Java面试第一站：计算机网络基础知识

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Java面试中，经常会问到跟计算机网络知识相关的考点，有的小伙伴不是很明白。考察网络知识有什么意义？

因为编程的时候，多数的情况下是不用我们来编写 socket 这些东西的。并且底层服务已经很好的处理了数据包的解析，所以网络方面的东西貌似是不需要我们关心的。实际上，这就类似于框架底层的一些东西，平时能满足我们的需求的时候呢，我们并不会去关心他们。但真要出了问题，比如说性能没办法满足我们的需求了，这个时候如果不熟悉底层的话。我们往往束手无策，此种情况同样适用于网络。比如说你没办法判定此时程序为什么会变慢。是网络的原因，还是别的原因？数据包有没有丢失？为什么会造成大量的 lose weight？为什么会出现大量的连接，丢失等等，因此还是很有必要学习一些网络知识，以备不时之需的。网络知识的考察点通常相对固定些，更偏向于理论，所以本文主要以理论知识为主。希望大家能坚持看完，并且将其攻克。

为了做一下网络知识的系统性的复习，以及为解题做准备，我们首先来简要的了解一下网络协议。当前，市面上分别存在四层，五层，七层协议，而国际标准化组织。ISO 制定的 OSI 七层协议模型 是业界提出来的概念型框架。因此，咱们先来了解一下开放系统互联参考模型及 OSI 七层协议模型。
OSI七层模型
如图便是我们的七层协议，它是由七层来组成的，我们自底而上去看一下。工程学科都是不断迭代的过程，因此七层协议大致是这么进化来的。我们首先要解决两台物理机之间的通信需求，具体就是机器 a，向机器 cb 发送比特流。机器 b 呢，能收到这些比特流，这便是物理层要做的事情，物理层主要定义了物理设备的标准。如网线的类型，光纤的接口类型，各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流及我们所谓的 0101这种二进制数据。将它们转化为电流强弱来进行传输，到达目的后，再转化为 010 的机器码。也就是我们常说的数模转换。模数转换这一层的数据叫做比特。网卡就是工作在这一层里面的。
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第二层就是我们的数据链路层了，在传输比特流的过程中。会产生错传数据传输不完整的可能，因此数据链路层应运而生。数据链路层定义了如何格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据传输的可靠性。本层将比特数据组成了帧，其中交换机工作在这一层里。面对帧解码。并根据帧中包含的信息，把数据发送到正确的接收方。那随着网络节点的不断增加，点对点通信的时候是需要经过多个节点的，那么如何找到目标节点？如何选择最佳路径便成为了首要需求。此时，便有了网络层。

就是我们的第三层，其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层通过综合考虑发送优先权，网络拥塞程度。服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点 a 到另一个网络中节点 b 的最佳路径。由于网络层处理并智能指导数据传送，路由器连接网络隔断，所以路由器属于网络层。此层的数据我们称之为数据包。本层我们需要关注的协议呢，主要是 TCP\IP 协议里面的这个 IP 协议，那么随着网络通信需求的进一步扩大。通信过程中需要发送大量的数据，如海量文件传输的可能需要很长时间，而网络在通信的过程中会中断好多次，此时为了保证传输大量文件时的准确性，需要对发出去数据进行切分。切割为一个一个的段落及 segment 进行发送，那么其中一个段落丢失了该怎么办？要不要重传每个段落，要按照顺序到达吗？这个便是传输层需要考虑的问题了。

传输层解决了主机间的数据传输，数据间的传输可以是不同网络的，并且传输层解决了传输质量的问题。该层称之为 osi 模型中最重要的一层了。传输协议同时进行流量控制，或是基于接收方可接收数据的快慢程度，规定适当的发送速率。除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸，将较强的数据包进行强制分割。例如，以太坊无法接收大于 1500 字节的数据包。发送方节点的传输层将数据呢分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一序列号。以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即称为排序。传输层中需要我们关注的协议有 tcp\ip协议中的 TCP 协议和 UDP 协议。现在我们已经保证给正确的计算机发送正确的封装，过后的信息了，但是用户级别的体验好不好？难道我每次都要去调用 TCP 去打包，然后调用 IP 协议去找路由自己去发？当然不行，所以我们要建立一个自动收发包，自动寻址的功能，于是发明了会话层。
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会话层的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。现在我能保证应用程序自动收发包和寻址了。但我要用 linux 给 WINDOWS 发包两个系统，语法不一致，就像安装包一样。EXE 是不能在 linux 上面去执行的。sell 在 WINDOWS 下也是不能直接运行的，于是需要表示成即 presentation layer。帮我们解决不同系统之间的通信语法的问题，再表示成数据将按照网络能理解的方案进行格式化。这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。此时，虽然发送方知道自己发送的是什么东西。转换成字节数组之后有多长，但接收方肯定不知道。所以应用层的网络协议诞生了，它规定发送方和接收方必须使用一个固定长度的消息头。消息头必须使用某种固定的组成。而且消息头里必须记录消息体的长度等一系列信息，以方便接收，方能够正确的解析发送方发送的数据。应用层旨在让你更方便的应用，从网络中接收到的数据，至于数据的传递。没有盖成，你也可以直接在两台电脑间开干，只不过传来传去就是一堆 1 和 0 组成的字节数组。该层需要我们重点去关注的是，与之相对应的 tcp\ip 协议中的 HTTP 协议以上就是关于 osi 各层次的划分。
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那从应用层开始呢，都会对要传输的数据头部进行处理，加上本层的一些信息。最终由物理层通过以太网，电缆等介质将数据解析成比特流，在网络中传输。数据传递到目标地址。并自底而上的将先前对应层的头部给解析分离出来，这个就是我们的网络数据处理的整个流程。

OSI 是一个定义良好的协议规范集,并有许多可选部分完成类似的任务。它定义了开放系统的层次结构，层次之间的相互关系以及课程所包括的可能的任务。是作为一个框架来协调和组织各层所提供的服务。但是 osi 参考模型并没有提供一个可以实现的方法，而是描述了一些概念。用来协调进程间通信标准的制定及 osi 参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性框架。事实的标准是TCP\IP 四层架构参考模型 TCP\IP 参考模型是首先由阿帕奈所使用的网络体系结构。后来，该结构被美国国防部用来作为计算机网络的标准。由于领头大哥的推动，市面上绝大多数厂商也以该标准为主，用以商用。虽然 tcp\ip 协议呢，并不完全符合 osi 的七层参考模型，但我们依然可以理解为它是 osi 的一种实现。

接下来咱们来讲讲这个主流的协议，从字面上讲，有人可能会认为 TCP\IP是指 TCP 和IP这两种协议实际生活当中有时也确实就是指这两种协议。然而，在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP 或者 ICMP 等等。TCP 或者 udp tell net 或者 FTP 这些等等以及 http 呢都属于 tcp\ip 协议。它们与 TCP 或 IP 的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP\ IP一词呢，泛指这些协议。因此有时也称 TCP\IP 为网际协议群。
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从图里我们得知呢。tcpip 协议呢，与 osi 在分层模块上稍有区别。

TCP\IP 的应用层呢？可以理解为，约等于 osi 中的应用层，表示层和绘画层这三层的组合。同时 osi 的数据链路层以及物理层呢，在 TCP\IP 中被归并为链路层。osi 模型注重通信协议必要的功能是什么。而 TCP\IP 则更强调在计算机上实现协议应该开发哪种程序。从另外一张图里。在数据传输的过程中，我们可以看到和 osi 一样， TCP\IP 的每个分层中呢，都会对所发送的数据呢，附加一个头部。在这个首部中，包含了该层必要的信息。如发送的目标，地址以及协议相关的信息，通常为协议提供的信息为报头的首部所要发送的内容、为数据从下一层角度上看呢？数据被传送到接收端之后再层层解套出来。