文章目录

1.计算机网络与网络分类
2.OSI七层模型与TCP参考模型
3.乃奎斯特（Nyquist）定理与香农（Shannon）定理
4.基带传输-编码,通带传输-调制，以及各种复用技术
5.网络层，通信子网与路由
6.TCP协议-why三次握手，四次挥手
- TCP流量控制与拥塞控制
- - 流量控制：滑动窗口
  - 拥塞控制：慢启动，快恢复
7.UDP协议与TCP的比较
8.DNS解析：递归查询与迭代查询
9.拥塞控制与流量整形的方法
10.IP寻址与MAC寻址的差别
11.距离矢量路由与链路状态路由
12.为什么有了IP地址还需要MAC地址

1.计算机网络与网络分类

计算机网络：自主计算机的互联集合。（注意单台计算机的独立自主性）
网络：类似的事物连接在一起，以提供某些功能
互联网络：计算机网络的互相连接（更大）
WWW：万维网，由资源，资源标识，传输协议三部分支撑。
 服务：指某一层向它上一层提供的一组原语（操作），定义了该层准备代表其他用户执行哪些操作，但是它并不涉及如何实现这些操作。底层是服务提供者，上层是服务用户。
协议：一组规则，规定了同一层上对等实体之间所交换的数据包或者报文的格式和含义。

按照传输距离的分类按照传输距离的分类按照传输距离的分类
个域网PAN：允许设备围绕着一个人进行通信，例如计算机通过无线网络与其外围设备连接，蓝牙。
局域网LAN：私有网络，一般在一座建筑物内或建筑物附近，无线局域网标准：WiFi，有线局域网：以太网
城域网MAN：覆盖一座城市，
广域网WAN：跨越很大的地理区域，由通信子网构成，传输线路在子网的机器之间移动比特。交换机负责连接两条或者两条以上的传输线路，现在最常用的名称是路由器。
互联网Internet

按传输技术分类按传输技术分类按传输技术分类
广播式网络（一个数据包发送给所有目标机器）
点到点网络（一个发送方一个接收方，单播网络）

2.OSI七层模型与TCP参考模型

OSI参考模型OSI参考模型OSI参考模型

物理层：关注一条通信信道上传输原始比特
数据链路层：将一个原始的传输设备转变成一条没有漏检传输错误的线路，发送方将输入的数据拆分成数据帧–确认帧，流量调节。（数据段）
网路层：控制子网的运行，如何将数据分组从源端路由到接收方。路由问题
传输层：接受上一层的数据，有必要时将这些数据分割成较小的单元（数据段），然后把这些数据单元传递给网络层。提供可靠传输与差错恢复能力
会话层：允许不同机器上的用户建立会话。
表示层所关注的是传递信息的语法语义
应用层包含了用户通常需要的各种各样的协议（HTTP超文本传输协议）

TCP参考模型TCP参考模型TCP参考模型

链路层-互联网层-传输层-应用层
链路层(物理层+数据链路层)
互联网层(网络层)—传输层—应用层（应用层+表示层+会话层）

3.乃奎斯特（Nyquist）定理与香农（Shannon）定理

乃奎斯特（Nyquist）定理乃奎斯特（Nyquist）定理乃奎斯特（Nyquist）定理
在无噪声信道中，当带宽为BhzB\;hzBhz，信号电平为VVV级，则：

其中： VVV为信号的电平级数，在二进制中，仅为0、10、10、1两级。即：以每秒高于2B2B2B次的速率对线路采样是无意义的，因为高频分量已被滤掉，无法再恢复。

香农（Shannon）定理香农（Shannon）定理香农（Shannon）定理
在噪声信道中，带宽为BHzB HzBHz，信噪比为S/NS/NS/N，则：

很多情况下噪声用分贝(dBdBdB) 表示：

如：噪声为30dB30dB30dB（分贝），则信噪比为S/N=1000S/N=1000S/N=1000,这是一个理论上限

4.基带传输-编码,通带传输-调制，以及各种复用技术

基带传输基带传输基带传输

在信道上直接传输基带信号，称为基带传输，它是指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的0或1数字脉冲信号。这样一个信号的基本频带可以从直流成分到数兆赫兹，频带越宽，传输线路的电容电感等对传输信号波形衰减的影响越大，传输距离一般不超过2km，超过时则需加中继器放大信号，以便延长传输距离。基带信号绝大部分是数字信号，计算机网络内往往采用基带传输

基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。

基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，数据编码常用三种方法：非归零码NRZ、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码。后两种编码不含直流分量，包含时钟脉冲，便于双方自同步，因此，得到了广泛的应用。

通带传输通带传输通带传输
　　将基带信号的频谱搬移到较高的频带（用基带信号对载波进行调制）再传输，则称为通带传输，通带传输中信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带，而不是整个基带频率。

复用技术复用技术复用技术

TDM：时分多路复用，全速使用，但是只在自己的时隙使用。（STDM：挽救没有使用的时隙）
FDM，波分多路复用WDM是FDM的一种，在光纤上复用信号。将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。
CDM：码分复用是扩展频谱通信的一种形式，他把一个窄带信号扩展到一个很宽的频带上。也称为CDMA（码分多址）

5.网络层，通信子网与路由

网络层主要功能：将源端产生的数据包一路送到目标端
各种类型的通信子网各种类型的通信子网各种类型的通信子网

路由与路由器路由与路由器路由与路由器

路由（routing）就是通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。路由发生在OSI网络参考模型中的第三层即网络层。路由引导分组传送，经过一些中间的节点后，到他们最终的目的地。作成硬件的話，则成为路由器。-维基百科

路由器的主要功能

打开分组（de-encapsulation），提取目的地址
确定目标网络（“子网掩码与操作”），查找路由表
重新封装（？），转发，因为只需要目的地址，所以拆到网络层即可。而封装要置换源和目的MAC地址。

6.TCP协议-why三次握手，四次挥手

TCP数据头TCP数据头TCP数据头
确认号（ACK number）：500，表示500以前的所有序列号已接受，下次发序列号500的字节。（也就是序列号为500的还没收到，只是期望收到），这与数据链路层的确认号有明显差距，数据链路层发500也就是500及以前的都收到了。
每个字节对应32位的序列号(SEQ number)，一个TCP段的序列号是他的第一个字节的序列号。

三次握手三次握手三次握手
URG:紧急指针使用时，URG被置为1.
ACK：1表示确认号有效，0表示确认号无效。
RST:被用来重置一个混乱的链接。
SYN:用在建立连接的过程中
FIN:被用来释放连接，表示发送方已经没有数据要穿输了。

SYN是控制位，用于建立连接
ACK是控制位，用来标志确认号是否有效，
注意传输过去是x，因此ACK是x+1，表示x已经收到，希望发x+1
由于是全双工传输，两边的初始序列号是不一样的，左边是x右边是y，然后序列号会占用一个字节的的序号空间，所以真正的传输从x+1，y+1开始

链接释放链接释放链接释放

为什么需要“四次挥手”

这里特别需要主要的就是TIME_WAIT这个状态了，这个是面试的高频考点，就是要理解，为什么客户端发送 ACK 之后不直接关闭，而是要等一阵子才关闭。这其中的原因就是，要确保服务器是否已经收到了我们的 ACK 报文，如果没有收到的话，服务器会重新发 FIN 报文给客户端，客户端再次收到 ACK 报文之后，就知道之前的 ACK 报文丢失了，然后再次发送 ACK 报文。

至于 TIME_WAIT 持续的时间至少是一个报文的来回时间。一般会设置一个计时，如果过了这个计时没有再次收到 FIN 报文，则代表对方成功就是 ACK 报文，此时处于 CLOSED 状态。

TCP流量控制与拥塞控制

如果发送者发送数据过快，接收者来不及接收，那么就会有分组丢失。为了避免分组丢失，控制发送者的发送速度，使得接收者来得及接收，这就是流量控制。流量控制根本目的是防止分组丢失，它是构成TCP可靠性的一方面。

拥塞控制和流量控制的区别

拥塞控制：拥塞控制是作用于网络的，它是防止过多的数据注入到网络中，避免出现网络负载过大的情况；常用的方法就是：（ 1 ）慢开始、拥塞避免（ 2 ）快重传、快恢复。

流量控制：流量控制是作用于接收者的，它是控制发送者的发送速度从而使接收者来得及接收，防止分组丢失的。

流量控制：滑动窗口

TCP的滑动窗口是动态的，我们可以想象成小学常见的一个数学题，一个水池，体积V，每小时进水量V1，出水量V2。当水池满了就不允许再注入了，如果有个液压系统控制水池大小，那么就可以控制水的注入速率和量。这样的水池就类似TCP的窗口。应用根据自身的处理能力变化，通过本端TCP接收窗口大小控制来对对对端的发送窗口流量限制。应用程序在需要（如内存不足）时，通过API通知TCP协议栈缩小TCP的接收窗口。然后TCP协议栈在下个段发送时包含新的窗口大小通知给对端，对端按通知的窗口来改变发送窗口，以此达到减缓发送速率的目的。

拥塞控制：慢启动，快恢复

真正的解决方案：减慢数据率
互联网解决方案应该是认识到两个潜在的问题的：网络容量，接收者容量，然后单独地处理这两个问题
为此，每个发送者维护两个窗口:
接收者窗口大小反映了目前窗口的容量（容易获取）
拥塞窗口大小反映了网络目前的容量（难，慢启动）
发送者发送的数据字节数是两个窗口中小的那个窗口数

获取接受者窗口的慢启动算法

优化：
快速重传：
快速恢复：乘法减小还是要执行，把阈值变为当前窗口的一半，但是不会吧拥塞窗口设置为一个最大数据段长，而是直接设置为减小后的阈值，再线性增长。

7.UDP协议与TCP的比较

Internet 协议集支持一个无连接的传输协议，该协议称为用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）。UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法

Internet 的传输层有两个主要协议，互为补充。无连接的是 UDP，它除了给应用程序发送数据包功能并允许它们在所需的层次上架构自己的协议之外，几乎没有做什么特别的事情。面向连接的是 TCP，该协议几乎做了所有的事情。

UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。

8.DNS解析：递归查询与迭代查询

理论上一台域名服务器就可以包含整个DNS数据库，并响应所有对该数据库的查询。但实际上，这台服务器会因为负载过重而变得毫无作用。因此DNS名字空间被划分为一些不重叠的区域，然后主机向本地域名服务器不断的进行递归查询，本地域名服务器向根域名服务器进行迭代查询。

所谓的递归是有深度的，迭代是一层之间，反复进行。

9.拥塞控制与流量整形的方法

拥塞控制：资源<负载：逐条抑制或者丢弃分组。
流量整形：调节进入网络的数据流的平均速率和突发数据流，以减小突发带来的拥塞。

10.IP寻址与MAC寻址的差别

适用的网络范围不同，MAC寻址只适合于小型网络；
所依赖的地址结构不同，MAC是平面地址，IP是结构化、层次化地址，其本身携带了位置信息；
所处的OSI模型层数不同；
地址数目的限制，IP地址正在耗尽，而MAC地址暂无耗尽的危险；
两种地址的格式不一样。

11.距离矢量路由与链路状态路由

距离矢量路由距离矢量路由距离矢量路由
曾经被用在INternet中，当时的协议名为RIP协议。P286
在RIP中，超过十五跳在DV中就被认为不可达，这限制了它只能用于小型网络中。

① 存在问题
好消息传的块，坏消息传的慢，因此会产生计数到无穷的问题。虽然A断开了，但是C显示他有一条通向A的路。

路由环路问题。
交换的信息量比较大，收敛比较慢，不适合大型网络。

1、路由选择信息协议（RIP）-一种典型的 D V 路由选择协议。采用了跳数作为量度，量度超过15跳，网络被认为不可达。每30秒钟交换一次矢量。
2、
（1）简单且发现新网络的速度快。但某个路由器失效后，坏消息传的很慢。
（2）不能达到.15’跳以外的网络，且跳数不一定可以反映真实情况。
3、产生了无穷计数问题和环。一个路由只相信邻居，看的不够远。要从本质解决问题，必须站得高，看的远。

链路状态路由LS链路状态路由LS链路状态路由LS
ARPANET一直使用距离矢量路由算法，后来改用链路状态路由算法。导致距离矢量路由算法退位的主要问题在于，网络结构发生变化时，距离矢量路由算法需要太长时间才能收敛到稳定状态（由于无穷计数问题）。

12.为什么有了IP地址还需要MAC地址

IP地址（包裹地址）：
IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。目前还有些ip代理软件，但大部分都收费。
MAC地址（收件人信息）：
MAC地址（Media Access Control Address），直译为媒体访问控制地址，也称为局域网地址（LAN Address），以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网上设备位置的地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链接层则负责MAC地址。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。

原因有四：

一、MAC地址就好比一个人的身份证，有了身份证，你就能知道这个人在哪吗？我们需要利用IP地址来确定这个人的所在区域，在局域网中，可以使用本地的MAC地址进行通信。

二、到达目标机器的局域网之后，ip就没有用了，此时需要利用MAC地址来确定目标机器。因为局域网的IP对应的机器是不固定的，所以，在局域网中使用IP寻址是不严谨的。

三、假定MAC地址就是广播地址，那么所有接受过MAC包的路由器都会把这个消息进行转发，因此目标机器会收到很多重复的包（因为各个接受过该包的路由器都将其转发）。（为了防止上述现象的发生，目前路由器可以做到不转发那些将MAC地址作为广播地址的IP数据包）

四、如果不使用IP地址，那么就需要维护一个极其庞大的MAC地址表，在查找目的机器的时候，就需要向全世界发送数据包，可想而知会造成多大的网络流量。

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