【测开基础之计算机网络】一： 计算机网络概述

1、计算机网络概述

1.1 因特网概述

网络、互联网、因特网；经常听到的三个名词，他们的区别是什么？先参考如下图

• 网络(Network)
  计算机通过交换机设备组建成一个局域网,一般不超过100米，例如学校的机房；
• 互联网(Network of Network)
  还是以学校机房为例，不同教室之间的网络可以通过路由器相互连接，这就叫做互联网；并且通过广域网可以连接的很远。
• 因特网(Internet)
  全球最大的一个互联网
  
• 总结
  • 网络：许多计算机连接在一起
  • 互联网：internet 许多网络连接在一起
  • 因特网：Internet 全球最大的一个互联网

多层次ISP结构的因特网

• ISP：电信运营商internet service producer
  
  由上图可以清晰的看出网络直接的关系，在实际生活中也很容易提现；比如以前在学校的时候，同学和老师之间传文件很快，因为大家都是在一个校园网中；再比如网络下载的时候，一般会提供好几个下载路径，通常我们选择本地下载也是速度最快的。

再由下图的实际场景可以很清楚的看出ISP、企业和我们普通的网民之间的关系：

这里比较有意思的是淘宝和百度在电信和网通里都部署了机房，称为双线机房，保证电信和网通的用户都可以有很好的上网体验；也就不会出现一句玩笑话：世界上最远的距离不是南极和北极，而是电信到网通的距离~

1.2 因特网的组成

1.3 局域网与广域网的区别

对于局域网和广域网的理解，不单单从网络覆盖范围区分，应该从应用了局域网或广域网技术

• 局域网：自己购买设备，自己维护，带宽固定，100M 1000M 距离100米以内
• 广域网：花钱买服务，花钱买带宽

1.5 三种数据交换的比较

1）电路交换——面向连接

• 连接的三个阶段：
  • 建立连接
  • 通信
  • 释放连接
    
• 缺点
  • 计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低
• 适合场景：适用于数据量很大的实时性传输，核心路由器之间可以使用电路交换

2）分组交换
一段较长的报文数据

分组后将每段数据加上首部，首部信息中包含了地址等控制信息

分组交换网中的结点减缓及根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机，用这样的存储转发方式，最后就能到达最终目的地，再根据首部信息将数据拼接恢复未原来的报文。

• 优点：
  • 高效
  • 灵活
  • 迅速
  • 可靠
• 缺点：
  • 时延
  • 开销

3）报文交换
报文交换一般将报文整个发送，这样就造成报文一般比分组的长的多，时延也较长

三种交换方式的比较：

1.4 计算机网络的性能

• 1.速率：
  连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，也称为data rate或bit rate。
  单位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s.
• 2.带宽：
  数据通信领域中，数字信道所能传送的最高数据率
  单位是 b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s
• 3.吞吐量：
  即在单位时间内通过某个网络的数据量
  单位 b/s, Mb/s等
• 4.时延：
  我们经常说到延时，就是这里的时延，那么时延分别有如下几种：
  • 发送时延：
    发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间；
    可以类别火车出站，整列火车就好比一段数据，那么这列火车从站台出站就好比数据块从结点进入到传输媒体，这个出站所花费的时间就是发送时延。
    
  • 传播时延：
    电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间；
    就好比火车从一个站点开到另一个站点的途中所花费的时间。
    
  • 排队时延：
    结点缓存队列中分组排队所经历的时延；
    这个也比较好类比生活中的例子，比如我们节假日过收费站的时候，车辆需要在不同的车道进行排队等候进站，这个时间段就是排队时延
  • 处理时延：
    交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间；
    依然可以以开车进收费站为例，到了收费站以后，我们需要取卡缴费等行为，哪怕是ETC也要减速慢行等待抬杆，有时候可能没识别到还得倒车再来，这些过程所花费的时间就成为处理时延。
• 5.时延带宽积：
  单位时间内能够传输的最大数据量；就好比一段公路，如果都摆满了车，最多可以承载多少车辆。
  
  
• 6.往返时间-RTT(Round-Trip Time)
  从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认
• 7.利用率
  • 信道利用率：指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)，完全空闲的信道利用率是零。
    
  • 网络利用率：全网络的通道利用率的加权平均值

要注意的是利用率并不是越大越好

如下图所示，当利用率在接近1的过程中，达到某一个点之后，时延会急剧增大，造成“堵塞”；
就如同高速公路，平常车辆不多，利用率并不高，但是车速很快，运行通畅；而节假日的时候，因为免费加上出行增加，道路的利用率可能大大增加，但是同行的流畅度也大大降低(本人就经历过平常四五个小时的车程开了16个小时的痛苦经历~~，时延太大了呀)

1.5 计算机网络的体系结构

• OSI参考模型 7层

  分层	说明
  应用层	能够产生网络流量能够和用户交互的应用程序
  表示层	加密 压缩 开发人员需要考虑
  会话层	服务和客户端建立的会话 会话层可以查木马
  传输层	可靠传输-建立会话： 比如看电影，一台服务器同时提供多人观看电影，要建立连接,保证电影资源传输完成的情况下还要知道每个用户看的是哪部电影 不可靠传输-不建立会话 ： 1、好比聊QQ,消息发送出去就可以，也不知道用户下次什么时候会再发消息，所以不会建立会话；如果发送失败了就尝试几次，再失败就直接告诉用户发送失败 2、浏览器访问网站的时候，我们输入网址，然后通过域名解析获取网站地址，我们只把网站域名送出去，等服务器给我们返回网站的地址即可，拿到地址后再去访问网站就可以了，中间并不建立会话，一个包就可以搞定 流量控制: 服务端向客户端发送数据，当客户端处理不过来的时候，可以通知服务端，进行流量限制
  网络层	IP地址编址 负责选择最佳路径
  数据链路层	数据如何封装 添加物理层地址 Mac地址
  物理层	电压 接口标准

这里：
程序开发人员主要考虑的是前3层：应用层-表示层-会话层
网络工程师主要考虑的是：传输层-网络层-数据链路层

• 分层的意义和必要性

  • 各层直接相互独立
  • 灵活性好
  • 结构上可以分隔开
  • 易于实现和维护
  • 能促进标准化工作

• 现实举例说明
  这里还是以现实生活举例：

  好比现在有一件商品需要从北京装箱打包发送到上海，要经过如下步骤：
  商家包装商品-快递员打包商品-商品通过汽车运往火车站-商品再通过火车发往上海

  这里想要提高货物发送的效率，可以通过很多方式：

  • 商家包装方式加快
  • 快递小哥打包手法更娴熟
  • 城市交通多修高架和快速路
  • 火车提速

  然后我们发现无论使用哪种方式，都是独立的步骤，并不影响其他步骤；可以在各自的“分层”中进行管理优化，每层都要自己的作业方式。

1.6 网络安全和OSI参考模型

分层	举例
物理层安全	同一栋大楼不同公司的网口接入的是同一台交换机，那么这两个公司的电脑如果没有密码，则可以互相访问，就会造成数据的泄露
数据链路层安全	ADSL 无线AP密码
网络层安全	通过同一个路由器，但是研发部门的保密性高，不允许访问外网；而营销部门需要访问，这个时候就可以从路由器进行设置允许网络出去的网段
应用安全	SQL注入漏洞 上传漏洞

1.7 OSI、TCP/IP、五层体系的关系

对于协议分层之间的关系，由于本文内容是基于谢希仁版《计算机网络》，所以这里直接借用书中的解释，如下：

1.8 数据发送的过程

• 主机1向主机2发送数据
  
• 主机2从主机1接收数据
  接收的过程与发送正好相反，会将首位部以此去除，解封装。

2、本章相关面试题

2.1 OSI 有哪几层，会画出来，知道主要几层的各自作用

具体画图参考上文

1. 应用层(数据):确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用
2. 表示层(数据):主要解决拥护信息的语法表示问题，如加密解密
3. 会话层(数据):提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机
   制，如服务器验证用户登录便是由会话层完成的
4. 传输层(段):实现网络不同主机上用户进程之间的数据通信，可靠
   与不可靠的传输，传输层的错误检测，流量控制等
5. 网络层(包):提供逻辑地址(IP)、选路，数据从源端到目的端的
   传输
6. 数据链路层(帧):将上层数据封装成帧，用 MAC 地址访问媒介，错误检测与修正
7. 物理层(比特流):设备之间比特流的传输，物理接口，电气特性等

2.2 知道各个层使用的是哪个数据交换设备。(交换机、路由器、网关)

1. 网关:应用层、传输层(网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设 备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是 互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连)
2. 路由器:网络层(路由选择、存储转发)
3. 交换机:数据链路层、网络层(识别数据包中的 MAC 地址信息，根据 MAC 地址进
   行转发，并将这些 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中)
4. 网桥:数据链路层(将两个 LAN 连起来，根据 MAC 地址来转发帧)
5. 集线器(Hub):物理层(纯硬件设备，主要用来连接计算机等网络终端)
6. 中继器:物理层(在比特级别对网络信号进行再生和重定时，从而使得它们能够在
   网络上传输更长的距离)

3、参考

主体内容参考韩立刚老师主讲的《计算机网络》- 第5版 - 谢希仁

部分内容参考书本《计算机网络》- 第7版 - 谢希仁

相关面试题参考CodeSheep公众号提供