信号传输，定义电压、接口、线缆标准 |
网线、光纤、集线器、网卡 |
2、TCP/IP 四层模型（工业事实标准）
TCP/IP 是实际互联网使用的模型，对 OSI 七层做了简化，更贴近真实的协议栈实现。
| 层级 |
名称 |
对应 OSI 层级 |
核心作用 |
典型协议 |
| 第 4 层 |
应用层 |
应用层 + 表示层 + 会话层 |
直接为应用提供网络服务，合并了会话、表示、应用的功能 |
HTTP、FTP、DNS、SMTP |
| 第 3 层 |
传输层 |
传输层 |
端到端数据传输，保证可靠或高效通信 |
TCP、UDP |
| 第 2 层 |
网络层 |
网络层 |
IP 寻址、路由转发，跨网络传输数据 |
IP、ICMP、ARP |
| 第 1 层 |
网络接口层（链路层） |
数据链路层 + 物理层 |
物理介质接入、帧传输，负责底层数据收发 |
以太网、PPP、Wi-Fi |
2、网络层协议与技术
ARP 协议（地址解析协议）、CIDR 与 IP 地址划分、ICMP 协议（网际控制报文协议），都是网络层的核心内容，负责寻址、路由和网络状态控制
一、ARP 协议（地址解析协议）
1. 核心作用
ARP 协议的本质是：根据已知的 IP 地址，查询其对应的 MAC 地址，完成从「逻辑地址（IP）」到「物理地址（MAC）」的映射，是跨网络通信的关键一步。
2. 工作流程（ARP 解析过程）
- 主机 A 要给主机 B（同网段）发数据：主机 A 知道 B 的 IP 地址，但不知道 B 的 MAC 地址，无法封装二层帧。
- 发送 ARP 请求广播：主机 A 在本网段发送一个 ARP 广播包，内容是：“IP 地址为 192.168.1.10 的主机，请告诉我你的 MAC 地址！”
- 主机 B 收到请求并单播回复：同网段的所有主机都会收到广播包，只有 IP 匹配的主机 B 会处理，并发送一个 ARP 单播回复，把自己的 MAC 地址发给 A。
- 主机 A 更新 ARP 缓存：主机 A 收到回复后，把 B 的 IP 和 MAC 地址的映射关系存入本地 ARP 缓存表（有 TTL，超时会自动删除），后续通信直接查表使用。
3. 关键补充
- ARP 缓存表：用来临时存储 IP→MAC 的映射，避免每次通信都发广播，提升效率。
- 跨网段通信时的 ARP：主机需要先获取网关的 MAC 地址，再把数据发给网关，由网关转发到目标网段。
- 常见考点：ARP 欺骗（伪造 ARP 响应包篡改缓存表，属于中间人攻击的一种）。
二、CIDR 与 IP 地址划分与计算
1. CIDR 是什么？
CIDR（无类别域间路由）是用来替代传统 A/B/C 类 IP 地址划分的技术，它用 **「IP 地址 / 前缀长度」** 的形式来表示网络号和主机号，实现更灵活的子网划分。
- 格式示例：
192.168.1.0/24，其中 /24 表示前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。
2. 核心计算方法（超高频考点）
以 192.168.1.0/26 为例，带你算关键参数：
- 子网掩码：前 26 位为 1，后 6 位为 0 →
255.255.255.192
- 子网总数：
2^(26-24) = 4 个（因为 C 类默认前缀是 24，这里借了 2 位主机位做子网号）
- 每个子网的主机数：
2^(32-26) - 2 = 62 台（减 2 是因为要去掉网络地址和广播地址）
- 子网范围：
- 子网 1：网络地址
192.168.1.0，广播地址192.168.1.63，可用主机1-62
- 子网 2：网络地址
192.168.1.64，广播地址192.168.1.127，可用主机65-126
- 以此类推
3. 常见易错点
- 网络地址：主机位全 0 的地址，代表整个子网，不能分配给主机。
- 广播地址：主机位全 1 的地址，用于向子网内所有主机发送广播，也不能分配给主机。
三、TCP 标志位
SYN–请求建⽴连接
ACK–确认收到
FIN –请求断开连接
RST–强制重置
- SYN = 建立 TCP 连接时发的第一个 “握手包”全称：Synchronize（同步序列号）
- ACK =是 Acknowledge /Acknowledgement的缩写，核心含义是 确认、应答。它在计算机、网络通信中最常用，也有其他领域含义
- Seq:序列号 = Sequence Number = 序列号作用一句话给每个发送出去的字节编上号用来：保证不乱序、不重复、不丢包
- Ack：确认号=Acknowledgment Number = 确认号Ack 表示：我已经收到你之前所有数据，下次希望你从这个序号开始发。和 Seq 的关系（最核心）
三次握手的过程：
A：SYN（A请求B连接）
B：SYN+ACK（B同意并请求A连接）
A：ACK(A同意连接B)（互相连接成功）然后发送请求
四次挥手的过程：
A：FIN（A我数据传完了，请求断开）
B：ACK（B收到A的断开请求）
B：FIN(B我输出也传完了，可以断开）
A：ACK（断开连接）
四、网络性能指标
带宽、延迟、吞吐量，是衡量网络性能的关键指标，属于网络性能分析的基础概念。
一、带宽
定义
指信道最大数据传输速率，单位：bps（比特 / 秒）、Mbps、Gbps，描述链路能跑的最大上限。
- 通俗理解：马路车道宽度，决定最大通行能力。
- 注意：日常说的 “100M 宽带”，单位是比特，不是字节；\(1\ \text{Byte}=8\ \text{bit}\)。
特点
- 是链路固有上限，固定不变；
- 带宽越大，理论最大传输速度越高。
二、延迟（时延）
数据从发送端到接收端总共耗费的时间，单位：ms、s，分 4 类组成：
- 发送时延：把数据推上链路的时间（和带宽、报文大小相关）
- 传播时延：信号在介质里传输的时间（和距离、介质有关，光速≈\(2\times10^8\ \text{m/s}\)）
- 处理时延：路由器 / 交换机解析包头、查路由的时间
- 排队时延：数据包在设备缓存排队等待转发的时间（网络拥堵时波动最大）
特点
- 距离越远、网络越卡，延迟越高；
- 实时业务（游戏、语音、视频通话）对延迟最敏感。
三、吞吐量
定义
单位时间内实际通过链路的数据量，单位同带宽（bps），描述实际跑出来的速度。
特点
- 受带宽、延迟、网络拥堵、设备性能共同影响；
- 正常情况：吞吐量 ≤ 链路带宽；
- 网络拥塞时，吞吐量会明显下降。
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