测试开发基础|一文搞定计算机网络(一)
计算机网络知识对测试人员来说是非常重要的基础技能。无论是在平时测试工作中(比如接口测试),还是测试技术面试时,都会经常涉猎。很多基础薄弱的同学靠临时抱佛脚突击搜索学习,对系统知识和重点难点的理解总是不够透彻。
本系列文章就带大家从最最基础的网络知识开始,一步一个台阶学习,最终深度理解和掌握计算机网络核心知识点、相关面试题以及在测试工作中的应用。
网络、互联网、因特网,经常听到的这三个名词,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
- 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: - 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)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.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/s3.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
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)996×1144 177 KB
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:
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。
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
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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:
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。
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
8.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)
9.路由器:网络层(路由选择、存储转发)
10.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)
11.网桥:数据链路层(将两个 LAN 连起来,根据 MAC 地址来转发帧)
12.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)
13.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)
本文主要参考《计算机网络》谢希仁教材,面试题相关来自网络。
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