計算機網路中的數字記憶

『壹』 ip的具體含義是什麼每一段數字代表什麼意義

(一)「IP地址」：
「IP地址」是「TCP/IP」（Transmite Control Protocol
傳輸控制協議/Internet Protocol網際協議）里其中的一種協議。
Internet之所以能將廣闊范圍內各種各樣網路系統的計算機互聯
起來，主要是因為應用了「統一天下」的TCP/IP協議。
在應用TCP/IP協議的網路環境中，為了唯一地確定一台主機的
位置，必須為TCP/IP協議指定三個參數，即IP地址、子網掩碼
和網關地址。IP地址實際上是採用IP網間網層通過上層軟體
完成「統一」網路物理地址的方法，這種方法使用統一的地址
格式，在統一管理下分配給主機。Internet網上不同的
主機有不同的IP地址，每個主機的IP地址都是
由32比特，即4個位元組組成的。為了便於用戶閱讀和理解，
通常採用「點分十進製表示方法」表示，每個位元組為一部分
，中間用點號分隔開來。如61.129.64.150就
是黑客力量Web伺服器的IP地址。每個IP地址又可分為兩部分
。網路號表示網路規模的大小，主機號表示網路中主機的地
址編號。按照網路規模的大小，IP地址可以分為A、B、C、D
、E五類，其中A、B、C類是三種主要的類型地址，D類專供多
目傳送用的多目地址，E類用於擴展備用地址。A、B、C三類
IP地址有效范圍如下表：
類別 網路號 主機號
A 1～126 0～255 0～255 1～254
B 128～191 0～255 0～255 1～254
C 192～223 0～255 0～255 1～254
在IP地址中，有幾種特殊含義的地址：
廣播地址：TCP/IP協議規定，主機號部分各位全為1的IP
地址用於廣播。所謂廣播地址指同時向網上所有的主機發
送報文，也就是說，不管物理網路特性如何，Internet
網支持廣播傳輸。如136.78.255.255就是B類地址中的
一個廣播地址，你將信息送到此地址，就是將信息送給網
絡號為136.78的所有主機。有限廣播地址：有時需要在本
網內廣播，但又不知道本網的網路號時，TCP/IP協議規定
32比特全為1的IP地址用於本網廣播，即255.255.255.255。
「0」地址：TCP/IP協議規定，各位全為0的網路號被解釋
成「本網路」。若主機試圖
在本網內通信，但又不知道本網的網路號，那麼，可以利用
「0」地址。回送地址 A類網路地址的第一段十進制數值
為127是一個保留地址，如127.1.11.13用於網路軟體測試
以及本地機進程間通信。為了快速確定IP地址的哪部分代表
網路號，哪部分代表主機號，以及判斷兩個IP地址是否屬於同
一網路，就產生了子網掩碼的概念。子網掩碼給出了整
個IP地址的位模式，其中的1代表網路部分，0代表IP主機號
部分，應用中也採用點式十進製表示。用它來幫助確定IP地址
網路號在哪結束，主機號在哪開始。A、B、C三類網路的標准
預設掩碼如下：類別 子 網 掩 碼 位 模 式 子網掩碼
A 11111111.00000000.00000000.00000000 255.0.0.0
B 11111111.11111111.00000000.00000000 255.255.0.0
C 11111111.11111111.11111111.00000000 255.2
55.255.0如果在Internet網上進行通信的兩台主機的IP地址分
別為192.83.192.10和192.83.192.32，那麼子網掩碼2
55.255.255.0分別對兩個IP地址進行與(and)
運算後，得出網路號和主機號，並且結果一致，可以判斷這
兩個IP地址屬於同一個網路。為了在網路分段情況下有效地
利用IP地址，可以攫取主機號的高位部分作為子網號，
從通常的八位界限中擴展子網掩碼，用來創建某類地址的更
多子網。但創建更多的子網時，在每個子網上的可用主機地址
數目會減少。要確定更多子網的子網掩碼，首先應確定傳輸IP
信息流的網段的數目，然後再確定能夠容納網段數的最低子
網掩碼數目，記住不要使用包含全0或全1的網路地址。
若要使兩個完全不同的網路(異構網)連接在一起，一般使用
網關，在Internet中兩個網路也要通過一台稱為網關的計算機
實現互聯。這台計算機能根據用戶通信目標計算機的IP地址，決
定是否將用戶發出的信息送出本地網路，同時，它還將外界
發送給屬於本地網路計算機的信息接收過來，它是一個網路與
另一個網路相聯的通道。為了使TCP/IP協議能夠定址，該通道
被賦予一個IP地址，這個IP地址稱為網關地址。

簡單來說，「IP地址」就是每台主機的「身份證」！

『貳』 計算機網路知識點

一、計算機網路概述

1.1 計算機網路的分類

按照網路的作用范圍：廣域網（WAN）、城域網（MAN）、區域網（LAN）；

按照網路使用者：公用網路、專用網路。

1.2 計算機網路的層次結構

TCP/IP四層模型與OSI體系結構對比：

1.3 層次結構設計的基本原則

各層之間是相互獨立的；

每一層需要有足夠的靈活性；

各層之間完全解耦。

1.4 計算機網路的性能指標

速率：bps=bit/s 時延：發送時延、傳播時延、排隊時延、處理時延 往返時間RTT：數據報文在端到端通信中的來回一次的時間。

二、物理層

物理層的作用：連接不同的物理設備，傳輸比特流。該層為上層協議提供了一個傳輸數據的可靠的物理媒體。簡單的說，物理層確保原始的數據可在各種物理媒體上傳輸。

物理層設備：

中繼器【Repeater，也叫放大器】：同一區域網的再生信號；兩埠的網段必須同一協議；5-4-3規程：10BASE-5乙太網中，最多串聯4個中繼器，5段中只能有3個連接主機；

集線器：同一區域網的再生、放大信號（多埠的中繼器）；半雙工，不能隔離沖突域也不能隔離廣播域。

信道的基本概念：信道是往一個方向傳輸信息的媒體，一條通信電路包含一個發送信道和一個接受信道。

單工通信信道：只能一個方向通信，沒有反方向反饋的信道；

半雙工通信信道：雙方都可以發送和接受信息，但不能同時發送也不能同時接收；

全雙工通信信道：雙方都可以同時發送和接收。

三、數據鏈路層

3.1 數據鏈路層概述

數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網路層提供服務，其最基本的服務是將源自網路層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網路層。數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。

該層的作用包括： 物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發 等。

有關數據鏈路層的重要知識點：

數據鏈路層為網路層提供可靠的數據傳輸；

基本數據單位為幀；

主要的協議：乙太網協議；

兩個重要設備名稱：網橋和交換機。

封裝成幀：「幀」是 數據鏈路層 數據的基本單位：

透明傳輸：「透明」是指即使控制字元在幀數據中，但是要當做不存在去處理。即在控制字元前加上轉義字元ESC。

3.2 數據鏈路層的差錯監測

差錯檢測：奇偶校驗碼、循環冗餘校驗碼CRC

奇偶校驗碼–局限性：當出錯兩位時，檢測不到錯誤。

循環冗餘檢驗碼：根據傳輸或保存的數據而產生固定位數校驗碼。

3.3 最大傳輸單元MTU

最大傳輸單元MTU(Maximum Transmission Unit)，數據鏈路層的數據幀不是無限大的，數據幀長度受MTU限制.

路徑MTU：由鏈路中MTU的最小值決定。

3.4 乙太網協議詳解

MAC地址：每一個設備都擁有唯一的MAC地址，共48位，使用十六進製表示。

乙太網協議：是一種使用廣泛的區域網技術，是一種應用於數據鏈路層的協議，使用乙太網可以完成相鄰設備的數據幀傳輸：

區域網分類：

Ethernet乙太網IEEE802.3：

乙太網第一個廣泛部署的高速區域網

乙太網數據速率快

乙太網硬體價格便宜，網路造價成本低

乙太網幀結構：

類型：標識上層協議（2位元組）

目的地址和源地址：MAC地址（每個6位元組）

數據：封裝的上層協議的分組（46~1500位元組）

CRC：循環冗餘碼（4位元組）

乙太網最短幀：乙太網幀最短64位元組；乙太網幀除了數據部分18位元組；數據最短46位元組；

MAC地址（物理地址、區域網地址）

MAC地址長度為6位元組，48位；

MAC地址具有唯一性，每個網路適配器對應一個MAC地址；

通常採用十六進製表示法，每個位元組表示一個十六進制數，用 - 或 : 連接起來；

MAC廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

四、網路層

網路層的目的是實現兩個端系統之間的數據透明傳送，具體功能包括定址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。數據交換技術是報文交換（基本上被分組所替代）：採用儲存轉發方式，數據交換單位是報文。

網路層中涉及眾多的協議，其中包括最重要的協議，也是TCP/IP的核心協議——IP協議。IP協議非常簡單，僅僅提供不可靠、無連接的傳送服務。IP協議的主要功能有：無連接數據報傳輸、數據報路由選擇和差錯控制。

與IP協議配套使用實現其功能的還有地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、網際網路報文協議ICMP、網際網路組管理協議IGMP。具體的協議我們會在接下來的部分進行總結，有關網路層的重點為：

1、網路層負責對子網間的數據包進行路由選擇。此外，網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能；

2、基本數據單位為IP數據報；

3、包含的主要協議：

IP協議（Internet Protocol，網際網路互聯協議）;

ICMP協議（Internet Control Message Protocol，網際網路控制報文協議）;

ARP協議（Address Resolution Protocol，地址解析協議）;

RARP協議（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析協議）。

4、重要的設備：路由器。

路由器相關協議

4.1 IP協議詳解

IP網際協議是 Internet 網路層最核心的協議。虛擬互聯網路的產生：實際的計算機網路錯綜復雜；物理設備通過使用IP協議，屏蔽了物理網路之間的差異；當網路中主機使用IP協議連接時，無需關注網路細節，於是形成了虛擬網路。

IP協議使得復雜的實際網路變為一個虛擬互聯的網路；並且解決了在虛擬網路中數據報傳輸路徑的問題。

其中，版本指IP協議的版本，佔4位，如IPv4和IPv6；首部位長度表示IP首部長度，佔4位，最大數值位15；總長度表示IP數據報總長度，佔16位，最大數值位65535；TTL表示IP數據報文在網路中的壽命，佔8位；協議表明IP數據所攜帶的具體數據是什麼協議的，如TCP、UDP。

4.2 IP協議的轉發流程

4.3 IP地址的子網劃分

A類（8網路號+24主機號）、B類（16網路號+16主機號）、C類（24網路號+8主機號）可以用於標識網路中的主機或路由器，D類地址作為組廣播地址，E類是地址保留。

4.4 網路地址轉換NAT技術

用於多個主機通過一個公有IP訪問訪問互聯網的私有網路中，減緩了IP地址的消耗，但是增加了網路通信的復雜度。

NAT 工作原理：

從內網出去的IP數據報，將其IP地址替換為NAT伺服器擁有的合法的公共IP地址，並將替換關系記錄到NAT轉換表中；

從公共互聯網返回的IP數據報，依據其目的的IP地址檢索NAT轉換表，並利用檢索到的內部私有IP地址替換目的IP地址，然後將IP數據報轉發到內部網路。

4.5 ARP協議與RARP協議

地址解析協議 ARP（Address Resolution Protocol）：為網卡（網路適配器）的IP地址到對應的硬體地址提供動態映射。可以把網路層32位地址轉化為數據鏈路層MAC48位地址。

ARP 是即插即用的，一個ARP表是自動建立的，不需要系統管理員來配置。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)協議指逆地址解析協議，可以把數據鏈路層MAC48位地址轉化為網路層32位地址。

4.6 ICMP協議詳解

網際控制報文協議（Internet Control Message Protocol），可以報告錯誤信息或者異常情況，ICMP報文封裝在IP數據報當中。

ICMP協議的應用：

Ping應用：網路故障的排查；

Traceroute應用：可以探測IP數據報在網路中走過的路徑。

4.7網路層的路由概述

關於路由演算法的要求：正確的完整的、在計算上應該盡可能是簡單的、可以適應網路中的變化、穩定的公平的。

自治系統AS： 指處於一個管理機構下的網路設備群，AS內部網路自治管理，對外提供一個或多個出入口，其中自治系統內部的路由協議為內部網關協議，如RIP、OSPF等；自治系統外部的路由協議為外部網關協議，如BGP。

靜態路由： 人工配置，難度和復雜度高；

動態路由：

鏈路狀態路由選擇演算法LS：向所有隔壁路由發送信息收斂快；全局式路由選擇演算法，每個路由器計算路由時，需構建整個網路拓撲圖；利用Dijkstra演算法求源端到目的端網路的最短路徑；Dijkstra(迪傑斯特拉)演算法

距離-向量路由選擇演算法DV：向所有隔壁路由發送信息收斂慢、會存在迴路；基礎是Bellman-Ford方程（簡稱B-F方程）；

4.8 內部網關路由協議之RIP協議

路由信息協議 RIP(Routing Information Protocol)【應用層】，基於距離-向量的路由選擇演算法，較小的AS（自治系統），適合小型網路；RIP報文，封裝進UDP數據報。

RIP協議特性：

RIP在度量路徑時採用的是跳數（每個路由器維護自身到其他每個路由器的距離記錄）；

RIP的費用定義在源路由器和目的子網之間；

RIP被限制的網路直徑不超過15跳；

和隔壁交換所有的信息，30主動一次（廣播）。

4.9 內部網關路由協議之OSPF協議

開放最短路徑優先協議 OSPF(Open Shortest Path First)【網路層】，基於鏈路狀態的路由選擇演算法（即Dijkstra演算法），較大規模的AS ，適合大型網路，直接封裝在IP數據報傳輸。

OSPF協議優點：

安全；

支持多條相同費用路徑；

支持區別化費用度量；

支持單播路由和多播路由；

分層路由。

RIP與OSPF的對比（路由演算法決定其性質）：

4.10外部網關路由協議之BGP協議

BGP（Border Gateway Protocol）邊際網關協議【應用層】：是運行在AS之間的一種協議,尋找一條好路由：首次交換全部信息，以後只交換變化的部分,BGP封裝進TCP報文段.

五、傳輸層

第一個端到端，即主機到主機的層次。傳輸層負責將上層數據分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外，傳輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。

傳輸層的任務是根據通信子網的特性，最佳的利用網路資源，為兩個端系統的會話層之間，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責端到端的可靠數據傳輸。在這一層，信息傳送的協議數據單元稱為段或報文。

網路層只是根據網路地址將源結點發出的數據包傳送到目的結點，而傳輸層則負責將數據可靠地傳送到相應的埠。

有關網路層的重點：

傳輸層負責將上層數據分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸以及端到端的差錯控制和流量控制問題；

包含的主要協議：TCP協議（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）、UDP協議（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）；

重要設備：網關。

5.1 UDP協議詳解

UDP(User Datagram Protocol: 用戶數據報協議)，是一個非常簡單的協議。

UDP協議的特點：

UDP是無連接協議；

UDP不能保證可靠的交付數據；

UDP是面向報文傳輸的；

UDP沒有擁塞控制；

UDP首部開銷很小。

UDP數據報結構：

首部:8B，四欄位/2B【源埠 | 目的埠 | UDP長度 | 校驗和】 數據欄位：應用數據

5.2 TCP協議詳解

TCP(Transmission Control Protocol: 傳輸控制協議)，是計算機網路中非常復雜的一個協議。

TCP協議的功能：

對應用層報文進行分段和重組；

面向應用層實現復用與分解；

實現端到端的流量控制；

擁塞控制；

傳輸層定址；

對收到的報文進行差錯檢測（首部和數據部分都檢錯）；

實現進程間的端到端可靠數據傳輸控制。

TCP協議的特點：

TCP是面向連接的協議；

TCP是面向位元組流的協議；

TCP的一個連接有兩端，即點對點通信；

TCP提供可靠的傳輸服務；

TCP協議提供全雙工通信（每條TCP連接只能一對一）；

5.2.1 TCP報文段結構：

最大報文段長度：報文段中封裝的應用層數據的最大長度。

TCP首部：

序號欄位：TCP的序號是對每個應用層數據的每個位元組進行編號

確認序號欄位：期望從對方接收數據的位元組序號，即該序號對應的位元組尚未收到。用ack_seq標識；

TCP段的首部長度最短是20B ，最長為60位元組。但是長度必須為4B的整數倍

TCP標記的作用：

5.3 可靠傳輸的基本原理

基本原理：

不可靠傳輸信道在數據傳輸中可能發生的情況：比特差錯、亂序、重傳、丟失

基於不可靠信道實現可靠數據傳輸採取的措施：

差錯檢測：利用編碼實現數據包傳輸過程中的比特差錯檢測 確認：接收方向發送方反饋接收狀態 重傳：發送方重新發送接收方沒有正確接收的數據 序號：確保數據按序提交 計時器：解決數據丟失問題；

停止等待協議：是最簡單的可靠傳輸協議，但是該協議對信道的利用率不高。

連續ARQ(Automatic Repeat reQuest：自動重傳請求)協議：滑動窗口+累計確認，大幅提高了信道的利用率。

5.3.1TCP協議的可靠傳輸

基於連續ARQ協議，在某些情況下，重傳的效率並不高，會重復傳輸部分已經成功接收的位元組。

5.3.2 TCP協議的流量控制

流量控制：讓發送方發送速率不要太快，TCP協議使用滑動窗口實現流量控制。

5.4 TCP協議的擁塞控制

擁塞控制與流量控制的區別：流量控制考慮點對點的通信量的控制，而擁塞控制考慮整個網路，是全局性的考慮。擁塞控制的方法：慢啟動演算法+擁塞避免演算法。

慢開始和擁塞避免：

【慢開始】擁塞窗口從1指數增長；

到達閾值時進入【擁塞避免】，變成+1增長；

【超時】，閾值變為當前cwnd的一半（不能<2）；

再從【慢開始】，擁塞窗口從1指數增長。

快重傳和快恢復：

發送方連續收到3個冗餘ACK，執行【快重傳】，不必等計時器超時；

執行【快恢復】，閾值變為當前cwnd的一半（不能<2），並從此新的ssthresh點進入【擁塞避免】。

5.5 TCP連接的三次握手（重要）

TCP三次握手使用指令：

面試常客：為什麼需要三次握手？

第一次握手：客戶發送請求，此時伺服器知道客戶能發；

第二次握手：伺服器發送確認，此時客戶知道伺服器能發能收；

第三次握手：客戶發送確認，此時伺服器知道客戶能收。

建立連接（三次握手）：

第一次： 客戶向伺服器發送連接請求段，建立連接請求控制段（SYN=1），表示傳輸的報文段的第一個數據位元組的序列號是x，此序列號代表整個報文段的序號（seq=x）；客戶端進入 SYN_SEND （同步發送狀態）；

第二次： 伺服器發回確認報文段，同意建立新連接的確認段（SYN=1），確認序號欄位有效（ACK=1），伺服器告訴客戶端報文段序號是y（seq=y），表示伺服器已經收到客戶端序號為x的報文段，准備接受客戶端序列號為x+1的報文段（ack_seq=x+1）；伺服器由LISTEN進入SYN_RCVD （同步收到狀態）;

第三次： 客戶對伺服器的同一連接進行確認.確認序號欄位有效(ACK=1),客戶此次的報文段的序列號是x+1(seq=x+1),客戶期望接受伺服器序列號為y+1的報文段(ack_seq=y+1);當客戶發送ack時，客戶端進入ESTABLISHED 狀態;當服務收到客戶發送的ack後，也進入ESTABLISHED狀態;第三次握手可攜帶數據;

5.6 TCP連接的四次揮手（重要）

釋放連接（四次揮手）

第一次： 客戶向伺服器發送釋放連接報文段，發送端數據發送完畢，請求釋放連接（FIN=1），傳輸的第一個數據位元組的序號是x（seq=x）；客戶端狀態由ESTABLISHED進入FIN_WAIT_1（終止等待1狀態）；

第二次： 伺服器向客戶發送確認段，確認字型大小段有效（ACK=1），伺服器傳輸的數據序號是y（seq=y），伺服器期望接收客戶數據序號為x+1（ack_seq=x+1）;伺服器狀態由ESTABLISHED進入CLOSE_WAIT（關閉等待）；客戶端收到ACK段後，由FIN_WAIT_1進入FIN_WAIT_2；

第三次： 伺服器向客戶發送釋放連接報文段，請求釋放連接（FIN=1），確認字型大小段有效（ACK=1），表示伺服器期望接收客戶數據序號為x+1（ack_seq=x+1）;表示自己傳輸的第一個位元組序號是y+1（seq=y+1）；伺服器狀態由CLOSE_WAIT 進入 LAST_ACK （最後確認狀態）；

第四次： 客戶向伺服器發送確認段，確認字型大小段有效（ACK=1），表示客戶傳輸的數據序號是x+1（seq=x+1），表示客戶期望接收伺服器數據序號為y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客戶端狀態由FIN_WAIT_2進入TIME_WAIT，等待2MSL時間，進入CLOSED狀態；伺服器在收到最後一次ACK後，由LAST_ACK進入CLOSED；

為什麼需要等待2MSL?

最後一個報文沒有確認；

確保發送方的ACK可以到達接收方；

2MSL時間內沒有收到，則接收方會重發；

確保當前連接的所有報文都已經過期。

六、應用層

為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。應用層重點：

數據傳輸基本單位為報文；

包含的主要協議：FTP（文件傳送協議）、Telnet（遠程登錄協議）、DNS（域名解析協議）、SMTP（郵件傳送協議），POP3協議（郵局協議），HTTP協議（Hyper Text Transfer Protocol）。

6.1 DNS詳解

DNS（Domain Name System:域名系統）【C/S，UDP，埠53】：解決IP地址復雜難以記憶的問題,存儲並完成自己所管轄范圍內主機的 域名 到 IP 地址的映射。

域名解析的順序：

【1】瀏覽器緩存，

【2】找本機的hosts文件，

【3】路由緩存，

【4】找DNS伺服器（本地域名、頂級域名、根域名）->迭代解析、遞歸查詢。

IP—>DNS服務—>便於記憶的域名

域名由點、字母和數字組成，分為頂級域（com，cn，net，gov，org）、二級域（,taobao,qq,alibaba）、三級域（www）(12-2-0852)

6.2 DHCP協議詳解

DHCP（Dynamic Configuration Protocol:動態主機設置協議）：是一個區域網協議，是應用UDP協議的應用層協議。作用：為臨時接入區域網的用戶自動分配IP地址。

6.3 HTTP協議詳解

文件傳輸協議（FTP）：控制連接（埠21）：傳輸控制信息（連接、傳輸請求），以7位ASCII碼的格式。整個會話期間一直打開。

HTTP（HyperText Transfer Protocol:超文本傳輸協議）【TCP，埠80】：是可靠的數據傳輸協議，瀏覽器向伺服器發收報文前，先建立TCP連接，HTTP使用TCP連接方式（HTTP自身無連接）。

HTTP請求報文方式：

GET：請求指定的頁面信息，並返回實體主體；

POST：向指定資源提交數據進行處理請求；

DELETE：請求伺服器刪除指定的頁面；

HEAD：請求讀取URL標識的信息的首部，只返回報文頭；

OPETION：請求一些選項的信息；

PUT：在指明的URL下存儲一個文檔。

6.3.1 HTTP工作的結構

6.3.2 HTTPS協議詳解

HTTPS(Secure)是安全的HTTP協議，埠號443。基於HTTP協議，通過SSL或TLS提供加密處理數據、驗證對方身份以及數據完整性保護

原文地址：https://blog.csdn.net/Royalic/article/details/119985591

『叄』 計算機基礎知識

一、計算機的發展

電子計算機是一種能夠自動、高速地進行算術和邏輯運算的電子設備。它是20世紀科學技術發展最偉大的發明創造之一，是人類在第三次工業革命中取得的最輝煌成就。

1.世界上第一台電子計算機的誕生

人類在同大自然斗爭中，創造並逐步發展了計算工具，早在公元前3000年，中國人就發明了算籌和竹籌計數，唐末創造出算盤，南宋1274年已有算盤和歌訣的記載，算盤是同時具有「算」和「存」的計算工具。1633年，奧芙特德（Oughtred）發明了計算尺。1642年，法國數學家帕斯卡製成第一台齒輪加減法器，是世界最早的用於計算的機器。1671年，德國數學家萊布尼茨發明了可以進行四則運算的機械計算機器。1822年英國數學家查爾斯·巴貝奇設計出差分機，這是世界上第一台真正意義上的機械式計算機。1834年，巴貝奇又設計出分析機，這個由存儲數據的「倉庫」、數據運算的「工廠」和調度機器運算的「控制桶」構成的設計，已經奠基了計算機的基本結構框架，因此，巴貝奇被稱為「計算機之父」。第二次世界大戰中，由於新武器研製中的彈道問題涉及許多復雜運算，急需一種能高速、自動計算的機器，因此，在美國陸軍部的資助下，由美國賓夕法尼亞大學任教的物理學家約翰·莫齊利和工程師普雷斯伯·埃克特領導下，從1943年開始，經過三年的努力，終於在1946年研製成功世界上第一台電子計算機，取名為ENIAC。ENIAC約佔170m²，重約30 t，共使用了17456隻電子管，1500個繼電器，7000多個電阻，10000多個電容及其他多種電器元件，運行時耗電約150 kW。這樣一個龐然大物，僅能存儲20個字長10位的十進制數，運算速度也僅為每秒5000次加法運算。盡管如此，ENIAC卻開創了人類計算機科學發展的新時代。

為了克服ENIAC的缺點，人們始終沒有停頓探索的腳步，許多專家、學者就此發表了研究論文。在普林斯頓大學任教的美國數學家馮·諾依曼發表了題為《電子計算機邏輯結構初探》的報告，提出了程序存儲方式，即在計算機中設置存儲器，把符號化的計算過程放入其中，執行時依次將存儲內容取出並解碼，然後按解碼結果進行計算，從而實現計算機工作的自動化。馮·諾依曼在研製EDVAC計算機過程中，改進了內存部件，並將計算機內部的十進制編碼改為二進制編碼。「存儲程序」的設想確立為馮氏結構機的設計體系，從此，採用程序存儲方式的計算機統稱為馮·諾依曼式計算機。

2.計算機發展的重要階段

從第一台電子計算機誕生至今，它走過了50多年的發展歷程，開創了人類社會信息發展史的三個新紀元，即計算機發展的三個重要階段。

（1）計算機發展的初級階段 這個階段大約以ENIAC誕生為標志到個人計算機開始普及之前。盡管那時計算機及其相關外圍設備的價格十分昂貴，其應用的領域基本局限於軍事、科學計算和大型工業企業的數據處理，但卻開創了人類開始用機器代替部分腦力勞動的新紀元。

這一階段，計算機取得了飛速發展，多次更新換代。計算機劃代一般是以計算機核心部件採用的邏輯元件的種類為依據的。

第一代（1946—1956），以電子管為主要邏輯元件，運算速度在5000～40000（次/秒）。體積大、能耗高、速度慢、容量小、價格貴，僅限於軍事和科學計算的應用。

第二代（1957—1964），以晶體管為主要邏輯元件，並採用了監控程序，運算速度在幾十萬至上百萬（次/秒）。與第一代計算機相比，體積小、成本低、速度快、功能強、可靠性高，應用領域擴展到工程設計、數據處理和事務管理等方面。

第三代（1965—1970），以中、小規模集成電路為主要邏輯元件，運算速度在百萬至幾百萬（次/秒）。這一代計算機以1964年4月IBM公司推出IBM360計算機為標志，具備了通用化、系列化、標准化的特點。

第四代（1971—20世紀80年代初），以大、超大規模集成電路為主要邏輯元件，運算速度在幾百萬至幾億（次/秒）。採用了集成度更高的半導體存儲器作為主存儲器，發展了並行處理技術、分布式系統和計算機網路。在軟體方面，發展了分布式操作系統、資料庫系統、高級語言及軟體工程標准化等，並逐漸形成軟體產業。

（2）計算機廣泛普及應用階段 微型計算機的開發應該是在20世紀70年代中期，1975年，美國MITS公司利用Intel8080處理器開發了Altair8800微電腦，得到電子愛好者的推崇，推動了個人計算機軟硬體的發展。1976年，美國蘋果公司推出Apple個人計算機並得到極大發展。1980年，IBM公司涉足個人計算機領域，為與蘋果公司競爭市場，將PC計算機的結構框架公諸於世，並與比爾·蓋茨的微軟公司合作推出PC-DOS操作系統，使眾多廉價的兼容機問世。微型機以DOS為操作系統，以其低廉的價格使之迅速普及並得到廣泛應用。從此，計算機不再為少數專業人員所擁有和使用，計算機的發展走向了普及化的新紀元，並為向計算機文化階段發展奠定了基礎。

（3）計算機文化階段 計算機文化階段是計算機普及應用到一定程度才出現的。計算機硬體功能不斷提高，價格更加低廉；信息壓縮與全數字化帶來了豐富多彩的多媒體技術；以多媒體技術為基礎的虛擬現實技術、3S（GIS，GPS，RS）技術實現的電子地圖系統、衛星遙感定位跟蹤監控系統等提高了人類認識世界的能力，造福於人類；無處不在的Internet拉近了世界各國的距離，依靠計算機網路技術實現的遠程教育、遠程醫療診斷系統、數字化圖書館、數字化智能小區已經向我們走來；無線接入技術（藍牙技術、WAP）實現了手機上網、無線區域網（WLAN）；電腦卡已由早期的光電卡、條碼卡、磁卡發展到今天的IC卡、射頻卡，帶給人們便捷。這一切不斷拓展了計算機的應用空間，計算機已經成為一種個人的信息機器，改變著人們的生活。當計算機的應用覆蓋到人們社會生活的各個方面時，必然導致人們在思維方式、行為方式、生活方式等方面產生重大變革，這種因具有人腦部分功能的計算機的普遍使用帶來的文化變遷形成了計算機文化。從20世紀90年代初開始，多媒體計算機和網際網路「信息高速公路」的誕生標志著計算機的發展進入了嶄新的階段，開創了最大限度實現資源共享的新紀元。

3.我國計算機的發展概況

新中國誕生為我國科學技術的發展，也為計算機技術的發展開辟了廣闊的發展道路。

1952年，在清華大學成立了以電機系教授閔大可為組長的中國第一個計算機三人研究小組，1954年，小組經擴充和調整，並入以物理學家錢三強為領導的中國科學院近代物理研究所，開始了我國計算機研究的起步。1956年，國家制定科學技術12年遠景規劃時，把計算機技術列為四大技術之首，成立了計算機技術工作小組，開始進行實質性研發。1958年，我國研製成功第一台電子管計算機（103機）；1959年，研製成功每秒1萬次的大型通用電子計算機（104機），從而填補了我國計算機技術領域的空白。華羅庚教授是我國計算機技術的奠基人和我國第一台電子計算機的主要創始人之一。1960年，我國第一台自行設計的通用電子計算機（107機）研製成功並投入運行。1964年，我國開始推出第二代晶體管計算機，如「108」機、「109」機等。1971年，我國研製成功第三代集成電路計算機「150機」，到1973年形成了DJS-100系列國產機。1974～1982年實現了從小規模集成電路計算機到大規模集成電路計算機跨越。1983年，我國研製成功每秒向量運算1000萬次的757大型向量計算機。

巨型機是一個國家科學技術水平的標志。從20世紀80年代初開始，我國開始進行巨型機的研製。1983年，向量運算億次的巨型電子計算機「銀河」誕生；1992年，10億次的「銀河」Ⅱ號投入使用；1996年，投入運行的「銀河」Ⅲ號機速度為每秒百億次。1995年曙光1000研製成功，1998年「曙光」2000-I誕生，其峰值運算速度達每秒200億次浮點運算，打破了國外在大規模並行機技術方面的封鎖和壟斷；1999年「曙光」2000Ⅱ問世，其峰值運算速度達每秒1117億次浮點運算，內存高達50GB，成為國家863計劃的重大成果。1999年「神威」並行計算機研製成功，其峰值運算速度高達每秒3840億次浮點運算。「銀河」、「曙光」、「神威」計算機的研製成功標志著我國成為世界上具備獨立研製高性能計算機能力的少數國家之一。

微型機是一個國家科學技術普及應用水平的標志。20世紀90年代以來，我國在微機方面也取得迅速發展。2001年10月13日，我國第一款通用CPU晶元——「龍芯」誕生，使我國成為能夠研究製造計算機晶元的少數國家之一。

在計算機應用領域，我國也取得了輝煌的成就。北京大學王選教授的激光照排技術開創了出版印刷的新時代，這一發明獲得了歐洲專利和8項中國專利。王選率領他的團隊推出了處於國內外領先地位的「華光」、「方正」電子出版系統，取得了重大的經濟和社會效益，使我國的印刷業告別了「鉛與火」的歷史，進入了「電與光」的時代，王選也被譽為「激光照排之父」。多種漢字鍵盤輸入方法以及漢字掃描輸入、手寫輸入和語音識別輸入軟體使漢字可以輕松地進入計算機；眾多國產多媒體軟體的開發，推動了計算機的普及應用；國家「信息高速公路」建設取得突出進展，「金」字工程，如「三金」工程包括國家公用信息網（金橋）、外貿企業間信息系統（金關）、金融業電子貨幣（金卡）的完成，加快了社會信息化進程。據2002年7月23日CNNIC公布，平均每周至少上網1小時的中國公民人數已超過4580萬，排世界第三位。

4.計算機的發展趨勢

計算機已經實現了從「數字計算」到「信息處理」的轉變。目前，電子計算機的發展趨勢，可以概括為「巨型」、「微型」、「網路」、「智能」四個方面。雖然目前我們還不能對未來計算機的發展提出十分確切的時間表，但其發展趨勢已經很明朗，即發展高性能計算和提高計算性能。

發展高性能計算可以有兩條途徑，一是基於現有的半導體集成電路技術和微處理機技術，通過提高並行處理能力來實現；二是突破硅半導體器件的物理限制，發展非傳統的新技術，包括超導計算、量子計算、生物計算與光計算等。

提高計算性能也可以有兩條途徑，一是硬體方面，即研製超高性能器件或部件，如量子器件、超導晶元、光互連和光存儲部件、生物分子部件等；二是計算模型和演算法設計方面，從根本上突破馮·諾依曼計算機和電子技術的局限，如量子計算和DNA計算模型，都為求解復雜問題開辟了嶄新的思路。

5.計算機科學的研究領域

計算機科學注重理論和抽象，計算機工程注重抽象和設計，實際上兩者之間本質上沒有區別。從研究的范疇，統稱為計算機學科。目前，研究所涉及的領域十分廣泛，包括：計算機系統結構、程序設計科學與方法論、軟體工程理論、人工智慧與知識處理、網路和資料庫、計算機輔助技術、理論計算機科學和計算機科學史的研究等。計算機科學與技術對人類社會的影響，超過數學作為基本文化基礎給人類文化帶來的影響和物理學對近代工業革命產生的人類文明帶來的影響。可以預見，計算機的發展必然給人類社會帶來更加美好的未來。

二、計算機的分類

計算機種類繁多，可以按處理數據的形態、使用范圍、規模和功能等不同角度分類。

1.按處理數據的形態分類

（1）數字計算機 數字計算機以二進制數據0和1作為處理對象，是不連續的數字量，處理結果也是以數字形式輸出。優點是精度高、存儲量大、通用性強。我們通常使用的計算機大多是數字計算機。

（2）模擬計算機 模擬計算機以連續的數據作為處理對象，是以電信號幅值來模擬數值或物理量的大小，如電壓、電流、溫度等，處理結果也是以連續的數據輸出。模擬計算機解題速度快，但不如數字計算機精度高、且通用性差。模擬計算機通常以繪圖或量表形式輸出結果。

（3）混合計算機 混合計算機是集數字計算機模擬計算機功能優點為一身的計算機。

2.按使用范圍分類

（1）通用計算機

（2）專用計算機

3.按規模和功能分類

（1）超級計算機（Supercomputer）

（2）大型計算機（Mainframe）

（3）小型計算機（Minicomputer）

（4）微型計算機（Microcomputer）

三、計算機的特點

（1）運算速度快

（2）計算精度高

（3）存儲容量大

（4）自動化程度高

（5）邏輯判斷能力強

（6）具有廣泛的通用性

四、計算機的主要用途

計算機的用途大概可以歸納為以下幾個方面：

（1）數值計算 在科學研究、技術開發、工程設計等進行的科學計算。

（2）數據處理 實現對數值、文字、圖表等信息數據及時地加以記錄、整理、檢索、分類、統計、綜合和傳遞。適用於事務處理、辦公自動化、電子數據交換、信息管理、決策支持中的數據處理。

（3）過程式控制制 包括工業自動監測、自動控制、智能控制等實時控制。

（4）計算機輔助設計（CAD-Computer Aided Design）包括計算機輔助製造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）、計算機輔助教學（CAI）等，可提高設計質量和自動化程度，縮短設計周期、降低生產成本。

（5）人工智慧（AI-Artificial Intelligence）用於復雜系統的模擬模擬，實現自然語言理解與生成、定理機器證明、自動程序設計、自動翻譯、圖像識別、聲音識別、疾病診斷，以及各種專家系統和機器人構造等。近年來人工智慧的研究開始走向實用化，成為計算機應用研究的前沿學科。

（6）計算機網路及網路通信 提供地區間、國際間的通信與各種數據的傳遞與處理，實現軟體、硬體信息資源共享。

（7）多媒體技術 實現集聲、文、圖、像一體化，更接近人類習慣的信息交流方式，廣泛應用於文化、教育、娛樂、家庭應用等領域。

『肆』 ip地址的編碼規則，4段數字分別代表什麼，地域劃分。

ip地址的四段數字分別代表了網路類型、網路范圍、網路位以及主機位。IP地址是由32位的二進制數字組成，每8位表示一個10進制數范圍在0-255之間。

比如 10.0.0.1二進製表示為00001010.00000000.00000000.00000001。

IP地址是由網路地址與主機地址兩部分所組成。網路地址可用來識別設備所在的網路，主機地址位於IP地址的後段，可用來識別網路上設備。

(4)計算機網路中的數字記憶擴展閱讀

版本（4位）：該欄位定義IP協議版本，負責向處理機所運行的IP軟體指明此IP數據報是哪個版本，所有欄位都要按照此版本的協議來解釋。如果計算機使用其他版本，則丟棄數據報。

頭部長度（4位）：該欄位定義數據報協議頭長度，表示協議頭部具有32位字長的數量。協議頭最小值為5，最大值為15。

服務（8位）：該欄位定義上層協議對處理當前數據報所期望的服務質量，並對數據報按照重要性級別進行分配。前3位成為優先位，後面4位成為服務類型，最後1位沒有定義。這些8位欄位用於分配優先順序、延遲、吞吐量以及可靠性。