交易系统开发技能及面试之网络知识

Posted 2022-12-13 BBinChina

文章目录

• 概述
• Q1 为什么总问TCP握手过程
• Q2 当客户端没有通知服务端关闭链接时异常退出，服务端如何处理链接状态？
• Q3 tcp是如何处理快生产慢消费的？
• Q4 什么是MTU？
• Q5 比较TCP跟UDP？
• Q6 客户端是如何加入IP多播流？
• Q7 使用非阻塞socket的优势
• Q8 比较select 跟 poll系统
• 进阶

概述

网络知识体系是开发人员都必须具备的，本章主要讲解TCP/UDP协议，Socket，IP多播方式。理解非阻塞socket工作方式和怎样设计一个事件驱动系统。

Q1 为什么总问TCP握手过程

TCP为了保证可靠性，第一步要做的就是保证建立的链接是有效可用的，并且确认双方收到消息的序列号起始，通过序列号处理消息丢失后重发，而我们在设计其他系统的时候，也是可以借鉴这种方式。

第一步：
客户端A发送SYN类型消息给服务端B，消息携带客户端的序列号
第二步：
B响应请求后回SYN-ACK消息表示接收到链接请求，SYN-ACK包分为SYN（携带服务端的序列号），和ACK（确认收到的客户端的序列号）
第三步：
A响应B发过来的SYN-ACK包，并发送ACK（确认收到的服务端的序列号）

通过三次握手，最核心的部分是收发双方都确认通信对端当前的序列号起始位置，当有序列号数据包未确认时，可以重发来确保通信的可靠性。

Q2 当客户端没有通知服务端关闭链接时异常退出，服务端如何处理链接状态？

TCP链接有keepalive标志，当开启keepalive时，tcp会建立一个定时器，当定时时间到时，服务端会发送一个keepalive的探测包，当在配置的时间段内客户端没有回报时，该链接会被认为无效而关闭相关资源。

Q3 tcp是如何处理快生产慢消费的？

快生产慢消费是普遍场景，通常在消费端处理能力无法在提升时，为保证系统"可用性"即大部分生产数据能够被处理，非不可工作状态，在消费端会进行一些负载或者熔断处理。那么TCP又是如何处理这种场景的呢？TCP在服务端采用流控制的机制，来避免接收大量的数据。我们知道TCP采用数据包确认的方式，当服务端收到客户端数据包时，在返回的确认包中携带服务端当前缓冲区可接收的数据包容量，通过这种机制，客户端可以实时控制发送的数据包来缓解服务端的接收压力。

Q4 什么是MTU？

MTU（Maximum Transmission Unit）最大传输单元，IP数据报在链路层中可传输的最大量。如果一个数据报大于链路层规定的MTU，那么IP层需要对数据报进行分片，然后再接收端进行整合，每个分片的大小都小于MTU值。每个链路的MTU值可设置不同，因此分片的最大值为整条链路中最小链路的MTU。

Q5 比较TCP跟UDP？

可靠性：
TCP采用重传机制，保证到达接收端的数据包是有序确没有丢失的，除非网络异常链接中断（所以也有TCP是面向链接的说法）。
UDP没有可靠性保证机制，认为发送即成功，所以服务端接收的数据包是无序保证且可能丢失。
性能：
因为TCP需要处理数据包顺序跟重传，所以数据包发送性能比UDP慢。

Q6 客户端是如何加入IP多播流？

IP多播：源主机在发送多播数据包经过路由器（多播路由器）时，路由器会将数据包复制成多份发往感兴趣的客户端。那么客户端加入多播流的方式是采用ICMP协议，客户端发送IGMP(Internet Group Management Protocol 互联网组管理协议)消息给路由器，路由器基于IGMP将客户端感兴趣的多播流记录起来，当多播数据流到达路由器时，路由器根据记录将数据转发给客户端。

Q7 使用非阻塞socket的优势

非阻塞socket不会让发送数据的线程在没有数据发送时进入睡眠等待唤醒状态，而是让线程继续处理其他的工作。非阻塞socekt比设置超时时间和阻塞Socket的select系统更具优势，因为select当socket准备就绪唤醒socket时，而socket仍需进行阻塞读写，但是数据包有可能因为各种原因而丢失时，此次唤醒会导致读写失败。

Q8 比较select 跟 poll系统

调用select时，即使select监听着少量的socket句柄，我们也需要遍历所有的句柄，收集句柄触发的事件。而且，在每一次select调用之后，内核会覆盖socket句柄的标志位（采用bitmasks），所以在每次调用之前，我们需要重置bitmasks，bitmasks也导致了select只能监听有限的句柄。
poll系统采用pollfd结构体来记录句柄，且使用链表的方式，其优化了select有限bitmasks的限制，而pollfd结构体是可复用的。

进阶

关于大量链接管理的话，我们还会用到epoll（linux）、IOCP（windows）。
还有pselect
https://linux.die.net/man/2/pselect