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测试开发基础|一文搞定计算机网络(一)

测试开发基础|一文搞定计算机网络(一)

原创 月 关 [霍格沃兹测试学院](javascript:void(0):wink: 6月6日

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。

因特网概述

1.1 计算机网络关键词

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

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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

  • 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

1.2 多层次ISP结构的因特网

  • 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:

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~

1.3 因特网的组成

1.4 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

  • 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

1.6 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)

1.7 计算机网络的体系结构

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

1.8 网络安全和OSI参考模型

1.9 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:

1.10 数据发送的过程

  • 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。

2、本章相关面试题

》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

》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)

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。