【计算机网络面经】内容全面

1.UDP和TCP的区别

• TCP的优点： 可靠，稳定 TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

• TCP的缺点： 慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击 TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。 而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击

• UDP的优点： 快，比TCP稍安全 UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP Flood攻击…… UDP的缺点： 不可靠，不稳定 因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

• 什么时候应该使用TCP： 当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下： 浏览器，用的HTTPFlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用Telnet、SSH QQ文件传输 …………

• 什么时候应该使用UDP： 当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。 比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下： QQ语音 QQ视频 TFTP ……

• TCP与UDP区别总结：

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP 尽最大努力交付，即不保证可靠交付
3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视 频会议等）
4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节 6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道

2.TCP如何保证可靠性

TCP保证可靠性：

1、序列号、确认应答、超时重传

• 数据到达接收方，接收方需要发出一个确认应答，表示已经收到该数据段，并且确认序号会说明了它下一次需要接收的数据序列号。如果发送发迟迟未收到确认应答，那么可能是发送的数据丢失，也可能是确认应答丢失，这时发送方在等待一定时间后会进行重传。这个时间一般是2*RTT(报文段往返时间）+一个偏差值

2、窗口控制与高速重发控制/快速重传（重复确认应答）

• TCP会利用窗口控制来提高传输速度，意思是在一个窗口大小内，不用一定要等到应答才能发送下一段
  数据，窗口大小就是无需等待确认而可以继续发送数据的最大值。如果不使用窗口控制，每一个没收到
  确认应答的数据都要重发
• 使用窗口控制，如果数据段1001-2000丢失，后面数据每次传输，确认应答都会不停地发送序号为1001
  的应答，表示我要接收1001开始的数据，发送端如果收到3次相同应答，就会立刻进行重发；但还有种
  情况有可能是数据都收到了，但是有的应答丢失了，这种情况不会进行重发，因为发送端知道，如果是
  数据段丢失，接收端不会放过它的，会疯狂向它提醒…

3、拥塞控制

• 如果把窗口定的很大，发送端连续发送大量的数据，可能会造成网络的拥堵（大家都在用网，你在这狂发，吞吐量就那么大，当然会堵），甚至造成网络的瘫痪。所以TCP在为了防止这种情况而进行了拥塞控制
• 慢启动：定义拥塞窗口，一开始将该窗口大小设为1，之后每次收到确认应答（经过一个rtt），将拥塞窗口大小*2
• 拥塞避免：设置慢启动阈值，一般开始都设为65536。拥塞避免是指当拥塞窗口大小达到这个阈值，拥塞窗口的值不再指数上升，而是加法增加（每次确认应答/每个rtt，拥塞窗大小+1），以此来避免拥塞
• 将报文段的超时重传看做拥塞，则一旦发生超时重传，我们需要先将阈值设为当前窗口大小的一半，并且将窗口大小设为初值1，然后重新进入慢启动过程
• 快速重传：在遇到3次重复确认应答（高速重发控制）时，代表收到了3个报文段，但是这之前的1个段丢失了，便对它进行立即重传，然后，先将阈值设为当前窗口大小的一半，然后将拥塞窗口大小设为慢启动阈值+3的大小，这样可以达到：在TCP通信时，网络吞吐量呈现逐渐的上升，并且随着拥堵来降低吞吐量，再进入慢慢
  上升的过程，网络不会轻易的发生瘫痪

3.简述三次握手四次挥手过程

1、三次握手

• 1、Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
• 2、 Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
• 3、 Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了

2、四次挥手：

由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭

• 1、 数据传输结束后，客户端的应用进程发出连接释放报文段，并停止发送数据，客户端进入FIN_WAIT_1状态，此时客户端依然可以接收服务器发送来的数据。
• 2、 服务器接收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到的序号+1，服务器进入CLOSE_WAIT状态。客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态。
• 3、当服务器没有数据要发送时，服务器发送一个FIN报文，此时服务器进入LAST_ACK状态，等待客户端的确认
• 4、客户端收到服务器的FIN报文后，给服务器发送一个ACK报文，确认序列号为收到的序号+1。此时客户端进入TIME_WAIT状态，等待2MSL（MSL：报文段最大生存时间），然后关闭连接。

4.为什么是三次握手，四次挥手

• 如果使用两次握手的话，三次握手中的最后一次缺失，服务器不能确认客户端的接收能力。举两个例子，第一种是黑客会伪造大量SYN请求发送给服务器，服务器立即确认并建立连接，分配资源，但是这一系列连接并不是真实存在的，这大大浪费了服务器的资源并且阻塞了正常用户的连接，这种也叫SYN洪泛攻击。第二种是服务器返回给客户端的ACK数据包可能会在传输的过程中丢失，而客户端没有收到该ACK数据包而拒绝接收服务器接下来发送的数据，于是服务器一直在发送，客户端一直在拒绝，形成死锁。反之三次握手就可以解决以上问题，四次握手是不必要的

• 由于TCP是一个全双工通信，在关闭连接时，当服务器收到客户端的FIN报文通知时，它仅仅表示客户端没有数据发送服务器了；但服务器未必将所有的数据都全部发送给了客户端，所以服务器端未必马上也要关闭连接，也即服务器端可能还需要发送一些数据给客户端之后，再发送FIN报文给客户端来表示现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的，这也是为什么释放连接时需要交换四次报文了。

5.TCP的拥塞控制算法

• 防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载，拥塞控制自然也是控制发
  送者的流量，拥塞控制有四种算法，慢启动、拥塞避免，快速重传和快速恢复

• 1、慢启动。慢启动算法的思路是当主机开始发送数据时，先以比较小的拥塞窗口进行发送，然后每次翻倍，也就是说，由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小，而这个大小是指数增长的，即1、2、4、8、16。为了防止拥塞窗口cwnd增长过大引起网络拥塞，还要另外设置一个慢启动阈值ssthresh状态变量，当拥塞窗口的大小超过慢启动阈值的时候（ cwnd > ssthresh 时），停止使用慢开始算法而改用拥塞避免
  算法

• 2、拥塞避免。拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢地增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍。

• 3、快速重传。当发送端连续收到三个重复的ack时，表示该数据段已经丢失，需要重发。此时慢启动阈值ssth变为原来一半，拥塞窗口cwnd变为ssth+3，然后+1+1的发（每一轮rtt+1）

• 4、快速恢复。当超过设定的时间没有收到某个报文段的ack时，表示网络拥塞，慢启动阈值ssth变为原来一半，拥塞窗口cwnd=1，进入慢启动阶段

6. TCP的粘包问题和解决办法

粘包问题的最本质原因在与接收对等方无法分辨消息与消息之间的边界在哪。我们通过使用某种方案给出边界，例如：

• 发送定长包。如果每个消息的大小都是一样的，那么在接收对等方只要累计接收数据，直到数据等于一个定长的数值就将它作为一个消息。
• 包尾加上\r\n标记。FTP协议正是这么做的。但问题在于如果数据正文中也含有\r\n，则会误判为消息的边界。
• 包头加上包体长度。包头是定长的4个字节，说明了包体的长度。接收对等方先接收包体长度，依据包体长度来接收包体。
• 使用更加复杂的应用层协议。

7.UDP如何实现可靠传输

因为UDP是无连接的协议，所以在传输层上无法保证可靠传输，要想实现可靠传输，只能从应用层实现。需要实现seq/ack机制，重传机制和窗口确认机制。
就要接收方收到UDP之后回复个确认包，发送方有个机制，收不到确认包就要重新发送，每个包有递增的序号，接收方发现中间丢了包就要发重传请求，当网络太差时候频繁丢包，防止越丢包越重传的恶性循环，要有个发送窗口的限制，发送窗口的大小根据网络传输情况调整，调整算法要有一定自适应性

• 1、 添加seq/ack机制，确保数据发送到对端
• 2、 添加发送和接收缓冲区，主要是用户超时重传
• 3、添加超时重传机制
  详细说明：发送端发送数据时，生成一个随机seq=x，然后每一片按照数据大小分配seq。数据到达接收端后接收端放入缓存，并发送一个ack=x的包，表示对方已经收到了数据。发送端收到了ack包后，删除缓冲区对应的数据。时间到后，定时任务检查是否需要重传数据。

8.网络为什么要分层？

• 1、 首先网络分层以后，各个层次之间相互独立，具体的某一层不需要知道下一层的具体实现，而只需要只要层于层之间的接口。所以上一层工作并不影响下一层的工作。只要保证接口不变，里面的功
  能就可以随便调整。
• 2、灵活性好。当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下层均不受影响。当某一层出现技术革新或者某一层在工作中出现问题时不会连累到其它层的工作，排除问题时也只需要考虑这一层单独的问题即可。
• 3、结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。技术的发展往往不对称的，层次化的划分有效避免了木桶效应，不会因为某一方面技术的不完善而影响整体的工作效率。
• 4、易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已经被分解为若干个相对独立的子系统。进行调试和维护时，可以对每一层进行单独的调试，避免
  了出现找不到、解决错问题的情况。
• 5、 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。标准化的好处就是可以随意替换其中的某一层，对于使用和科研来说十分方便

9. HTTP与HTTPS协议

HTTP协议和HTTPS协议区别如下：

• HTTP协议是以明文的方式在网络中传输数据，而HTTPS协议传输的数据则是经过TLS加密后的，
  HTTPS具有更高的安全性
• HTTPS在TCP三次握手阶段之后，还需要进行SSL 的handshake，协商加密使用的对称加密密钥
• HTTPS协议需要服务端申请证书，浏览器端安装对应的根证书
• HTTP协议端口是80，HTTPS协议端口是443

10. 简单描述TCP/IP四层模型

• 应用层：决定这次通信的应用类型，比如说FTP、DNS、SMTP等等，同时HTTP协议也属于应用层的范围。通俗来讲，应用层决定这一次通信要干嘛。
• 传输层：传输层提供两台计算机之间的数据传输，传输层中包含着两个很常用的协议，分别是TCP和UDP协议。
• 网络层：网络层则是用来处理这些流动的数据包，也就是如果把相应的数据包路由到指定的地点，为通信时的网络传输选择传输路线
• 数据链路层：数据链路层包含了软件与硬件的接口部分，以及各种网络设备的硬件，也就是整个网络通信过程中最底层的基础设施

11 .DNS协议的两种查询过程

DNS解析有两种方式：递归查询和迭代查询：

• 递归查询 用户先向本地域名服务器查询，如果本地域名服务器的缓存没有IP地址映射记录，就向根域名服务器查询，根域名服务器就会向顶级域名服务器查询，顶级域名服务器向权限域名服务器查询，查到结果后依次返回。
• 迭代查询 用户向本地域名服务器查询，如果没有缓存，本地域名服务器会向根域名服务器查询，根域名服务器返回顶级域名服务器的地址，本地域名服务器再向顶级域名服务器查询，得到权限域名服务器的地址，本地域名服务器再向权限域名服务器查询得到结果

12.TCP第三次握手携带数据

• 第一次和第二次是不可以携带数据的，但是第三次是可以携带数据的。
  假如第一次握手可以携带数据的话，那对于服务器是不是太危险了，有人如果恶意攻击服务器，每次都在第一次握手中的SYN报文中放入大量数据。而且频繁重复发SYN报文，服务器会花费很多的时间和内存空间去接收这些报文。
  第三次握手，此时客户端已经处于ESTABLISHED状态。对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且已经知道服务器的接收和发送能力是正常的。所以也就可以携带数据了

13.服务器不调用accept

• 服务端即使不调用accept，客户端依然可以connect成功
• 当客户端调用connect函数时，将引发三次握手过程，客户端首先发送SYN请求分组，此时服务端会将请求放入SYN队列，同时向客户端发送ACK确认报文，然后客户端向服务端再次发送ACK报文。服务端
  收到ACK确认报文后，将SYN里的连接请求移入ACCEPT队列。此时三次握手结束，即TCP连接成功建立。然后内核通知用户空间的阻塞的服务进程，服务进程调用accept仅仅是从ACCEPT队列里取出一个
  连接而已。也就是说客户端调用connect连接服务器，与服务器调用accept“接受”连接是两个独立的过程
• 但是客户端调用close函数关闭链接以后，服务器会处于CLOSE_WAIT,注意最后的 CLOSE_WAIT, 它将永远存在, 直到服务端进程退出.当客户端进程退出后, 客户端保留的 FIN_WAIT2 状态自然被释放, 但服务端由于未获得 connection 的文件描述符无法主动调用 Close 函数, 因此服务端的 CLOSE_WAIT 将一直持续直到服务端进程退出.

14.IP寻址的过程

• 首先看本地网络实现IP 寻址，也就是同一网段通信过程，假设有2个主机，他们是属于同一个网段。主机A和主机B，首先主机A通过本机的hosts表或者wins系统或dns系统先将主机B的计算机名 转换为Ip
  地址，然后用自己的 Ip地址与子网掩码计算出自己所出的网段，比较目的主机B的ip地址与自己的子网掩码，发现与自己是出于相同的网段，于是在自己的ARP缓存中查找是否有主机B 的mac地址，如果能
  找到就直接做数据链路层封装并且通过网卡将封装好的以太网帧发送有物理线路上去：如果arp缓存中没有主机B的的mac地址，主机A将启动arp协议通过在本地网络上的arp广播来查询主机B的mac地址，
  获得主机B的mac地址厚写入arp缓存表，进行数据链路层的封装，发送数据
• 不同的数据链路层网络必须分配不同网段的Ip地址并且由路由器将其连接起来。主机A通过本机的hosts表或wins系统或dns系统先主机B的计算机名转换为IP地址，然后用自己的Ip地址与子网掩码计算出自己所处的网段，比较目的目的主机B的Ip地址，发现与自己处于不同的网段。于是主机A将知道应该将次数据包发送给自己的缺省网关，即路由器的本地接口。主机A在自己的ARP缓存中查找是否有缺省网关的MAC地址，如果能够找到就直接做数据链路层封装并通过网卡 将封装好的以太网数据帧发送到物理线路上去，如果arp缓存表中没有缺省网关的Mac地址，主机A将启动arp协议通过在本地网络上的arp广播来查询缺省网关的mac地址，获得缺省网关的mac地址后写入arp缓存表，进行数据链路层的封装，发送数据。数据帧到达路由器的接受接口后首先解封装，变成ip数据包，对ip 包进行处理，根据目的Ip地址查找路由表，决定转发接口后做适应转发接口数据链路层协议帧的封装，并且发送到下一跳路由器，次过程继续直至到达目的的网络与目的主机