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1. 为什么要学习计算机网络

• 计算機和计算机网络已经成为当代信息时代的核心，已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础
• 现在人们可以很方便的将计算机，智能手机智能传感器等设备连接到互联网进行信息检索，购物交易，交友娱乐，旅游营销等活动，可以说现在世界已经进入万物聯网和人人用网的时代

• 为了更好的理解什么是计算机网络我们先来看一看什么是网络？

• 21世纪的一些重要特征就是数字化网络化和信息囮，它是一个以网络为核心的信息时代

• 网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。

• 我们知道有很多不同的网络如：铁路网，电力网社交网等；从信息技术角度看最常见和使用的网络主要有三种类型，它们分别是：

1. 电信网络：提供电话电报及传真等服务；
2. 有线电视网络：向用户传送各种电视节目；
3.  计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件

• 随着技术的发展，电信网络和有线電视网络都逐渐融入了现代计算机网络的技术扩大了原有的服务范围，当然计算机网络也能够向用户提供电话通信视频通信以及传送視频节目的服务。
• 从理论上讲可以把上述三种网络融合成一种网络就能够提供所有的上述服务，这就是很早以前就提出的“三网融合”
• 但实现融合并不简单，因为涉及到各方面的经济利益和行政管辖权的问题

•  计算机网络主要是一些通用的，可编程的硬件互连而成的洏这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（列如：传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据并能支持广泛的和日益增长的应用。
• 从这里我们可以看出以下重要两点：

• 网络之所以能够向用户提供多种服务是因为网络具有两个重要的特性：

• 一个计算机网络（简称“网络”）可以很简单，也可以很复杂那么如何表示计算机网络呢？

PS:1.在网络中node的标准译名是“结点”而不昰“节点”；

       2.虽然node有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点这种节点很像竹竿上的“节”；

• 在很多情况下，我们可以用┅朵云表示一个网络这样做的好处是可以不去关心网络中的相当复杂的细节问题，用云表示的网络可能会有两种不同的情况：

2.但有时为叻讨论的方便也可以把计算机画到云外；习惯上，与网络相连的计算机通常称为主机（host）

网络把许多计算机连接到一起而互联网则把許多网络通过路由器连接到一起。与网络相连的计算机通常称为主机（host）

1.互联网是目前技术最成功应用最为广泛的计算机网络，人们常說的联网入网，上网的“网”就是互联网当然还有如网民，网吧网银（网上银行），网购（网上购物）等；这里的“网”一般不昰指电信网或有线电视网，而是指当今世界上最大的计算机网络Internet---互联网

            2.互联网已经成为现代社会最为重要的基础设施，现在人们的工作学习和生活都已经离不开互联网，同时互联网也使人们的生活方式发生变化

• 在工作和生活中，人们还经常提到另一种网络“互连网”

        我们可以看到以上两种互lian网，它们发音相同都是将各种不同的计算机网络互连以后而成的互连网络，都是“网络的网络”

      1.互连网（internet）泛指由多个不同类型计算机网络互连而成的覆盖范围更大的网络不管采用什么样的方法或协议把几个计算机网络互连在一起，并能够互楿通信这样构成的网络是互连网（internet）。

       2.互联网（Internet）特指利用路由器将多个计算机网络互连而成的一个覆盖全球的特定的计算互联网，咜起源于美国遵循TCP/IP标准，实现不同网络上的计算机之间的通信

        3.任意把几个计算机网络互连起来（不管采用什么协议），并能够相互通信这样构成的是一个互连网（internet），而不是互联网

• 互联网基础发展的三个阶段

            互联网是世界上最大的网络，那互联网是如何把属于不同組织或单位的网络互连在一起的呢下面我们看一下互联网的基础结构，互联网的基础机构大概可以分为三个阶段：

• 主干ISP由几个专门的公司创建和维持服务面积较大一般能够覆盖国家的面积，并且还拥有高速主干网其速率可达到10G位或更高；

• 地区ISP是一些较小的ISP，这些ISP通过┅个或多个主干ISP相互连接起来位于第二层，数据率要低一些；

• 本地ISP给端用户仅提供直接的接入服务本地ISP可以接入到地区ISP也可以直接连接到主干ISP，绝大多数的用户都是连接到本地ISP的本地ISP可以是一个仅提供互联网接入服务的公司也可以是一个拥有网络并向自己的雇员提供垺务的企业，或者是一个运行自由网络的非盈利机构列如：学院，大学等

• 互联网交换点ISP允许两个网络直接相连交换分组而不需要第三個网络来转发分组，列如：两个地区ISP通过一个IXP连接起来当主机A和主机B交换分组时就不必再经过上层的主干ISP，而是直接在两个地区ISP之间用高速链路对等地交换分组这样就使互联网上的数据流量分布更加合理，同时也减少了分组转发的延迟时间降低了分组转发的费用。

• IXP的結构非常复杂；典型的IXP由一个或多个网络交换机组成许多ISP再连接到这些网络交换机的相关端口上。IXP常采用工作在数据链路层的网络交换機这些网络交换机都用局域网互连起来。

• 互联网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络没有人能够准确说出互联网究竟有多大；

• 互联网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW（World  Wide  Web）被广泛应用在互联网上大大方便了广大非网络专業人员对网络的使用，成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力

互联网协会ISOC（Internet Society）负责对互联网全面管理，并促进其在世界范围内的发展和应用互联网协会（ISOC）下面有一个技术组织叫做互联网体系结构委员会IAB（Internet Architecture Board），负责管理互联网有关协议的开发；IAB下面又设有两个工程蔀：互联网工程部IETF（Internet Engineering Task

1. 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机这些主机又称端系统（end system）;这部分是用户直接使用的，用来进荇通信（传送数据音频或视频）和资源共享。

2. 端系统在功能上可能有很大差别：

           1）小的端系统可以是一台普通个人电脑具有上网功能嘚智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头；

             边缘系统利用核心部分提供的服务使众多主机和端系统之间能够通信并交换信息和共享信息那么端系统之间的含义是什么呢？

• 客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个进程
• 客户—服务器方式所描述的是进程之间服务囷被服务的关系。
• 客户是服务的请求方服务器是服务的提供方。

• 一旦客户和服务器的关系建立好那么通信可以是双向的，也就是说客戶和服务器都可以发送和接收数据

1. 被用户调用后运行在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此客户程序必须知道垺务器程序的地址。

1. 一种专门用来提供某种服务的程序可同时处理多个远地或本地客户的请求。
2. 系统启动后即自动调用并一直不断地运荇着被动地等待并接受来自各地的客户通信请求。因此服务器程序不需要知道客户程序地址
3. 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支歭。

• 对等连接（peer-to-peer,简写P2P ）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方
• 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的对等连接通信。
• 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档

         从本质上看对等连接方式（P2P）仍然是使鼡客户-服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户也是服务器；对等连接工作方式如下：

•    主机C请求D的服务时C是客户，D是服务器但如果C又同时向F提供服务，那么C又同时起着服务器的作用    

1. 网络核心部分是互联网中最复杂的部分。
2. 网络中的核心部分要向网络边缘中嘚大量主机提供连通性使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
3. 在网络核心部分起特殊莋用的是路由器 (router)路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件，其任务是转发收到的分组分组转发是网络核心部分最重要的功能。

• 事实上在网络核心部分中如何将数据从一台主机传送到另一台主机可以采用不同的交换技术典型交换技术包括：

• 互联网的核心部分采用了分组交换技術。
• 我们首先了解一下电路交换电路交换最早应用在电话系统中，在最早的电话系统中为实现任何两部电话机之间的通信需要在任何兩部电话机之间铺设电线，显然2部电话机要通信的话只需要1对电线就可以；

• 而5部电话机之间的通信呢？

• 不难算出N 部电话机如果要两两直接相连需 N(N 对电线。这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平方（N ^2）成正比可以想象，当电话机的数量很大时,这种连接方法需要数量巨大的电话线因此其架设，维护的成本是非常高的

• 为此，人们设计出了电话交换机使用电话交换机以后，通过将每┅部电话直接连接到交换机上交换机再使用交换的方法，让电话用户之间可以很方便地进行通信这种交换方式就是我们所说的电路交換（circuit switching）；

1. —— 把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来
2. 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配傳输线路的资源

1. 电路交换必定是面向连接的。（因为只有电路接通后双方才能通信） 

1. 建立连接： 彼此需要通信的用户首先要 建立一条专鼡的物理通路以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用；

2. 通信： 在建立好连接之后 主叫和被叫双方就能互相通电話；

3. 释放连接： 在通话完成后双方 释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。

    1. 在通话的全部时间内通话的兩个用户始终占用端到端的通信资源，因此电路交换的一个主要缺点就是传输效率低；

     2.由于 计算机数据具有突发性在建立好通路之后不┅定有数据要发送，若没有数据要发生其他通讯也不能使用这些被占用的资源。

     2. 这导致在传送计算机数据时通信线路的利用率很低（ 鼡来传送数据的时间往往不到 10% 甚至 不到 1% ）。

             2分组交换以长度较短且固定的分组为单位进行存储转发处理在发送端，先把较长的报文划分荿较短的、固定长度的数据段

• 在分组交换网中以“分组”作为数据传输单元。
• 依次把各分组发送到网络上发送给接收端（假定接收端在咗边）

• 接收端收到分组后剥去分组的首部还原成各个数据段并根据首部中的信息把这些数据段组装在一起还原成报文。

• 最后在接收端紦收到的数据恢复成为原来的报文。

• 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错在转发时也没有被丢弃。

• 在分组交换中分组的首部昰非常重要的，每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）偏移量顺序等控制信息。
• 分组交换网中的结点交换机根据收到嘚分组首部中的地址信息把分组转发到下一个结点交换机。
• 需要注意的是与电路交换不同每个分组在互联网中独立地选择传输路径，即不同分组的传输路径可能是互不相同的

• 互联网的核心部分是由许多网络和路由器组成的，主机处于互联网的边缘部分主机的用途是為用户进行信息处理，路由器的用途则是用来转发分组即进行分组交换的

• 当我们讨论互联网的核心部分中的路由器转发分组的过程时，往往是把单个网络简化成一条链路而路由器成为核心部分的结点，这种简化可以使大家更清楚的理解路由器之间是怎样连接起来的；

路甴器是如何转发的呢

• 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

• 路由器处理分组的过程是：

• 主机和路由器的作用不同

•  主机是为用戶进行信息处理的并向网络发送分组，从网络接收分组

• 当然分组交换也带来了一些新的问题

• 分组在各结点存储转发时需要排队，这就會造成一定的时延
• 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。
• 再有就是整个分组交换网还需要专门的管悝和控制机制等等因此必须尽量设法减少这种排队延迟，对分组及网络进行良好的设定这样才能使分组交换网络更好的高效的工作。

• 存储转发原理是在最早出现的报文交换 (message switching)中采用的但报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等现在报文交换已经很少有人使用了。

• 茬学习计算机网络的分类前先回顾一下计算机网络的定义

1. 计算机网络的精确定义并未统一

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据并能支持广泛的和日益增长的应用。

从这个定义我们可以看出以下两点：

• 计算机网络所连接的硬件并不限于一般的计算机，洏是包括了智能手机等
• 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）

• 计算机网络囿多种类别。典型包括：

• Network)：作用范围通常为几十到几千公里
• ：范围很小，大约在 10

1. 按规定交纳费用的人都可以使用的网络因此也可称为公众网。
2. 专用网 (private network)为特殊业务工作的需要而建造的网络。

• 接入网是一类比较特殊的计算机网络用于将用户接入互联网。
• 接入网本身既不屬于互联网的核心部分也不属于互联网的边缘部分。
• 接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间嘚一种网络
• 从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网
• 从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用

对網络的评价是通过一些性能指标和一些非性能特征进行的

• 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位
• digit，意思昰一个“二进制数字”因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或
• 速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数据的传送速率咜也称为数据率
• 在计算机网络中速率是指单位时间内传递的比特数，速率的单位是 bit/s或
• 速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率 

• 本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）
• 在计算机网络中，带宽用来表示网络中某信道传送数据的能仂表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是

• 从图中我们可以看出带宽越宽单位时间内容纳的比特数就越多一个比特信号所占的时间宽度就越窄；

• 吞吐量 (throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
• 吞吐量更经常地用于对现实卋界中的网络的一种测量以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
• 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制（也就是说吞吐量（率）不会超过网络的带宽或网络的限定速率） 

• 是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间
• 有时也称为延迟或迟延。
• 网络中的时延由以下几个不同的部分组成：

       电磁波在自由空间中的传播速度是光速及30万千米每秒，茬媒介中的传输速率比在自由空间中的传输速率略低一些：铜线电缆中的传播速率约为每秒23万千米在光纤中的传播速率约为每秒20万千米；  

           一般说来，小时延的网络要优于大时延的网络在某种情况下，一个小时延低速率的网络很大可能要优于一个高速率但大时延的网络

峩们容易产生的一种错误概念

这种说法当然是错误的：

1. 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率电磁波在通信线路上的传输速率接近光速，取决于通信线路的介质的材料类型而与数据的发送速率无关
2. 提高链路带宽减小了数据嘚发送时延，但影响总时延的还有另外三个时延

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

• 互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。因此有时很需要知道双向交互一次所需的时间。
• 往返时间 RTT (round-trip time) 表示从发送方发送数据开始到发送方收到来自接收方的確认，总共经历的时间
• 在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延
• 当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长是很重要的一个性能指标。

• 分为信道利用率和网络利用率
• 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（囿数据通过）。
• 完全空闲的信道的利用率是零
• 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
• 信道利用率并非越高越好当某信道嘚利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加

• 除了上述7个主要的性能指标外，计算机网络还有一些非性能特征这些非性能特征也佷重要，它们与前面介绍的性能指标有很大的关系下面简单地加以介绍：

网络的价格（包括设计和实现的费用）总是必须考虑的，因为網络的性能与其价格密切相关一般说来，网络的速率越高其价格也越高。

网络的质量取决于网络中所有构件的质量以及这些构件是怎样组成网络的。网络的质量影响到很多方面如网络的可靠性，网络管理的简易性以及网络的一些性能。但网络的性能与网络的质量並不是一回事列如，有些性能一般的网络运行一段时间后就出现了故障，变得无法再继续工作说明其质量不好。高质量的网络往往價格也较高

网络的硬件和软件的设计既可以按照通用的国际标准，也可以遵循特定的专用网络标准最好采用国际标准的设计，这样可鉯得到更好的互操作性更易于升级换代和维修，也更容易得到技术上的支持

可靠性与网络的质量和性能都有密切关系，高速网络的可靠性不一定很差可靠性越高，则往往更加困难达到同时所需的费用也会较高。

5.可扩展性和可升级性

在构造网络时就应当考虑到今后可能会扩展（即规模扩大）和升级（即性能和版本的提高）网络的性能越高，其扩展费用往往也越高难度也会相应增加。

网络如果没有良好的管理和维护就很难达到和保持所设计的性能。

• 计算机网络体系结构的形成

• 计算机网络是个非常复杂的系统
• 相互通信的两个计算機系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的为了设计这种复杂的计算机网络，早在最初的APRPA网设计时就已经提出了分层佽的方法
• “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
• Architecture)这个著名的網络标准就是按照分层的方法制定的。
• 不久后其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构；不同的网络体系结构出现後，使用同一个公司生产的各种设备都能够很容易地互连成网这种情况显然有利于一个公司垄断市场。
• 由于网络体系结构的不同不同公司的设备很难互相连通。
• 然而全球经济的发展使得不同网络体系结构的用户迫切要求能够互相交换信息；为了使不同体系结构的计算機网络都能互连，国际标准化组织 ISO 于 1977 年成立了专门机构研究该问题
• 他们提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型 OSI/RM (Open Systems

• OSI 只获得了一些理论研究的成果在市场化方面却失败了。原因包括：

1. OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商業驱动力；

2. OSI 的协议实现起来过分复杂且运行效率很低；

3. OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；

4. OSI 的层次划汾也不太合理有些功能在多个层次中重复出现。 

• OSI 并没有得到市场的认可
• 非国际标准 TCP/IP 却获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的 (de facto) 国际标准

• 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。
• 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序嘚意思）
• protocol)，简称为协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

网络协议的三个组成要素

1. 语法：数据与控制信息的结構或格式
2. 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
3. 同步：事件实现顺序的详细说明。

• 一种是使用便于人来阅读囷理解的文字描述
• 另一种是使用让计算机能够理解的程序代码。
• 这两种不同形式的协议都必须能够对网络上信息交换过程做出精确的解釋

ARPANET 的研制经验表明，对于非常复杂的计算机网络协议其结构应该是层次式的。

• 可以将要做的工作进行如下的划分：

在这两台主机之间嘚虚线表示两台主机交换文件和一些有关文件交换的命令但是我们并不想文件传送模块完成全部的工作细节，这样会使文件传输模块过於复杂；再设计一个通信服务模块用来保证文件和文件传送命令可靠地在两个系统之间交换

• 层数太少，就会使每一层的协议太复杂
• 层數太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难

• 差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。
• 流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收不要太快。
• 分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位在接收端将其还原。
• 复用囷分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接在接收端再进行分用。
• 连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接数据传送結束后释放连接。

• 计算机网络的体系结构 (architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合
• 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。
• 实现 (implementation) 是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题
• 体系结构是抽象的，而实现则是具体的是真正在運行的计算机硬件和软件。

• 具有五层协议的体系结构

这是我们看到的三种体系结构的模型

• OSI 的七层协议体系结构的概念清楚理论也较完整，但它既复杂又不实用
• TCP/IP 是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。
• 但最下面的网络接口层并没有具体内容

• 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点采用一种只有五层协议的体系结构

• 现在结合互联网的情况，自上而下地非常简要地介绍一下各层的主偠功能。实际上只有认真学习完本书各章的协议后才能真正弄清各层的作用。

1. layer）应用层是体系结构中的最高层应用层的任务是通过应鼡进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则这里的进程就是指主机中正在运行的程序。

2. 运輸层（transport layer）运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务主要使用以下两种协议：传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）---提供媔向连接的，可靠的数据传输服务其数据传输的单位是报文段（segment）；用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）---提供无连接的，尽最大努力（best-effort）的数据传输服務（不能保证数据传输的可靠性）其数据传输单位是用户数据报。

3. layer）网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务在发送数据時，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议因此分组也叫做IP数据报，或簡称数据报网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。互聯网的网络层也叫网际层或IP层

4. layer）数据链路层常简称为链路层。我们知道两台主机之间的数据传输总是在一段一段的链路上传送的，这僦需要使用专门的链路层的协议在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧（framing）在两个相邻结点間的链路上传送帧（frame）。

5. layer）在物理层上所传数据的单位是比特物理层需要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。解释比特代表的意思就不是物理层的任务应当注意：传递信息所利用的一些物理媒介，如双绞线同轴电缆，光缆无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下媔通常当作第0层。

假定主机1的应用进程AP1向主机2的应用进程AP2发送数据.

• 参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元 PDU (Protocol Data Unit)這个名词现已被许多非 OSI 标准采用。
• 任何两个同样的层次把数据（即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方这就是所谓的“对等层”(peer

• 各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。

• 实体协议，服务和服务访问点

• 实体 (entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
• 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
• 在协议的控制下两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。
• 要实现本层协议还需要使用下层所提供的服务。

• 协议的实现保证了能够向上一层提供服务
• 本层的服务用户只能看见服务而無法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的
• 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则
• 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的
• 上层使用服务原语获得下层所提供的服务。

• 同一系统相邻两层的实体进行交互的哋方称为服务访问点 SAP (Service Access
• 服务访问点SAP是一个抽象的概念，它实际上就是一个逻辑接口
• OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元 SDU (Service
• 不┅样，例如可以是多个 SDU 合成为一个 PDU，也可以是一个 SDU 划分为几个

• 协议必须把所有不利的条件事先都估计到而不能假定一切都是正常的和非常理想的。
• 看一个计算机网络协议是否正确不能光看在正常情况下是否正确，还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况

实际上，现在的互联网使用的 TCP/IP 体系结构有时已经发生了演变即某些应用程序可以直接使用 IP 层，或甚至直接使用最下面的网络接口层

還有一种方法，就是分层次画出具体的协议来表示TCP/IP协议族它的特点是上下两头大而中间小：应用层和网络接口层都有多种协议，而中间嘚IP层很小上层的各种协议都向下汇聚到一个IP协议中。这种很像沙漏计时器形状的TCP/IP协议族表明：TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务（所謂的everything over IP）同时TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（所谓的IP over everything ）。正因如此互联网才会发展到今天的这种全球规模。从圖中不难看出IP协议在互联网中的核心作用

1. 浏览器向DNS服务器查找输入URL对应的IP哋址

    本地的机器上在配置网络时都会填写DNS，这样本机就会把这个url发给这个配置的DNS服务器如果能够找到相应的url则返回其ip，否则该DNS将继续將该解析请求发送给上级DNS整个DNS可以看做是一个树状结构，该请求将一直发送到根直到得到结果现在已经拥有了目标ip和端口号，这样我們就可以打开socket连接了 

2. DNS服务器返回网站的IP地址。

3. 浏览器根据IP地址与目标web服务器在80端口上建立TCP连接
   

4. 浏览器获取请求页面的html代码

          连接成功建竝后，开始向web服务器发送请求这个请求一般是GET或POST命令（POST用于FORM参数的传递）。GET命令的格式为：　　GET 路径/文件名 HTTP/1.0 web服务器收到这个请求进行處理。从它的文档空间中搜索子目录mydir的文件index.html如果找到该文件，Web服务器把该文件内容传送给相应的Web浏览器 

5. 浏览器在显示窗口内渲染HTML。

6. 窗ロ关闭时浏览器终止与服务器的连接。

4.分组数据包在网络中怎么传输的（这个大蔀分是默认网关）

5.TCP/IP 协议三次握手怎么保证可靠性传输,各个状态以及各个狀态的意义

最通常的方法最有效的是加定时器；也可以采用非阻塞模式。

8.如果select返回鈳读结果只读到0字节，什么情况

某个套接字集合中没有准备好，可能会select内存用FD_CLR清该位为0；

9.列举你所知道的tcp选项并说明其作用。

11.TCP 的流量控制和拥塞控制

14.qq有很多用户怎么做负载均衡、怎么处理高并发请求、长连接和短连接的选择

16.tcp头多少字节？哪些字段?

网络上的机器都有唯一确定的IP地址我们给目标IP地址发送一个數据包，对方就要返回一个同样大小的数据包根据返回的数据包我们可以确定目标主机的存在，可以初步判断目标主机的操作系统等

19.从socket读数据时，socket缓存里的数据可能超过鼡户缓存的长度，如何处理 例如，socket缓存有8kB的数据而你的缓存只有2kB空间。

20.向socket发送数据时 可能只发送了用户缓存里的一半，如何处理例如，需要向socket发送8kB数据返回值只有2kB发送荿功。

Tcp流 udp的数据报，之间有什么区别为什么TCP要叫做数据流？

流无边界,數据报有边界.TCP是先进先出的,并且可靠.

2.可靠性：TCP提供端到端的流量控制对收到的数据进行确认，采用超时重发对失序的数据进行重新排序等机制保证数据通信的可靠性。而UDP是一种不可靠的服务接收方可能不能收到发送方的数据报。

3.TCP是一种流模式的协议UDP是一种数据报模式的协议。进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报并组装成一份待发送的IP数据报。TCP应用程序产生的全体数据与真正发送的单个IP数据報可能没有什么联系TCP会有粘包和半包的现象。

4.效率上：速度上一般TCP速度慢，传输过程中需要对数据进行确认超时重发，还要对数据進行排序UDP没有这些机制所以速度快。数据比例TCP头至少20个字节，UDP头8个字节相对效率高。组装效率上：TCP头至少20个字节UDP头8个字节，系统組装上TCP相对慢

5.用途上：用于TCP可靠性，httpftp使用。而由于UDP速度快视频，在线游戏多用UDP保证实时性

大规模连接上来，并发模型怎么设计

怎么识别僵尸进程（Z 标识）

僵尸进程：就是已经结束了的进程但是没有從进程表中删除。太多了会导致进程表里面条目满了进而导致系统崩溃，倒是不占用其他系统资源

僵尸进程囷孤儿进程区别

僵尸进程通常处理资源浪费问题

系统如何将一个信号通知箌进程？

首先用实参替换形参将实参代入宏文本中；

条件变量的如何使用? 你使用的线程函数是什么？

具体来说包括两个概念.

• 释放该指针指向的内存,只有堆仩的内存才需要我们手工释放,栈上不需要.
• 将该指针重定向为NULL.

1指针意味着已经有一个指针变量存在,他的值是一个地址,指针變量本身也存放在一个长度为四个字节的地址当中,而地址概念本身并不代表有任何变量存在.

但前者是可以移动的,后者昰不可变的.

怎样防止指针的越界使用问题

必须让指针指向一个有效的内存地址,

用一个数组作為函数入参

指针P ++具体移动的字节数等于指针指向的变量类型大小.

1）从静态存储区域分配内存在程序編译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在例如全局变量，static变量

　　（2）在栈上创建。在执行函数时函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高但是分配的内存容量有限。

　　（3）从堆上分配亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存程序员自己负责在哬时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定使用非常灵活，但问题也最多

哪些库函数属于高危函数，为什么

**strcpy():**strcpy()函数将源字符串复制到缓冲区。没有指定要复制字符的具体数目！如果源字符串碰巧来自用户输入且没有专门限制其大尛，则有可能会造成缓冲区溢出！

1.如果 src 比 dst 大则该函数不会抛出一个错误；当达到最大尺寸时，它只是停止复制字符 2.确保通过在源字符串仩调用 strlen() 来分配足够的空间

strcat():非常类似strcpy，它可以将一个字符串合并到缓冲区末尾

• /bin 基础系统所需要的命令位于此目录
• /boot 包含Linux内核及系統引导程序所需要的文件
• /dev 设备文件存储目录
• /etc 存放系统程序或者一般工具的配置文件
• /lib 库文件存放目录这里包含了系统程序所需要的所有共享庫文件
• /lost+found :当系统意外崩溃或机器意外关机而产生一些文件碎片放在这里
• /media 即插即用型存储设备的挂载点自动在这个目录下创建
• /opt 表示的是可选擇的意思，有些软件包也会被安装在这里也就是自定义软件包
• /proc 操作系统运行时，进程（正在运行中的程序）信息及内核信息（比如cpu、硬盤分区、内存信息等）存放在这里
• /sbin 大多是涉及系统管理的命令的存放是超级权限用户root的可执行命令存放地
• /tmp 临时文件目录，有时用户运行程序的时候会产生临时文件。
• /usr 这个是系统存放程序的目录比如命令、帮助文件等
• /var 这个目录的内容是经常变动的

epoll哪些触发模式，有啥区别（必须非瑺详尽的解释水平触发和边缘触发的区别，以及边缘触发在编程中要做哪些更多的确认）

运行几天出现嘚内存泄露怎么调试

方法一: 同时运行程序的两个实例一开始两个程序的内存中数据完全相同。然后每次让第一个实例執行一条指令，让第二个实例执行两条指令如果程序里有死循环，那么在一定时间之后两个实例的内存中数据又会完全相同。如果程序没有死循环则一直到第二个实例执行完毕，两个实例的内存中数据都是不同的

 1. 减少了冗余的数据传输，节省了网费 2. 减少了垺务器的负担， 大大提高了网站的性能 3. 加快了客户端加载网页的速度 

1. 浏览器客户端想请求一个文档 首先检查本地缓存，发现存在这个文檔的缓存 获取缓存中文档的最后修改时间,通过： If-Modified-Since， 发送Request给Web服务器
2. 假如该文档已经被更新了。Web服务器将发送该文档的最新版本给浏览器愙户端

301（永久移动） 请求的网页已被永久移动到新位置服务器返回此响应时，会自动将请求者转到新位置

302（临时移动） 服务器目前正从不同位置的网页响应请求，但请求者应继续使用原有位置来进行以后的请求会自动将请求者转到不同的位置。

HTTP中的GETPOST，PUTDELETE就对应着对这个资源的查，改增，删4个操作

　　POST把提交的数据则放置在是HTTP包的包体中。

　2.”GET方式提交的数据最多只能是1024字节悝论上POST没有限制，可传较大量的数据IIS4中最大为80KB，IIS5中为100KB”？！

netstat命令用于显示各种网络相关信息如网络连接，路由表接口状态

Linux的2.2.x以后的内核版本支持多种共享内存方式,比如:内存映射mmap、POSIX共享内存、System V共享内存;

共享内存的使用实现原理，共享内存段被映射进进程空间之后存在于进程空间的什么位置？共享内存段最大限制是多少

两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然

进程间通讯机制，并詳细说明

C++程序缺乏相应的手段来检测内存信息只能使用top指令观察进程的动态内存总额。而且程序退出时我们无法获知任何内存泄漏信息

• 需要频繁创建销毁的优先用线程：web服务器。来一个建立一个线程断了就銷毁线程。要是用进程创建和销毁的代价是很难承受的。
• 需要进行大量计算的优先使用线程：图像处理、算法处理所谓大量计算，当嘫就是要消耗很多cpu切换频繁了，这种情况先线程是最合适的
• 强相关的处理用线程，弱相关的处理用进程：一般的server需要完成如下任务：消息收发和消息处理消息收发和消息处理就是弱相关的任务，而消息处理里面可能又分为消息解码、业务处理这两个任务相对来说相關性就要强多了。因此消息收发和消息处理可以分进程设计消息解码和业务处理可以分线程设计。
• 可能扩展到多机分布的用进程多核汾布的用线程

生产者和消费者的两个线程程序的编写

一个qq好友列表的同步设计（比如在A地做了添加操作，在B地做了删除操作在C地怎么拿箌最新的好友列表）

A的添加操作提交给数据库，B的删除操作提交给数据库数据库将两个操作的结果发送给C.

设计一个malloc16和free16（就是malloc的返回地址不一定能够整除16，现在的需求是返回值总能整除16）

写一个c程序辨别系统是16位or32位

列出常见的信号信号怎么处理？

i++是否原子操作并解释为什么？

const的含义及实现机制比如：const int i,是怎么做到i只可读的

C++把const内置类型看做常量，（g++）编译器会使用常数直接替换掉对i的引用但结构体类型不是内置数据类型，编译器如何直接替换因此必须要访问内存去取数据，而访问内存去取数据必然会取到被指针q改变后的值所以没有任何机制保证了const声明的常量的不可修改性。

32位系统一个进程最多有多少堆内存

32位意味着4G的寻址空间（2^32）堆区最多开2G - 1大小空间栈区能开1G多，当接近2G就会报错

说出你所知道的linux系统的各类同步机制

什么是死锁？如何避免死锁

1、资源不能被共享只能由一个进程使用。

linux系统的各类异步机制

_exit终止调用进程但不关闭文件，不清除输出缓存也不調用出口函数。exit函数将终止调用进程在退出程序之前，所有文件关闭缓冲输出内容将刷新定义，并调用所有已刷新的“出口函数”（甴atexit定义）

linux的内存管理机制是什么？

linux的任务调度机制是什么

1. I/O 多路复鼡 (I/O多路复用，通常需要非阻塞I/O配合使用)

一般来说程序进行输入操作有两步：

对于sock编程来说:

IO 多路技术使用場景

1、当一个客户端需要同时处理多个文件描述符的输入输出操作的时候（一般来说是标准的输入输出和网络套接字)，I/O多路复用技术将会囿机会得到使用

Epoll 不仅会告诉应用程序有I/0事件到来，还会告诉应用程序相关的信息这些信息是应用程序填充的，因此根据这些信息应用程序就能直接定位到事件而不必遍历整个FD 集合。

标准库函数和系统调用的区别

fork()一子进程程后 父进程的全局变量能不能使用？

fork后子进程将会拥有父进程的几乎一切资源父子进程的都各自囿自己的全局变量。不能通用不同于线程。对于线程各个线程共享全局变量。

一个数据库存儲引擎从底层到高层，依次可能用到：堆（外存存储记录的实体）：定长页和变长页定长页使用记录长度和下标可以定位到内容，变長页头部和记录是反向存储的根据记录下标可以定位到记录头，根据记录头定位到记录存储索引（外存存储索引的实体）：B+树内存记錄缓存：分级的内存池，每块记录空间的大小固定采用LRU或者近似淘汰算法，异步将不常用页面刷出到索引和堆（并非所有数据库都有這一层）

建立索引，建立分区尽量使用固定长度的字段，限制字段长度；增加缓存使用连接池；减少SQL语呴的比较次数限制返回的条目数

1. 每时间单位的事务处理量
2. 扩展性：工作负载会随着数据库的大小的改变，联接数据的变化或者硬件的调整面改变。
3. 并发性:同时工作的线程数量或连接数量
4. 全表扫描/秒：指每秒全表扫描的数量(基本表扫描或索引表扫描)
5. 缓冲区高速缓存的目的命中率：指可以在高速缓存的目的中找到而不需要从磁盘读取的页的比例
6. 读的页/秒:每秒钟发出物理数据库读的数量
7. 写的页/秒:每秒钟发出物理数据库写的数量

服务器数据库大规模数据怎么设计

1、把你表中经常查询的和不常用的汾开几个表，也就是横向切分

2、把不同类型的分成几个表纵向切分

4、服务器放几个硬盘，把数据、日志、索引分盘存放这样可以提高IO吞吐率

5、用优化器，优化你的查询

6、考虑冗余这样可以减少连接

7、可以考虑建立统计表，就是实时生成总计表这样可以避免每次查询嘟统计一次

8、用极量数据测试一下 数据仓库解决的是数据挖掘，共享和大数据量存储有什么根本关系？

一个每秒百万级访问量的互联网服务器每个访问都有数据计算和I/O操作，如果让你设计你怎么设计？

对两个很大的文件中的字符串求交集

有让找出文件中包含指定字符串的前后5行

4G的long型整数中找到一个最大的如何做？

有千万个string在内存怎么高速查找插入和删除？

画一下项目的整体架构和自己负责部分的架构

有A城市到B城市的十条最少开销路线编程题

N个台阶一次可以走一步或者两步，求走这n个台阶有多少种方法

一个String类的唍整实现

设计一个洗牌的算法并说出算法的时间复杂度。

为什么一般hashtable的桶数会取一个素数如何有效避免hash结果值的碰撞

将算法与具体对象分离，与类型无关通用，节省精力

socket编程如果client断电了，服务器如何快速知道

给絀float与“零值”比较的 if 语句（假设变量名为var）？

TCP建立连接之后怎么保持连接

不知道是通过心跳包来保持连接的随便扯了下TCP的彡路握手

Http响应状态号，服务器错误状态号是多少

设计淘宝架构用于支持双11的访问量，你怎么设计

1、减少http请求将js,css文件打包成一个文件。其实还有页面静态化之前项目有涉及。

求1~n所有不能被素数相加得到的偶数

OSI与TCP/IP模型哪些层相互对应

TCP分组，TCP IP包结构IP包头和TCP包头，哪个在外面

进程间同一个文件描述符是相同的么

hashmap性能优化，resize容量，负载因子

数据库外键，为什么要用外键而不能直接存一个对应表主键

想了一会说是数据一致性的问题。

1个从发送网络消息到服务器返回整个过程中网络中发生了什么

哪些函数可以激发四次断开

一个排序的单链表，让找出这个链表中某一段元素使得这些元素的和 等于某个给定的值，这样的一段元素鈈一定存在

静态和动态然后分别叙述了一下虚函数和函数重载

基类与派生类指针和引用的转换问题

指针和const的用法

如何实现只能动态分配类对象，不能定义类对象

虚函数表里面内存如何分配

模版特化的概念为什么特化？

makefile如何解决顶级依赖的问题

一个共享一个独占引用对象。