概念✅
网络模型
答案
常见的网络模型分为如下三类
- 国际标准化组织（International Organization for Standardization，简称：ISO）定义的开放式系统互联模型（Open System Interconnection，简称 OSI）参考模型，将网络通信分为七个层次：
- 物理层（Physical Layer）：负责在物理媒介上传输原始的比特流。处理机械、电气、功能和过程特性，以建立、维护和解除物理链路连接。例如：电缆规格、信号电平、数据传输速率等。
- 数据链路层（Data Link Layer）：将比特流组织成帧，处理物理寻址、流量控制、错误检测与修正，确保节点间的无差错传输。主要协议有以太网、PPP等，设备包括交换机、网桥。
- 网络层（Network Layer）：负责数据包从源到目的地的传递和路由选择。处理网络寻址、路由和流量控制，实现跨网络的分组传递。核心协议为IP，主要设备为路由器。
- 传输层（Transport Layer）：提供端到端的可靠数据传输服务，处理分段、传输流控和错误恢复等功能。代表协议有TCP（可靠传输）和UDP（快速传输）。
- 会话层（Session Layer）：建立、管理和终止应用程序之间的会话和对话。提供同步服务、会话恢复和检查点机制，控制网络连接的建立和中断。
- 表示层（Presentation Layer）：处理数据格式转换、加密解密、压缩解压缩等数据表示问题，确保不同系统间信息的正确解释。负责字符编码、数据格式转换和加密。
- 应用层（Application Layer）：为应用程序提供网络服务接口，使应用程序能够访问网络服务。包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等协议，直接与用户交互。
- OSI 作为一个概念性框架，指导了网络架构的设计，实际的网络协议和实现可能并不完全遵循这个模型。目前最典型的模式是 TCP/IP参考模型（TCP/IP Reference Model）：是互联网的基础架构，分为四层：
- 网络接口层（Network Interface Layer）：负责物理传输和数据链路层的功能，处理数据帧的封装和解封装，包含了物理层和数据链路层的功能。
- 网络层（Internet Layer）：负责数据包的路由选择和传递，核心协议为IP。
- 传输层（Transport Layer）：提供端到端的数据传输服务，主要协议有TCP和UDP。
- 应用层（Application Layer）：为应用程序提供网络服务接口，包括HTTP、FTP、SMTP等协议。包含了OSI模型的会话层、表示层和应用层的功能。
- 此外为了便于理论学习，会将 TCP/IP 参考模型进一步细分为五层模型，注意五层模型师理论学习的简化模型，而非实际标准。
- 物理层（Physical Layer）：负责比特流的传输，处理物理媒介和信号。
- 数据链路层（Data Link Layer）：负责数据帧的封装和解封装，处理物理寻址和流量控制。
- 网络层（Network Layer）：负责数据包的路由选择和传递，核心协议为IP。
- 传输层（Transport Layer）：提供端到端的数据传输服务，主要协议有TCP和UDP。
- 应用层（Application Layer）：为应用程序提供网络服务接口，包括HTTP、FTP、SMTP等协议。
答案解析
分层是一种重要的架构设计方法，通过将复杂的系统分解为多个层次，从而简化设计，聚焦每层的职责和实现。分层设计使得系统更易于理解、维护和扩展。网络要解决的核心问题是如何实现跨空间的通信。分层将问题拆解如下
- 如何将信号转换为 0 和 1 的比特流？物理层
- 如何将比特流定位为数据包？数据链路层
- 如何将数据包路由到目标机器？网络层
- 如何确保目标机器收到的数据可靠性？传输层
- 如何让目标机器理解传输内容的含义？应用层
延伸阅读
- 深入浅出计算机网络 1.6.1 节 详细讲解了三种网络模型
网络的核心指标有哪些
答案
| 指标名称 | 单位 | 公式与解释 | 备注（RFC/规范及出处） |
|---|---|---|---|
| 往返延迟 (Round-Trip Delay, RTT) | 毫秒 (ms) | 公式：RTT = Tresponse − Trequest 说明：衡量一个数据包从发送端发出，到目标返回响应所经历的总时间。 | 参见 RFC 2544 "Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices"具体见：RFC 2544（第4.2节关于延迟的描述）。 |
| 吞吐量/带宽 (Throughput/Bandwidth) | 比特/秒 (bps) | 公式：Throughput = (成功传输的总比特数) / (传输总时间) 对于 TCP，还可近似使用：Throughput ≈ MSS / RTT 说明：反映单位时间内传输的数据量。 | RFC 6349 "Framework for TCP Throughput Testing"提供了详细的 TCP 吞吐量测试方法，RFC 6349；此外，TCP 吞吐量的经典数学模型（Mathis 公式）为：Throughput ≈ (MSS/(RTT×√(2p)))（其中 p 为丢包率），虽非 RFC 标准，但广泛引用。 |
| 数据包丢失率 (Packet Loss Rate) | 百分比 (%) | 公式：Packet Loss Rate = (丢失的数据包数 / 发送的数据包总数) × 100% 说明：反映传输过程中丢失的数据包比例，直接影响重传及整体连接质量。 | RFC 2544 中提供了测试设备时关于丢包率的测量方法，详见：RFC 2544；同时在网络性能测试中也是常用的计算公式。 |
| 抖动 (Jitter) | 毫秒 (ms) | 公式：Jitter(i) = D(i) − D(i-1)其中 D(i) 为第 i 个包的单向延迟 说明：衡量连续数据包之间延迟的变化幅度，对实时应用（如 VoIP、视频会议）尤为关键。 | 定义参见 RFC 3393 "IP Packet Delay Variation"具体见：RFC 3393；常用的一向延迟差公式就是上述绝对值差值。 |
| 链路利用率 (Link Utilization) | 百分比 (%) | 公式：Utilization = (实际吞吐量 / 链路理论带宽) × 100% 说明：描述网络链路当前的负载情况，高利用率可能引起拥塞和额外延迟。 | 该指标在 DiffServ 流量分类和优先级调度中常用，参见 RFC 2474 "Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers"RFC 2474 |
| MTU (Maximum Transmission Unit) | 字节 (bytes) | 公式：若数据包大小 > MTU，则分片数 = ⎡(数据包大小 + 头部开销) / MTU⎤ 说明：MTU 为单个 IP 数据包在不分片前允许的最大字节数，直接影响分片情况。 | IPv4 的分片机制见 RFC 791：RFC 791；IPv6 的 MTU 要求见 RFC 8200：RFC 8200；合理配置 MTU 可减少分片引起的额外延迟和丢包风险。 |
| 误码率 (Bit Error Rate, BER) | 无量纲 (比率) | 公式：BER = (出错的比特数 / 总传输比特数) 说明：衡量传输过程中每个比特出错的概率，是物理链路质量的重要指标。 | 误码率指标多由 IEEE 标准（如 IEEE 802.3、IEEE 802.11）规定，相关详细描述可参见相应标准文档；在 ITU-T 标准中也有类似定义。 |
提示
- 实时应用（如 VoIP、视频会议、在线游戏）：重点关注 RTT 和 Jitter，因为延迟和延迟波动直接影响用户体验，同时丢包率也必须保持在较低水平
（建议 <1%）。 - 大流量数据传输（如文件下载、视频流）：需重点确保 吞吐量 和 链路利用率 达到预期，同时合理配置 MTU，避免因分片造成的性能损失。
- 物理链路及设备测试：在设备基准测试（参见 RFC 2544）中，RTT、吞吐量、丢包率和误码率均为关键指标。
- 多协议环境：对于 TCP 流量，还可参考 Mathis 公式对吞吐量进行预估，而对于 UDP 及实时多媒体流，则应着重考虑丢包和抖动指标。
常见网络协议有哪些
答案
| 协议/技术 | 层级 | 具体协议及技术说明 |
|---|---|---|
| 应用层 | ||
| HTTP/HTTPS | 应用层 | 超文本传输协议，基于 TCP 实现 Web 通信，HTTPS 使用 TLS 加密。 |
| gRPC | 应用层 | 基于 HTTP/2 的 RPC 框架，支持双向流、多路复用，使用 Protocol Buffers 编码。 |
| WebRTC | 应用层 | 实时音视频通信协议，结合 ICE、STUN、TURN 处理 NAT 穿透，依赖 UDP。 |
| DNS | 应用层 | 域名解析协议，使用 UDP（默认）或 TCP（大型响应）。 |
| 传输层 | ||
| TCP | 传输层 | 可靠传输，支持流量控制（滑动窗口）、拥塞控制（如 AIMD）。 |
| UDP | 传输层 | 无连接传输，适用于低延迟场景（如 VoIP、视频流）。 |
| 网络层 | ||
| IPv4/IPv6 | 网络层 | 网络寻址与路由，IPv6 支持无状态地址自动配置（SLAAC）。 |
| ICMP | 网络层 | 网络诊断（如 ping、traceroute），IPv6 中由 ICMPv6 实现邻居发现。 |
| 网络接口层 | ||
| Wi-Fi | 网络接口层 | 物理层（PHY）：IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax，使用 OFDM、MIMO、波束成形等技术。数据链路层：- MAC 子层：CSMA/CA 信道竞争、帧聚合（802.11n/ac）。 |
| 4G LTE | 网络接口层 | 物理层（PHY）：OFDMA（下行）、SC-FDMA（上行），支持载波聚合（CA）。数据链路层：- MAC：动态调度、HARQ。- RLC：分段重组、ARQ 纠错。- PDCP：IP 头压缩（ROHC）、加密。 |
| 5G NR | 网络接口层 | 物理层（PHY）：毫米波（24–100 GHz）、灵活 Numerology（子载波间隔）、Massive MIMO。数据链路层：- MAC：动态时隙调度、增强型 HARQ。- RLC/PDCP：低时延优化、冗余传输（数据复制）。 |
| Ethernet | 网络接口层 | 物理层：IEEE 802.3（如 1000BASE-T）。数据链路层：MAC 地址寻址、CSMA/CD（传统以太网）。 |
| PPP | 网络接口层 | 点对点协议，支持身份验证（PAP/CHAP），常用于拨号连接。 |
面试官视角
这道题可以作为热身题，来综合考察面试这对于网络知识整体理解情况。重点考察
- 回答的条理性，多网络模型架构是否有认识，是不是按照协议种类或者其他逻辑进行分层聚类
- 协议的了解，是不是理解每一层涉及哪些关键协议