计算机网络01

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计算机网络01

1 网桥模式、路由模式、NAT模式、旁路模式

1.1 网桥模式

网桥模式是计算机网络中的一种网络设备工作模式，它可以连接多个局域网（LAN）并转发数据帧以实现不同网段之间的通信。网桥是一个二层设备，它在物理层和数据链路层工作，可以识别数据帧的目的MAC地址，并将数据帧转发到正确的目标端口。网桥可以减少网络中的广播风暴，提高网络性能和安全性。
在网桥模式中，多个局域网连接到网桥的不同端口上，网桥通过学习每个端口上连接的设备的MAC地址，建立一个MAC地址表，从而可以转发数据帧到正确的目标端口。当数据帧到达网桥时，网桥会检查数据帧的目的MAC地址，并将数据帧转发到MAC地址表中对应的端口上，如果该地址不在MAC地址表中，则将数据帧广播到所有端口上，以便学习新的MAC地址。

1.2 路由模式

路由模式是计算机网络中的一种网络设备工作模式，它可以连接不同的网络，并通过转发IP数据包来实现跨网络的通信。路由器是一个三层设备，它在网络层工作，可以识别数据包的目的IP地址，并将数据包转发到正确的目标网络。
在路由模式中，多个网络连接到路由器的不同接口上，路由器通过学习每个接口连接的网络的IP地址，建立一个路由表，从而可以转发数据包到正确的目标网络。当数据包到达路由器时，路由器会检查数据包的目的IP地址，并将数据包根据路由表转发到正确的接口上，如果该地址不在路由表中，则将数据包发送到默认路由或者丢弃该数据包。

1.3 NAT模式

NAT（网络地址转换）模式是计算机网络中的一种网络设备工作模式，它可以将私有网络内部的IP地址转换为公网IP地址，从而实现私有网络与公网之间的通信。NAT是一种在网络层上进行地址转换的技术，通常被用于家庭或企业内部的局域网中，以便让内部的设备访问互联网。
在NAT模式中，NAT设备连接到公网上，并分配一个公网IP地址，内部设备连接到NAT设备的私有网络上，通过NAT设备进行地址转换。当内部设备向公网发送数据时，NAT设备会将数据包的源IP地址改为NAT设备的公网IP地址，并分配一个唯一的端口号，从而实现与公网的通信。当公网向内部设备发送数据时，NAT设备会将数据包的目的IP地址和端口号转换为内部设备的IP地址和端口号，从而实现与内部设备的通信。
NAT模式可以实现多个内部设备共享一个公网IP地址，从而节省公网IP地址的使用。此外，NAT模式还可以提高网络的安全性，因为NAT设备可以过滤和阻止不合法的数据包，从而保护内部网络不受来自公网的攻击。
需要注意的是，NAT模式会引入一定的网络延迟和复杂性，因为数据包需要经过NAT设备的处理和转换。此外，在某些情况下，NAT模式可能会影响某些网络应用程序的正常运行，例如P2P应用程序或者视频会议应用程序，因为这些应用程序需要直接访问设备的IP地址。

1.4 旁路模式

旁路模式是计算机网络中的一种网络设备工作模式，它是指网络设备在处理数据流时，将数据流旁路到专门的处理单元进行处理，同时保证数据流的正常转发。在旁路模式下，网络设备通常会配备专门的硬件加速器或者处理器，以处理网络流量的特定类型或者特定协议，例如防火墙、入侵检测系统、负载均衡器等。
在旁路模式下，网络设备通常会有两个或者多个网口，其中一个网口用于接收数据流，另外一个网口则用于将数据流旁路到处理单元进行处理，处理单元处理完毕后将数据流发送回来，再由网络设备将数据流转发到正确的目标设备。
旁路模式可以提高网络设备的性能和安全性，因为它可以将特定类型的网络流量优先处理，从而提高网络设备的处理效率和响应速度。例如，防火墙可以通过旁路模式来检测和阻止网络中的恶意流量，避免网络攻击和恶意软件的传播。
需要注意的是，旁路模式需要额外的硬件和软件支持，因此通常会增加网络设备的成本和复杂性。此外，如果处理单元出现故障或者性能不足，可能会影响网络设备的正常运行，因此在设计和部署旁路模式时需要考虑相关的风险和容错措施。

2 IPV4的计算

如：192.168.2.0/16 有多少位IP地址，写一个正常IPV4转长整形类型、长整形类型转正常IPV4的不同方法

192.168.2.0/16 是一个 CIDR（无类别域间路由）表示方法的 IP 地址块
其中的 /16 表示这个地址块中有 16 位是网络地址，剩下的 32-16=16 位是主机地址
因此，这个地址块中有 $2^{16}$ 个 IP 地址可供分配，即 $2^{16}-2$ 个（因为其中的第一个和最后一个 IP 地址是网络地址和广播地址，不能分配给主机使用），即65534个IP地址

2.2 正常IPV4转长整形类型

public static long ipToLong(String ipAddress) {
    String[] ipAddressInArray = ipAddress.split("\\.");
    long result = 0;
    for (int i = 0; i < ipAddressInArray.length; i++) {
        int power = 3 - i;
        int ip = Integer.parseInt(ipAddressInArray[i]);
        result += ip * Math.pow(256, power);
    }
    return result;
}

该方法接受一个字符串类型的IPv4地址，将其拆分成四个整数，然后将这四个整数转换为长整型类型。具体地，将IP地址的每个部分乘以256的不同次幂，然后将它们相加，得到一个长整型类型的IP地址。

例如，将字符串 "192.168.0.1" 转换为长整型类型的IP地址：

String ipAddress = "192.168.0.1";
long ipLong = ipToLong(ipAddress);
System.out.println(ipLong); // 输出 3232235521

其中，输出的结果 3232235521 就是该IP地址对应的长整型类型表示。

2.3 长整形类型转正常IPV4

public static String longToIp(long ip) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder(15);
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        sb.insert(0, Long.toString(ip & 0xff));
        if (i < 3) {
            sb.insert(0, '.');
        }
        ip = ip >> 8;
    }
    return sb.toString();
}

该方法接受一个长整型类型的IP地址，将其转换为对应的IPv4地址。具体地，将长整型类型的IP地址从右向左逐个取出每个8位，转换成十进制数，并使用"."连接四个部分，得到一个字符串类型的IPv4地址。

例如，将长整型类型的IP地址 3232235521 转换为IPv4地址：

long ipLong = 3232235521L;
String ipAddress = longToIp(ipLong);
System.out.println(ipAddress); // 输出 192.168.0.1

其中，输出的结果 "192.168.0.1" 就是该长整型类型的IP地址对应的IPv4地址表示。

3 校验一段字符串是否是IPV4

public static boolean isIpv4Address(String input) {
    if (input == null || input.isEmpty()) {
        return false;
    }
    String[] parts = input.split("\\.");
    if (parts.length != 4) {
        return false;
    }
    for (String part : parts) {
        try {
            int value = Integer.parseInt(part);
            if (value < 0 || value > 255) {
                return false;
            }
        } catch (NumberFormatException e) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

该方法接受一个字符串参数，用于检查该字符串是否是IPv4地址

检查输入字符串是否为空或者null，如果是，则返回false
使用"."分隔符将输入字符串拆分成四个字符串部分，如果拆分后的字符串部分数量不是4，则返回false
接着，该方法会逐个检查每个字符串部分是否是一个介于0和255之间的整数，如果不是，则返回false
最后，如果所有的检查都通过，则返回true，表示输入字符串是一个IPv4地址

例如，检查字符串 "192.168.0.1" 是否是IPv4地址：

String input = "192.168.0.1";
boolean isIpv4 = isIpv4Address(input);
System.out.println(isIpv4); // 输出 true