网络基础知识与配置

网络基础知识

（一）网络的概念

（二）网络协议

（三）网络拓扑结构

（四）IP地址和子网掩码

显示和配置网络接口

（一）在Windows系统中

（二）在Linux系统中

测试网络连通性

（一）使用Ping命令

（二）使用Tracert（Traceroute）命令

检查默认网关和路由表

（一）默认网关

（二）路由表

网络基础知识

（一）网络的概念

网络是由若干计算机或其他设备通过通信线路连接而成的系统，用于实现资源共享、信息传递和协同工作。例如，公司内部的办公网络，员工可以通过网络共享打印机、文件服务器等资源，还能通过网络进行邮件通信、视频会议等操作。

（二）网络协议

TCP/IP协议族

IP协议（Internet Protocol）：负责将数据包从源主机传输到目的主机。它工作在网络层，主要功能是提供主机之间的通信路径选择，确保数据包能够到达正确的网络和主机。IP地址是IP协议的核心，用于标识网络中的设备。例如，IPv4地址是一个32位的地址，通常以点分十进制格式表示，如192.168.1.1。

TCP协议（Transmission Control Protocol）：工作在传输层，是一种面向连接的协议。它提供可靠的数据传输服务，通过序列号、确认应答（ACK）、重传机制等技术来保证数据的完整性和顺序性。例如，在网页浏览过程中，浏览器和服务器之间通过TCP连接来传输网页数据，如果数据丢失或错误，TCP会进行重传。

UDP协议（User Datagram Protocol）：也是传输层协议，但它是无连接的。UDP不保证数据的可靠传输，它只负责将数据报发送出去，不进行确认和重传操作。UDP适用于对实时性要求较高但对可靠性要求不高的场景，如网络电话（VoIP）和在线游戏。因为这些应用更关注数据的快速传输，即使丢失少量数据也不会对用户体验产生太大影响。

其他常见协议

HTTP/HTTPS协议：用于浏览器和服务器之间的通信。HTTP是明文传输，而HTTPS在HTTP的基础上增加了SSL/TLS加密，用于保护数据的安全性，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。

FTP协议（File Transfer Protocol）：用于文件传输。用户可以通过FTP客户端连接到FTP服务器，上传或下载文件。

SMTP协议（Simple Mail Transfer Protocol）：用于发送电子邮件，它将邮件从发件人的邮件服务器传输到收件人的邮件服务器。

DNS协议（Domain Name System）：用于域名解析。它将域名（如www.example.com）转换为对应的IP地址，方便用户通过域名访问网站。

（三）网络拓扑结构

总线型拓扑

所有设备都连接到一条共享的通信线路（总线）上。优点是结构简单、成本低，但缺点是当多个设备同时发送数据时容易发生冲突，而且一旦总线出现故障，整个网络都会瘫痪。这种拓扑结构在早期的局域网中比较常见，如一些小型办公室的早期网络。

星型拓扑

所有设备都连接到一个中心节点（如交换机或集线器）。中心节点负责转发数据，设备之间的通信都需要经过中心节点。星型拓扑的优点是容易管理和维护，一个设备的故障不会影响其他设备的通信。缺点是中心节点的负担较重，如果中心节点出现故障，整个网络也会瘫痪。现在大多数局域网都采用星型拓扑结构。

环型拓扑

设备按照环形结构连接，数据在环中单向或双向传输。每个设备都有两个邻居节点，数据在环中依次传递。环型拓扑的优点是传输延迟固定，适合实时性要求较高的应用。但缺点是环路一旦出现故障，整个网络通信都会中断。例如，一些工业控制系统可能会采用环型拓扑来保证数据的实时传输。

树型拓扑

是星型拓扑的扩展，它以星型拓扑为基础，将多个星型拓扑结构连接在一起。树型拓扑的优点是扩展性强，可以方便地增加新的设备或子网络。它适用于大型网络，如校园网或企业网。不过，树型拓扑的结构相对复杂，管理和维护难度较大。

网状拓扑

每个设备都与其他多个设备相连，形成复杂的网络结构。网状拓扑的优点是可靠性高，因为有多个路径可以传输数据，即使某个链路或设备出现故障，数据仍然可以通过其他路径传输。但它需要大量的通信线路，成本较高，主要用于大型的、对可靠性要求极高的网络，如骨干网络。

（四）IP地址和子网掩码

IP地址

IP地址用于在IP网络中唯一标识一台设备。IPv4地址由32位二进制数组成，分为A、B、C三类（还有D类和E类，但主要用于特殊用途）。

A类地址：范围是1.0.0.0 - 126.0.0.0，其中第一个字节（8位）表示网络部分，剩下的24位表示主机部分。A类地址可以容纳大量的主机，适用于大型网络。
B类地址：范围是128.0.0.0 - 191.255.0.0，前两个字节（16位）是网络部分，后两个字节（16位）是主机部分。B类地址适用于中型网络。
C类地址：范围是192.0.0.0 - 223.255.255.0，前三个字节（24位）是网络部分，最后一个字节（8位）是主机部分。C类地址适用于小型网络。

IPv6地址是128位的地址，采用冒号分隔的十六进制表示法，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6地址数量巨大，解决了IPv4地址不足的问题。

子网掩码

子网掩码用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。它和IP地址一样，也是32位。例如，对于一个C类地址192.168.1.10，其默认子网掩码是255.255.255.0。子网掩码255.255.255.0表示前24位是网络部分，后8位是主机部分。通过子网掩码，设备可以判断IP地址是否属于同一个子网。如果两个IP地址在同一个子网内，它们的网络部分应该相同。

显示和配置网络接口

（一）在Windows系统中

配置网络接口

通过图形界面配置

打开“控制面板”，选择“网络和共享中心”。
在左侧菜单中选择“更改适配器设置”，找到要配置的网络接口（如“以太网”或“Wi-Fi”）。
右键单击该接口，选择“属性”。
在弹出的窗口中，双击“Internet 协议版本 4 (TCP/IPv4)”或“Internet 协议版本 6 (TCP/IPv6)”。
在弹出的配置窗口中，可以选择“自动获取IP地址”（DHCP方式）或“使用下面的IP地址”（手动配置）。如果手动配置，需要输入IP地址、子网掩码、默认网关和首选DNS服务器地址等信息。

通过命令行配置

使用netsh命令可以对网络接口进行配置。例如，要为“以太网”接口配置静态IP地址192.168.1.100，子网掩码255.255.255.0，可以使用以下命令：

netsh interface ipv4 set address "以太网" static 192.168.1.100 255.255.255.0

要设置默认网关为192.168.1.1，可以使用：

netsh interface ipv4 set address "以太网" gateway=192.168.1.1

要配置DNS服务器地址，可以使用：

netsh interface ipv4 set dns "以太网" static 8.8.8.8

（二）在Linux系统中

显示网络接口信息

使用ifconfig命令（需要安装net-tools包）或ip addr命令来查看网络接口信息。ip addr命令是现代Linux系统中推荐使用的工具，它会显示接口名称、IP地址、子网掩码等信息。例如：

ip addr

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft foreverinet6 ::1/128 scope hostvalid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000link/ether 00:1a:2b:3c:4d:5e brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 192.168.1.100/24 brd 192.168.1.255 scope global dynamic eth0valid_lft 86399sec preferred_lft 86399secinet6 fe80::21a:2bff:fe3c:4d5e/64 scope linkvalid_lft forever preferred_lft forever

配置网络接口

临时配置（重启后失效）

使用ifconfig命令（如果安装了net-tools）或ip命令。例如，为eth0接口配置IP地址192.168.1.100，子网掩码255.255.255.0：

ifconfig eth0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0

或者：

ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0

永久配置（重启后仍然有效）

在大多数Linux发行版中，网络配置文件位于/etc/network/interfaces（如在Debian系的系统中）或/etc/netplan/目录下的YAML文件（如在较新的Ubuntu版本中）。

对于/etc/network/interfaces文件，可以编辑该文件，添加或修改接口配置。例如：

auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.1.100
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.1.1
dns-nameservers 8.8.8.8 8.8.4.4

对于/etc/netplan/目录下的YAML文件，可以编辑文件，添加或修改接口配置。例如：

network:version: 2ethernets:eth0:dhcp4: noaddresses:- 192.168.1.100/24gateway4: 192.168.1.1nameservers:addresses:- 8.8.8.8- 8.8.4.4

修改完成后，运行netplan apply命令使配置生效。

测试网络连通性

（一）使用Ping命令

原理：Ping（Packet Internet Groper）命令用于测试主机之间网络的连通性。它通过发送ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）回显请求消息给目标主机，并等待回显应答消息来判断网络是否连通。

操作方法

在Windows系统中，可以通过命令提示符（CMD）来使用Ping命令。例如，要测试与IP地址为192.168.1.1的设备是否连通，可以在命令提示符中输入ping 192.168.1.1。如果网络连通，会收到目标主机的回显应答，显示类似“Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time<1ms TTL=64”的信息，表示目标主机响应了Ping请求。如果网络不通，会显示“Request timed out”等提示信息。
在Linux系统中，也可以在终端中使用Ping命令，操作方式类似。例如ping -c 4 192.168.1.1，其中-c 4表示发送4个Ping包。

应用场景：Ping命令可以用于测试本地计算机与本地网络中的其他设备（如打印机、路由器等）、其他网络中的设备（如互联网上的服务器）之间的连通性。例如，网络管理员可以通过Ping网关IP地址来判断本地计算机是否能够正常访问网络出口。

（二）使用Tracert（Traceroute）命令

原理：Tracert（在Windows系统中）或Traceroute（在Linux系统中）命令用于追踪IP数据包到达目标地址所经过的路径。它通过发送一系列带有不同TTL（Time To Live，生存时间）值的ICMP回显请求或UDP数据包，来确定数据包经过的每一跳路由器。

操作方法

在Windows系统中，输入tracert 192.168.1.1（目标IP地址）或tracert www.example.com（目标域名）。它会显示从本地计算机到目标地址的每一跳路由器的IP地址和时间响应。例如，第一跳可能是本地路由器的IP地址，第二跳可能是ISP（Internet Service Provider，互联网服务提供商）的路由器等。
在Linux系统中，输入traceroute 192.168.1.1。Traceroute命令可以帮助用户了解网络数据包的传输路径，从而判断网络故障可能发生在哪一跳。例如，如果在某跳出现“* * *”（表示无法获取该跳的信息），可能说明该跳的路由器有问题或者网络连接中断。

检查默认网关和路由表

（一）默认网关

概念：默认网关是网络中的一个路由器接口的IP地址，它允许本地网络中的设备访问其他网络（如互联网）。当本地网络中的设备（如计算机）要访问外部网络时，它会将数据包发送到默认网关，由默认网关负责将数据包转发到其他网络。

查看方法

在Windows系统中，可以通过命令提示符输入ipconfig命令来查看默认网关。在显示的网络配置信息中，“Default Gateway”对应的IP地址就是默认网关的地址。例如，如果显示“Default Gateway: 192.168.1.1”，那么192.168.1.1就是该计算机的默认网关。
在Linux系统中，可以使用ip route或netstat -r命令来查看默认网关。例如，ip route命令的输出中可能会显示“default via 192.168.1.1 dev eth0”，表示默认网关是192.168.1.1，数据包通过eth0（以太网接口）发送到该网关。

（二）路由表

概念：路由表是网络设备（如路由器、计算机）中存储的关于网络路径的信息表。它告诉设备如何将数据包转发到不同的网络。路由表中的每一项都包含目标网络地址、子网掩码、下一跳地址（如默认网关）等信息。

查看方法

在Windows系统中，可以通过命令提示符输入route print命令来查看路由表。它会显示本地计算机的路由表信息，包括网络目标、子网掩码、网关、接口等列。例如，路由表中可能会有一行显示“0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1 192.168.1.100”，这表示目标网络是0.0.0.0（默认路由），子网掩码是0.0.0.0，下一跳网关是192.168.1.1，本地计算机的接口IP地址是192.168.1.100。
在Linux系统中，使用ip route或netstat -r命令也可以查看路由表。ip route命令的输出会以一种更直观的方式显示路由信息，例如“192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.100”，表示本地网络192.168.1.0/24（子网掩码为255.255.255.0）通过eth0接口，本地计算机在这个网络中的IP地址是192.168.1.100。