一、计算机网络
1. 网络技术概述
1.1 网络性能指标
- 速率：数据传输速率（bps），衡量单位时间传输的二进制位数。
- 带宽：信道最高数据传输速率（理论极限），或网络实际吞吐量（实际传输速率）。
- 时延：数据从一端传至另一端的总时间，包括：
- 发送时延：数据帧从发送端发出到传输介质所需时间（与帧长、速率相关）。
- 传播时延：信号在传输介质中物理传播的时间（与距离、介质速度相关）。
- 处理时延：设备解析、处理数据的时间（如路由决策）。
- 排队时延：数据在缓冲区等待转发的时间（与网络拥塞相关）。
- 吞吐量：单位时间内成功传输的数据量，受带宽、时延、网络拥塞影响。
1.2 网络分类
| 分类维度 | 类型 | 特点 |
|---|
| 地理范围 | 局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、因特网（Internet） | LAN覆盖小范围（如办公室），WAN连接不同城市（如运营商网络）。 |
| 传输介质 | 有线网络（双绞线、光纤）、无线网络（Wi-Fi、蓝牙、4G/5G） | 无线依托电磁波传输，有线稳定性高、速率快。 |
| 拓扑结构 | 星状、树状、总线、环形、网状 | 星状结构易管理但中心结点脆弱；网状结构可靠性高但成本复杂。 |
1.3 5G技术核心特征
- 网络切片（关键考点）：通过虚拟化技术将物理网络切分为多个逻辑独立的虚拟网络（如自动驾驶、高清视频专用切片），各切片的接入、传输、核心网独立，故障不互扰。
- 服务化架构：按需组合网络功能（如按需分配带宽、低时延），灵活支持不同业务（eMBB/URLLC/mMTC）。
2. 组网技术与交换原理
2.1 网络分层模型（OSI七层模型 vs. TCP/IP模型）
| OSI层 | 功能 | 主要协议/设备 | TCP/IP对应层 |
|---|
| 应用层 | 实现具体应用（如邮件、网页） | HTTP、FTP、SMTP、DNS、DHCP | 应用层 |
| 传输层 | 端到端连接（可靠/不可靠） | TCP（可靠）、UDP（不可靠） | 传输层 |
| 网络层 | 分组路由与寻址 | IP、ARP（IP→MAC）、RARP（MAC→IP）、ICMP | 网际层 |
| 数据链路层 | 帧传输与差错控制 | 以太网协议、交换机（基于MAC地址转发） | 网络接口层 |
| 物理层 | 二进制比特传输 | 中继器、集线器、物理线缆（如双绞线） | 物理层 |
2.2 交换机核心功能（基于MAC地址的二层设备）
3. TCP/IP协议族（核心考点）
3.1 应用层协议（端口号必背）
| 协议 | 功能 | 端口号 | 场景 |
|---|
| HTTP | 网页传输 | 80（TCP） | 浏览器访问网站 |
| HTTPS | 加密网页传输 | 443（TCP） | 安全支付、银行网站 |
| FTP | 文件传输（控制+数据） | 21（控制）、20（数据）（TCP） | 上传/下载文件（如服务器文件管理） |
| SMTP | 邮件发送 | 25（TCP） | 客户端发送邮件到服务器 |
| POP3 | 邮件收取 | 110（TCP） | 客户端从服务器下载邮件 |
| DHCP | 动态IP分配 | 67（服务器）、68（客户端）（UDP） | 自动获取IP地址（如家庭路由器分配IP） |
| DNS | 域名解析（域名→IP） | 53（TCP/UDP） | 访问“www.baidu.com”时解析为IP |
3.2 传输层协议对比
| 协议 | 可靠性 | 连接方式 | 适用场景 |
|---|
| TCP | 可靠（确认、重传、流量控制） | 面向连接（三次握手建立连接） | 网页、邮件（需确保数据完整） |
| UDP | 不可靠（无确认） | 无连接（即发即弃） | 视频流、DNS（实时性优先） |
3.3 网络层核心协议
- IP：负责跨网络分组传输，定义IP地址（如192.168.1.10），是网络通信的“地址簿”。
- ARP：已知IP求MAC地址（如主机发送数据前，通过ARP广播获取目标MAC）。
- ICMP：网络诊断工具（如PING命令用于检测连通性，返回时延等信息）。
3.4 DHCP动态IP分配流程（四阶段）
- 发现（DISCOVER）：客户端广播请求IP，寻找DHCP服务器。
- 提供（OFFER）：服务器响应可用IP及租期（默认8天）。
- 请求（REQUEST）：客户端选择某服务器的IP，正式申请。
- 确认（ACK）：服务器确认分配，客户端使用IP。
- 续租机制：租期过半（4天）时申请续租；超过87.5%（7天）时联系其他服务器。
3.5 DNS域名解析（递归查询 vs. 迭代查询）
- 递归查询：主机→本地DNS服务器，服务器必须返回最终IP（如查询“www.abc.com”，本地服务器若不知，会替主机查询根服务器并返回结果）。
- 迭代查询：本地DNS服务器→根服务器→顶级域名服务器→权限域名服务器，逐步获取IP（根服务器只返回下一级服务器地址，不直接解析）。
- 典型问题：若反向解析（IP→域名）失败，需检查PTR记录（反向解析记录）是否配置。
4. 网络规划与设计——冗余设计
4.1 备用路径（高可用性）
- 目标：主路径故障时，备用链路自动接管（如双链路连接路由器）。
- 设计要点：
- 备用路径带宽不低于主路径最低需求。
- 切换时间需满足业务容忍度（如金融业务要求毫秒级切换）。
- 支持自动检测主路径故障（如通过BGP协议检测链路状态）。
4.2 负载分担（高性能）
- 目标：并行链路同时传输流量，提升吞吐量（如服务器多网卡绑定）。
- 实现方式：
- 负载均衡：主备路径相同，流量均匀分配（如Round-Robin算法）。
- 策略路由：按规则分配流量（如视频流走高速链路，文件传输走普通链路）。
- 典型错误：备用路径默认不启用，仅在主路径失效时使用；负载分担需并行链路同时工作。
5. 典型习题与考点总结
- 5G核心技术：网络切片实现虚拟网络隔离。
- 交换机特性：基于源MAC学习，目的MAC泛洪，地址表动态更新。
- 协议端口：SMTP（25）用于邮件发送，DNS（53）支持域名解析。
- DHCP流程：租约过半续租，超87.5%换服务器。
- DNS查询：主机递归查询本地服务器，本地服务器迭代查询根服务器。
二、学习建议
- 分层理解：从应用层（具体功能）到物理层（底层传输），逐层掌握协议与设备的关联（如交换机工作在数据链路层，路由器工作在网络层）。
- 对比记忆：通过表格对比TCP/UDP、递归/迭代查询、备用路径/负载分担等易混淆概念。
- 结合实例：用生活场景类比技术原理（如“MAC地址表=快递分拣员的地址本”，“DHCP=租房流程：申请→分配→续租”）。
- 刷题巩固：重点练习协议端口、交换机工作流程、DNS/DHCP机制等高频考点习题。
通过以上梳理，可系统掌握计算机网络的核心架构、关键协议及工程设计思路，为后续深入学习（如网络安全、SDN/NFV）奠定基础。
