再也不怕被問網(wǎng)絡(luò)面試題了

大家好，今天是在學(xué)習(xí)攝影的小北。

攝影嘛，等我有點經(jīng)驗再來分享分享，先給大家聊聊關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)的一些學(xué)習(xí)體會。

首先從一道經(jīng)典面試題開始：

在瀏覽器輸入一個 URL，到網(wǎng)頁顯示出來，中間發(fā)生了什么 ？

不知道小伙伴們面試被問過這個問題么？

這個問題其實在《Computer Networking: A Top-Down Approach》這本書的末尾花了十幾頁的篇幅完整的描述過。

如果你還是無法很清晰的說出其中過程，那就說明還需要去補課哈。

當然了，不同崗位的同學(xué)可能關(guān)注的重點會不一樣，前端同學(xué)可能更關(guān)注 HTTP、瀏覽器網(wǎng)絡(luò)請求、渲染過程，后臺同學(xué)則更關(guān)注網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。

我們暫時不寫這個問題的具體答案是什么，先聊聊如何學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)。

不少初學(xué)的小伙伴，在學(xué)習(xí)計網(wǎng)過程中，特別容易陷入一個誤區(qū)：

挨個的背下每一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用，頭部字段以及通信雙方的交互過程。

比如這個 IP 數(shù)據(jù)包的頭部：

花了好大的力氣，終于背完了 HTTP、TCP、IP、ARP、DHCP 等一堆協(xié)議。

最后還是說不清數(shù)據(jù)包是如何在網(wǎng)絡(luò)世界傳輸?shù)摹?/p>

這是多么大的悲傷呀！

所以學(xué)習(xí)計網(wǎng)一定不要完全去死記硬背，不然就會今天記、明天忘。

我們要明白，網(wǎng)絡(luò)存在的目的就是解決主機之間的通信問題。

最簡單的，我們可以直接將兩臺主機通過網(wǎng)線連接：

這個時候是不需要什么 IP 協(xié)議、ARP 之類的東西，

但是隨著越來的越多的主機加入，會遇到如何尋址、數(shù)據(jù)包發(fā)送沖突等問題。

為了解決這些問題，我們引入了 MAC 地址、ARP、IP 這些協(xié)議。

從問題出發(fā)，按照 Why -> How -> What  這樣的順序。

先談遇到了什么問題，再說如何去解決，最終才是搬出前輩們的 RFC 文檔，這樣就會順暢很多。

而且這是在引導(dǎo)我們?nèi)ニ伎既绾谓鉀Q問題，從點對點連接開始如何構(gòu)造一個網(wǎng)絡(luò)。

如果一上來就搬出原理，比如 TCP 連接管理、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、超時重傳、IP 包如何分段與重組這樣的東西，我覺得是比較懵逼的。

作為初學(xué)者我們并不太清楚為什么需要這樣做，不這樣做行不行？

以前學(xué)計網(wǎng)的時候，我也有一堆的困惑：

比如路由器和交換機有什么區(qū)別？

為什么有了 MAC 地址還要 IP 地址呢？

只用 IP 地址行不行呢？

如何理解廣播域和沖突域？

大家有過這些問題么？

如果你腦海里對這些問題的答案非常的清晰，那么恭喜你，你對網(wǎng)絡(luò)掌握得還不錯！

網(wǎng)絡(luò)世界分層極其明顯，所以教材包括教學(xué)方式一般分為兩類：

• 自頂向下
• 自底向上

當然了，學(xué)習(xí)其它東西也是同理，只不過分層的感覺可能沒有計網(wǎng)這么強烈。

我們大學(xué)老師就是從應(yīng)用層開始往下講的，自頂向下的好處是直觀，上層的直觀感受會讓你有探索下層實現(xiàn)的欲望。

我們教材也恰好使用的是《計算機網(wǎng)絡(luò)-自頂向下》這本經(jīng)典的計算機網(wǎng)絡(luò)書籍，這本書也是采取自頂向下這樣的講述方式。

按照網(wǎng)絡(luò)的五層模型，從我們?nèi)粘＝佑|的應(yīng)用層往下依次把網(wǎng)絡(luò)的面紗解開。

當然了，國內(nèi)也有不少高校是以自底向上的方式上課的，一上來就是一堆的物理層、鏈路層協(xié)議，典型教材如《Computer Networks, Fourth Edition》。

我個人其實也是很喜歡這種方式的，自底向上也有其獨特的魅力。

獨特在哪？

因為自頂向下是一層層的從外向內(nèi)打開，然而最初設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的時候肯定不可能是自頂向下的吧。

真實的世界一定是自底向上演變的，不可能先定義了 HTTP 協(xié)議再去考慮如何設(shè)計傳輸層，這顯然不合理嘛。

網(wǎng)絡(luò)的演變一定是最初有兩臺電腦互相通信的需求，然后是多臺電腦，他們之間構(gòu)成了局域網(wǎng)，再往后局域網(wǎng)之間組成了廣域網(wǎng)。

最關(guān)鍵的是，自底向上是解決問題導(dǎo)向，比如有了 IP層 為什么還需要傳輸層呢？

我們都知道一臺電腦可能有多個進程在使用網(wǎng)絡(luò)連接，那么當 IP 包到達主機時，怎么區(qū)分這是發(fā)給哪個進程的呢？

操作系統(tǒng)為了能夠區(qū)分數(shù)據(jù)是傳給上層哪個應(yīng)用的，才引入了傳輸層。

這是自底向上解決問題的過程。

但是自頂向下可能就是學(xué)完應(yīng)用層，直接告訴你，下一層是傳輸層，然后接著講 TCP 和 UDP 是什么。

比如在《自頂向下》第三章講傳輸層的時候，是這樣開篇的:

運輸層位于應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間，是分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的重要部分。該層為運行在不同主機上的應(yīng)用進程提供直接的通信服務(wù)起著至關(guān)重要的作用。我們在本章采用的教學(xué)方法是，交替地討論運輸層的原理和這些原理在現(xiàn)有的協(xié)議中是如何實現(xiàn)的。與往常一 樣，我們將特別關(guān)注因特網(wǎng)協(xié)議，即 TCP 和 UDP 運輸層協(xié)議。

那我可能就會想，為什么在應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間需要運輸層，直接把應(yīng)用數(shù)據(jù)包打包在網(wǎng)絡(luò)層里發(fā)送出去不行嗎？

當然可以，只要給每個應(yīng)用分配一個唯一的ID，一起放在網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，接收方使用這個 ID 來定位數(shù)據(jù)是給哪個應(yīng)用的。

其實你也看出來了，這就是把 TCP、UDP 做的事情放在了 IP 層去做。

所以為了保持 IP 層的靈活性和功能獨立，這里引入了傳輸層，這就是分層。

分層這個思想在計算機世界中非常重要，你可以在任何地方看到它的身影。

計算機領(lǐng)域有一句名言：

計算機科學(xué)領(lǐng)域的任何問題都可以通過增加一個間接的中間層來解決

學(xué)習(xí)計網(wǎng)過程中也需要建立結(jié)構(gòu)化的思維，最直觀的結(jié)構(gòu)就是按照計網(wǎng)的層次來，即：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。

然后在去學(xué)習(xí)每個層的功能和其中的每個協(xié)議，這個過程既可以自頂而下，也可以自底向上。

分層學(xué)習(xí)過程中除了要掌握每一層之外，最重要的其實是要學(xué)習(xí)層與層之間是如何鏈接起來的，比如 IP 層和數(shù)據(jù)鏈路層就是 ARP 協(xié)議。

最后當你學(xué)完所有的協(xié)議后，再回顧一下，一個數(shù)據(jù)包是如何從 send() 函數(shù)發(fā)送出去的。

離散的 IP 數(shù)據(jù)包又是如何抽象出“面向連接”的 TCP 層，并且要清晰的認識到這里的連接是一種邏輯狀態(tài)，建立、斷開連接則是同步雙方的通信狀態(tài)。

基于這樣的認識，才能輕易的回答出類似：“TCP連接建立后出現(xiàn)服務(wù)器崩潰、斷電、網(wǎng)線被拔...會發(fā)生什么情況”這樣的問題。

這里推薦一些網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源：

書籍：

        入門：《網(wǎng)絡(luò)是怎么連接的》、《圖解 TCP/IP 》

        深入學(xué)習(xí)：《計算機網(wǎng)絡(luò)：自頂向下》、《TCP/IP 卷一》

        官方：RFC 文檔（這是計算機網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標準文檔）

        抓包：《Wireshark 網(wǎng)絡(luò)分析就這么簡單》，這本書寫得很幽默風趣，可以看看。

        源碼：之前看了一個pdf《tcp源碼分析》：

網(wǎng)課：哈工大的計算機網(wǎng)絡(luò)，B站自取~

國外經(jīng)典課程：CS144，這門課的視頻其實并不突出，一般般吧，但是 Assignment/Lab 挺有意思的，用 C++ 實現(xiàn)一個 TCP，當然了不會像 linux 中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧那么復(fù)雜，但是麻雀雖小五臟俱全。

網(wǎng)絡(luò)編程：做一些網(wǎng)絡(luò)工具：聊天室、p2p

簡單網(wǎng)絡(luò)攻擊：比如去玩玩 ARP 攻擊，在寢室或者你們家里搞點“網(wǎng)絡(luò)攻擊”

我覺得學(xué)習(xí)計網(wǎng)，做點網(wǎng)絡(luò)編程、簡單網(wǎng)絡(luò)攻擊、抓包，會讓學(xué)習(xí)更加有趣，我當時是這幾個都玩了下，你對這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的認識就會更加深刻的。

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