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一、计算机网络基础
1. 网络基本原理
-
通信模型:
- OSI七层模型:
- 物理层(传输比特流,如网线、光纤)
- 数据链路层(MAC地址,交换机)
- 网络层(IP地址,路由器)
- 传输层(TCP/UDP协议,端口号)
- 会话层(建立/管理会话)
- 表示层(数据加密、压缩)
- 应用层(HTTP、FTP协议)
- TCP/IP四层模型:
网络接口层 → 网际层(IP) → 传输层(TCP/UDP) → 应用层
- OSI七层模型:
-
核心协议:
- TCP:面向连接,可靠传输(三次握手、流量控制)
- UDP:无连接,高效但不可靠(视频流、DNS查询)
- HTTP/HTTPS:
- HTTP 1.1/2/3演变(长连接、头部压缩)
- HTTPS = HTTP + SSL/TLS加密(端口443)
- IP协议:IPv4(32位地址)、IPv6(128位地址,解决地址耗尽)
2. 网络拓扑结构
- 常见类型:
- 星型拓扑:中心节点(交换机)连接所有设备,易扩展但依赖中心。
- 总线型拓扑:单根电缆串联设备,成本低但故障排查难。
- 环型拓扑:设备成环,数据单向传输,延迟确定但容错性差。
- 网状拓扑:全连接(冗余高,成本高,用于核心网络)。
- 混合拓扑:如树型拓扑(分层星型),适用于大型企业网络。
3. 网络设备配置与管理
-
核心设备:
-
交换机(L2/L3):
- 功能:
- MAC地址学习:通过数据帧的源MAC地址构建MAC地址表,实现二层转发。
- VLAN划分:通过
switchport access vlan <vlan-id>
命令隔离广播域,提升网络安全性。
- 管理:
- 端口安全:限制端口接入设备数量或绑定特定MAC地址,防止非法接入。
- STP防环:配置生成树协议(如
spanning-tree mode rapid-pvst
),避免二层环路。
- 功能:
-
路由器:
- 功能:
- 路由选择:通过OSPF(
network <network-id> area <area-id>
)、BGP(neighbor <ip> remote-as <asn>
)等协议实现跨网络通信。 - NAT转换:通过
ip nat inside source static <private-ip> <public-ip>
命令实现私网转公网。
- 路由选择:通过OSPF(
- 配置示例:
ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.0.1 # 静态路由
- 功能:
-
防火墙:
- 功能:
- ACL规则:通过
access-list 101 permit/deny <protocol> <source> <destination> <port>
控制流量。 - 状态检测:跟踪会话状态(如TCP三次握手),仅允许合法流量通过。
- ACL规则:通过
- 配置示例:
access-list 101 permit tcp any any eq 80 # 允许HTTP流量
- 功能:
-
-
网络管理工具:
- SNMP:通过MIB(管理信息库)监控设备状态(如CPU利用率、接口流量),支持告警通知。
- NetFlow:分析流量流向(如大流量应用识别),生成流量统计报告。
- 网络设备实操
(1)交换机(L2/L3)配置实例
# 创建VLAN 10和VLAN 20
switch> enable
switch# configure terminal
switch(config)# vlan 10
switch(config-vlan)# name Sales
switch(config-vlan)# exit
switch(config)# vlan 20
switch(config-vlan)# name Tech
switch(config-vlan)# exit# 配置接口加入VLAN(Access模式)
switch(config)# interface gigabitethernet0/1
switch(config-if)# switchport mode access
switch(config-if)# switchport access vlan 10
switch(config-if)# exitswitch(config)# interface gigabitethernet0/2
switch(config-if)# switchport mode access
switch(config-if)# switchport access vlan 20
switch(config-if)# exit# 配置Trunk端口(允许VLAN 10/20通过)
switch(config)# interface gigabitethernet0/3
switch(config-if)# switchport mode trunk
switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan 10,20
switch(config-if)# exit# 端口安全(限制MAC地址数量)
switch(config)# interface gigabitethernet0/1
switch(config-if)# switchport port-security
switch(config-if)# switchport port-security maximum 2
switch(config-if)# switchport port-security mac-address sticky
switch(config-if)# exit# 启用生成树协议(防环路)
switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
switch(config)# spanning-tree vlan 10,20 priority 4096
(2)路由器配置实例
# 配置接口IP地址
router> enable
router# configure terminal
router(config)# interface gigabitethernet0/0
router(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
router(config-if)# no shutdown
router(config-if)# exitrouter(config)# interface gigabitethernet0/1
router(config-if)# ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
router(config-if)# no shutdown
router(config-if)# exit# 配置OSPF动态路由
router(config)# router ospf 1
router(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
router(config-router)# network 10.0.0.0 0.0.0.255 area 0
router(config-router)# exit# 配置BGP动态路由
router(config)# router bgp 65001
router(config-router)# neighbor 203.0.113.1 remote-as 65002
router(config-router)# network 192.168.1.0
router(config-router)# exit# 配置NAT转换(私网转公网)
router(config)# ip nat pool PUBLIC_IP 203.0.113.2 203.0.113.3 netmask 255.255.255.0
router(config)# ip nat inside source route-map NAT_ACL pool PUBLIC_IP
router(config)# access-list 1 permit 192.168.1.0 0.0.0.255
router(config)# route-map NAT_ACL permit 10
router(config-route-map)# match ip address 1
router(config-route-map)# exit
(3)防火墙配置实例
# 配置标准ACL规则(允许HTTP流量)
firewall> enable
firewall# configure terminal
firewall(config)# access-list 101 permit tcp any any eq 80
firewall(config)# exit# 应用ACL到接口(入站方向)
firewall(config)# interface gigabitethernet0/0
firewall(config-if)# ip access-group 101 in
firewall(config-if)# exit# 配置状态检测(启用会话跟踪)
firewall(config)# service-policy input STATEFUL_ACL
firewall(config)# class-map HTTP_TRAFFIC
firewall(config-class-map)# match protocol http
firewall(config-class-map)# exit
firewall(config)# policy-map STATEFUL_ACL
firewall(config-policy-map)# class HTTP_TRAFFIC
firewall(config-policy-map)# inspect
firewall(config-policy-map)# exit
4. 网络故障排查
- 常用命令:
ping
:测试连通性(ICMP协议)。tracert
(Windows)/traceroute
(Linux):追踪路径。nslookup
/dig
:DNS解析测试。netstat
:查看端口监听状态(netstat -ano
)。
- 抓包工具:
- Wireshark:分析数据包内容(过滤HTTP请求)。
- tcpdump(Linux):命令行抓包(
tcpdump port 80
)。
- 典型故障场景:
- IP冲突:ARP表异常,使用
arp -a
检查。 - VLAN配置错误:跨VLAN通信需配置路由器或三层交换机。
- IP冲突:ARP表异常,使用
二、互联网技术应用
1. Web开发技术
-
前端开发:
- 基础技术栈:
- HTML:页面结构(语义化标签如
<article>
)。 - CSS:布局与样式(Flex/Grid、响应式设计)。
- JavaScript:交互逻辑(ES6+特性、异步编程)。
- HTML:页面结构(语义化标签如
- 框架与库:
- React:组件化开发(虚拟DOM、Hooks)。
- Vue:响应式数据绑定(Vuex状态管理)。
- Angular:MVC架构(依赖注入、TypeScript)。
- 基础技术栈:
-
后端开发:
- 语言与框架:
- Node.js:事件驱动(Express.js、NestJS框架)。
- Python:Django(ORM、Admin后台)、Flask(轻量级)。
- Java:Spring Boot(微服务、Spring Security)。
- 数据库集成:
- RESTful API设计(GET/POST/PUT/DELETE)。
- 使用JWT实现身份验证(
Authorization: Bearer <token>
)。
- 语言与框架:
2. 移动应用开发
- 原生开发:
- Android:
- 语言:Kotlin/Java
- 工具:Android Studio(布局编辑器、Logcat调试)。
- iOS:
- 语言:Swift
- 工具:Xcode(Interface Builder、Simulator)。
- Android:
- 跨平台开发:
- Flutter:Dart语言,高性能渲染引擎(Skia)。
- React Native:JavaScript核心,原生组件封装。
3. 新兴技术应用
-
云计算:
- 服务模型:
- IaaS(基础设施即服务):AWS EC2、阿里云ECS。
- PaaS(平台即服务):Heroku、Google App Engine。
- SaaS(软件即服务):Salesforce、Office 365。
- 核心技术:
- 虚拟化(VMware、KVM)、容器化(Docker、Kubernetes)。
- 无服务器架构(AWS Lambda、函数计算)。
- 服务模型:
-
大数据:
- 处理框架:
- Hadoop:HDFS存储、MapReduce计算。
- Spark:内存计算(比Hadoop快100倍)。
- 工具生态:
- 数据仓库:Hive、Snowflake
- 实时流处理:Apache Kafka、Flink
- 处理框架:
-
物联网(IoT):
- 架构层次:
- 感知层(传感器、RFID)。
- 网络层(LoRa、NB-IoT低功耗广域网)。
- 平台层(AWS IoT Core、阿里云物联网平台)。
- 应用层(智能家居、工业监测)。
- 协议:
- MQTT(轻量级发布/订阅协议)。
- CoAP(受限环境下的RESTful协议)。
- 架构层次:
三、网络安全与优化
1. 网络安全防护
- 常见攻击与防御:
- DDoS攻击:防御方案(流量清洗、CDN分发)。
- SQL注入:参数化查询(
PreparedStatement
)。 - XSS跨站脚本:输入过滤(转义
<
为<
)。
2. 性能优化策略
- Web性能优化:
- 压缩资源(Gzip/Brotli)。
- CDN加速静态内容(图片、JS/CSS)。
- 懒加载(延迟加载非首屏内容)。
- 数据库优化:
- 读写分离(主从复制)。
- 缓存策略(Redis缓存热点数据)。
四、实践案例
- 企业网络搭建:
- 设计VLAN隔离部门流量,配置OSPF动态路由。
- 部署防火墙规则,限制外部访问敏感端口(如22/3389)。
- 全栈Web项目:
- 前端:Vue3 + TypeScript实现SPA。
- 后端:Spring Boot提供REST API,MySQL存储数据。
- 部署:Nginx反向代理,Docker容器化。
- 物联网智能家居:
- ESP32传感器采集温湿度 → MQTT推送至云平台 → 手机App控制空调。