计算机网络基础知识网络种类在计算机网络中，不同类型的网络使用不同的传输协议。以下是常见的网络类型及其主要的传输协议：

网络种类

在计算机网络中，不同类型的网络使用不同的传输协议。

以下是常见的网络类型及其主要的传输协议：

1. 以太网（局域网）（Ethernet）

传输协议:

Ethernet协议（IEEE 802.3）

特点:

局域网（LAN）中最常用的技术。
使用MAC地址进行设备标识和通信。
数据传输速率范围从10 Mbps到100 Gbps。
以太网帧封装IP包，进行局域网内的数据传输。

2. 广域网（Wide Area Network, WAN）

传输协议:

IP协议（Internet Protocol, IPv4/IPv6）
MPLS（Multi-Protocol Label Switching）
Frame Relay
ATM（Asynchronous Transfer Mode）

特点:

覆盖范围较大，可以跨越城市、国家甚至洲际。
使用路由器进行网络连接和数据转发。
常用于连接多个局域网。

3. 全球互联网（Internet）

传输协议:

IP协议（Internet Protocol, IPv4/IPv6）
TCP（Transmission Control Protocol）
UDP（User Datagram Protocol）
HTTP/HTTPS（Hypertext Transfer Protocol/Secure HTTP）
FTP（File Transfer Protocol）
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）

特点:

全球范围的网络连接，覆盖范围最大。
多种协议协同工作，支持各种应用和服务。

网与网之间的工具

不同类型的网络之间传输数据通常需要一些转换工具和设备，以确保数据能够顺利地在不同网络环境中传输。

以下是一些常见的转换工具和设备：

1. 路由器（Router）

功能: 连接不同网络（如LAN和WAN），并转发数据包。
作用: 负责数据包在不同网络之间的转发和路由选择，确保数据能够找到正确的传输路径。
应用: 家用路由器、企业级路由器、边界路由器等。

2. 网关（Gateway）

功能: 充当不同网络协议之间的转换器。
作用: 允许使用不同通信协议的网络设备相互通信，处理协议转换、数据格式转换等任务。
应用: 通信网关、应用网关、IoT网关等。

3. 交换机（Switch）

功能: 连接局域网内的多个设备，并根据MAC地址进行数据转发。
作用: 提高网络效率，减少冲突域，实现高效的数据传输。
应用: 局域网交换机、数据中心交换机等。

4. 调制解调器（Modem）

功能: 在模拟信号和数字信号之间进行转换。
作用: 将数字信号转换为模拟信号（调制），或将模拟信号转换为数字信号（解调）。
应用: 电话线调制解调器、DSL调制解调器、光纤调制解调器等。

5. 防火墙（Firewall）

功能: 监控和控制网络流量，根据预设的安全规则阻止或允许数据包通过。
作用: 提供网络安全保护，防止未经授权的访问和网络攻击。
应用: 硬件防火墙、软件防火墙、下一代防火墙等。

6. 网络地址转换（NAT）设备

功能: 将私有IP地址转换为公共IP地址，反之亦然。
作用: 允许多个设备共享一个公共IP地址，提高IP地址的利用率，增强网络安全性。
应用: 家用路由器、企业级NAT设备等。

7. 桥接器（Bridge）

功能: 连接两个局域网，并根据MAC地址进行数据转发。
作用: 将不同的局域网连接起来，使它们成为一个逻辑上的网络。
应用: 无线桥接器、有线桥接器等。

8. 媒体转换器（Media Converter）

功能: 在不同介质（如光纤和铜缆）之间进行信号转换。
作用: 允许不同物理介质的网络设备进行通信。
应用: 光电转换器、单模多模转换器等。

NAT

NAT：network address translation 网络地址变换其实某些机构并不需要连接到因特网，只需要与内部的主机通信，这样如果还是按照全球IP地址去分配，则会大大浪费IP地址。例如，100个机构各有100台主机，假设现在100个机构都分配全球IP 地址，就需要10000个全球IP地址，但是现在从所有的全球IP地址里面划分出100 个IP地址专门用作一些只需内部通信的机构使用，即100个机构都使用这100个地址，只需要100个IP地址就解决问题了。这100个IP地址在计算机网络中被称为专用地址，且路由器看到专用地址时不转发，所以说专用地址作为目的地址是不可能在因特网上传送的。因特网已经规定了以下地址作为专用地址。

10.0.0.0~10.255.255.255 (相当于一个A类网络)。

172.16.0.0~172.31.255.255 (相当于16个连续的B类网络)。

192.168.0.0~192.168.255.255 (相当于256个连续的C类网络)。

这种采用专用IP地址的互联网络称为专用互联网或本地互联网，或直接称为专用网。专用IP地址也叫作可重用地址。问题出现了，如果专用网的主机想和因特网的主机通信，怎么办?这时NAT就诞生了。NAT就是将专用网内部使用的本地IP地址转换成有效的外部全球IP地址，使得整个专用网只需要一个全球IP地址就可以与因特网连通。

由于这些本地IP地址是可重用的，因此NAT技术可大大节省IP地址的消耗。使用NAT技术，需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫作NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。但是NAT并不能从根本上解决IP地址的耗尽问题,因为NAT并没有增加IP地址的个数。而真正解决IP地址耗尽问题的是IPv6。

NAT使能路由器对于外部世界来说甚至不像一台路由器。相反NAT路由器对外界的行为就如同一个具有单一P地址的单一设备。在图中，所有离开家庭路由器流向更大因特网的报文都拥有一个源P地址138.76.29.7，且所有进入家庭的报文都拥有同一个目的P地址138.76.29.7。从本质上讲，NAT使能路由器对外界隐藏了家庭网络的细节。

家庭网络计算机是从哪儿得到其地址，路由器又是从哪儿得到它的单一IP地址的。在通常的情况下，答案是相同的，即DHCP!路由器从ISP的DHCP服务器得到它的地址，并且路由器运行一个DHCP服务器，为位于NAT-DHCP路由器控制的家庭网络地址空间中的计算机提供地址。

NAT转换表

NAT转换表保存一个网到另一个网的ip和端口映射，这样收到请求的时候可以转发到另一个网的ip处。

如果从广域网到达NAT路由器的所有数据报都有相同的目的IP地址（特别是对NAT 路由器广域网一侧的接口)，那么该路由器怎样知道它应将某个分组转发给哪个内部主机呢？

使用NAT路由器上的一张NAT转换表(NAT translation table),并且在项中包含了端口号及其IP地址。

1️⃣ 假设一个用户坐在家庭网络主机10.0.0.1后，请求IP地址为128.119.40.186的某台Web服务器（端口80）上的一个Wb页面。主机10.0.0.1为其指派了（任意）源端口号3345并将该数据报发送到LAN中。

2️⃣ NAT路由器收到该数据报，为该数据报生成一个新的源端口号5001，将源P替代为其广域网一侧接口的IP地址138.76.29.7,且将源端口3345更换为新端口5001。当生成一个新的源端口号时，NAT路由器可选择任意一个当前未在NAT转换表中的源端口号。（注意到因为端口号字段为16比特长，NAT协议可支持超过60000个并行使用路由器广域网一侧单个P地址的连接)

3️⃣ 路由器中的NAT也在它的NAT转换表中增加一表项。Wb服务器并不知道刚到达的包含HTTP请求的数据报已被NAT路由器进行了改装，它会发回一个响应报文，其目的地址是NAT路由器的IP地址，其目的端口是5001。

4️⃣ 当该报文到达NAT路由器时，路由器使用目的IP地址与目的端口号从NAT转换表中检索出家庭网络浏览器使用的适当IP地址(10.0.0.1)和目的端口号(3345)。于是，路由器重写该数据报的目的P地址与目的端口号，并向家庭网络转发该数据报。

网络适配器

网络适配器，通常称为“网卡”，在计算机网络中扮演重要角色。它工作在网络传输的链路层和物理层上，每个网卡都有一个唯一的MAC地址，用于标识它的独特性。

在计算机结构中，网络适配器的核心部分是链路层控制器，有时也叫做网络接口卡（NIC）。这个控制器通常是一个专用的芯片，负责处理链路层的各种任务。

在数据发送时，控制器从协议栈的高层获取数据报，并将其封装成链路层的帧。然后根据链路接入协议将帧发送到通信链路上。在数据接收时，控制器接收整个帧，从中提取出网络层的数据报。如果链路层需要执行差错检测，控制器会在帧的头部设置相应的差错检测比特，并执行检测过程。

图中展示了主机总线及其连接的网络适配器。尽管大部分链路层功能是由硬件实现的，但部分功能需要在主机CPU上通过软件来实现，例如组装链路层的寻址信息和配置控制器硬件。在数据接收时，链路层软件会响应控制器的中断，处理差错条件，并将数据报传递给网络层处理。

公网IP=>路由器(NAT)=>局域网IP=>网卡Mac地址（以太网）

MAC地址（Media Access Control Address）

定义: MAC地址是网卡的硬件地址，全球唯一，由制造商在生产网卡时烧录到硬件中。
格式: 48位（6字节）长，通常表示为六组十六进制数字，例如：00:1A:2B:3C:4D:5E。
层次: 工作在OSI模型的第二层（数据链路层）。
作用: 用于局域网内的数据帧传输。MAC地址在同一网络段内唯一，确保数据帧能准确传递到正确的设备。

IP地址（Internet Protocol Address）

定义: IP地址是分配给每个连接到网络的设备的逻辑地址。它可以是静态的（手动配置）或动态的（通过DHCP分配）。
格式: 有两种版本：
- IPv4: 32位（4字节）长，通常表示为四组十进制数字，例如：192.168.1.1。
- IPv6: 128位（16字节）长，通常表示为八组十六进制数字，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
层次: 工作在OSI模型的第三层（网络层）。
作用: 用于在不同网络之间传输数据包。IP地址标识网络上的特定设备，使数据包能够路由到正确的网络和设备。

MAC地址与IP地址的关系

网络通信中的角色:
- MAC地址用于局域网内的通信。在以太网中，数据帧通过MAC地址在同一网络段内传递。
- IP地址用于不同网络之间的通信。数据包通过IP地址在广域网（如互联网）中路由。
ARP协议（地址解析协议）:
- 当设备要在局域网内发送数据时，需要知道目的设备的MAC地址。如果只有目标设备的IP地址，发送设备会使用ARP协议将IP地址解析为MAC地址。
- 例如，设备A要发送数据给设备B，设备A知道设备B的IP地址，但不知道其MAC地址。设备A会发送ARP请求，询问“谁是这个IP地址的设备，并告诉我你的MAC地址？”。设备B会回复其MAC地址，设备A然后将数据发送到该MAC地址。
DHCP协议（动态主机配置协议）:
- DHCP服务器可以动态分配IP地址给网络中的设备。设备发送DHCP请求时，会使用其MAC地址来标识自己。DHCP服务器通过MAC地址为设备分配一个IP地址，并记录该分配。

适配器的MAC地址与物理地理位置一样，一个地方只有一个确定的物理地址。IP地址类似快递收货地址，它会随着人搬到的地址的变换而变化。所以一台主机只有唯一一个MAC地址，但是却可以有不同的IP地址。

示例流程

设备启动并连接网络:
- 网卡（具有唯一的MAC地址）连接到网络。
- 设备发送DHCP请求，包含其MAC地址。
- DHCP服务器根据设备的MAC地址分配一个IP地址。
设备发送数据包:
- 设备准备发送数据包给同一局域网内的另一个设备。
- 设备知道目的设备的IP地址，通过ARP请求获取目的设备的MAC地址。
- 设备使用获取的MAC地址将数据帧发送到目的设备。
设备发送数据包到不同网络:
- 设备准备发送数据包给另一个网络的设备。
- 数据包通过路由器进行IP地址路由，最终到达目的网络。
- 在目的网络，设备通过ARP请求获取目的设备的MAC地址，将数据帧传送到目的设备。