计算机基础

• 包含硬件、软件、网络、数据通信

• 知识体系庞大、复杂。详细知识有需要直接百度，本文仅作为重点内容总结，知识索引。目的在于快速搭建知识框架，了解重点内容。

硬件

网卡 NIC

• Network Interface Card，网络接口卡、网卡，是计算机与网络介质之间的电气连接设备，它负责传输和确认比特数据流以及网络地址。网卡的参数包括带宽速度、总线方式和电气接口方式等

• 网卡型号区分：

  • 有Gigabit、1000M 相关字样说明是—千兆网卡

  • 有10GB、10-Gigabit相关字样说明是—万兆网卡

  • 没有以上信息说明是—百兆网卡

  • 命令：

    ethtool 网卡名

    ip a # 查看网络信息（网卡、ip）

    ethtoo 网卡名 # 查看网卡信息

• 常见名称：

  • 网卡名称通常是由系统或者特定的网络管理工具自动分配或者设置的
    • eth0:1、eth1:1：冒号前面的部分代表物理网卡名称，冒号后面的数字代表该物理网卡接口编号
  • eth 网卡则是旧的命名规则，其命名方式是根据网卡的驱动程序来确定的
  • eno 指以太网接口，eno网卡是新的命名规则，这种命名方式是根据网卡的物理位置和连接方式来确定的
  • vmbr 指虚拟机桥接网卡
  • br-lan，用于在Linux系统中的LAN口设备桥接，它是在eth0.1和rai0的基础上虚拟出来的设备，可以把有线LAN口和无线网统一划分为LAN，便于管理
    • eth0.1是虚拟VLAN网卡，是由物理网卡加入到不同的VLAN而生成的。当物理网卡被加入到某个VLAN时，将生成一个相应的虚拟VLAN网卡，称为子网卡，其网络接口名是eth0.1、eth1.2等
    • rai0在Linux中是一个虚拟设备，表示无线接口的回环地址。它通常用于测试和调试阶段，帮助无线设备进行数据传输。在生产环境中，通常不会使用rai0接口。
  • lo 表示本地回环接口
  • wlan 表示无线网络接口，
  • bond0，Linux系统下配置的网络接口，它通过将多个物理网卡接口绑定在一起，形成一个虚拟的网络接口，可以增加服务器可靠性，同时可增加网络带宽，提供稳定的网络服务。bond0需要至少两个物理网卡来工作，一般将其命名为eth0和eth1，其中一个是主网卡，另一个是备份网卡。当主网卡失效时，备份网卡会自动接管，从而保证机器仍能对外服务，工作原理是传输数据包顺序是依次传输，即第1个包走eth0，下一个包就走eth1等，一直循环下去，直到最后一个传输完毕
  • docker0网卡是Docker在安装后自动创建的虚拟网桥，作用是连接在其上的设备转发数据帧。类似于交换机，所有在docker0网桥上的设备都处于同一个网络环境。从docker0子网中分配一个IP给每个容器使用，并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。此外，Docker在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备，一端放在新创建的容器中并命名为eth0（容器的网卡），另一端放在主机中，以vethxxx这样类似的名字命名，并将这个网络设备加入到docker0网桥中。容器不会虚拟出自己的网卡，配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口进行通信。

CPU

• cpu=运算器+控制器

系统性能指标

• 数据通路带宽，数据总线一次能并行传输信息的位数
• 吞吐量（Throughput），指系统在单位时间内处理或传输的数据量。通常以GB/s或GB/min为单位进行衡量。
• 延迟（Latency），系统处理或传输数据所需的时间。通常以ms或s为单位进行衡量
• 可扩展性（Scalability），可靠性（Reliability），可用性（Availability），可维护性（Maintainability）

存储

• 主存储器、辅助存储器
  • 主存储器就是内存，辅助存储器就是磁盘
• 计算机存储单位
  • GB，gigabyte，通常用于表示硬盘、U盘等存储介质的容量大小，数据通信中表示传输速率，十进制的容量单位，1000
  • GiB，gibibyte，通常用于计算和表示计算机内存和文件大小，二进制的容量单位，1024
    • 计算机网络的传输速率单位中，有时会使用到Mibit/s或Gibit/s等单位，但这些单位通常都是在计算机内部计算时使用，而不是在通信协议或标准中常用的单位

电口、光口

电口

• 服务器和网络中对于RJ45(网口)、双绞线、同轴电缆等传输电信号线材接口的统称，处理电信号———-连接电解质线材的接口

电口模块（光转电模块）

• 把光信号转化为电信号，接网线，传输电信号，接口类型为RJ45

• 支持热插拔，常见类型有SFP、SFP+等，10G SFP+电口模块也被称为万兆电口模块，它的速率是10G

• 电口模块通常和五类、六类、超六类或七类网线一起使用

光口

• 光口就是光纤插口，接光纤，传输光信号，交换机上的光口一般使用光模块

光口模块

• 光纤传输分为单模光纤和多模光纤，因此有了单模模块和多模模块。

  • 多模光纤传输距离近，模块中一般标示SR（Short Range短距离），或者LRM（Long Reach Multimode长度延伸多点模式）；

  • 单模光纤传输距离远，常见标示LR（Long Range长距离）；ER（Extended Range超长距离）；ZR（Ze best Range最长距离）

• 光纤跳线：又称光纤连接器，指光缆两端都装上连接器插头，用来实现光路活动连接;
  • 光纤跳线和模块相互之间不可以互用

网线

• 最常用线序：568b，橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

• 分类：

  • 五类：网线外侧标记 CAT.5

  • 超五类：网线外侧标记 CAT.5e

  • 六类：网线外侧标记 CAT.6

  • 超六类：网线外侧标记 CAT.6a / 6e

  • 七类：网线外侧标记 CAT.7

以太网供电 POE

是一种可以在以太网路中透过双绞线来传输电力与资料到装置上的技术。以太网供电技术的出发点是让IP电话、WLAN接入点、网络摄像头等小型网络设备，可以直接从以太网线（4对双绞线中空闲的2对来传输）获得电力，无需单独铺设电力线，以简化系统布线，降低网络基础设施的建设成本

软件

计算机系统

• 计算机系统=硬件系统+软件系统

  • 硬件是这个计算机的物理基础，计算机的硬件决定了这个计算机天花板，瓶颈在哪

    软件决定了我们可以将计算机的性能发挥到怎样的程度

软件系统

• 

防火墙 Firewall

• 建立在内部网络与外部公共网之间的一种安全隔离技术，为内外网的通信提供一个安全屏障

网络

计算机网络

• * *

网络指标

• 比特：bit，简写b，也叫位，是计算机内部数据存储的最小单位，表示信息的最小单位，用于描述数据的存储和传输，是二进制数的一位，可以表示0和1两种状态，

• 字节：byte，简写B，是计算机中数据处理的基本单位，由八个二进制位构成 ，1B=8b，用于表示数据的最小存储单位和某些数据类型的固定大小

标准

• 标准化工作

  • 实现不同厂商硬件、软件之间相互连通，必须遵循统一的标准

• 标准化工作相关组织

  • 

• IEEE802标准

  

速率

带宽

• 网络设备所支持的最高速度，带宽是一个理想状态，一般不会达到

  

吞吐量

• 吞吐量永远小于带宽

网络时延

时延带宽积

RTT

• 往返时延

  
• 

利用率

分层结构

• 对于具体数据的传输 上一层的PDU 会作为下一层的SDU与下一层的PCI想加继续组成下一层的PDU

• 封装

  封装：当应用程序发送数据的时候，数据在协议层次当中自顶向下通过每一层，每一层都会对数据增加一些首部或尾部信息，这样的信息称之为协议数据单元（Protocol Data Unit，缩写为 PDU），在分层协议系统里，在指定的协议层上传送的数据单元，包含了该层的协议控制信息和用户信息。
  物理层（一层）PDU 指数据位（Bit）
  数据链路层（二层）PDU 指数据帧（Frame）
  网络层（三层）PDU 指数据包（Packet）
  传输层（四层）PDU 指数据段（Segment）
  第五层以上为数据（data）

• 分用：当主机收到一个数据帧时，数据就从协议层底向上升，通过每一层时，检查并去掉对应层次的报文首部或尾部，与封装过程正好相反。

• 

• 分层基本原则

  

OSI 模型

• OSI（开放式系统互联）模型是一个由国际标准化组织（ISO）定义的模型，用于描述计算机网络中的通信协议。

层次结构

通信过程

• 高层(7、6、5、4)定义了应用程序端到端的功能，下面3层(3、2、1)主要通过网络点到点的数据流

• 其实就是一个a端打包，b端拆包的过程，A 走7654321，B 走1234567

  注意：数据链路层不仅增加了头部，还增加了尾部

  

分层详解

• 应用层：所有能和用户交互，产生网络流量的程序

  • 协议：HTTP，HTTPS，FTP，DNS，POP3，SMTP，WWW，Telnet

• 表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法、语义）

  • 功能：数据格式转换、数据加密解密、数据压缩恢复

  • 协议：JPEG、ASCII

• 会话层：想表示层实体/用户进程提供建立并在连接上有序的传输数据，这就是会话，也是建立同步（SYN）

  • 功能：

    • 建立、管理、终止会话
    • 使用校验点，可以让会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步

  • 协议：SSH、RPC

• 传输层：负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信

  • 传输单位：报文段、用户数据报

  • 功能：

    • 可靠传输、不可靠传输
    • 差错控制、流量控制
    • 复用分用
      • 复用：多个应用层的进程可同时使用传输层的服务
      • 分用：传输层讲收到的信息，分别交给应用层中相应的进程

  • 协议：TCP、UDP

• 网络层：把分组从源端传到目的端，为分组交换网上不同的主机，提供通信服务

  • 传输单位：数据报
  • 功能：
    • 路由选择，选择最佳路径
    • 流量控制，控制主机的传输速度
    • 差错控制，看分组有没有差错，有就纠正，不能纠正就丢掉
    • 拥塞控制，控制全局的传送，包括主机，中间节点
  • 协议：IP，IPX，ICMP，ARP

• 数据链路层：把网络层传下来的数据组装成帧

  • 传输单位：帧

  • 功能：

    • 组装帧，定义帧的开始和结束
    • 差错控制，帧错+位错
    • 流量控制
    • 访问/接入控制，控制对信道的访问

  • 协议：ARP、RARP、PPP、STP、SDLC、HDLC

  • 交换机 Switch

    • 交换机功能，将终端节点设备连接到网络。

    • 实现局域网内的通信，主要作用就是实现不同vlan之间的通信

    • 三层交换机

      • 带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”

      • 三层交换 = 二层交换 + 三层转发

      • 路由：数据包 转发

        交换：数据帧 找mac地址

• 物理层：在物理媒介上实现比特流的传输

  • 传输单位：比特
  • 功能：
    • 定义接口特性、定义传输速率
    • 定义传输模式（单工、半双工、双工）
      • 单工：定义号了发送方、接收方，只能单项通信
      • 半双工：既可以当发送方也可以当接收方，但同一时间只能有一人讲话
      • 双工：两人可以同时说话
    • 比特同步
    • 比特编码：用高低电平表示0和1
  • 协议： V.24，RJ45，E802.3

TCP/IP 模型

• TCP/IP协议簇，代表一组协议，TCP和IP只是其中的两个最重要协议

层次结构

• 标准定义的TCP/IP模型为四层模型，没有对网络接口层进行明确的细分，但是在使用TCP/IP模型时，一般会网络接口层分为链路层、物理层

  用以综合OSI模型和TCP/IP模型的优点

  
  • 应用层：支持各种网络应用
  • 传输层：进程—进程的数据传输
  • 网际层：源主机到目的主机的数据分组、路由转发
  • 数据链路层：将网际层传递的数据报封装成帧
  • 物理层：比特传输

• osi参考模型和tcp/ip参考模型对比

  • 相同点

    • 可以实现异构网络互联，基于独立的协议栈概念，都有分层

  • 不同点

    

• 通信过程

  

应用层

网络应用模型

集中式网络

• 也称为单体架构

  集中式系统中一个独立的应用包含整个项目，所有的东西都在里面。部署到一个服务器上。 布署项目时，放到一个tomcat里的

分布式网络

• 着公司的发展，应用的客户变多，功能也日益完善，加了很多的功能，整个项目在一个tomcat上跑，tomcat说它也很累，能不能少跑点代码，这时候 就产生了。

  我们可以把大项目按功能划分为很多的模块，比如说单独一个系统处理订单，一个处理用户登录，一个处理后台等等，然后每一个模块都单独在一个tomcat中跑，合起来就是一个完整的大项目，这样每一个tomcat都非常轻松

• 特征：

  • 多台计算机构成
  • 计算机之间通过网络进行通信
  • 彼此进行交互
  • 共同目标 有共同的功能

P2P架构

C/S架构

Client/Server架构或客户端/服务端架构，主要特点是交互性强、具有安全的存取模式、网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据。但是该结构的程序是针对性开发，变更不够灵活，维护和管理的难度较大。通常只局限于小型局域网，不利于扩展。并且，由于该结构的每台客户机都需要安装相应的客户端程序，分布功能弱且兼容性差，不能实现快速部署安装和配置，因此缺少通用性，具有较大的局限性。

B/S架构

Browser/Server架构或浏览器/服务器端架构，它的主要特点是只安装维护一个服务器（Server），而客户端采用浏览器（Browse）运行软件。B/S结构应用程序相对于传统的C/S结构应用程序是一个非常大的进步。 B/S结构的主要特点是分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、总体拥有成本低。但数据安全性问题、对服务器要求过高、数据传输速度慢、软件的个性化特点明显降低。

• 对比

  • C/S是客户端和服务器端，例如QQ，大型游戏LOL等，都是通过点击登录开启客户端输入账号密码进行登录，服务器端进行存储用户所创建的所有账号以及密码，该架构主要优点是安全性高，因为每个用户自己电脑上都要安装客户端，因此每个客户端是独立的，响应速度会很快，用户体验好，但是维护会很差，比如游戏进行维护，每个用户都需要自行进行更新，

    • 常见的C/S架构开发例如安卓。

  • B/S是浏览器服务器端，只需要有一个浏览器，用户通过不同网址（URL）访问不同的服务器端程序，因为是通过输入网址访问，所以维护就会比较方便，不需要像C/S那样每个用户都需要进行维护，而是该服务器提供维护即可，维护成功后，用户只需重新登录即可看到最新维护后的网页，但是因为是多个用户看同一个网页，进入同一个服务器端，如果人数很多，数据传输就会很慢，用户就会出现卡顿等问题，因此该模式对服务器要求高，

    • 常见的B/S架构开发例如web。

  • 相比于CS管理软件，BS在安装部署、升级维护、设备带宽、软件学习推广成本等方面都有无可比拟的优势。BS管理软件的用户在客户机上无需安装任何软件，使用浏览器即可访问系统。系统让企业扩张不再需要额外投入更多信息化的资金，让系统培训和后期推广都变得非常容易，管理模式变得可复制。

    可用性：任何时间、任何地点、任何系统，只要可以使用浏览器上网，就可以使用BS系统的终端，更多的系统用户加入时只需设立账号、培训即可，并支持移动办公和分布式办公。CS是典型的集中式机械化处理，交互性相对低。

  • C/S 一般建立在专用的网络上，小范围里的网络环境，建立在局域网的基础上的；而B/S是建立在广域网的基础上的。不必有专门的网络硬件环境，只要有操作系统和浏览器就行。

DNS系统

• 域名解析服务器（Domain Name System），把域名网址翻译成IP地址

  
• 

FTP协议

电子邮件 e-mail

SMTP协议

MIME协议

POP3协议

IMAP协议

www和HTTP协议

HTTP协议

• 连接方式

  

• 报文结构

  

传输层

端口 port

• IP 地址是用来发现和查找网络中的地址，但是不同程序如何互相通信呢？这就需要端口号来识别了。如果把 IP 地址比作一间房子，端口就是出入这间房子的门。

• 服务器的默认程序一般都是通过端口号来识别的。

  • 常用协议对应端口号：

    SSH 22
    FTP 20 和 21
    Telnet 23
    SMTP 25
    TFTP 69
    HTTP 80
    SNMP 161

TCP协议

TCP连接管理

UDP协议

传输层设备

网关 GateWay

• 是一个网络设备或软件，其作用是将两个使用不同协议的网络段连接在一起。网关可以是一个硬件设备，如路由器、服务器等，也可以是一个软件程序

• 工作在传输层，用于两个高层协议不同的网络互连，又称网间连接器、协议转换器，实质上是一个网络通向其他网络的IP地址，使得不同的网络可以相互通信

• 一般指TCP/IP协议中的网关，只有设置好网关的IP地址，TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信

• 默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。

• 网关在网段内的可用ip中选一个，一般用的是第一个和最后一个

VPN

• 虚拟专用网络，在公用网络上建立专用私有网络，VPN网关通过对数据包的加密和数据包目标地址的转换实现远程访问

网际层

IP协议

Internet Protocol

• IP负责在两个没有直连的两个网络之间进行通信，将数据包发送给最终目的的主机
• 在 TCP/IP 参考模型中处于第三层，也就是网际层

IPv4

• 32位二进制数组成，以 . 划分8位一组共4组，用点分十进制的表示方式
• ip=网络号+主机号
  • 网络号表示其所属的网络段编号
  • 主机号则表示该网段中该主机的地址编号

IPv6

• 128位十六进制数组成，以 : 划分16位一组共8组
• 有更好的安全性和扩展性, IPV4 和 IPV6不能兼容

静态ip、动态ip

• 静态ip，static，将固定IP地址持续分配给主机
• 动态ip，DHCP协议，自动分配IP地址给用户

127.0.0.1

• 回环地址，用于测试时在本地运行并从本地访问服务
• localhost
  • IPv4指向 127.0.0.1
  • IPv6指向 ::1

子网掩码 NetMask

• 形式上是网络号全为1，主机号全为0的IP地址
  • ip=网络号+主机号，主机号=子网网络号+子网主机号
• 必须结合IP地址一起使用，只有一个作用，将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分，标志两个IP地址是否同属于一个子网
  • 如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中
• IP默认分配的子网掩码每段只有 255 或 0。
  • 常用：255.255.255.0 \ 255.255.0.0

IP组播

重要协议

• IP协议

• ARP协议

• DHCP协议

• RIP协议

• OSPF协议

• BGP协议

• ICMP协议

  • Tcp/ip协议栈

    

网际层设备

路由器 Router

• 路由器功能，1连通不同网络，2选择信息传输线路

• 计算机网络设备，它将所收到的数据包根据目的IP地址，选择合适的传输路径进行转发，直至转发到目的端，这个过程就叫做路由

数据链路层

功能概念

封装成帧和透明传输

• 封装成帧

• 透明传输

  

差错控制

• 差错分类

  

• 差错控制

  

流量控制与可靠传输机制

信道划分介质访问控制

• 两种链路

  

• 介质访问控制

  

局域网 LAN

• 局域网(Local Area Network)

• 基本概念和体系结构

  

  WLAN

  • 无线局域网(Wireless LAN)，数据通过电磁波传输，对内的接口，设备使用无线网，（如：wifi）
  • IEEE 802.11无线局域网

  VLAN

  • 虚拟局域网，逻辑上的设备和用户，这些设备和用户互不受物理位置的限制，相互之间的通信就好像它们在同一个网段一样
  • 同一个vlan间，可以相互通信；不同vlan，若不做配置，不能相互通信。
    • VLAN划分和子网划分通常同时进行，一个VLAN对应一个子网，两者都是为了隔离通信,只不过VLAN在第二层隔离，子网是在第三层隔离
  

• 传输介质

  

• 介质访问控制

  

以太网 Ethernet

网络适配器与MAC地址

广域网 WAN

广域网(Wide Area Network)，通俗讲就是和猫外部网连接的网线口:对外的接口，和运营商、上级网络打交道。

PPP协议

• PPP协议的三个组成部分

  

• PPP协议的状态图

HDLC协议

• PPP协议和HDLC协议的区别

链路层设备

物理层扩展以太网

链路层扩展以太网

网桥

以太网交换机

冲突域和广播域

物理层

• 

传输介质及其分类

• 
• 

物理层设备

• 中继器

  

• 集线器（多口中继器）

  

数据通信

典型的数据通信模型

数据通信相关术语

码元、波特、速率、带宽、失真

• 带宽是衡量数据传输速率的指标
• 宽带是一种网络传输标准和网络接入方式，如ADSL宽带、光纤宽带等

三种通信方式

两种数据传输方式

编码与调制

• 

基带信号与宽带信号