目录

第一部分 网络技术基础

一、网络概念与发展历程

二、网络系统四要素

三、网络核心功能矩阵

四、网络类型全解析

五、协议与标准体系

第二部分 网络分层架构

一、分层设计哲学

二、OSI七层模型详解

三、TCP/IP实用模型

四、数据封装解密

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第一部分 网络技术基础

一、网络概念与发展历程

1. 网络定义
计算机网络是指通过通信设备和传输介质，将地理位置不同的计算机系统互连起来，实现资源共享和信息传递的综合系统。其核心价值体现在"连接"与"共享"两大特性。

2. 发展里程碑

• 1960s：ARPANET诞生（分组交换技术奠基）

• 1970s：TCP/IP协议族初步形成

• 1980s：ISO提出OSI参考模型

• 1990s：万维网（WWW）革命性突破

• 2000s：无线网络技术爆发（WiFi/4G）

• 2010s：SDN/NFV重构网络架构

• 2020s：5G+边缘计算时

二、网络系统四要素

1. 终端设备：PC、手机、IoT设备等

2. 传输介质：

   • 有线：双绞线（Cat5/6）、光纤（单模/多模）

   • 无线：微波、无线电波、红外

3. 通信协议：TCP/IP、HTTP、DNS等

4. 网络设备：

   • 连接设备：交换机、路由器

   • 安全设备：防火墙、IDS/IPS

   • 管理设备：网络管理系统（NMS）

三、网络核心功能矩阵

功能类型	典型应用场景
资源共享	云存储、打印机共享
信息传输	电子邮件、即时通讯
分布式处理	区块链网络、云计算
负载均衡	CDN网络、服务器集群
远程访问	VPN、远程桌面

四、网络类型全解析

1. 按覆盖范围分类

• PAN（个域网）：蓝牙耳机连接

• LAN（局域网）：企业办公网络

• MAN（城域网）：城市级监控系统

• WAN（广域网）：跨国企业专网

2. 按传输介质分类

• 有线网络：千兆以太网

• 无线网络：WiFi 6网络

3. 按拓扑结构分类

• 星型：现代企业网络

• 环型：令牌环网络

• 总线型：传统以太网

• 网状：数据中心网络

五、协议与标准体系

1. 协议三要素

• 语法：数据格式（如IP报文头结构）

• 语义：控制信息含义（如SYN表示建立连接）

• 时序：事件执行顺序（如TCP三次握手）

2. 标准制定机构

• IEEE（802系列标准）

• IETF（RFC文档体系）

• ITU（国际电信标准）

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第二部分 网络分层架构

一、分层设计哲学

1. 核心优势

• 模块化开发

• 技术解耦合

• 协议标准化

• 故障隔离性

2. 分层实现原理

• 服务抽象化（SAP接口）

• 对等层通信

• 垂直服务调用

二、OSI七层模型详解

层级	名称	核心功能	典型协议/设备
7	应用层	用户接口服务	HTTP、FTP、SMTP
6	表示层	数据格式转换	SSL/TLS、JPEG
5	会话层	会话管理控制	NetBIOS、RPC
4	传输层	端到端可靠传输	TCP、UDP
3	网络层	路由寻址与包转发	IP、路由器
2	数据链路层	介质访问控制	Ethernet、交换机
1	物理层	物理信号传输	RJ45、光纤收发器

 

三、TCP/IP实用模型

1. 五层架构对比

TCP/IP层级	对应OSI层	核心职责
应用层	5-7层	用户应用程序交互
传输层	4层	进程间通信保障
网络层	3层	IP寻址与路由
数据链路层	2层	本地网络传输
物理层	1层	物理介质处理

2. 协议栈全景图

应用层：HTTP/FTP/DNS
传输层：TCP/UDP
网络层：IP/ICMP
链路层：Ethernet/PPP
物理层：物理介质规范

四、数据封装解密

1. 发送端封装流程

应用数据 → 应用层头部 → 传输层头部 → 网络层头部 → 数据链路层头尾 → 比特流

2. PDU演变过程

层级	协议数据单元（PDU）
应用层	消息(Message)
传输层	段(Segment)
网络层	包(Packet)
数据链路层	帧(Frame)
物理层	比特(Bit)

3. 接收端解封装
逆向操作逐层剥离头部信息，关键校验点：

• 链路层CRC校验

• IP头校验和

• TCP序列号验证

三、IP地址

1、进制转换

1.1、数制介绍

数制：计数的方法，指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法

数位：指数字符号在一个数中所处的位置

基数：指在某种进位计数制中，数位上所能使用的数字符号的个数

位权：指在某种进位计数制中，数位所代表的大小，即处在某一位上的“1”所表示的数值的大小

1.2、十进制

十进制数制系统包括 10 个数字：

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

十进制数的特点是逢十进一

十进制数（Decimal number）表示

(1010)10，1010D

（236 ）10

2       3      6

百位 十位 个位

1.3、二进制

二进制这个词的意思是基于两个数字

0、1

二进制数的特点是逢二进一

二进制数（Binary number）：

(1010)2，1010B

假设8位2进制数每位都是1

128 64 32 16 8 4 2 1

（10001011）2

从左至右每一位数的计算为2的n-1次方

每一位数的代表数字 为 128 0 0 0 8 0 2 1

转为十进制最后计算结果为所有数相加

1+2+8+128=139

计算机底层

IP地址

1.4、八进制

八进制数制系统包括 8个数字：

0、1、2、3、4、5、6、7

八进制数的特点是逢八进一

八进制数（octal number）

（1010）8 1010o

（13241）8

从左至右每一位数的计算为 8^n-1 基数

..... 512x 64x 8x 1x

每一位数的代表数字 为40961 5123 642 84 11

转为十进制

最后计算结果为 所有数相加

4096+1536+128+32+1=5793

1.5、十六进制

十六进制数制系统包括16个数字：

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F

代表0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15

十六进制数的特点是逢十六进一

十六进制数（Hexadecimal number）： (1010)16，1010H

（1B2）16

从左至右每一位数的计算为 16^n-1 基数

...4096x 256x 16x 1x

每一位数的代表数字 2561 1611 12

转为十进制 最后计算结果为 所有数相加

256+176+2=464

2、IP地址定义

主机唯一的标识，保证主机间正常通信 （同一局域网下）

一种网络编码，用来确定网络中一个节点

IP地址由32位二进制（32bit）组成（ipv4）

IPv6地址由128位二进制数构成

3、IP地址组成部分

网络部分（NETWORK）

确定网络范围

主机部分（HOST）

确定主机位置

4、IP地址分类

IP地址分为A、B、C、D、E五类，每一类有不同的划分规则

地址类型	地址范围	特点
A类	0.0.0.0~127.255.255.255	第一位必须是0
B类	128.0.0.0~191.255.255.255	前两位必须是10
C类	192.0.0.0~223.255.255.255	前三位必须是110
D类	不常见忽略
E类	不常见忽略

A类地址

组成：网络部分+主机部分+主机部分+主机部分       

A类地址范围为0.0.0.0~127.255.255.255，A类地址网络位固定为前8位。      

网络位为2^7=128，网络位=2^可变网络位，A类地址首位不能变所以可变网络位为7位。      

主机位为2^24=16777216，主机位=2^可变主机位，A类地址24位都可变所以可变主机位为24位    

可用主机位为2^24-2=16777214，可用主机位=2^可变主机位-2，减2的原因是由于主机号全位0定义为网段地址，主机号全位0定义为广播地址不可随便使用。

特点：网络有126个，非常少；但是每个网络中包含的地址数量为2^24个，可用IP地址为2^24 - 2个。 使用场景： 大型网络

B类地址

组成：网络部分+网络部分+主机部分+主机部分      

B类地址范围为128.0.0.0~191.255.255.255，B类地址网络位固定前16位           

网络位为2^14=16384，网络位=2^可变网络位，B类地址前2位不能变所以可变网络位为14位    

主机位为2^16=65536，主机位=2^可变主机位，B类地址16位都可变所以可变主机位为16位      

可用主机位为2^16-2=65534，可用主机位=2^可变主机位-2，减2的原因是由于主机号全位0定义为网段地址，主机号全位0定义为广播地址不可随便使用。

特点：网络数量有2^14个，网络中等；每个网络包含的地址数量为2^16个，可用IP地址为2^16 - 2个 使用场景：中型网络

C类地址

组成：网络部分+网络部分+网络部分+主机部分      

C类地址范围为192.0.0.0~223.255.255.255，C类地址网络位固定前24位           

网络位为2^21=2097152，网络位=2^可变网络位，C类地址前3位不能变所以可变网络位为21位。

主机位为2^8=256，主机位=2^可变主机位，C类地址8位都可变所以可变主机位为8位      

可用主机位为2^8-2=254，可用主机位=2^可变主机位-2，减2的原因是由于主机号全位0定义为网段地址，主机号全位0定义为广播地址不可随便使用

特点：网络数量有2^21个，网络最多；每个网络包含的地址数量为2^8个，可用IP地址为2^8 - 2个

使用场景：小型网络

D、E类地址

D、E类地址不常用，只要知晓D类地址用于组播，E类地址用于科学研究即可。

5、地址划分

地址划分按使用范围划分为2类，一类为公网地址，一类为私网地址。

公网地址：收取费用，全球可达且IPV4地址已用完。

私网地址：不收费，小范围内随便使用。

私网地址范围

地址类型	私网地址范围
A	10.0.0.0~10.255.255.255
B	172.16.0.0~172.31.255.255
C	192.168.0.0~192.168.255.255

特殊地址

特殊地址	作用
0.0.0.0	可以表示任意IP地址
255.255.255.255	广播地址，多用于服务寻找ip
127.0.0.0~127.255.255.255	回环地址、本机地址，指代本机地址，用来测试本机网卡的 TCP/IP协议是否正确安装
169.254.0.0~169.254.255.255	微软保留地址，无ip时会分配到这段地址。

6、相关概念

6.1、网络地址

网络ID，网段

用来标识一个网络的符号

当前网络范围内的最小IP地址

不能用于网络通信

6.2、广播地址

用于将数据包从一个网络中的所有主机传递到另一个网络中的所有主机。

当前网络范围内的最大IP地址

不能用于网络通信

6.3、子网掩码

用来确定IP的网络地址

32个二进制数

对应IP地址的网络部分用1表示

对应IP地址的主机部分用0表示

IP地址和子网掩码作逻辑“与”运算得到网络地址

0和任何数相与都等于0

1和任何数相与都等于任何数本身

A、B、C三类有类地址的默认子网掩码：

A类：255.0.0.0或者/8

B类：255.255.0.0或者/16

C类：255.255.255.0或者/24

6.4、子网段

网络中一组连续的IP地址。

通常以IP地址和子网掩码的形式来表示。

子网段是网络划分和管理的基本单位，可以用于划分局域网和子网。

6.5、网关

连接不同网络之间的一个网络节点，即两个或多个网络的交汇处

负责将数据包转发到目标网络

网关通常是一台路由器，具有路由选择、地址转换等功能。

结语

现代网络技术正朝着"智能"、"融合"、"高速"三大方向发展：

1. SDN/NFV重构网络架构

2. IPv6全面替代IPv4

3. Wi-Fi 7与5G-A深度融合

4. 量子通信技术突破

理解网络基础架构与分层模型，是把握未来网络发展趋势的重要基石。无论是云计算、物联网还是边缘计算，其底层都建立在坚实的网络基础之上。