java网络原理6

一、域名系统（DNS）

 

1. 原理与演进

- hosts文件：早期用于将域名和IP地址进行映射，在Windows系统中位于 C:\Windows\System32\drivers\etc 路径下 。随着网站数量增加，手动维护hosts文件变得麻烦，现代DNS系统不再依赖它，而是通过一组DNS服务器来完成域名解析 。

- DNS服务器：最初由根服务器维护数据，全球有11个根服务器，大部分在美国 。当用户访问网站（如 [sogou](coco://sendMessage?ext=%7B%22s%24wiki_link%22%3A%22https%3A%2F%2Fm.baike.com%2Fwikiid%2F7240009821926637572%22%7D&msg=sogou).com  ）时，电脑向DNS服务器询问域名对应的IP地址，DNS服务器返回（如1.2.3.4 ），电脑再通过该IP访问服务器 。

2. 优化策略

- 缓存机制：相邻几次访问中，域名和IP的映射关系通常不变，浏览器会对域名解析结果进行缓存，减少对DNS服务器的访问频率 。

- 分布式系统：引入更多硬件资源，应对海量请求 。

 

二、IP地址相关

 

1. IP地址分类与分配

- 分类：IP地址分为内网IP（私网IP ，如10.、172.16 - 172.31.、192.168.* ）和外网IP（公网IP ） 。NAT机制下，内网设备共用一个外网IP ，通过端口号区分请求 。

- 分配：家用路由器常通过DHCP（基于UDP应用层协议 ）自动分配IP ，同一局域网内设备网络号相同，主机号不同 。子网掩码用于标识网络号和主机号，家用路由器网段一般是255.255.255.0 ，对应主机号范围0 - 255 ，对于设备较多的网络，需调整子网掩码 。

2. 特殊IP地址

- 广播IP：主机号全为1的IP地址是广播IP ，用于向局域网内所有设备广播数据，仅基于UDP使用 。如手机投屏时，投屏软件向广播IP发送数据包，有对应软件的设备（如电视）做出响应 。

- 环回IP：127.*网段是环回IP ，最常用127.0.0.1 ，等同于localhost ，通过该IP发送的数据会返回自身 。

 

三、路由选择

 

1. 原理：

类似于地图导航，但路由器无法知晓整个网络结构，只能了解相邻设备信息，通过“启发式”“探索式”过程寻找路径 。例如从陕西科技大学到西安邮电大学，路由器像路人一样，根据有限信息给出“较优解” 。

2. 实现：

路由器维护“路由表” ，根据目的IP的网络号匹配路由表项，确定转发路径 。若匹配成功且目的IP是相邻设备，直接转发；否则给出默认路线，指向下一跳（通常是更高级路由器 ） 。

 

四、MAC地址与ARP协议

 

1. MAC地址

- 定义与特性：也叫物理地址，是数据链路层的地址体系，6字节长，由网卡出厂时设定，理论上每个设备唯一 ，但实际也可能出现相同情况 。

- 作用：专注解决两个相邻节点的数据转发 ，常用于网络转发 ，有些程序会绑定MAC地址 。

2. ARP协议

- 原理：ARP（地址解析协议）是横跨网络层和数据链路层的协议，用于根据IP地址获取对应设备的MAC地址 。ARP协议报文周期性触发，向局域网内广播请求，设备收到后返回包含自身MAC地址的响应 ，协助交换机构建转发表 。

- 功能：在网络转发中，当A给B发送数据且二者相邻时，A需要通过ARP协议获取B的MAC地址 。

 

五、以太网相关

 

1. 以太网帧格式：

以太网数据传输使用帧格式，包含目的地址、源地址、类型、数据、CRC（校验和 ）等字段 。目的地址和源地址是MAC地址，类型字段标识载荷数据交给哪个协议处理 ，数据字段长度46 - 1500字节 ，CRC用于校验数据完整性 。

2. ARP与RARP：

ARP请求/应答帧（类型值0806 ）用于获取MAC地址 ；RARP请求/应答帧（类型值8035 ）作用相反，用于根据MAC地址获取IP地址 。