面渣逆袭:计算机网络六十二问,三万字图文详解!速收藏!

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大家好,这次给大家带来了计算机网络六十二问,三万字,七十图详解,大概是全网最全的网络面试题。

建议大家收藏了慢慢看!

基础

1.说下计算机网络体系结构

计算机网络体系结构,一般有三种:OSI 七层模型、TCP/IP 四层模型、五层结构。

三种网络体系结构

简单说,OSI是一个理论上的网络通信模型,TCP/IP是实际上的网络通信模型,五层结构就是为了介绍网络原理而折中的网络通信模型。

OSI 七层模型

OSI 七层模型是国际标准化组织(International Organization for Standardization)制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系。

TCP/IP 四层模型

五层体系结构

2.说一下每一层对应的网络协议有哪些?

一张表格总结常见网络协议:

各层网络对应的网络协议

3.那么数据在各层之间是怎么传输的呢?

对于发送方而言,从上层到下层层层包装,对于接收方而言,从下层到上层,层层解开包装。

数据在各层之间的传输

这个过程类似写信,写一封信,每到一层,就加一个信封,写一些地址的信息。到了目的地之后,又一层层解封,传向下一个目的地。

网络综合

4.从浏览器地址栏输入 url 到显示主页的过程?

这道题,大概的过程比较简单,但是有很多点可以细挖:DNS解析、TCP三次握手、HTTP报文格式、TCP四次挥手等等。

  1. DNS 解析:将域名解析成对应的 IP 地址。
  2. TCP连接:与服务器通过三次握手,建立 TCP 连接
  3. 向服务器发送 HTTP 请求
  4. 服务器处理请求,返回HTTp响应
  5. 浏览器解析并渲染页面
  6. 断开连接:TCP 四次挥手,连接结束

我们以输入www.baidu.com 为例:

www.baidu.comliu到显示主页

各个过程都使用了哪些协议?

www.baidu.comliu到显示主页过程使用的协议

5.说说 DNS 的解析过程?

DNS,英文全称是 domain name system,域名解析系统,它的作用也很明确,就是域名和 IP 相互映射。

DNS 的解析过程如下图:

DNS解析流程

假设你要查询 www.baidu.com 的 IP 地址:

域名服务器层级

6.说说 WebSocket 与 Socket 的区别?

具体来说,Socket 是一套标准,它完成了对 TCP/IP 的高度封装,屏蔽网络细节,以方便开发者更好地进行网络编程。

7.说一下你了解的端口及对应的服务?

常见端口和服务

HTTP

8.说说 HTTP 常用的状态码及其含义?

HTTP状态码首先应该知道个大概的分类:

几个常用的,面试之外,也应该记住:

常见HTTP状态码

之前写过一篇:程序员五一被拉去相亲,结果彻底搞懂了HTTP常用状态码,还比较有意思,可以看看。

说一下301和302的区别?

用一个比喻,301就是嫁人的新垣结衣,302就是有男朋友的长泽雅美。

9.HTTP 有哪些请求方式?

HTTP请求方式1

其中,POST、DELETE、PUT、GET的含义分别对应我们最熟悉的增、删、改、查。

10.说⼀下 GET 和 POST 的区别?

可以从以下几个方面来说明GET和POST的区别:

Get和Post区别

  1. 从 HTTP 报文层面来看,GET 请求将信息放在 URL,POST 将请求信息放在请求体中。这一点使得 GET 请求携带的数据量有限,因为 URL 本身是有长度限制的,而 POST 请求的数据存放在报文体中,因此对大小没有限制。而且从形式上看,GET 请求把数据放 URL 上不太安全,而 POST 请求把数据放在请求体里想比较而言安全一些。
  2. 从数据库层面来看,GET 符合幂等性和安全性,而 POST 请求不符合。这个其实和 GET/POST 请求的作用有关。按照 HTTP 的约定,GET 请求用于查看信息,不会改变服务器上的信息;而 POST 请求用来改变服务器上的信息。正因为 GET 请求只查看信息,不改变信息,对数据库的一次或多次操作获得的结果是一致的,认为它符合幂等性。安全性是指对数据库操作没有改变数据库中的数据。
  3. 从其他层面来看,GET 请求能够被缓存,GET 请求能够保存在浏览器的浏览记录里,GET 请求的 URL 能够保存为浏览器书签。这些都是 POST 请求所不具备的。缓存是 GET 请求被广泛应用的根本,他能够被缓存也是因为它的幂等性和安全性,除了返回结果没有其他多余的动作,因此绝大部分的 GET 请求都被 CDN 缓存起来了,大大减少了 Web 服务器的负担。

11.GET 的长度限制是多少?

HTTP中的GET方法是通过URL传递数据的,但是URL本身其实并没有对数据的长度进行限制,真正限制GET长度的是浏览器。

例如IE浏览器对URL的最大限制是2000多个字符,大概2kb左右,像Chrome、Firefox等浏览器支持的URL字符数更多,其中FireFox中URL的最大长度限制是65536个字符,Chrome则是8182个字符。

这个长度限制也不是针对数据部分,而是针对整个URL。

12.HTTP 请求的过程与原理?

HTTP协议定义了浏览器怎么向服务器请求文档,以及服务器怎么把文档传给浏览器。

HTTP请求的过程和原理

在浏览器和服务器之间的请求和响应的交互,必须按照规定的格式和遵循一定的规则,这些格式和规则就是超文本传输协议HTTP。

PS:这道题和上面浏览器输入网址发生了什么那道题大差不差。

13.说一下HTTP的报文结构?

HTTP报文有两种,HTTP请求报文和HTTP响应报文:

HTTP报文

HTTP请求报文

HTTP 请求报文的格式如下:

GET / HTTP/1.1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)
Accept: */*

HTTP 请求报文的第一行叫做请求行,后面的行叫做首部行,首部行后还可以跟一个实体主体。请求首部之后有一个空行,这个空行不能省略,它用来划分首部与实体。

请求行包含三个字段:

HTTP 响应报文

HTTP 响应报文的格式如下:

HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: text/plain
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT
Server: Apache 0.84
<html>
  <body>Hello World</body>
</html>

HTTP 响应报文的第一行叫做状态行,后面的行是首部行,最后是实体主体

14.URI 和 URL 有什么区别?

URI和URL

它们的主要区别在于,URL除了提供了资源的标识,还提供了资源访问的方式。这么比喻,URI 像是身份证,可以唯一标识一个人,而 URL 更像一个住址,可以通过 URL 找到这个人——人类住址协议://地球/中国/北京市/海淀区/xx职业技术学院/14号宿舍楼/525号寝/张三.男。

15.说下 HTTP/1.0,1.1,2.0 的区别?

关键需要记住 HTTP/1.0 默认是短连接,可以强制开启,HTTP/1.1 默认长连接,HTTP/2.0 采用多路复用

HTTP/1.0

HTTP/1.1

HTTP/2.0

16.HTTP/3了解吗?

HTTP/3主要有两大变化,传输层基于UDP、使用QUIC保证UDP可靠性

HTTP/2存在的一些问题,比如重传等等,都是由于TCP本身的特性导致的,所以HTTP/3在QUIC的基础上进行发展而来,QUIC(Quick UDP Connections)直译为快速UDP网络连接,底层使用UDP进行数据传输。

HTTP/3主要有这些特点:

我们拿一张图看一下HTTP协议的变迁:

HTTP协议变迁

17.HTTP 如何实现长连接?在什么时候会超时?

什么是 HTTP 的长连接?

  1. HTTP 分为长连接和短连接,本质上说的是 TCP 的长短连接。TCP 连接是一个双向的通道,它是可以保持一段时间不关闭的,因此 TCP 连接才具有真正的长连接和短连接这一说法。
  2. TCP 长连接可以复用一个 TCP 连接,来发起多次的 HTTP 请求,这样就可以减少资源消耗,比如一次请求 HTML,如果是短连接的话,可能还需要请求后续的 JS/CSS。

如何设置长连接?

通过在头部(请求和响应头)设置 Connection 字段指定为keep-alive,HTTP/1.0 协议支持,但是是默认关闭的,从 HTTP/1.1 以后,连接默认都是长连接。

在什么时候会超时呢?

1. tcp_keepalive_intvl = 15
2. tcp_keepalive_probes = 5
3. tcp_keepalive_time = 1800

18.说说HTTP 与 HTTPS 有哪些区别?

  1. HTTP 是超⽂本传输协议,信息是明⽂传输,存在安全⻛险的问题。HTTPS 则解决 HTTP 不安全的缺陷,在TCP 和 HTTP ⽹络层之间加⼊了 SSL/TLS 安全协议,使得报⽂能够加密传输。
  2. HTTP 连接建⽴相对简单, TCP 三次握⼿之后便可进⾏ HTTP 的报⽂传输。⽽ HTTPS 在 TCP 三次握⼿之后,还需进⾏ SSL/TLS 的握⼿过程,才可进⼊加密报⽂传输。
  3. HTTP 的端⼝号是 80,HTTPS 的端⼝号是 443。
  4. HTTPS 协议需要向 CA(证书权威机构)申请数字证书,来保证服务器的身份是可信的。

19.为什么要用HTTPS?解决了哪些问题?

因为HTTP 是明⽂传输,存在安全上的风险:

窃听⻛险,⽐如通信链路上可以获取通信内容,用户账号被盗。

篡改⻛险,⽐如强制植⼊垃圾⼴告,视觉污染。

冒充⻛险,⽐如冒充淘宝⽹站,用户金钱损失。

HTTP和HTTPS

所以引入了HTTPS,HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加⼊了 SSL/TLS 协议,可以很好的解决了这些风险:

所以SSL/TLS 协议是能保证通信是安全的。

20.HTTPS工作流程是怎样的?

这道题有几个要点:公私钥、数字证书、加密、对称加密、非对称加密

HTTPS 主要工作流程:

  1. 客户端发起 HTTPS 请求,连接到服务端的 443 端口。
  2. 服务端有一套数字证书(证书内容有公钥、证书颁发机构、失效日期等)。
  3. 服务端将自己的数字证书发送给客户端(公钥在证书里面,私钥由服务器持有)。
  4. 客户端收到数字证书之后,会验证证书的合法性。如果证书验证通过,就会生成一个随机的对称密钥,用证书的公钥加密。
  5. 客户端将公钥加密后的密钥发送到服务器。
  6. 服务器接收到客户端发来的密文密钥之后,用自己之前保留的私钥对其进行非对称解密,解密之后就得到客户端的密钥,然后用客户端密钥对返回数据进行对称加密,酱紫传输的数据都是密文啦。
  7. 服务器将加密后的密文返回到客户端。
  8. 客户端收到后,用自己的密钥对其进行对称解密,得到服务器返回的数据。

https主要流程

这里还画了一张更详尽的图:

https工作流程详图

21.客户端怎么去校验证书的合法性?

首先,服务端的证书从哪来的呢?

为了让服务端的公钥被⼤家信任,服务端的证书都是由 CA (Certificate Authority,证书认证机构)签名的,CA就是⽹络世界⾥的公安局、公证中⼼,具有极⾼的可信度,所以由它来给各个公钥签名,信任的⼀⽅签发的证书,那必然证书也是被信任的。

证书签名和客户端校验-来源参考[2]

CA 签发证书的过程,如上图左边部分:

客户端校验服务端的数字证书的过程,如上图右边部分:

假如在HTTPS的通信过程中,中间人篡改了证书原文,由于他没有CA机构的私钥,所以CA公钥解密的内容就不一致。

22.如何理解 HTTP 协议是无状态的?

这个无状态的的状态值的是什么?是客户端的状态,所以字面意思,就是HTTP协议中服务端不会保存客户端的任何信息。

比如当浏览器第一次发送请求给服务器时,服务器响应了;如果同个浏览器发起第二次请求给服务器时,它还是会响应,但是呢,服务器不知道你就是刚才的那个浏览器。

那有什么办法记录状态呢?

主要有两个办法,Session和Cookie。

23.说说Session 和 Cookie 有什么联系和区别?

先来看看什么是 Session 和 Cookie :

Cookie和Session

Session 和 Cookie 到底有什么不同呢?

Session 和 Cookie有什么关联呢?

可以使用Cookie记录Session的标识。

Session和Cookie的关联

分布式环境下Session怎么处理呢?

分布式环境下,客户端请求经过负载均衡,可能会分配到不同的服务器上,假如一个用户的请求两次没有落到同一台服务器上,那么在新的服务器上就没有记录用户状态的Session。

这时候怎么办呢?

可以使用Redis等分布式缓存来存储Session,在多台服务器之间共享。

Session共享

客户端无法使用Cookie怎么办?

有可能客户端无法使用Cookie,比如浏览器禁用Cookie,或者客户端是安卓、IOS等等。

这时候怎么办?SessionID怎么存?怎么传给服务端呢?

首先是SessionID的存储,可以使用客户端的本地存储,比如浏览器的sessionStorage。

接下来怎么传呢?

TCP

24.详细说一下 TCP 的三次握手机制

PS:TCP三次握手是最重要的知识点,一定要熟悉到问到即送分。

TCP提供面向连接的服务,在传送数据前必须建立连接,TCP连接是通过三次握手建立的。

TCP三次握手示意图

三次握手的过程:

TCP三次握手通俗比喻:

在二十年前的农村,电话没有普及,手机就更不用说了,所以,通信基本靠吼。

老张和老王是邻居,这天老张下地了,结果家里有事,热心的邻居老王赶紧跑到村口,开始叫唤老王。

老张风风火火地赶回家,老婆顺利地生了个带把的大胖小子。握手的故事充满了幸福和美满。

大白话三次握手

25.TCP 握手为什么是三次,为什么不能是两次?不能是四次?

为什么不能是两次?

由于网络传输是有延时的(要通过网络光纤和各种中间代理服务器),在传输的过程中,比如客户端发起了 SYN=1 的第一次握手。

如果服务器端就直接创建了这个连接并返回包含 SYN、ACK 和 Seq 等内容的数据包给客户端,这个数据包因为网络传输的原因丢失了,丢失之后客户端就一直没有接收到服务器返回的数据包。

如果没有第三次握手告诉服务器端客户端收的到服务器端传输的数据的话,服务器端是不知道客户端有没有接收到服务器端返回的信息的。

服务端就认为这个连接是可用的,端口就一直开着,等到客户端因超时重新发出请求时,服务器就会重新开启一个端口连接。这样一来,就会有很多无效的连接端口白白地开着,导致资源的浪费。

无三次握手导致端口占

用还有一种情况是已经失效的客户端发出的请求信息,由于某种原因传输到了服务器端,服务器端以为是客户端发出的有效请求,接收后产生错误。

响应生效请求

所以我们需要“第三次握手”来确认这个过程:

通过第三次握手的数据告诉服务端,客户端有没有收到服务器“第二次握手”时传过去的数据,以及这个连接的序号是不是有效的。若发送的这个数据是“收到且没有问题”的信息,接收后服务器就正常建立 TCP 连接,否则建立 TCP 连接失败,服务器关闭连接端口。由此减少服务器开销和接收到失效请求发生的错误。

为什么不是四次?

简单说,就是三次挥手已经足够创建可靠的连接,没有必要再多一次握手导致花费更多的时间建立连接。

26.三次握手中每一次没收到报文会发生什么情况?

27.第二次握手传回了 ACK,为什么还要传回 SYN?

ACK是为了告诉客户端传来的数据已经接收无误。

而传回SYN是为了告诉客户端,服务端响应的确实是客户端发送的报文。

28.第3次握手可以携带数据吗?

第3次握手是可以携带数据的。

此时客户端已经处于ESTABLISHED状态。对于客户端来说,它已经建立连接成功,并且确认服务端的接收和发送能力是正常的。

第一次握手不能携带数据是出于安全的考虑,因为如果允许携带数据,攻击者每次在SYN报文中携带大量数据,就会导致服务端消耗更多的时间和空间去处理这些报文,会造成CPU和内存的消耗。

29.说说半连接队列和 SYN Flood 攻击的关系?

什么是半连接队列?

TCP 进入三次握手前,服务端会从 CLOSED 状态变为 LISTEN 状态, 同时在内部创建了两个队列:半连接队列(SYN 队列)和全连接队列(ACCEPT 队列)。

三次握手中创建的队列

顾名思义,半连接队列存放的是三次握手未完成的连接,全连接队列存放的是完成三次握手的连接。

什么是SYN Flood ?

SYN Flood 是一种典型的 DDos 攻击,它在短时间内,伪造不存在的 IP 地址, 向服务器发送大量SYN 报文。当服务器回复 SYN+ACK 报文后,不会收到 ACK 回应报文,那么SYN队列里的连接旧不会出对队,久⽽久之就会占满服务端的 SYN 接收队列(半连接队列),使得服务器不能为正常⽤户服务。

SYN攻击

那有什么应对方案呢?

主要有 syn cookieSYN Proxy 防火墙等。

30.说说 TCP 四次挥手的过程?

PS:问完三次握手,常常也会顺道问问四次挥手,所以也是必须掌握知识点。

TCP四次挥手

TCP 四次挥手过程:

大白话说四次挥手:

假如单身狗博主有一个女朋友—由于博主上班九九六,下班肝博客,导致没有时间陪女朋友,女朋友忍无可忍。

沙雕博主小心翼翼地装起了自己的青轴机械键盘。

挥手的故事总充满了悲伤和遗憾!

大白话四次挥手

31.TCP 挥手为什么需要四次呢?

再来回顾下四次挥手双方发 FIN 包的过程,就能理解为什么需要四次了。

从上面过程可知,服务端通常需要等待完成数据的发送和处理,所以服务端的 ACKFIN 一般都会分开发送,从而比三次握手导致多了一次。

32.TCP 四次挥手过程中,为什么需要等待 2MSL, 才进入 CLOSED 关闭状态?

为什么需要等待?

1. 为了保证客户端发送的最后一个 ACK 报文段能够到达服务端。 这个 ACK 报文段有可能丢失,因而使处在 LAST-ACK 状态的服务端就收不到对已发送的 FIN + ACK 报文段的确认。服务端会超时重传这个 FIN+ACK 报文段,而客户端就能在 2MSL 时间内(超时 + 1MSL 传输)收到这个重传的 FIN+ACK 报文段。接着客户端重传一次确认,重新启动 2MSL 计时器。最后,客户端和服务器都正常进入到 CLOSED 状态。

2. 防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。客户端在发送完最后一个 ACK 报文段后,再经过时间 2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

为什么等待的时间是2MSL?

MSL 是 Maximum Segment Lifetime,报⽂最⼤⽣存时间,它是任何报⽂在⽹络上存在的最⻓时间,超过这个时间报⽂将被丢弃。

TIME_WAIT 等待 2 倍的 MSL,⽐较合理的解释是:⽹络中可能存在来⾃发送⽅的数据包,当这些发送⽅的数据包被接收⽅处理后⼜会向对⽅发送响应,所以⼀来⼀回需要等待 2 倍的时间。

2MSL恰好一个来回

⽐如如果被动关闭⽅没有收到断开连接的最后的 ACK 报⽂,就会触发超时重发 Fin 报⽂,另⼀⽅接收到 FIN 后,会重发 ACK 给被动关闭⽅, ⼀来⼀去正好 2 个 MSL。

33.保活计时器有什么用?

除时间等待计时器外,TCP 还有一个保活计时器(keepalive timer)。

设想这样的场景:客户已主动与服务器建立了 TCP 连接。但后来客户端的主机突然发生故障。显然,服务器以后就不能再收到客户端发来的数据。因此,应当有措施使服务器不要再白白等待下去。这就需要使用保活计时器了。

服务器每收到一次客户端的数据,就重新设置保活计时器,时间的设置通常是两个小时。若两个小时都没有收到客户端的数据,服务端就发送一个探测报文段,以后则每隔 75 秒钟发送一次。若连续发送 10 个探测报文段后仍然无客户端的响应,服务端就认为客户端出了故障,接着就关闭这个连接。

34.CLOSE-WAIT 和 TIME-WAIT 的状态和意义?

CLOSE-WAIT状态有什么意义?

服务端收到客户端关闭连接的请求并确认之后,就会进入CLOSE-WAIT状态。此时服务端可能还有一些数据没有传输完成,因此不能立即关闭连接,而CLOSE-WAIT状态就是为了保证服务端在关闭连接之前将待发送的数据处理完。

TIME-WAIT有什么意义?

TIME-WAIT状态发生在第四次挥手,当客户端向服务端发送ACK确认报文后进入TIME-WAIT状态。

它存在的意义主要是两个:

TIME_WAIT状态的作用

35.TIME_WAIT 状态过多会导致什么问题?怎么解决?

TIME_WAIT 状态过多会导致什么问题?

如果服务器有处于 TIME-WAIT 状态的 TCP,则说明是由服务器⽅主动发起的断开请求。

过多的 TIME-WAIT 状态主要的危害有两种:

第⼀是内存资源占⽤;

第⼆是对端⼝资源的占⽤,⼀个 TCP 连接⾄少消耗⼀个本地端⼝;

怎么解决TIME_WAIT 状态过多?

36.说说 TCP 报文首部的格式?

看一下TCP报文首部的格式:

TCP报文首部的格式

37.TCP 是如何保证可靠性的?

TCP主要提供了检验和、序列号/确认应答、超时重传、最大消息长度、滑动窗口控制等方法实现了可靠性传输。

TCP保证可靠性的方法

  1. 连接管理:TCP使用三次握手和四次挥手保证可靠地建立连接和释放连接,这里就不用多说了。
  2. 校验和:TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果接收端的检验和有差错,TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。

TCP校验和

3 . 序列号/确认应答:TCP 给发送的每一个包进行编号,接收方会对收到的包进行应答,发送方就会知道接收方是否收到对应的包,如果发现没有收到,就会重发,这样就能保证数据的完整性。就像老师上课,会问一句,这一章听懂了吗?没听懂再讲一遍。

序列号/确认应答

4 . **流量控制:**TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间,TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。(TCP 利用滑动窗口实现流量控制)

滑动窗口简图

5 . 最大消息长度:在建立TCP连接的时候,双方约定一个最大的长度(MSS)作为发送的单位,重传的时候也是以这个单位来进行重传。理想的情况下是该长度的数据刚好不被网络层分块。

最大消息长度

6 . **超时重传:**超时重传是指发送出去的数据包到接收到确认包之间的时间,如果超过了这个时间会被认为是丢包了,需要重传。

超时重传

7 . **拥塞控制:**如果网络非常拥堵,此时再发送数据就会加重网络负担,那么发送的数据段很可能超过了最大生存时间也没有到达接收方,就会产生丢包问题。为此TCP引入慢启动机制,先发出少量数据,就像探路一样,先摸清当前的网络拥堵状态后,再决定按照多大的速度传送数据。

拥塞控制简略示意图

38.说说 TCP 的流量控制?

TCP 提供了一种机制,可以让发送端根据接收端的实际接收能力控制发送的数据量,这就是流量控制

TCP 通过滑动窗口来控制流量,我们看下简要流程:

TCP流量控制

39.详细说说 TCP 的滑动窗口?

TCP 发送一个数据,如果需要收到确认应答,才会发送下一个数据。这样的话就会有个缺点:效率会比较低。

“用一个比喻,我们在微信上聊天,你打完一句话,我回复一句之后,你才能打下一句。假如我没有及时回复呢?你是把话憋着不说吗?然后傻傻等到我回复之后再接着发下一句?”

为了解决这个问题,TCP 引入了窗口,它是操作系统开辟的一个缓存空间。窗口大小值表示无需等待确认应答,而可以继续发送数据的最大值。

TCP 头部有个字段叫 win,也即那个 16 位的窗口大小,它告诉对方本端的 TCP 接收缓冲区还能容纳多少字节的数据,这样对方就可以控制发送数据的速度,从而达到流量控制的目的。

“通俗点讲,就是接受方每次收到数据包,在发送确认报文的时候,同时告诉发送方,自己的缓存区还有多少空余空间,缓冲区的空余空间,我们就称之为接受窗口大小。这就是 win。”

TCP 滑动窗口分为两种: 发送窗口和接收窗口。发送端的滑动窗口包含四大部分,如下:

发送端滑动窗口

接收方的滑动窗口包含三大部分,如下:

接收方滑动窗口

40.了解Nagle 算法和延迟确认吗?

Nagle 算法和延迟确认是干什么的?

当我们 TCP 报⽂的承载的数据⾮常⼩的时候,例如⼏个字节,那么整个⽹络的效率是很低的,因为每个 TCP 报⽂中都会有 20 个字节的 TCP 头部,也会有 20 个字节的 IP 头部,⽽数据只有⼏个字节,所以在整个报⽂中有效数据占有的比例就会⾮常低。

小数据情况

这就好像快递员开着⼤货⻋送⼀个⼩包裹⼀样浪费。

那么就出现了常⻅的两种策略,来减少⼩报⽂的传输,分别是:

Nagle 算法

Nagle 算法:任意时刻,最多只能有一个未被确认的小段。所谓 “小段”,指的是小于 MSS 尺寸的数据块,所谓 “未被确认”,是指一个数据块发送出去后,没有收到对方发送的 ACK 确认该数据已收到。

Nagle 算法的策略:

只要没满⾜上⾯条件中的⼀条,发送⽅⼀直在囤积数据,直到满⾜上⾯的发送条件。

延迟确认

事实上当没有携带数据的 ACK,它的⽹络效率也是很低的,因为它也有 40 个字节的 IP 头 和 TCP 头,但却没有携带数据报⽂。

为了解决 ACK 传输效率低问题,所以就衍⽣出了 TCP 延迟确认。

TCP 延迟确认的策略:

一般情况下,Nagle 算法和延迟确认不能一起使用,Nagle 算法意味着延迟发,延迟确认意味着延迟接收,两个凑在一起就会造成更大的延迟,会产生性能问题。

41.说说TCP 的拥塞控制?

什么是拥塞控制?不是有了流量控制吗?

前⾯的流量控制是避免发送⽅的数据填满接收⽅的缓存,但是并不知道整个⽹络之中发⽣了什么。

⼀般来说,计算机⽹络都处在⼀个共享的环境。因此也有可能会因为其他主机之间的通信使得⽹络拥堵。

在⽹络出现拥堵时,如果继续发送⼤量数据包,可能会导致数据包时延、丢失等,这时 TCP 就会重传数据,但是⼀重传就会导致⽹络的负担更重,于是会导致更⼤的延迟以及更多的丢包,这个情况就会进⼊恶性循环被不断地放⼤....

所以,TCP 不能忽略整个网络中发⽣的事,它被设计成⼀个⽆私的协议,当⽹络发送拥塞时,TCP 会⾃我牺牲,降低发送的数据流。

于是,就有了拥塞控制,控制的⽬的就是避免发送⽅的数据填满整个⽹络。

就像是一个水管,不能让太多的水(数据流)流入水管,如果超过水管的承受能力,水管会被撑爆(丢包)。

破解的水管-图片来源网络

发送方维护一个拥塞窗口 cwnd(congestion window) 的变量,调节所要发送数据的量。

什么是拥塞窗⼝?和发送窗⼝有什么关系呢?

拥塞窗⼝ cwnd是发送⽅维护的⼀个的状态变量,它会根据⽹络的拥塞程度动态变化的。

发送窗⼝ swnd 和接收窗⼝ rwnd 是约等于的关系,那么由于加⼊了拥塞窗⼝的概念后,此时发送窗⼝的值是swnd = min(cwnd, rwnd),也就是拥塞窗⼝和接收窗⼝中的最⼩值。

拥塞窗⼝ cwnd 变化的规则:

拥塞控制有哪些常用算法?

拥塞控制主要有这几种常用算法:

拥塞控制常用算法

慢启动算法

慢启动算法,慢慢启动。

它表示 TCP 建立连接完成后,一开始不要发送大量的数据,而是先探测一下网络的拥塞程度。由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小,如果没有出现丢包,每收到一个 ACK,就将拥塞窗口 cwnd 大小就加 1(单位是 MSS)每轮次发送窗口增加一倍,呈指数增长,如果出现丢包,拥塞窗口就减半,进入拥塞避免阶段。

举个例子:

慢启动算法

发包的个数是指数性的增⻓。

慢启动呈指数型增长

为了防止 cwnd 增长过大引起网络拥塞,还需设置一个慢启动阀值 ssthresh(slow start threshold)状态变量。当cwnd到达该阀值后,就好像水管被关小了水龙头一样,减少拥塞状态。即当 cwnd >ssthresh 时,进入了拥塞避免算法。

拥塞避免算法

一般来说,慢启动阀值 ssthresh 是 65535 字节,cwnd到达慢启动阀值

显然这是一个线性上升的算法,避免过快导致网络拥塞问题。

接着上面慢启动的例子,假定 ssthresh 为 8 ::

拥塞避免算法

拥塞发生

当网络拥塞发生丢包时,会有两种情况:

如果是发生了 RTO 超时重传,就会使用拥塞发生算法

拥塞发生算法这种方式就像是飙车的时候急刹车,还飞速倒车,这。。。

其实还有更好的处理方式,就是快速重传。发送方收到 3 个连续重复的 ACK 时,就会快速地重传,不必等待 RTO 超时再重传。

发⽣快速重传的拥塞发⽣算法:

快速恢复

快速重传和快速恢复算法一般同时使用。快速恢复算法认为,还有 3 个重复 ACK 收到,说明网络也没那么糟糕,所以没有必要像 RTO 超时那么强烈。

正如前面所说,进入快速恢复之前,cwnd 和 sshthresh 已被更新:

- sshthresh = cwnd

然后,进⼊快速恢复算法如下:

快速恢复算法

42.说说 TCP 的重传机制?

重传包括超时重传、快速重传、带选择确认的重传(SACK)、重复 SACK 四种

TCP重传分类

超时重传

超时重传,是 TCP 协议保证数据可靠性的另一个重要机制,其原理是在发送某一个数据以后就开启一个计时器,在一定时间内如果没有得到发送的数据报的 ACK 报文,那么就重新发送数据,直到发送成功为止。

超时时间应该设置为多少呢?

先来看下什么叫 RTT(Round-Trip Time,往返时间)

RTT

RTT 就是数据完全发送完,到收到确认信号的时间,即数据包的一次往返时间。

超时重传时间,就是 RTO(Retransmission Timeout)。那么,RTO 到底设置多大呢?

一般来说,RTO 略微大于 RTT,效果是最佳的。

其实,RTO 有个标准方法的计算公式,也叫 Jacobson / Karels 算法

  1. 首先计算 SRTT(即计算平滑的 RTT)
SRTT = (1 - α) * SRTT + α * RTT  //求 SRTT 的加权平均

2 . 其次,计算 RTTVAR (round-trip time variation)

RTTVAR = (1 - β) * RTTVAR + β * (|RTT - SRTT|) //计算 SRTT 与真实值的差距

3 . 最后,得出最终的 RTO

RTO = µ * SRTT + ∂ * RTTVAR  =  SRTT + 4·RTTVAR  

在 Linux 下,α = 0.125β = 0.25μ = 1∂ = 4。别问这些参数是怎么来的,它们是大量实践,调出的最优参数。

超时重传不是十分完美的重传方案,它有这些缺点:

并且,对于 TCP,如果发生一次超时重传,时间间隔下次就会加倍。

快速重传

TCP 还有另外⼀种快速重传(Fast Retransmit)机制,它不以时间为驱动,⽽是以数据驱动重传。

它不以时间驱动,而是以数据驱动。它是基于接收端的反馈信息来引发重传的。

可以用它来解决超时重发的时间等待问题,快速重传流程如下:

快速重传流程

在上图,发送⽅发出了 1,2,3,4,5 份数据:

快速重传机制只解决了⼀个问题,就是超时时间的问题,但是它依然⾯临着另外⼀个问题。就是重传的时候,是重传之前的⼀个,还是重传所有的问题。

⽐如对于上⾯的例⼦,是重传 Seq2 呢?还是重传 Seq2、Seq3、Seq4、Seq5 呢?因为发送端并不清楚这连续的三个 Ack 2 是谁传回来的。

根据 TCP 不同的实现,以上两种情况都是有可能的。可⻅,这是⼀把双刃剑。

为了解决不知道该重传哪些 TCP 报⽂,于是就有 SACK ⽅法。

带选择确认的重传(SACK)

为了解决应该重传多少个包的问题? TCP 提供了带选择确认的重传(即 SACK,Selective Acknowledgment)。

SACK 机制就是,在快速重传的基础上,接收方返回最近收到报文段的序列号范围,这样发送方就知道接收方哪些数据包是没收到的。这样就很清楚应该重传哪些数据包。

SACK机制-来源参考[3]

如上图中,发送⽅收到了三次同样的 ACK 确认报⽂,于是就会触发快速重发机制,通过 SACK 信息发现只有200~299 这段数据丢失,则重发时,就只选择了这个 TCP 段进⾏重发。

重复 SACK(D-SACK)

D-SACK,英文是 Duplicate SACK,是在 SACK 的基础上做了一些扩展,主要用来告诉发送方,有哪些数据包,自己重复接受了。

DSACK 的目的是帮助发送方判断,是否发生了包失序、ACK 丢失、包重复或伪重传。让 TCP 可以更好的做网络流控。

例如ACK丢包导致的数据包重复:

ACK丢包-来源参考[3]

3499)

43.说说TCP 的粘包和拆包?

TCP 的粘包和拆包更多的是业务上的概念!

什么是TCP粘包和拆包?

TCP 是面向流,没有界限的一串数据。TCP 底层并不了解上层业务数据的具体含义,它会根据 TCP 缓冲区的实际情况进行包的划分,所以在业务上认为,一个完整的包可能会被 TCP 拆分成多个包进行发送也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送,这就是所谓的 TCP 粘包和拆包问题。

TCP 的粘包和拆包

为什么会产生粘包和拆包呢?

那怎么解决呢?

UDP

UDP问的不多,基本上是被拿来和TCP比较。

44.说说 TCP 和 UDP 的区别?

最根本区别:TCP 是面向连接,而 UDP 是无连接

TCP和UDP区别

可以这么形容:TCP是打电话,UDP是大喇叭。

TCP和UDP比喻

说说TCP和UDP的应用场景?

45.为什么QQ采用UDP协议?

PS:这是多年前的老题了,拉出来怀怀旧。

QQ使用UDP

简单总结一下:UDP协议是无连接方式的协议,它的效率高,速度快,占资源少,对服务器的压力比较小。但是其传输机制为不可靠传送,必须依靠辅助的算法来完成传输控制。QQ采用的通信协议以UDP为主,辅以TCP协议。

46.UDP协议为什么不可靠?

UDP在传输数据之前不需要先建立连接,远地主机的运输层在接收到UDP报文后,不需要确认,提供不可靠交付。总结就以下四点:

47.DNS为什么要用UDP?

更准确地说,DNS既使用TCP又使用UDP。

当进行区域传送(主域名服务器向辅助域名服务器传送变化的那部分数据)时会使用TCP,因为数据同步传送的数据量比一个请求和应答的数据量要多,而TCP允许的报文长度更长,因此为了保证数据的正确性,会使用基于可靠连接的TCP。

当客户端想DNS服务器查询域名(域名解析)的时候,一般返回的内容不会超过UDP报文的最大长度,即512字节,用UDP传输时,不需要创建连接,从而大大提高了响应速度,但这要求域名解析服务器和域名服务器都必须自己处理超时和重传从而保证可靠性。

IP

48.IP 协议的定义和作用?

IP协议是什么?

IP协议(Internet Protocol)又被称为互联网协议,是支持网间互联的数据包协议,工作在网际层,主要目的就是为了提高网络的可扩展性。

通过网际协议IP,可以把参与互联的,性能各异的网络看作一个统一的网络

虚拟IP网

和传输层TCP相比,IP协议是一种无连接/不可靠、尽力而为的数据包传输服务,和TCP协议一起构成了TCP/IP协议的核心。

IP协议有哪些作用?

IP协议主要有以下几个作用:

传输层协议和网络层协议有什么区别?

网络层协议负责提供主机间的逻辑通信;传输层协议负责提供进程间的逻辑通信。

49.IP 地址有哪些分类?

一个IP地址在这鞥个互联网范围内是惟一的,一般可以这么认为,IP 地址 = {<网络号>,<主机号>}。

  1. 网络号:它标志主机所连接的网络地址表示属于互联网的哪一个网络。
  2. 主机号:它标志主机地址表示其属于该网络中的哪一台主机。

IP 地址分为 A,B,C,D,E 五大类:

IP地址分类

50.域名和 IP 的关系?一个 IP 可以对应多个域名吗?

假如你有多个不用的绰号,你的朋友可以用其中任何一个绰号叫你,但你的身份证号码却是惟一的。但同时你的绰号也可能和别人重复,假如你不在,有人叫你的绰号,其它人可能就答应了。

一个域名可以对应多个IP,但这种情况DNS做负载均衡的,在用户访问过程中,一个域名只能对应一个IP。

而一个IP却可以对应多个域名,是一对多的关系。

51.IPV4 地址不够如何解决?

我们知道,IP地址有32位,可以标记2的32次方个地址,听起来很多,但是全球的网络设备数量已经远远超过这个数字,所以IPV4地址已经不够用了,那怎么解决呢?

IPV4不够解决办法

52.说下 ARP 协议的工作过程?

ARP 协议,Address Resolution Protocol,地址解析协议,它是用于实现 IP 地址到 MAC 地址的映射。

ARP 协议作用

  1. 首先,每台主机都会在自己的 ARP 缓冲区中建立一个 ARP 列表,以表示 IP 地址和 MAC 地址的对应关系。
  2. 当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时,会首先检查自己的 ARP 列表,是否存在该 IP 地址对应的 MAC 地址;如果有﹐就直接将数据包发送到这个 MAC 地址;如果没有,就向本地网段发起一个 ARP 请求的广播包,查询此目的主机对应的 MAC 地址。此 ARP 请求的数据包里,包括源主机的 IP 地址、硬件地址、以及目的主机的 IP 地址。
  3. 网络中所有的主机收到这个 ARP 请求后,会检查数据包中的目的 IP 是否和自己的 IP 地址一致。如果不相同,就会忽略此数据包;如果相同,该主机首先将发送端的 MAC 地址和 IP 地址添加到自己的 ARP 列表中,如果 ARP 表中已经存在该 IP 的信息,则将其覆盖,然后给源主机发送一个 ARP 响应数据包,告诉对方自己是它需要查找的 MAC 地址。
  4. 源主机收到这个 ARP 响应数据包后,将得到的目的主机的 IP 地址和 MAC 地址添加到自己的 ARP 列表中,并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到 ARP 响应数据包,表示 ARP 查询失败。

53.为什么既有IP地址,又有MAC 地址?

MAC地址和IP地址都有什么作用?

为什么有了MAC地址还需要IP地址?

如果我们只使用MAC地址进行寻址的话,我们需要路由器记住每个MAC地址属于哪个子网,不然一次路由器收到数据包都要满世界寻找目的MAC地址。而我们知道MAC地址的长度为48位,也就是最多共有2的48次方个MAC地址,这就意味着每个路由器需要256T的内存,显然是不现实的。

和MAC地址不同,IP地址是和地域相关的,在一个子网中的设备,我们给其分配的IP地址前缀都是一样的,这样路由器就能根据IP地址的前缀知道这个设备属于哪个子网,剩下的寻址就交给子网内部实现,从而大大减少了路由器所需要的内存。

为什么有了IP地址还需要MAC地址?

IP地址和MAC地址

54.ICMP 协议的功能?

ICMP(Internet Control Message Protocol) ,网际控制报文协议。

比如我们日常使用得比较多的 ping,就是基于 ICMP 的。

55.说下 ping 的原理?

ping,Packet Internet Groper,是一种因特网包探索器,用于测试网络连接量的程序。Ping 是工作在 TCP/IP 网络体系结构中应用层的一个服务命令, 主要是向特定的目的主机发送 ICMP(Internet Control Message Protocol 因特网报文控制协议) 请求报文,测试目的站是否可达及了解其有关状态。

ping百度

一般来说,ping 可以用来检测网络通不通。它是基于ICMP协议工作的。假设机器 A ping 机器 B,工作过程如下:

  1. ping 通知系统,新建一个固定格式的 ICMP 请求数据包
  2. ICMP 协议,将该数据包和目标机器 B 的 IP 地址打包,一起转交给 IP 协议层
  3. IP 层协议将本机 IP 地址为源地址,机器 B 的 IP 地址为目标地址,加上一些其他的控制信息,构建一个 IP 数据包
  4. 先获取目标机器 B 的 MAC 地址。
  5. 数据链路层构建一个数据帧,目的地址是 IP 层传过来的 MAC 地址,源地址是本机的 MAC 地址
  6. 机器 B 收到后,对比目标地址,和自己本机的 MAC 地址是否一致,符合就处理返回,不符合就丢弃。
  7. 根据目的主机返回的 ICMP 回送回答报文中的时间戳,从而计算出往返时间
  8. 最终显示结果有这几项:发送到目的主机的 IP 地址、发送 & 收到 & 丢失的分组数、往返时间的最小、最大 & 平均值

网络安全

56.说说有哪些安全攻击?

网络安全攻击主要分为两种类型,被动攻击主动攻击

主动攻击和被动攻击

57.DNS劫持了解吗?

DNS劫持即域名劫持,是通过将原域名对应的IP地址进行替换,从而使用户访问到错误的网站,或者使用户无法正常访问网站的一种攻击方式。

DNS劫持示意图

域名劫持往往只能在特定的网络范围内进行,范围外的DNS服务器能够返回正常的IP地址。攻击者可以冒充原域名所属机构,通过电子邮件的方式修改组织机构的域名注册信息,或者将域名转让给其它主持,并将新的域名信息保存在所指定的DNS服务器中,从而使用户无法对原域名来进行解析以访问目标地址。

DNS劫持的步骤是什么样的?

  1. 获取要劫持的域名信息:攻击者会首先访问域名查询要劫持的站点的域名信息。
  2. 控制域名响应的E-Mail账号:在获取到域名信息后,攻击者通过暴力破解或者专门的方法破解公司注册域名时使用的E-mail账号所对应的密码,更高级的攻击者甚至能够直接对E-Mail进行信息窃取。
  3. 修改注册信息:当攻击者破解了E-Mail后,会利用相关的更改功能修改该域名的注册信息,包括域名拥有者信息,DNS服务器信息等。
  4. 使用E-Mail收发确认函:在修改完注册信息后,攻击者E-Mail在真正拥有者之前收到修改域名注册信息的相关确认信息,并回复确认修改文件,待网络公司恢复已成功修改信件后,攻击者便成功完成DNS劫持。

怎么应对DNS劫持?

58.什么是 CSRF 攻击?如何避免?

什么是 CSRF 攻击?

CSRF,跨站请求伪造(英文全称是 Cross-site request forgery),是一种挟持用户在当前已登录的 Web 应用程序上执行非本意的操作的攻击方法。

CSRF 是如何攻击的呢?

来看一个例子:

CSRF典型例子

  1. 用户登陆银行,没有退出,浏览器包含了 用户 在银行的身份认证信息。
  2. 攻击者将伪造的转账请求,包含在在帖子
  3. 用户在银行网站保持登陆的情况下,浏览帖子
  4. 将伪造的转账请求连同身份认证信息,发送到银行网站
  5. 银行网站看到身份认证信息,以为就是 用户的合法操作,最后造成用户资金损失。

怎么应对 CSRF 攻击呢?

59.什么是 DoS、DDoS、DRDoS 攻击?

请求太多服务器着不住

如何防范DDoS?

针对DDoS中的流量攻击,最直接的方法是增加带宽,理论上只要带宽大于攻击流量就可以了,但是这种方法成本非常高。在有充足带宽的前提下,我们应该尽量提升路由器、网卡、交换机等硬件设施的配置。

针对资源耗尽攻击,我们可以升级主机服务器硬件,在网络带宽得到保证的前提下,使得服务器能够有效对抗海量的SYN攻击包。我们也可以安装专业的抗DDoS防火墙,从而对抗SYN Flood等流量型攻击。瓷碗,负载均衡,CDN等技术都能有效对抗DDos攻击。

60.什么是 XSS 攻击,如何避免?

XSS 攻击也是比较常见,XSS,叫跨站脚本攻击(Cross-Site Scripting),因为会与层叠样式表 (Cascading Style Sheets, CSS) 的缩写混淆,因此有人将跨站脚本攻击缩写为 XSS。它指的是恶意攻击者往 Web 页面里插入恶意 html 代码,当用户浏览网页的时候,嵌入其中 Web 里面的 html 代码会被执行,从而达到恶意攻击用户的特殊目的。

XSS 攻击一般分三种类型:存储型 、反射型 、DOM 型 XSS

XSS 是如何攻击的呢?

简单说,XSS的攻击方式就是想办法“教唆”用户的浏览器去执行一些这个网页中原本不存在的前端代码。

拿反射型举个例子吧,流程图如下:

  1. 攻击者构造出特殊的 URL,其中包含恶意代码。
  2. 用户打开带有恶意代码的 URL 时,访问正常网站服务器
  3. 网站服务端将恶意代码从 URL 中取出,拼接在 HTML 中返回给浏览器。
  4. 用户浏览器接收到响应后解析执行,混在其中的恶意代码也被执行,请求恶意服务器,发送用户数据
  5. 攻击者就可以窃取用户的数据,以此冒充用户的行为,调用目标网站接口执行攻击者指定的操作。

一个典型的XSS

如何应对 XSS 攻击?

61.对称加密与非对称加密有什么区别?

对称加密:指加密和解密使用同一密钥,优点是运算速度较快,缺点是如何安全将密钥传输给另一方。常见的对称加密算法有:DES、AES 等。

对称加密

非对称加密:指的是加密和解密使用不同的密钥(即公钥和私钥)。公钥与私钥是成对存在的,如果用公钥对数据进行加密,只有对应的私钥才能解密。常见的非对称加密算法有 RSA。

非对称加密

62.RSA和AES算法有什么区别?

参考:

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