Samuel_luo。
Samuel_luo。

计网——传输层

三、传输层

传输层工作原理：

  • 多路复用/解复用
  • 可靠数据传输
  • 流量控制
  • 拥塞控制

传输层协议：

  • UDP：无连接传输
  • TCP：面向连接的可靠传输
  • TCP拥塞控制

传输服务和协议

为运行在不同主机上的应用进程提供逻辑通信

传输协议运行在端系统

  • 发送方：将应用层的报文分成报文段，然后传递给网络层
  • 接收方：将报文段重组成报文，然后传递给应用层

有多个传输层协议可供应用层选择

  • Internet：TCP和UDP

传输层VS网络层

网络层服务

主机之间的逻辑通信

传输层服务

进程间的逻辑通信

  • 依赖于网络层的服务（延时、带宽）
  • 对网络层的服务进行增强（数据丢失、顺序混乱、加密）

服务的可靠性可以加强，安全性可以加强

但是例如：延迟、带宽等属性不可以被加强的

Internet传输层协议

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多路复用/解复用

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多路解复用工作原理

解复用作用：TCP或UDP实体采用哪些信息，将报文的数据部分交给正确的socket，从而交给正确的进程

主机收到IP数据报

  • 每个数据报有源IP地址和目标地址
  • 每个数据报承载一个传输层报文段
  • 每个报文段有一个源端口号和目标端口号（特定应用有著名的端口号）

主机联合使用IP地址和端口号将报文段发送给合适的套接字

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无连接（UDP）多路解复用

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面向连接（TCP）多路复用

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无连接传输：UDP

用户数据报协议（User Datagram Protocol）【RFC 768】

“尽力而为”的服务，报文段可能：丢失、乱序

无连接：：

  • UDP发送端和接收端之间没有握手
  • 每个UDP报文段都被独立地处理

UDP被用于：

  • 流媒体
  • DNS
  • SNMP

在UDP上进行可靠传输：

  • 在应用层增加可靠性
  • 应用特定的差错恢复

UDP：用户数据报协议

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UDP校验和

目标：检测在被传输报文段中的差错

发送方：

  • 将报文段的内容视为16比特的整数
  • 校验和：报文段的加法和（1的补运算）
  • 发送方将校验和放在UDP的校验和字段

接收方：

  • 计算接收到的报文段的校验和
  • 检查计算出的校验和与校验和字段的内容是否相等（不相等——有差错、相等——可能有残存错误）
例子

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可靠数据传输（rdt）的原理

rdt在应用层、传输层、数据链路层都很重要

是网络Top10问题之一

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信道的不可靠特点决定了可靠数据传输协议（rdt）的复杂性

问题描述

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rdt 1.0：在可靠信道上的可靠数据传输

下层的信道是完全可靠的

  • 没有比特出错
  • 没有分组丢失

发送方和接收方的FSM

  • 发送方将数据发送到下层信道
  • 接收方从下层信道接收数据

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rdt 2.0：具有比特差错的信道

下层信道可能会出错：将分组中的比特翻转

  • 用校验和来检测比特差错

怎样从差错中恢复

  • 确定（ACK）：接收方显式地告诉发送方分组已被正确的接收
  • 否定确定（NAK）：接收方显式地告诉发送方分组发生了差错（发送方收到NAK后，发送方重传分组）

新机制：采用差错控制编码进行差错检测

  • 发送方差错控制编码、缓存
  • 接收方使用编码检错
  • 接收方的反馈：控制报文（ACK、NAK）：接收方 -> 发送方
  • 发送方收到反馈响应的动作
FSM描述

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缺陷

ACK和NCK可能出错！

rdt 2.1

新机制：使用序号

  • 发送方在每个分组中加入序号
  • 如果ACK/NAK出错，发送方重传当前分组
  • 接收方丢弃重复分组

停等协议

发送方发送一个分组，然后等待接收方的应答

发送方处理出错的ACK/NAK

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接收方处理出错的ACK/NAK

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小结

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rdt 2.2：无NAK的协议

功能同rdt2.1，但只是用ACK（ACK要编号）

接收方对最后正确接收的分组发ACK

  • 接收方必须显式地包含被正确接收分组的序号

当收到重复的ACK时，发送方与收到NAK采取相同的动作：重传当前分组

为后面的一次发送多个数据单位做一个准备

  • 一次能够发送多个
  • 使用前一个数据单位的ACK，代替本数据单位NAK
  • 确认信息减少一半，协议处理简单

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rdt 3.0：具有比特差错和分组丢失信道

发送方等待ACK一段合理的时间（链路层的timeout时间确定传输层timeout时间，是自适应的）

  • 发送端超时重传：如果到时没有收到ACK -> 重传
  • 需要一个倒计数定时器
发送方

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运行时

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性能

rdt 3.0可以工作，但链路容量较大的情况下，性能很差

  • 链路容量比较大，一次发一个PDU不能够充分利用链路的传输能力
例子

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停 - 等协议

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流水线：提高链路利用率

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流水线协议

流水线：允许发送方在未得到对方确认的情况下一次发送多个分组

  • 必须增加序号的范围：用多个bit表示分组的序号
  • 在发送方/接收方要有缓冲区（发送方缓冲：未得到确认，可能要重传；接收方缓存：接收到的数据可能乱序，排序交付）

两种通用流水线协议：回退N步（GBN）和选择重传（SR）

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通用：滑动窗口（slide window）协议
发送缓冲区
  • 形式：内存中的一个区域，落入缓冲区的分组可以发送
  • 功能用于存放已发送，但是没有得到确认的分组
  • 必要性：需要重发时可用
发送缓冲区的大小
  • 停止等待协议 = 1
  • 流水线协议 > 1，合理的值，不能太大，链路利用率不能够超100%
发送缓冲区中的分组
  • 未发送的：落入发送缓冲区的分组，可以连续发送出去
  • 已经发送出去的、等待对方确认的分组：发送缓冲区的分组只有得到确认才会删除
发送窗口：发送缓冲区内容的一个范围
  • 已发送但是未经确认的分组序号构成的空间
发送窗口的最大值 <= 发送缓冲区
发送窗口初始值：后沿 = 前沿，尺寸 = 0
每发送一个分组，前沿移动一个单位，前沿不能超过发送缓冲区

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每确认一个后沿分组，后沿移动一个单位，后沿不能超过前沿

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移动过程

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接收窗口 = 接收缓冲区
  • 接收窗口用于控制哪些分组可以接收（只有收到分组序号落入接收窗口内才允许接收，若在接收窗口之外则丢弃）
  • 接收窗口尺寸 = 1，只能顺序接收
  • 接收窗口尺寸 > 1，可以乱序接收（向上层提交时需要排序）
接收窗口的滑动和确认

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另一种情况

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正常情况下两个窗口互动

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异常情况下GBN的两个窗口互动

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异常情况下SR的两个窗口互动

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GBN和SR协议的异同

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总结

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GBN：
发送方的FSM

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接收方的FSM

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运行时

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SR：

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运行时

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对比GBN和SR

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窗口最大尺寸

GBN：2 ^ n - 1

SR: 2 ^ (n - 1)

面向连接的传输：TCP

TCP：概述

  • 点对点（一个发送方，一个接收方）
  • 可靠的、按顺序的字节流（没有报文边界）
  • 管道化（流水线）：TCP拥塞控制和流量控制设置窗口大小
  • 发送和接受缓存

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  • 全双工数据（在同一连接中数据流双向流动；MSS：最大报文段大小）

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  • 面向连接（在数据交换之前，通过握手（交换控制报文）初始化发送方、接收方状态变量）
  • 有流量控制（发送方不会淹没接收方）

TCP报文段结构

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TCP序号、确认号

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TCP往返延时（RTT）和超时

怎样设置超时

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怎样估计RTT

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平均RTT

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设置超时

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可靠数据传输

TCP在IP不可靠服务上建立了rdt
  • 管道化的报文段（GBN or SR）
  • 累积确认（像GBN）
  • 单个重传定时器（像GBN）
  • 是否可以接受乱序的，没有规范
通过下列时间触发重传
  • 超时（只发送最早的未确认的段：SR）
  • 重复的确认
首先考虑简化的TCP发送方
  • 忽略重复的确认
  • 忽略流量控制和拥塞控制
TCP发送方（简化版）

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事件

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代码

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TCP重传

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产生TCP ACK的建议

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快速重传

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算法

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流量控制

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连接管理

在正式交换数据之前，发送方和接收方握手建立通信关系：

  • 同意建立连接
  • 同意连接参数

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同意建立连接
为什么不是两次握手
  • 变化的延迟（连接请求的段没有丢但是可能超时）
  • 由于丢失造成的重传
  • 报文乱序
  • 互相看不到对方
失败场景

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三次握手

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解决的半连接和接受老数据问题

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FSM

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关闭连接

客户端和服务器分别关闭它自己这一侧的连接

  • 发送FIN bit = 1的TCP段

一旦接收到FIN，用ACK回应

  • 接到FIN段，ACK可以和它自己发出的FIN段一起发送

可以处理同时的FIN交换

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拥塞控制原理

拥塞

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拥塞原因/代价

场景1

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场景2

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场景3

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方法

两种拥塞控制方法

端到端的拥塞控制

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网络辅助的拥塞控制

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ATM ABR拥塞控制

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TCP拥塞控制

机制

端到端的拥塞控制机制
  • 路由器不向主机发送有关拥塞的反馈信息（路由器负担较轻、符合网络核心简单的TCP/IP架构原则）
  • 端系统根据自身得到的信息，判断是否发生拥塞，从而采取动作
拥塞控制的几个问题

如何检测拥塞

  • 轻微拥塞
  • 拥塞

控制策略

  • 再拥塞发送时如何动作，降低速率（轻微拥塞如何降低；拥塞时如何降低）
  • 再拥塞缓解时如何动作，增加速率

拥塞感知

某个段超时了（丢失事件）：拥塞
  • 超时时间到，某个段的确认没有来
  • 网络拥塞（某个路由器缓冲区没有空间了，被丢弃）大概率
  • 出错被丢弃了（各级错误，没有通过校验，被丢弃）概率小
  • 一旦超时，就认为拥塞了，有一定的误判，但总体控制方向是对的
某个段的三次重复ACK：轻微拥塞

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速率控制方法

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拥塞控制和流量控制联合

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策略

慢启动（SS）
AIMD：线性增、乘性减少
超时事件后的保守策略

TCP慢启动

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TCP拥塞控制：AIMD

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总结：TCP拥塞控制

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TCP吞吐量

W：发生丢失事件时的窗口尺寸（单位：字节）

  • 平均窗口尺寸：3/4W
  • 平均吞吐量：RTT时间吞吐3/4W

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TCP公平性

目标：k个TCP会话分享一个链路带宽为R的瓶颈，每个会话的有效带宽为R/k

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总结

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网课视频以及资料来源

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    网络技术发展历程第一阶段一九六九年美国国防部研制的ARPANET，采用“接口报文处理机”将四台独立的计算机主机互联在一起，实现数据的转发。这一阶段的主要特点是TCP/IP协议初步成型第二阶段：采用三级结构，这一阶段的主要特点是将互联网分为了主干网、地区网和校园网。第三阶段：多层次ISP结构的互联网，这一阶段的主要特点是ISP(InternetServiceProvider)首次出现。计算机网络两个
  • 小白必看！2025 网络安全保姆级学习路线来啦~ 白帽黑客-晨哥 学习web安全安全数据库php
    关键词：网络安全入门、渗透测试学习、零基础学安全、网络安全学习路首先咱们聊聊，学习网络安全方向通常会有哪些问题1.初学者常见问题1.1如何开始学习网络安全？问题：网络安全领域广泛，初学者往往不知道从哪里入手。解答：从基础知识开始：学习计算机网络、操作系统、编程语言（如Python、Bash）。了解网络安全的基本概念，如加密、认证、漏洞、攻击类型等。使用在线资源（如Cybrary、OWASP）或书籍
  • 中科大计算机网络第二章2.1应用层概述笔记 镜中人★ 中科大计算机网络笔记计算机网络笔记
    应用层笔记整理一、应用层概述应用层是计算机网络体系结构中的最高层，直接面向用户和应用程序，负责处理不同端系统间的数据交换与通信。其核心功能包括文件传输、电子邮件、远程登录、网页浏览等网络服务。在TCP/IP模型中，应用层对应OSI标准的会话层、表示层和应用层，通过应用层协议规范报文交换规则。二、应用层协议原理‌传输层服务模型‌‌可靠数据传输‌：确保数据无差错、按序交付（如TCP）。‌吞吐量与定时‌
  • 计算机网络软考英语题,软考英语考前练习试题及解析（二十）[2] A兰舍硅藻泥 计算机网络软考英语题
    供选择的答案A：①culture②science③education④industryB、D：①equal②universal③different④difficult⑤common⑥bigC：①claim②deny③define④callD：①Importance②Instead③Because④Regardless【解析】参考译文：随着个人计算机的广泛使用，许多教育领域的人士已经
  • 软考 计算机网络,软考-计算机网络总复习 Vicey Wang 软考计算机网络
    计算机网络复习知识点1、计算机网络的定义描述计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统2、OSI参考模型的分层(7层各自的功能)(1)物理层(PhysicalLayer)物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。它主要关心的是通
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            1.transient         类一旦实现了Serializable 接口即被声明为可序列化，然而某些情况下并不是所有的属性都需要序列化，想要人为的去阻止这些属性被序列化，就需要用到transient 关键字。
  • escape()、encodeURI()、encodeURIComponent()区别详解 aigo JavaScriptWeb
    原文：http://blog.sina.com.cn/s/blog_4586764e0101khi0.html   JavaScript中有三个可以对字符串编码的函数，分别是： escape,encodeURI,encodeURIComponent，相应3个解码函数：,decodeURI,decodeURIComponent 。 下面简单介绍一下它们的区别 1 escape()函
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    ArcgisEngine实现对地图的放大、缩小和平移:  个人觉得是平移，不过网上的都是漫游，通俗的说就是把一个地图对象从一边拉到另一边而已。就看人说话吧.  具体实现: 一、引入命名空间    using ESRI.ArcGIS.Geometry;    using ESRI.ArcGIS.Controls; 二、代码实现.
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       集合框架 集合框架可以理解为一个容器，该容器主要指映射(map)、集合(set)、数组(array)和列表(list)等抽象数据结构。 从本质上来说，Java集合框架的主要组成是用来操作对象的接口。不同接口描述不同的数据类型。   简单介绍：   Collection接口是最基本的接口，它定义了List和Set，List又定义了LinkLi
  • 旗正4.0页面跳转传值问题 何必如此 javajsp
    跳转和成功提示 a)        成功字段非空forward 成功字段非空forward，不会弹出成功字段，为jsp转发，页面能超链接传值,传输变量时需要拼接。接拼接方式list.jsp?test="+strweightUnit+"或list.jsp?test="+weightUnit+&qu
  • 全网唯一:移动互联网服务器端开发课程 cocos2d-x小菜 web开发移动开发移动端开发移动互联程序员
        移动互联网时代来了！     App市场爆发式增长为Web开发程序员带来新一轮机遇，近两年新增创业者，几乎全部选择了移动互联网项目！传统互联网企业中超过98%的门户网站已经或者正在从单一的网站入口转向PC、手机、Pad、智能电视等多端全平台兼容体系。据统计，AppStore中超过85%的App项目都选择了PHP作为后端程
  • Log4J通用配置|注意问题 笔记 7454103 DAOapachetomcatlog4jWeb
    关于日志的等级 那些去 百度就知道了！ 这几天 要搭个新框架  配置了 日志 记下来 ！做个备忘！ #这里定义能显示到的最低级别,若定义到INFO级别,则看不到DEBUG级别的信息了~! log4j.rootLogger=INFO,allLog # DAO层 log记录到dao.log 控制台 和 总日志文件 log4j.logger.DAO=INFO,dao,C
  • SQLServer TCP/IP 连接失败问题 ---SQL Server Configuration Manager darkranger sqlcwindowsSQL ServerXP
    当你安装完之后,连接数据库的时候可能会发现你的TCP/IP 没有启动.. 发现需要启动客户端协议 : TCP/IP  需要打开 SQL Server Configuration Manager... 却发现无法打开 SQL Server Configuration Manager..?? 解决方法:  C:\WINDOWS\system32目录搜索framedyn.
  • [置顶] 做有中国特色的程序员 aijuans 程序员
    从出版业说起 网络作品排到靠前的，都不会太难看，一般人不爱看某部作品也是因为不喜欢这个类型，而此人也不会全不喜欢这些网络作品。究其原因，是因为网络作品都是让人先白看的，看的好了才出了头。而纸质作品就不一定了，排行榜靠前的，有好作品，也有垃圾。 许多大牛都是写了博客，后来出了书。这些书也都不次，可能有人让为不好，是因为技术书不像小说，小说在读故事，技术书是在学知识或温习知识，有些技术书读得可
  • document.domain 跨域问题 avords document
    document.domain用来得到当前网页的域名。比如在地址栏里输入：javascript:alert(document.domain); //www.315ta.com我们也可以给document.domain属性赋值，不过是有限制的，你只能赋成当前的域名或者基础域名。比如：javascript:alert(document.domain = "315ta.com");
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    一.Redis的数据类型 1.String类型及操作         String是最简单的类型，一个key对应一个value，string类型是二进制安全的。Redis的string可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。         Set方法：设置key对应的值为string类型的value
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    以下操作都是在windows 环境下 一、Tomcat 启动时配置 JAVA_HOME 在 tomcat 安装目录，bin 文件夹下的 catalina.bat 或 setclasspath.bat 中添加 set JAVA_HOME=JAVA 安装目录 set JRE_HOME=JAVA 安装目录/jre 即可； 二、查看Tomcat 版本 在 tomcat 安装目
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    在测试Spark Streaming时，大量的日志显示到控制台，影响了Spark Streaming程序代码的输出结果的查看(代码中通过println将输出打印到控制台上)，可以通过修改Spark的日志配置的方式，不让Spark Streaming把它的日志显示在console   在Spark的conf目录下，把log4j.properties.template修改为log4j.p
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    面试的时候问的比较多的算法题要么是binary search，要么是冒泡排序，真的不想用写C写冒泡排序了，贴上个Haskell版的，思维简单，代码简单，下次谁要是再要我用C写冒泡排序，直接上个haskell版的，让他自己去理解吧。     sort [] = [] sort [x] = [x] sort (x:x1:xs) | x>x1 = x1:so
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    这几天做一个项目，关于路径做如下笔记，有需要供参考。 取工程内的文件，一般都要用相对路径，这个自然不用多说。 在src统计目录建配置文件目录res,在res中放入配置文件。 读取文件使用方式： 1. MyTest.class.getResourceAsStream("/res/xx.properties") 2. properties.load(MyTest.
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    声明： 本文只为方便我个人查阅和理解，详细的分析以及源代码请移步 原作者的博客http://chjavach.iteye.com/ package design.pattern; /* * 个人理解：简单工厂模式就是IOC; * 客户端要用到某一对象，本来是由客户创建的，现在改成由工厂创建，客户直接取就好了 */ interface IProduct {
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    SVN与JIRA的关联一直都没能装成功，今天凝聚心思花了一天时间整合好了。下面是自己整理的步骤： 一、搭建好SVN环境，尤其是要把SVN的服务注册成系统服务 二、装好JIRA，自己用是jira-4.3.4破解版 三、下载SVN与JIRA的插件并解压，然后拷贝插件包下lib包里的三个jar，放到Atlassian\JIRA 4.3.4\atlassian-jira\WEB-INF\lib下，再
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        回想起来，我也做推荐了3年多了，最近公司做了调整招聘了很多算法工程师，以为需要多么高大上的算法才能搭建起来的，从实践中走过来，我只想说【不是这样的】     第一次接触推荐系统是在四年前入职的时候，那时候，机器学习和大数据都是没有的概念，什么大数据处理开源软件根本不存在，我们用多台计算机web程序记录用户行为，用.net的w
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    word分词提供了多种文本相似度计算方式： 方式一：余弦相似度，通过计算两个向量的夹角余弦值来评估他们的相似度 实现类：org.apdplat.word.analysis.CosineTextSimilarity 用法如下： String text1 = "我爱购物"; String text2 = "我爱读书"; String text3 =
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