系统架构师（计算机网络）

1. 奈奎斯特定律奈奎斯特定律1理想低通、无噪声信道下仅由信道带宽决定最大码元传输速率最高码元速率波特率和信噪比无关。Rmax​2W (单位波特 Baud)其中W为信道宽度单位 Hz2若码元携带 M 种离散电平进制数最大数据传输速率比特率C2×W×log₂(M)单位bpsbit/s其中W为信道宽度单位 HzM为进制数/信号可区分的离散电平数log₂(M)表示单个码元所能携带的比特数2. 香农定律有高斯白噪声的实际信道给出信道理论极限信息传输速率信道容量是物理上限无法突破。CWlog₂(1S/N​)其中W为信道宽度单位 HzS/N信噪比信号功率 / 噪声功率工程常用分贝SNR(dB)10lg(S/N)3. 子网划分和主机地址计算IPv4网络中子网掩码用于划分IP地址的网络位与主机位。计算规则先将点分十进制的子网掩码转换为二进制数出末尾连续0的个数作为主机位位数n。子网总IP地址数2的n次方。由于全0的网络地址和全1的广播地址无法分配给主机常规场景下可用主机地址数为2的n次方减2。特殊场景如点对点链路使用/31掩码对应255.255.255.254时无需减去这两个地址可直接使用全部2个地址。例子255.255.255.248的可用主机地址数248转成二进制11111000末尾3个0子网总IP地址数2的3次方8减去网络地址全0和广播地址全18-26所以255.255.255.248的可用主机地址为6常用快记254-2252-2248-6240-14224-304. IEEE 802.11b工作在 2.4GHz 频段典型速率包括 1Mbps、2Mbps、5.5Mbps 和 11Mbps。无线局域网标准常按频段和速率区分802.11b 使用 2.4GHz最高 11Mbps802.11a 常在 5GHz最高 54Mbps802.11g 使用 2.4GHz最高 54Mbps5. SSLSSL/TLS 位于传输层之上、应用层协议之下可为 HTTP、SMTP 等应用层协议提供认证、加密和完整性保护。它并不是只用于服务器之间通信也不能说与应用层无关。SSL/TLS 常见混淆点在分层位置和使用场景它不是独立应用协议也不是只服务服务器之间通信而是在传输层连接之上为应用协议提供安全通道。SSL/TLS 的作用是为应用层协议建立安全通道典型安全服务包括服务器认证、可选客户端认证、会话密钥协商、加密传输和消息完整性校验。HTTPS 是 HTTP over TLS 的典型应用它不替代 IP 层安全也不是只在服务器之间使用6. DNS6.1 查DNS的方式迭代式我回答不了我替客户端去查直到查到结果把结果返回给客户端递归式我回答不了我搞客户端谁有可能知道让客户端自己去查6.2 正向解析和反向解析DNS解析包含正向解析与反向解析两种核心类型正向解析依赖A记录实现域名到IP地址的映射反向解析则依赖PTR记录完成IP地址到域名的逆向映射二者为独立的解析逻辑正向解析正常不代表反向解析必然可用。当出现能通过域名查询到对应IP地址但无法通过IP地址反查域名的情况根源多为目标主机未配置对应的PTR记录此时清理、刷新DNS缓存或重启DNS服务这类操作仅能作用于缓存数据或服务进程无法填补记录缺失的问题必须手动创建对应PTR记录才能解决。7. DHCPDHCP是用于为网络设备动态分配IP地址的协议在地址分配的交互流程中存在多种功能各异的报文。当DHCP客户端收到服务器发送的DhcpAck报文确认IP分配后会对该IP进行冲突检测若检测到该IP已被其他设备占用客户端会向服务器发送DhcpDecline报文明确拒绝使用该已被占用的IP请求服务器重新分配可用地址。DhcpOffer是服务器向客户端推送的可用IP地址“报价”报文DhcpAck是服务器确认IP分配成功的应答报文DhcpNack则是服务器主动拒绝客户端地址请求或告知客户端IP租约已失效的报文。在园区网等网络环境中可部署多台DHCP服务器以此实现服务冗余与负载分担但需注意确保各服务器的地址池范围无重叠冲突避免出现IP分配混乱的问题。DHCP客户端无需手动指定服务器地址默认会通过广播DHCP Discover报文来自动探测网络中的可用DHCP服务器IP地址等配置参数由服务器统一分配并非客户端自行选择本网段内的IP。另外多数操作系统或网络设备中的DHCP服务默认处于未启用状态需管理人员手动开启并完成相关配置后才能为客户端提供服务。8. 网络体系结构模型OSI七层模型、TCP/IP四层模型、五层模型OSI数据类型基本功能设备常见协议应用层报文提供网络服务接口计算机或终端设备HTTP、FTP、TELNET-----------ASCII、JPEG-----------RPC-----------TCP面向连接、UDP面向报文表示层数据加密、解密、压缩、格式转换会话层建立、管理、终止进程间的通话运输层TCP、UDP报文第一个端到端传输的层次提供应用进程间的逻辑通信差错检测、拥塞控制网络层数据报数据报分组交换是失序的对子网间数据报进行路由选择和IP寻址不提供校验、允许乱序路由器、防火墙IP、ARP、ICMP报文(ping)、RIP、OSPF、BGP数据链路层数据帧以太网中帧的最小长度为64在不可靠的介质中提供可靠传输流量控制、差错控制、帧同步网桥、交换机MAC、PPP两个均在数据链路层PPP五个1后补0物理层比特对数据传输线路信道进行定义中继器、集线器基于TCP的应用层协议有HTTP、FTP、SMTP基于ASCII、TELNET、SSH、POP基于UDP的应用层协议DNS、TFTP简单文件传输协议、SNMP简单网络管理协议路由协议1.RIP基于距离向量、一条路径只能包含15个路由器、基于UDP2.OSPF使用了地杰斯特拉提出的最短路径算法、直接使用IP数据报传送3.BGP基于TCP数据报如果有错会将其丢弃都是不可靠的包括IP数据报​9. 层次化局域网模型Hierarchical LAN Model层次化局域网模型将局域网的设计分为多个层次通常这些层次包括 接入层Access Layer、汇聚层Distribution Layer 和 核心层Core Layer。​接入层是终端设备与网络之间的连接层它主要负责将用户终端设备如计算机、打印机、电话等与网络连接。功能设备接入通过交换机连接终端设备和网络。带宽控制限制终端用户的带宽使用确保公平共享网络资源。用户认证与安全通过访问控制列表ACL、端口安全、802.1X认证等手段确保接入安全。设备隔离根据需求将不同设备进行隔离如VLAN划分减少广播风暴的影响。汇聚层主要负责对接入层进行数据流量的汇聚、转发、过滤并执行一些较复杂的策略如路由、访问控制等。它通常由高性能的交换机和路由器组成连接着接入层和核心层。功能路由与交换处理来自接入层的流量并根据需要进行跨VLAN路由。策略实施根据策略如访问控制列表ACL、质量服务QoS等进行流量管理。负载均衡通过冗余路径、负载均衡等技术提高网络的可靠性。冗余与高可用性确保网络出现故障时仍能继续运行采用如STP生成树协议等冗余设计。核心层是网络中的骨干层通常连接了多个汇聚层。其主要职责是快速、高效地转发大规模流量。核心层设计的重点是高速传输和最低延迟。功能高速数据转发处理从汇聚层到外部网络的数据流并保证高速的转发能力。冗余与容错通过双活设计如双核心路由器确保网络的可靠性。连接广域网WAN核心层通常是局域网与广域网如互联网、VPN之间的连接点。10. PDS/SCS-建筑物综合布线系统/结构化布线系统1. 工作区子系统 (Work Area Subsystem)位置 用户工作区域如办公室隔间、会议室、前台、教室等。功能 将用户终端设备电话、电脑、打印机、IP摄像头等连接到水平布线子系统。主要组件信息插座/模块通常是RJ45接口。用户设备连接线跳线如电话跳线、数据跳线Cat5e, Cat6, Cat6A, Cat7等。适配器如果需要转换接口类型。工作区面板/表面安装盒用于固定信息插座。关键点 是用户直接接触的部分灵活性要求高便于设备移动和变更。2. 水平布线子系统 (Horizontal Cabling Subsystem)位置 从楼层配线间管理子系统延伸到工作区的信息插座。功能 提供楼层配线间到工作区信息插座之间的连接。这是布线系统中覆盖范围最广的部分。主要组件水平线缆最常用的是4对非屏蔽双绞线 UTP - Cat5e, Cat6, Cat6A, Cat7也可使用多模光纤MMF特别是在高带宽或抗干扰要求高的场景。信息插座在工作区端。配线架在楼层配线间端。楼层配线间到信息插座之间的线缆通道如线槽、线管、架空地板、吊顶等。关键点线缆长度有严格限制通常标准规定最大90米加上两端跳线各5米总链路不超过100米。通常采用星型拓扑结构每个信息插座独立一根线缆回配线间。线缆类型和等级决定了该子系统支持的最大带宽和传输速率。3. 设备间子系统 (Equipment Room Subsystem)位置 建筑物内集中放置主要通信设备和主配线架MDF - Main Distribution Frame的专用房间。通常位于建筑的低层或核心位置。功能 容纳进出建筑物的主干线缆的终接设备主配线架以及放置服务于整栋楼的公用核心网络设备如核心交换机、服务器、PBX电话交换机、网络存储、路由器、防火墙等。主要组件主配线架MDF。核心网络设备交换机、路由器、服务器等。语音设备PBX。进线设施来自电信运营商或建筑群子系统的线缆终接点。不间断电源UPS、空调、消防、接地系统等机房基础设施。关键点 是整个建筑物信息系统的“心脏”对安全性、供电、制冷、物理访问控制要求极高4. 垂直干线子系统 (Backbone Cabling Subsystem / Riser Subsystem)位置 连接设备间子系统主配线间与各楼层的管理子系统楼层配线间/电信间之间的部分。通常沿竖井弱电井垂直敷设。功能 提供设备间与各楼层配线间之间的高速主干连接承载跨楼层的汇总流量。主要组件主干线缆大对数UTP电缆、多模光纤MMF、单模光纤SMF。现代系统主要使用光纤尤其是单模 作为主干因其带宽高、距离远、抗干扰性强。主干配线架在设备间和各楼层配线间。竖井内的线缆支撑结构梯架、桥架等。关键点线缆类型和数量需要根据当前需求并预留未来扩展能力来规划。需要满足防火规范如阻燃、低烟无卤等级要求特别是穿越竖井的部分。长度限制比水平子系统宽松但也要遵循标准如光纤最长可达2000米甚至更远具体看标准和应用。5. 管理子系统 (Administration Subsystem / Telecommunications Room / Enclosure)位置 每层楼设置的配线间电信间通常位于楼层的中心或便于布线的地方。功能连接水平布线子系统和垂直干线子系统。提供配线架、跳线进行灵活的线路管理和跳接。放置服务于该楼层的网络设备如接入层交换机。主要组件配线架水平配线架、垂直主干配线架。跳线用于连接配线架端口之间或配线架端口到网络设备端口。网络设备楼层交换机、集线器等。理线器、标签系统实现清晰管理和维护。机柜/机架。关键点 是实施灵活管理和变更的核心区域清晰的标签和文档至关重要。6. 建筑群子系统 (Campus Backbone Subsystem)位置 连接多栋建筑物园区内的设备间子系统。功能 提供建筑群内各建筑物之间的高速主干连接。主要组件建筑群主干线缆几乎全部使用室外单模光纤SMF因其传输距离最长、带宽最高、抗雷击和电磁干扰能力强。光缆连接硬件在每栋建筑的设备间。地下管道、电缆沟、架空线杆等室外敷设设施。防雷击保护装置。关键点必须考虑室外环境因素防水、防潮、防鼠咬、防紫外线、温度变化。敷设方式直埋、管道、架空需根据园区规划和成本选择。长度可能很长单模光纤是唯一可靠的选择。接地和防雷是重中之重。11. Web页面访问流程浏览器访问Web页面遵循从底层到应用层的前置准备逻辑核心流程节点及相关拓展知识如下域名解析是首个环节会优先查询浏览器、操作系统等本地DNS缓存获取域名对应IP若缓存未命中将向DNS服务器发起递归或迭代请求完成域名到IP的映射接着进入网络链路寻址阶段若目标主机处于跨网段环境需通过ARP协议发送广播报文获取网关MAC地址同一网段则直接获取目标主机MAC地址ARP自身也存在缓存机制可避免重复广播随后完成TCP三次握手建立可靠传输连接这一步是为上层HTTP协议提供稳定通信基础所有底层网络准备工作全部就绪后才会触发应用层的HTTP请求报文发送。需明确HTTP作为依赖下层协议的应用层协议域名解析、ARP寻址、TCP连接建立都是其发送前的必要前置操作绝不可能在发送HTTP请求前执行该请求本身。12.Kerberos认证Kerberos是一种基于对称密钥加密的网络身份认证协议主要用于开放、不安全的网络环境中为用户提供安全的身份验证服务同时支持单点登录功能。它的核心依赖组件是密钥分发中心KDC该中心包含认证服务器AS和票据授予服务器TGS两部分用户之间要实现相互访问需向KDC申请并获取对应票据而非向公钥基础设施中的CA证书颁发机构申请二者分属不同的安全体系。KDC会存储经过加密保护的所有用户账户信息及密码避免明文存储带来的风险。在安全防护方面Kerberos除了采用时间戳还会结合请求序列号等机制防范重放攻击进一步提升认证流程的安全性。13. 以太网交换机转发表以太网交换机的MAC地址表也就是转发表初始状态下为空。交换机通过接收数据帧中的源MAC地址记录该地址与对应接收端口的映射关系以此动态学习生成并维护表项。在转发数据帧时若查询到匹配的目的MAC地址表项会从对应端口转发若无匹配表项则采用洪泛方式将帧转发至除接收端口外的所有端口。此外MAC地址表并非静态增长而是具备老化机制长期无交互的表项会被自动删除且交换机重启后整个地址表会被清空。14. SDN 软件定义网络结构软件定义网络SDN以控制与转发分离为核心架构理念其标准架构包含三个核心层次控制层是架构核心由SDN控制器组成负责网络流量控制、流表管理与决策统筹收集网络状态并下发控制指令转发层即数据平面由交换机、路由器等网络设备构成主要依据控制器指令完成数据包转发应用层是各类网络应用程序所在层级可通过控制器与网络交互实现流量优化、安全管理、流量监控等功能。15. RAID5 容量计算RAID5冗余磁盘阵列需至少3块硬盘搭建校验信息分布式存储于所有成员盘内总校验占用空间等同于1块硬盘的容量。其可用容量计算规则为若所有硬盘容量一致可用容量硬盘总数-1×单盘容量若硬盘容量存在差异将统一以最小容量的硬盘为基准计算可用容量硬盘总数-1×最小单盘容量。此外RAID5可容忍单块硬盘故障兼具数据冗余安全性与较高的存储空间利用率读写性能表现均衡适合既关注数据安全又看重存储效率的业务场景。16. 电子邮箱协议/常用端口号电子邮件传输依赖多种专用网络协议其中SMTP是负责邮件发送的核心协议客户端需通过与SMTP服务器建立TCP连接完成邮件投递该协议默认使用TCP 25端口。邮件接收环节常用两种协议POP3默认采用TCP 110端口主要用于将服务器邮件下载到本地设备管理IMAP默认使用TCP 143端口支持用户直接在线管理服务器端的邮件。此外还需区分其他常见网络协议端口比如Telnet服务默认用23端口HTTP超文本传输协议默认用80端口避免与邮件协议端口混淆。