计算机网络知识总结-网安-QOS-P2P-CDN-网络测量-区块链

发表于 2023-12-29 更新于 2024-01-17 分类于计算机网络阅读次数：本文字数： 6.7k 阅读时长 ≈ 6 分钟

计算机网络知识总结：网安，QOS,P2P,CDN,网络测量，区块链

网络安全

什么是网络安全

网络安全的一个通用定义指网络信息系统的==硬件、软件及其系统中的数据受到保护==，不因偶然的或者恶意的===破坏、更改、泄露==，系统能连续、可靠、正常地运行，服务不中断

网络安全的五大要素

网络安全机制位于协议的那一层

没有一个单独的位置，因为安全性与每一层都有关

物理层：传输线封装在包含高压氩气的密封管，漏气报警
数据链路层：点到点线路加解密，不能经过中间路由器
网络层：防火墙、IP报文头的安全域
传输层：端到端连接的加解密
应用层：大多数安全机制都集中在此层

加密技术

加密类型

什么是对称加密什么是非对称加密，对比优缺点

单密钥加密又称为对称加密

经典算法：DES, 3-DES, AES, IDEA, SMS4, RC5, TRIVIUM

非对称加密就是公开密钥加密采用公钥私钥两个密钥。是两位学者以单向函数与单向暗门函数为基础，为发讯与收讯的两方创建密钥。

经典算法：RSA、ElGamal、Elliptic Curve Cryptography, ECC

对称加密 ：

优势：加密解密速度快
缺点：
- 1.密钥管理量大
- 1. 密钥传输信道要求更高安全性：如何保证密钥可靠
    - 密钥传输和密文在同一信道传输
    - 同时被窃取，很容易被破解出明文，并不安全
- 3.数字签名的问题:通过对称密钥加密很难实现数字签名技术，无法有效的进行完整性的检验
非对称密钥加密

主要特点：

DES算法

对称加密的加密和签名的基本流程是怎样的

数字签名特性：

不可伪造，不可抵赖

RSA算法

例题2：

1.假设需要加密的明文信息为m=85，选择：e=7，p=11，q=13，说明使用RSA算法的加密和解密

首先计算 n=pq=143 和z=10 12 =120

e=7

e*d≡1 mod z

d=103

公钥：（e=7，n=143）

私钥（d=103，n=143）

加密：\(C=M^{e}mod n=85^{7}mod 143\)=123

解密\(M=C^{d}mod n\)=85

总结思路：

为什么RSA是有效的？

单向校验和

单项校验和是怎么做的，收到一个东西怎么验证其完整性没有遭到破坏

发送者首先计算CK(m)，然后用私人密钥将其加密产生密文D_A(CK(M)),将（m，D_A(CK(M))对偶传送到B,报文本身可以使用明文发送或者用公开加密技术加密，后面跟加密的校验和。

当报文和校验和到达B后，B对签名部分即（D_A(CK(m）))应用E_A得到CK(m)。此时B有m，ck(m)和D_A(CK(M))。B对m应用CK看此结果是否与收到的ck(m)一致若是则说明报文没有遭到篡改，否则说明报文被篡改。

单项校验和出现争议后怎么解决

网络攻击

什么是主动攻击？什么是被动攻击？举例说明

主动攻击：主动攻击会导致某些==数据流的篡改==和==虚假数据流==的产生。这类攻击可分为==篡改==、==伪造==消息数据和终端，==拒绝服务==。

被动攻击中攻击者==不对数据信息做任何修改==，截取/窃听是指在未经用户同意的情况下攻击者获得了信息。通常包括==窃听、流量分析、破解弱加密的数据流==等攻击方式

QOS

什么是服务质量？服务质量在网络层面主要关注那些指标？服务质量的目标有哪些？

QoS（Quality of Service）即服务质量
网络层面主要关注：带宽、时延、丢包率等。

时延

从一端看

其中，传播时延和处理时延都是很难改变的，QOS主要关注的是排队时延

丢包是什么，在有线和无线网络中各有什么原因

丢包通常发生在输出队列满的时候，也有一些其他类型的丢包（输入队列丢包、错误、故障等）

在有线网络中==链路拥塞==是丢包的重要原因

在无线网络中丢包通常是由于==信道质量差==造成的。

Integrated service

RSVP 是怎么工作的？

RSVP（资源预留协议），RSVP==运行在从源端到目的端的每个设备上==，可以==监视每个流==，以防止其消耗资源过多。这种体系能够明确区分并保证每一个业务流的服务质量，为网络提供最细粒度化的服务质量区分。

RSVP 为什么需要逐跳的路由？RSVP特点？RSVP属于那一层？可以单播还是多播，单向还是双向。

==RSVP是面向接收方==

面向接收方和面向发送方的资源预留各有什么好处，你觉得哪一种更好？

面向接收方：收费模型一般是按照接收方确认收费的，接收方可以自主选择接收质量

Diff-Serv

Integrated service和Diff-Serv 各自的优缺点和适应的场合对比

E-LSP和L-LSP

e-lsp的EXP标记的交换路径最多可以支持8个服务等级，L-LSP一个标签交换路径支持一个QOS等级

QoS机制-拥塞管理和调度策略

什么是队列调度

出端口队列结构，三个组件是什么？有什么用？

排队策略决定数据包能不能被排队，怎样被排队

服务策略：有很多的数据包怎样选择数据包放到硬件发送队列里面去i。

排队策略

优先队列（PQ）

优点：算法简单，可以保障高优先级的QoS

缺点：算法欠公平，高优先级队列可能会饿死其他队列

定制队列（CQ）

CQ (Custom queuing): 定制队列，用户可配置队列占用的带宽比例关系；

各队列在统计规率上满足用户配置的带宽比例；

带抢占的CQ:

CQ共分为17个队列: 0号队列为系统队列，优先调度; 1-16为用户队列，轮询调度；

加权公平队列（WFQ）

WFQ入队过程采用HASH算法来自动完成，尽量将不同的流分入不同的队列。（所以说分离不用配置）

在出队的时候，WFQ按流的优先级(precedence)来分配每个流应占有出口的带宽。优先级的数值越小，所得的带宽越少。优先级的数值越大，所得的带宽越多。这样就保证了相同优先级业务之间的公平，体现了不同优先级业务之间的权值。所以兼顾了所有流的带宽，而且优先保障了高优先级的QOS

WFQ丢弃例子

为什么这里有10个包？

这里有10个包，说明上一个来的包可能是那些？

说明上一次和这次一样，超过CDT但是不是系统的最后一个包因此入列了。

因此上一次入队的包可能是下面选中的三个中的一个

流量整形流量限速

令牌桶

网络测量

四种流

分布特性，局部特性

网络测量分类

主动测量被动测量优缺点

测量三要素：测量对象，测量环境，测量方法

什么样的测量方法是比较好的：

1.稳健性-》可重复性相同的网络环境下，多次测结果是一致的

测量带宽时延丢包率

网络带宽的测量

带宽大的网络时延一定小吗？时延大的网络带宽一定低吗？说明原因/例子

带宽大的网络时延一定小吗？时延大的网络带宽一定低吗？

不一定。网络的带宽和时延是两个不同的概念，它们描述了网络性能的不同方面。

带宽（Bandwidth）： 带宽是指网络传输数据的能力，通常以每秒传输的比特数（bps）来衡量。更大的带宽表示网络能够传输更多的数据量。高带宽通常与更高的数据传输速率相关。
时延（Latency）： 时延是指数据从发送端到接收端所经历的总时间。时延可以分为多个组成部分，包括传播时延、传输时延、处理时延等。较小的时延表示数据传输更迅速。

现实中，带宽和时延之间没有直接的必然关系。一个网络可以有很大的带宽，但由于其他因素（例如路由器、交换机、距离等），仍然可能有相对较高的时延。同样，一个网络的时延可能很小，但如果其带宽不足以支持大量的数据传输，仍然可能导致性能问题。

综上所述，带宽和时延是两个独立的网络性能指标，它们可以在某些情况下相关，但并不一定总是正相关或负相关。在设计和评估网络时，通常需要同时考虑带宽和时延以确保满足特定的应用需求。

举个例子

考虑一个在线视频流服务作为例子：

高带宽、低时延：
- 情况： 你的互联网连接速度非常快，具有高带宽，而且你与视频服务器之间的距离很近。
- 影响： 视频数据可以以很高的速度传输，因此你能够快速加载视频。时延也很小，因为数据传输速度快且距离近。
高带宽、高时延：
- 情况： 你的互联网连接速度非常快，但由于网络拓扑或路由选择，数据在传输过程中经过了多个节点。
- 影响： 虽然你能够快速加载视频（高带宽），但由于数据在多个节点之间传输，总的时延较高。
低带宽、低时延：
- 情况： 你的互联网连接速度较慢，但与视频服务器之间的距离很近。
- 影响： 视频数据传输速度较慢，但由于距离近，时延较小，可能仍然能够顺畅地观看视频。
低带宽、高时延：
- 情况： 你的互联网连接速度较慢，同时由于网络拓扑或路由选择，数据在传输过程中经过了多个节点。
- 影响： 视频数据传输速度较慢，而且由于数据在多个节点之间传输，总的时延也较高，可能导致视频加载缓慢或卡顿。

这些例子说明了在不同的网络条件下，带宽和时延是可以独立变化的。有时候，需要权衡这两者，根据应用的需求和用户体验来进行网络设计和优化

带宽和瓶颈带宽

路径带宽和链路带宽

链路带宽：一条的带宽

路径带宽：多条链路组成，端到端带宽

链路带宽测得是路有==多宽==。

可用带宽：==一条路堵不堵==，可用带宽是考虑了已有负载的情况下。最堵的不一定是最窄的，一定是车最多的

可用带宽测量

建模：

测量方法：

瓶颈带宽测量

丢包率

平均丢包率，突发丢包率

贝努力，马尔可夫

别名解析，常用方法，不做别名解析会有什么问题

CDN 内容分发网络

CDN解决什么问题

zipf

说明大家的访问都是集中在一些热门的地方上，基于这个规律的启示

web缓存，和web缓存存在的问题

CDN原理

CDN核心问题·：CDN选择那个服务器

怎么去算距离近的

服务器缓存什么内容

存不下怎么办

LRU:

LRU 表示以*时间*作为参考，淘汰最长时间未被使用的数据。其核心思想是：如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高。

LRU 也是最常用的淘汰策略，在 Redis 中不管是 allkeys-lru 和 volatile-lru，其实底层原理都一样。

LFU:

LFU 表示以*次数*为参考，淘汰一定时期内被访问次数最少的数据，其核心思想是：如果数据过去被访问多次，那么将来被访问的频率也更高。

dash

QOE关注那些参数

QOE和QOS有什么区别

QOS一般指网络层服务质量，考察网络层的基本参数是客观存在的如带宽，时延，丢包率，抖动。

QOE是quality of experience 。是主观的体验，和用户的感官更接近。最早的评价是大家打分。后来的指标也是密切和用户体验相关，如高码率，少卡顿，少切换。更接近应用层。

卡顿：卡顿次数和卡顿时间。卡顿次数更重要

视频直播的时延有两个时延

一个是服务器发出到用户直接接收的时延

一个是同一个房间用户接收一个东西之间的时延

P2P peer-to-peer

为什么要做P2P

为了降低费用，把闲置的资源利用起来，解决跨ISP流量大协议标准不好识别的问题

flooding

和所有的邻居联系，邻居又和邻居的所有邻居联系。

BT

intrest neighbors 邻居间有相同的需求

前两个周期找那些结点对自己的服务比较好优先疏通，第三个周期，随机找一些提供优先疏通。

bittorrent怎么工作的：

alice通过搜索引擎下载torrent文件，torrent里面有tracking server（跟踪那些服务器正在进行这个文件的上下载，向跟踪服务器发出信令的要求，trackingserver拿到请求后返回一个peer list，alice就可以加入这些peer的洪流，互通有无，进行文件的分发下载。

结构化P2P

==不需要传统p2p的tracker 每个人都充当一部分tracker==

chord

Chord选择SHA-1作为哈希函数，SHA-1会产生一个2160的空间，每项为一个16字节（160bit）的大整数。我们可以认为这些整数首尾相连形成一个环，称之为Chord环。整数在Chord环上按大小顺时针排列，Node（机器的IP地址和Port）与Key（资源标识）都被哈希到Chord环上，这样我们就假定了整个P2P网络的状态为一个虚拟的环，因此我们说Chord是结构化的P2P网络。

区块链

比特币和以太坊的区别

比特币区块链系统是封闭的区块链系统，只有一个应用：比特币

以太坊：开放接口，强调开放性，引入智能合约的概念。

以太坊和比特币：非授权类，公有

授权链非授权链优缺点

区块链：可以分为非授权类和授权类

非授权类：共有，谁想加入都可以加入不需要授权

授权链：必须是联盟的成员才能进入，不存在身份匿名的问题

联盟链
私有链

公有链：规模大，性能问题。对大家隐私身份比较好，不容易监管。

私有链：规模小，性能比较好。容易监管，用户身份匿名性不强。

区块链怎么工作的

挖矿：工作量证明

共识机制：通过一种方式产生一个记账结点，这个记账结点产生本轮的账本区块。

产生账本区块后，记账结点会把账本区块再向全网进行广播，网络中每个结点都会收到账本区块，会对账本区块再进行一次验证（验证数据结构，和业务相关的东西）如果都验证通了，把账本区块记录在本地的区块链账本末端。当网络中绝大多数结点都完成了上述的验证操作，才能说这个区块上包含的交易被真正的记录在区块链上。

两个结点发送交易，做数字签名广播，广播完验证，验证完共识，共识完再广播再验证然后记录，大家都记录完了才完事。

总结：单点出块：任何一轮只能有一个出块结点

广播传输：无论是产生一笔交易还是一个区块都要向全网播

交叉验证：区块链系统收到别人广播来的东西，不是无条件就相信了，需要验证，通过才信任。

共同存储：大家每个人都存着相同的区块。

什么是区块链，区块链的优点

从宏观上

区块链是一个分布式的系统

区块链，多个节点装相同的软件，遵循相同的规则，大家按照相同的规则相互合作，构建多方合作的系统

微观上

区块链=区块（本子上的纸）+链（本子上的线）

数字签名：保证区块链上面所有的信息是不可伪造，不可抵赖的。

链：哈希链。任何一个区块，要计算他的hash值，把他的hash值作为下一个区块内容的一部分，这样每个区块排在那个区块前面一目了然。原来杂乱无序的多个区块，变成了有序的区块链。后面的区块给前面的区块背书。牵一发动全身，保证区块链不可删除，不可篡改。

区块链的优点：不可伪造，不可抵赖，不可删除，不可篡改。

区块链和数据库的区别

首先虽然区块链起到了分布式存储的作用，分布式数据库一般情况下，每个结点都不需要存全量的数据，只需要存一部分数据。区块链上要求所有结点存的数据是一样的，存全量数据。
数据库存在一个单一的拥有者。可以说是银行的数据库。但是区块链没有一个单一的所有者，区块链强调共享共治共建。没有任何一个人对区块链有垄断性的控制权。
数据库：插入删除更新查询。区块链不可删改：只有插入查询
从信任关系来讲：分布式数据库，结点和结点之间是相互信任的关系，区块链结点和结点之间相互不信任，相互制约。
容错性：分布式数据库容错性较差，区块链天生可以容忍拜占庭错误，容错性更好。区块链要确保很多结点出错的情况下，整个系统可靠。

区块链牺牲了什么

区块链牺牲了计算和存储，计算存储密集型的更适合中心化。信任更适合区块链。

计算能力有限，不能和中心化的相比
区块链的存储。因为区块链的存储需要经过网路广播发送，所以就广播这一条就要受到网络带宽的限制。存储能力无法和中心化的相比。现在的方法：结合型。把原始数据放到中心化中存储，把数据的hash值或者摘要放到区块链中。

区块链的应用

存证溯源类：存完以后一般不会频繁的读它，所以对读的能力要求更低
数据共享类：对读性能要求更高。
价值转移类：要求原子性，安全性