计算机网络核心知识点总结&面试笔试要点

绝地灬酷狼 2021-10-01 06:04 449阅读 0赞

## 计算机网络之基础篇 ##

**一、计算机网络概述**  
 **1.什么是计算机网络**  
  计算机网络主要由一些通用的、可编程的硬件互连而成，通过这些硬件，可以传送不同类型的数据，并且可以支持广泛和日益增长的应用。  
 **2.计算机网络的分类**  
  按照网络的作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）  
  按照网络使用者：公用网络、专用网络  
 **3.计算机网络的发展历史**  
  互联网的发展历史：  
   第一阶段：单个网络ARPANET，交换机+电脑  
   第二阶段：三层结构互联网，主干网+地区网+校园网  
   第三阶段：多层次ISP(Internet Service Provider，网络服务提供商)互联网，主干ISP+地区ISP+校园/公司/家庭…  
  中国互联网的发展历史：  
   1980年开始互联网实验，1989年第一个公立网络建立运行，1994年接入国际互联网。  
 **4.计算机网络的层次结构**  
  层次结构设计的基本原则：  
   **各层之间是相互独立的；**  
   **每一层需要有足够的灵活性；**  
   **各层之间完全解耦。**  
  OSI七层模型：并没有成为广泛使用的标准模型，标准制定周期过长，设计不合理。  
![（9-3-0753）][9-3-0753]  
  **TCP/IP四层模型：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
 **5.计算机网络的性能指标**  
  速率：bps=bit/s  
  时延：发送时延、传播时延、排队时延、处理时延  
  往返时间**RTT：数据报文在端到端通信中的来回一次的时间**。  
**二、物理层概述**  
 **1.物理层的作用：连接不同的物理设备，传输比特流。  
 2.信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。  
  单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道；  
  半双工通信信道：双方都可以发送和接受信息，但不能同时发送也不能同时接收；  
  全双工通信信道：双方都可以同时发送和接收**。  
 3.信道的分用-复用技术：**大大提升信道的利用率**，如下图，分为频分复用、时分复用、波分复用、码分复用。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**三、数据链路层**  
 1.数据链路层概述  
  封装成帧：“帧”是数据链路层数据的基本单位，帧的结构如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
  透明传输：“透明”是指**即使控制字符在帧数据中，但是要当做不存在去处理**。原理如下图，即在控制字符前加上转义字符ESC。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
  差错检测：奇偶校验码、循环冗余校验码CRC  
   奇偶校验码：局限性：**当出错两位时，检测不到错误。**  
   循环冗余检验码：根据传输或保存的数据**而产生固定位数校验码**。  
 **2.最大传输单元**  
  最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit)，数据链路层的数据帧不是无限大的，数据帧长度受MTU限制。  
  路径MTU：由链路中MTU的最小值决定。  
 **3.以太网协议详解**  
  MAC地址：每一个设备都拥有唯一的MAC地址，共48位，使用十六进制表示。  
  以太网协议：是一种使用广泛的局域网技术，是一种应用于数据链路层的协议，使用以太网可以完成**相邻设备**的数据帧传输,数据格式如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

## 计算机网络之网络层篇 ##

**一、网络层IP协议相关**  
 **1.IP协议详解**  
  虚拟互联网络的产生：实际的计算机网络错综复杂；物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；当网络中主机使用IP协议连接时，无需关注网络细节，于是形成了虚拟网络。如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
  IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络；并且**解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题**。  
  IP数据报的格式：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
  其中，版本指IP协议的版本，占4位，如IPv4和IPv6；首部位长度表示IP首部长度，占4位，最大数值位15；总长度表示IP数据报总长度，占16位，最大数值位65535；TTL表示IP数据报文在网络中的寿命，占8位；协议表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的，如TCP、UDP。  
 **2.IP协议的转发过程**  
  仅从网络层来看，转发过程如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
 **3.IP地址的子网划分**  
  分类的IP地址：A类（8网络号+24主机号）、B类（16网络号+16主机号）、C类（24网络号+8主机号），对比如下：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
  无分类编址CIDR:网络前缀+主机号，更加有效的分配IPv4的地址空间。  
 **4.网络地址转换NAT技术**  
  用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中，减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度。  
**二、网络层其他协议**  
 **1.ARP协议与RARP协议**  
  ARP（Address Resolution Protocol）协议指**地址解析协议**，可以把**网络层32位地址转化为数据链路层MAC48位地址**。  
  ARP缓存表：是IP地址与MAC地址的映射对应表（IP地址是变化的）：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
  RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协议**指逆地址解析协议**，可以把数据链路层MAC48位地址转化为网络层32位地址。  
 **2.ICMP协议**  
  网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol），可以报告错误信息或者异常情况，ICMP报文封装在IP数据报当中。结构如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
  ICMP协议的应用：  
   Ping应用：网络故障的排查；  
   Traceroute应用：可以探测IP数据报在网络中走过的路径。  
**三、IP的路由算法**  
 **1.路由的概述**  
  关于路由算法的要求：**正确的完整的**、在计算上应该尽可能是**简单的**、可以适**应网络中的变化**、**稳定的公平的**。  
  自治系统AS:指处于一个管理机构下的网络设备群，**AS内部网络自治管理**，对外提供一个或多个出入口，其中**自治系统内部的路由协议为内部网关协议**，如RIP、OSPF等；**自治系统外部的路由协议为外部网关协议**，如BGP。  
 **2.内部网关路由协议**  
  ａ.RIP协议：  
   距离矢量（DV）算法：每一个节点使用两个向量Dᵢ和Sᵢ，Dᵢ描述的是当前节点到别的节点的距离，Sᵢ描述的是当前节点到别的节点的下一节点，每一个节点与相邻的节点交换向量Dᵢ和Sᵢ的信息，每一个节点根据交换的信息更新自己的节点信息，如下图：  
![（１０－１０－０３２０）][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
   RIP协议的过程：  
    （１）路由器初始化路由信息(两个向量Dᵢ和Sᵢ)；  
    （２）对相邻路由器X发过来的信息，对信息的内容进行修改（下一跳地址设置为X，所有距离加1）  
       i. 检索本地路由，将信息中新的路由插入到路由表里面  
       ii. 检索本地路由，对于下一跳为X的，更新为修改后的信息  
       iii. 检索本地路由，对比相同目的的距离，如果新信息的距离更小，则更新本地路由表  
    （３）如果3分钟没有收到相邻的路由信息，则把相邻路由设置为不可达(16跳)。  
  ｂ．OSPF协议相关：  
   **Dijikstra算法**：解决有权图**从一个节点到其他节点的最短路径问题**，该算法“**以起点为中心，向外层层扩展**”。  
   算法描述：  
      （１）初始化两个集合(S, U)（S为只有初始顶点点A的集合，U为其他顶点集合）；  
      （２）如果U不为空，对U集合顶点进行距离的排序，并取出距离A最近的一个顶点D；  
        i. 将顶点D的纳入S集合  
        ii.更新通过顶点D到达U集合所有点的距离（如果距离更小则更新，否则不更新）  
        iii. 重复2步骤  
      （３） 直到U集合为空，算法完成。  
   链路状态（LS）协议：**向所有的路由器发送信息**，消息描述该路由器与相邻路由器的链路状态（距离、时延、带宽等），只有链路状态发生变化时，才发送更新信息。  
   OSPF(Open Shortest Path First：开放最短路径优先)协议：核心是Dijkstra算法。  
   OSPF协议的过程：![（１０－１２－１１４９）][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]  
   RIP与OSPF的对比：![（１０－１２－１２０４）][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]  
 **3.外部网关路由协议**  
  BGP（Border Gateway Protocol）边际网关协议：是运行在AS之间的一种协议。

## 计算机网络之传输层篇 ##

**一、UDP协议详解**  
 1.UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协议)，是一个非常简单的协议，结构如下：  
![（11-2-0303）][11-2-0303]  
 2.UDP协议的特点：

*  UDP是**无连接**协议；
 *  UDP**不能保证可靠的交付数据**；
 *  UDP是**面向报文传输**的；
 *  UDP**没有拥塞控制**；
 *  UDP**首部开销**很小。

二、TCP协议  
 1.TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)，是计算机网络中非常复杂的一个协议，其结构如下：![（11-3-0057）][11-3-0057]  
 **2.TCP协议的特点：**

*  TCP是面向连接的协议；
 *  TCP的一个连接有两端，即点对点通信；
 *  TCP提供可靠的传输服务；
 *  TCP协议提供全双工通信；
 *  TCP是面向字节流的协议；  
     3.TCP首部之**TCP标记的作用**：  
    ![（11-3-1413）][11-3-1413]  
     4.可靠传输的基本原理  
      停止等待协议：是最简单的可靠传输协议，但是该协议**对信道的利用率不高**。  
      连续ARQ(Automatic Repeat reQuest：自动重传请求)协议：滑动窗口+累计确认，**大幅提高了信道的利用率**。  
     5.TCP协议的可靠传输  
      基于连续ARQ协议，在某些情况下，重传的效率并不高，会**重复传输部分已经成功接收的字节**。  
     6.TCP协议的流量控制  
      流量控制指让**发送方发送速率不要太快**，TCP协议使用滑动窗口实现流量控制。  
     7.TCP协议的拥塞控制  
      拥塞控制与流量控制的区别：流量控制考虑**点对点的通信量的控制**，而拥塞控制考虑**整个网络**，是全局性的考虑。  
      拥塞控制的方法：慢启动算法+拥塞避免算法，如下图，纵坐标表示每一次发送数据报文的数量，横坐标表示发送的次数：![（11-7-0711）][11-7-0711]  
     8.TCP连接的三次握手  
      如图所示，具体标记详见上面3.TCP标记的含义与作用：![（11-8-0641）][11-8-0641]  
      问：**为什么发送方要发出第三个确认报文呢？**  
      答：避免已经**失效的的连接请求报文**传送到对方，**引起错误**。  
     9.TCP协议的四次挥手  
      如图所示![（11-9-0513）][11-9-0513]  
      问：等待计时器为什么需要等待2MSL（最长报文断寿命，一般为2min）？  
      答：最后一个报文没有确认，**确保发送方的ACK可以到达接收方**，**如果2MSL时间内没有收到，则接收方会重发**；确保当前连接的所有报文都已经过期。

## 计算机网络之应用层篇 ##

**一、DNS详解**  
  DNS（Domain Name System:域名系统）：解决IP地址复杂难以记忆的问题。  
  1.IP—>DNS服务—>便于记忆的域名  
  2.域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（baidu,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）  
(12-2-0852)  
**二、DHCP协议**  
  DHCP（Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议）：**是一个局域网协议，是应用UDP协议的应用层协议。**  
  **作用：为临时接入局域网的用户自动分配IP地址。**  
**三、HTTP协议**  
  HTTP（HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议）：是可靠的数据传输协议。  
  HTTP请求的方式对比：  
   GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体。  
   POST：向指定资源提交数据进行处理请求。  
   DELETE:请求服务器删除指定的页面。  
**四、HTTPS协议**  
  HTTPS（**secure）安全的**HTTP协议。  
持续更新。。。

[9-3-0753]: /images/20210923/427a3db64b9d4f1b9160cf1ed998620b.png
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