【测开基础之计算机网络】一 : 计算机网络概述

TesterAllen
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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

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  • 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
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  • 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
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    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~

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1.2 因特网的组成

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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
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  • 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

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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
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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。
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  • 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：

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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。
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    • 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。
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    • 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。
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  • 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。
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    • 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)

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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：

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1.8 数据发送的过程

  • 主机1向主机2发送数据
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  • 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

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