一文理清 以太网，因特网 中的 概念术语

学习是一个循序渐进的过程，因为任何不以循序渐进的方式进行的学习，都将出现盲目探索和不成系统的情况，最终学习到的也大都是相对零散的知识，并不能建立起一个系统的知识结构。非循序渐进的学习，也达不到循序渐进学习所能达到的深度，因为后者是步步深入的，每一步都以前一步为基础。

在学习计算机网络的过程中，有很多基础概念并不了解，比如以太网是如何发展为因特网的，这中间出现了什么问题有什么样的解决方案......。因此，本文主要目的是为读者快速扫盲在学习计算机网络中的基础概念，并尽可能的阐述清楚这些概念发展背后的问题背景及原因，在简单易懂的前提下尽量保证概念的深入理解。

同时计算机网络的发展太过于悠久，因此在之后的文章中会介绍无线网，移动蜂窝的概念。

LAN & WAN

lan叫做局域网，wan叫做广域网。

lan可以理解为是一块区域内的计算机通过网线进行连接的网络，也可以理解为是一个企业里面的计算机网络

公司里的计算机通过网线连接到一个集线器上（通过 冲突检测实现多路复用 ，多个设备交换数据通过一个线进行 就是多路复用，因此 同一时间只能有一个设备交换电信号，其他要发送的设备会等待一段时间后在发送 如果 还是等不到，等待的时间会慢慢变大 ）集线器链接路由器 ，路由器 会连接到其他设备厂商的路由器（其他路由器下面也是一个lan）上

wan就是通过一个个的lan链接起来的网络

mac地址：以太网协议

首先 每块网卡都有一个mac地址且在物理世界中是唯一的（mac地址通过-分割多个十六进制数，前面的数字代表了这块网卡是那个厂商做的 **）

计算机如果想要介入互联网进行数据传输就需要有网卡，网卡是最终发送数据的设备也是 最开始接触数据的设备**

以太网原型：网线

以太网最初是通过一根网线连接的，还有一个收发器设备是用来连接不同网线之间信号的。这时的以太网发送的网络包都会被这条网线上的设备接受到，通过携带mac头部也就是地址，计算机会判断是不是属于自己的网络包（判断max头部发送方mac是不是自己的发送方发送的数据）如果不是就丢弃这个包，否则进行处理。

以太网的基本性质

包发送到MAC头部的接收方MAC地址代表的目的地，用发送方MAC地址识别发送方，用以太类型识别包的内容。因此，可以认为具备这3个性质的网络就是以太网

ip地址:因特网协议

由于设备的 mac地址 没有规律 ，所以企业 无法对这些 计算机进行有效统一的分组管理 （因为数据很乱，需要像邮政编码那样的数字可以进行分类就很好管理），在这个情况下 出现了ip地址 ：

ip地址通过四个8位的二进制数 来表示 （由于是四个所以也叫ipv4）：IP地址是一个32比特的整数，每8比特为一组，组间用“.”分隔，分成4段表示。8比特所表示的整数换算成十进制后范围是0～255，因此可用作IP地址的整数是0.0.0.0～255.255.255.255，共计4294967296个。

其中 前三个二进制数代表着网络号 （也就是 lan 这个局域网络的标识 ）最后一位代表着 主机号 （也就是 在这个网络里面的具体哪个设备 ）。

一个企业里面的计算机ip地址的前三位是一样的，标识的用的同一个网络 在一个网络下，最后一位是代表这个网络下面的计算机唯一标识），这样 通过IP地址就可以轻松地对计算机进行分组管理了。

比如用IP地址中第1段到第3段的数值代表公司，用第4段的数值代表公司内部的计算机。例如，在AAA.BBB.CCC这个公司内，如果有一台计算机的编号是×××，那么它的IP地址就是AAA.BBB.CCC.XXX。而看到了AAA.BBB.CCC.YYY这样一个IP地址，就能知道它是这个公司内的另一台计算机。通常把IP地址中表示分组（即LAN）的部分称作“网络地址”、表示各台计算机（即主机）的部分称为“主机地址”。在本例中，AAA.BBB.CCC这一部分是网络地址，而XXX或YYY的部分是主机地址

子网掩码

从上面可以看到：

1. 一个局域网Lan里面的主机数 是有限的（主机数是4个八位的二进制数） **，而且还需要除去头尾和路由器（路由器也是一个计算机，只不过他接受到ip地址以后是做转发其他路由器和分发该网络下的计算机的）**
2. 而且出于安全的考虑 直接暴露ip地址中的网络号和主机号有风险 ，同一网络中的计算机可以互相通信 没有进行隔离 。

因此出现了子网掩码，通过掩码可以把一个LAN划分成多个Lan，并且可以对多个Lan进行隔离实现更精细对主机的控制。原理是通过 把掩码转换为二进制，和ip地址对照，其中值都为1的部分代表网络号，否则就是主机号。

所以子网掩码的作用是 标识出在32比特的IP地址中，从哪一位到哪一位是网络地址，从哪一位到哪一位是主机地址 。

把255.255.255.240用二进制表示的话，结果如下所示：11111111.11111111.11111111.11110000，因此255.255.255.240这个子网掩码就表示，其所对应的IP地址前28比特是网络地址，后4比特是主机地址。

dhcp服务器动态分配ip地址：

DHCP的全称是Dynamic Host Configuration Protocol（动态主机设置协议），DHCP服务器上记录着可以被分配到LAN内计算机的IP地址范围和子网掩码的值。

ip地址并 不是固定不变的。 当新的计算机连接到服务器上的时候，会向 DHCP客户端计算机申请一个 ip地址（dhcp内部管理着所有可以用 也就是未分配的网络号和主机号 也就是ip地址 和 子网掩码）。

在网络设置里面可以进行手动设置ip地址和子网掩码，不过大多数情况下选择的还是“自动获得IP地址”这个选项。这个选项使得 *计算机在启动时会去从DHCP服务器获取IP地址和子网掩码，并自动地配置它们,这也是为什么每次启动路由器和计算机 ip地址都不一样（如果你不用就别占着这个地址和掩码）

arp机制和协议：建立ip地址和mac地址的映射

当路由器收到的 ip地址 如果 不是该Lan下面的就会继续转发给上层的路由器 ；如果 是该lan下面的 （通过判断里面的网络号和路由器的网络号是否一致），就 不会通知其他路由器，而是通过广播arp的机制 向该网络号下的（也就是该路由器下面连接的计算机）发送广播。

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链接的计算机会判断这个ip地址是不是自己，如果 不是自己就忽略 ；如果 是自己就会进行响应，把自己的mac地址告诉给路由器，路由器内部有一个arp缓存表，记录的就是ip地址和mac地址的对应关系 。

这样下次如果还是这个计算机，就不需要广播了，直接去arp表里面找到对应的mac地址发送给他。

路由表 ：发送给其他路由器直到找到最终的计算机

路由器 内部除了arp表还有一个路由表，要知道路由器 的概念， 路由路由 就是说可以记录 传输数据经过的路由器 ，在 路由器出厂的时候 会内置一些固定路由器的地址用来接入互联网 。

路由表的组成：destnation表示服务器地址gateway代表要发送的下一个路由器的ip地址也叫网关interface代表使用哪个网卡发送方哪个ip地址 发送包到gateway如果gateway和interface一样，则代表是最终目的地

• 首先通过目的地ip地址找到路由表中的network destination 找到对应的条目（如目的地ip为195.6.32那么找到的destination可能就是195.6，再然后发送到 对应记录的gateway网关ip地址
• 如果gateway和interface一样，那么路由器直接发送到destnation接收方的ip地址即可

通过interface选择要使用的网卡ip地址发送包到gateway（下一个路由器）如果两个相同代表当前路由器就可以直接发送给接收方ip了不需要再接住下一个路由器转发了（也就是说处于同一个子网中）

对于同一个目的地地址 来说在路由表里面有多条记录 （经过不同的路由器，对应路由器的ip地址和掩码）代表着 不同路径，通过权重来用短的路径 发送给适应的 网关ip地址。

路由器也是一个计算机

路由器本质上也是一个计算机，也是通过ip地址和mac地址进行传输数据和通信的；且 路由器也是通过网线连接到一个更大的路由器上面，不断汇总形成一个巨大的广域网络。

每个路由器只会记录自己相邻路由器的信息 ，当路由器在自己的路由表里面找不到对应的路由信息时，就会转发给其他路由器寻找，直到找到。

也就是说 一个网络数据会经历多个不同的路由器才能到达目的地，这中间会 不断更换（ip数据包里面的ip地址和mac地址）

下一个路由器的ip地址和mac地址 到达最后一个路由器的时候 去arp里面找到对应ip的计算机，把ip地址替换成对应计算机对ip地址。

也就是说 通过ip地址的不断变更，数据不断发往其他路由器，最终给到目标计算机。

假如在互联网中只能使用MAC地址，那么会发生什么呢？

在接入互联网的数量众多的计算机中，仅仅是寻找信息的发送目的地就要花费大量的时间。

DNS:中和IP和域名各自优缺点

IP：TCP/IP协议是通过IP地址通信的，但是人们很难记住IP地址，相反使用域名人们只要知道这个服务器网站的名字就可以，很方便也很好记忆。

域名：域名虽然相对好记，但是如果使用域名代替IP地址的话也是可以的（Windows网络原型PC-Networks就是使用域名代替的ip通信的）；那么为什么这种方式不用了呢？ 这是因为域名的长度不固定需要处理大量的字符，但是IP地址的话就是固定的4个字节的数据，路由器在中转传输的时候压力就会小很多。

结合各自优势来看的话，各有各的好处，但是也有缺点。域名相对于人来说更好记忆，相对路由器来说IP地址处理的效率会更高。那么就需要一个转换的机制来做映射，通过域名查找IP给路由器使用，这个转换器就是DNS服务器。

dns请求格式

先看下dns解析器生成的请求信息格式：

• 域名

服务器名称

• class

识别网络信息，目前只有互联网，该值永远为N

• 记录类型

域名对应的查询类型，当该值为A代表对应的是通过域名查询ip地址，当为MX时代表查询的是邮件服务器名称

查询流程

dns服务器会从资源记录表中查找到请求信息对应的ip地址或邮件服务器名称

如何存储资源记录表

一个dns服务器所存储的资源是有限的，如何能够映射所有的资源？通过层级关系划分，将域名按照.进行分割，每个部分即是一个层次一个域， 最右边的域层次最高依次往左层次下降。

每个域只可以存在于一个dns服务器中，不能存储在多个服务器中；但是一个dns服务器可以存放多个域；可以在域下创建下级域

www.glass.com 其中 com是最大的域结构，接下来下一层去找glass域，那么如何知道存储glass域 ，com域的dns服务器ip地址呢？答案就是域的存储结构

域存储结构

下一层的域要注册到上层域中，这样上层域就可以找到存放下层域的dns服务器ip

从右至左查找，右边的服务器域名最大保管的是下一级的解析这个域名的dns服务器的ip地址，每个计算机dns客户端都会保存一些映射表，互联网里面所有的dns服务器里面就会保存最上层域的dns服务器ip

如果当前有对应的域名映射表就直接返回，如果没有就需要一层一层从上往下查找各个不同层级的dns的ip地址从而找到存储这个域名对应的ip地址dns服务器

还有一个跟域最容易被忽略，在com，cn等服务器的后面还可以在家一个点.代表跟域；跟域保存着com，cn等解析这些域名的dns服务器地址

大致流程：

DNS缓存

每次都从根域进行查找太浪费时间了，因此DNS有缓存功能，缓存最近访问过的域名IP映射信息；但是缓存的信息可能会更改比如域名更换了，因此缓存会设置一个有效期，到期之后会进行清除

客户端在收到对应IP的时候也会有相应的表示此次结果是缓存命中还是所属DNS服务器返回的。

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