计算机网络

Posted 2023-03-29 miraclemaker

1.TCP/IP四层模型和OSI七层模型：

• OSI七层模型：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层

。比较复杂，不太实用，并且有的功能在不同层中多次出现。

• TCP/IP四层模型：应用层，传输层，网络层，网络接口层。

。应用层：提供两个终端设备上不同网络应用之间进行信息交换的服务。

。传输层：提供两个终端设备上进程之间通用的数据传输服务。

。网络层：寻找合适的路径将数据进行分组为数据报传送至目标主机。

。网络接口层：将数据报组装为帧，以比特流的形式进行传输。

• 分层的原因：

。各层之间相互独立，只要知道如何去调用下层提供好的功能即可。易于设计，易于实现

。提高了灵活性，我们只要保证每一层的功能和接口暴露的规则没有改变即可。

2.协议汇总：

• 应用层：

。HTTP 协议：为 Web 浏览器与 Web 服务器之间的通信。

。DHCP 协议：自动给内网机器分配IP地址。

。DNS 协议：将域名转换为IP地址。

。FTP 协议：提供文件传输服务。

。SSH协议：专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性。

。电子邮件协议等（SMTP、POP3、IMAP）

• 传输层：

。socket：对TCP/IP的封装，为程序员提供做网络开发的接口。

。TCP协议：提供面向连接的，可靠的数据传输服务。

。UDP协议：提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务。

。ARQ协议：超时重传协议，规定一条消息后需要ACK回复。

• 网络层：

。IP 协议：寻找合适地址传输ip数据报，定义数据报的格式。

。ARP 协议：解析 IP 地址和 MAC 地址之间的映射。

。ICMP 协议：确认数据报是否到达，通知数据报被丢弃的原因。

。NAT 协议：用于内部网到外部网的地址转换

。RIP 协议、OSPF 协议、BGP 协议：用不同的算法寻找合适的路径。

• 网络接口层：

。差错检测：多种方法检测传输中是否出现错误。

。多路访问协议：规定多节点共享单一信道改如何使用，时分频分码分。

。CSMA/CD 协议：进行检测信道和碰撞检测。

3.浏览器输入url网址到返回页面发生了什么：

• 查看缓存->获取域名的协议端口等信息，组装成http请求报文，根据dns将域名解析为ip地址，发送tcp三次握手请求连接，发送http请求报文，服务器处理http请求，接受返回的http报文，四次挥手解除链接，放入缓存，对返回的数据进行加载，首先加载html，加载过程中会遇到css，图片，js（css，图片时是异步的，加载js时是同步阻塞的）加载完成后会解析html生成dom树，解析css生成cssom树，将两树合并生成渲染树，最后遍历并绘制页面。
• 寻址：知道目的主机的ip地址后，会逐步在网络间进行传输，通过ip地址与不同层次的子网掩码做位运算得出下一级网络的ip地址，直到找到目的主机。在这个过程中每次要传输数据还需要ARP协议来得出真正的mac地址才能传输，最后还可能需要NAT来找到最后的私有ip地址的主机位置。

4.TCP和UDP的区别：

• 连接：TCP传输前需要连接，传输结束后需要解除链接，而UDP不需要先建立连接。
• 是否可靠：TCP是可靠传输，有三次握手，确认，窗口，重传，拥塞，四次挥手等控制机制保证数据安全有序抵达。而UDP是不可靠传输，不返回任何确认，不保证数据是否丢失。
• 效率：TCP比UDP传输效率要低。
• 多播：TCP只能点对点通信，UDP可以一（多）对一（多）通信。
• 用途：TCP用于文件传输，邮件发送，远程登录等，UDP用于即时通信，语音视频直播等。
• 协议：基于TCP：HTTP,HTTPS,FTP,SSH,SMTP等；基于UDP：DNS,DHCP等。

5.TCP三次握手，四次挥手：

• 三次握手过程：

。询问可以建立连接吗（SYN），我的序号是x（seq=x）。

。可以建立连接（SYN），我的序号是y（seq=y），确认你的序号是x+1（ACK=x+1）吗？

。确认你的序号是y+1（ACK=y+1）。

。双方都要确认四个信息：自己发送接收是否正常，对方发送接收是否正常。八个信息三次握手来确定

• 四次挥手过程：

。请求结束连接（FIN），我的序号是x（seq=x）

。收到你的请求，确认你的序号是x+1（ACK=x+1）。服务端可能还在发送数据。

。我的数据发完了，可以结束连接了（FIN），我的序号是y（ACK=y）。

。收到，确认你的序号是y+1（ACK=y+1）。2msl后断开连接。

• 
• 为什么不能是两次握手或四次握手：

。两次握手即没有最后的ACK，那么服务端无法保证客户端收到自己的同意请求。

。四次握手即第二次服务端的SYN和ACK分开发送，显然是无意义的。

• 为什么第三次握手客户端的ACK不需要服务端的确认：

。不允许ACK对方的裸ACK报文，否则将互相ACK永无止境，如果最后一次ACK丢失，那么服务端还会继续发送一次SYN+ACK。

• 四次挥手为什么中间不能合并：

。因为服务端想结束的时候可能数据还没有发送完，所以先ACK表示收到客户端的请求，发送完数据后在进行FIN表示服务端的数据发完了。

• 为什么客户端第四次挥手后要等2msl才能关闭：

。因为客户端的ACK报文是不会有服务端的ACK发过来的，如果服务端未接收到消息，2msl内会有FIN再次发送过来的。2msl是一个消息发送和回复的最慢时间。

6.TCP保证传输的可靠性：

• 几大方法：

。数据包传输：数据被TCP分成合适的包再传给网络层。

。数据报排序：给每个数据包一个序列号，接收方将收到的包按序排列和去重。

。校验和：TCP会保持首部和数据的校验和，检测包在传输过程中是否发生了数据变化。

。超时重传：发送包后启动一个定时器，规定时间内未接收到接收方的ACK将会重传。

。流量控制：采用滑动窗口协议进行控制发送方发送包的速率。控制端对端的发送速率。

。拥塞控制：根据网络拥塞程度来调整发送速率。控制整个网络的发送速率。

• 流量控制：

。两端各有一个发送缓冲区与接收缓冲区，两端都各自维护一个发送窗口和一个接收窗口。数据一开始就会进入缓冲区；缓冲区的大小>=窗口大小；发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。

。发送窗口：

。接收窗口：

• 拥塞控制：

。慢开始：初始有拥塞窗口cwnd为1，慢开始门限ssthresh。当cwnd<ssthresh时，cwnd每次翻倍。

。拥塞控制：当cwnd>ssthresh时，每次cwnd+=1。

。快重传：当发送方连续收到接收方返回回来的三次重传提醒，就会重传数据并继续。

。

。快恢复：当出现数据丢失时，cwnd，ssthresh=cwnd/2；继续进行拥塞控制。

。

7.TCP头部结构：

• 

8.ARQ协议：

• 自动重传请求的一个错误纠正协议，规定发送方发送消息后接收方返回ACK，分为停止等待ARQ协议和连续ARQ协议。
• 停止等待ARQ：发送方发送第一份数据等待接收方的ACK后再发第二份，如果ACK未接收到就重复发送第一份数据，如果因为拥塞数据晚到，收到重复的数据或者ACK都会直接丢弃。
• 连续ARQ：发送方一直发送数据，接收方回复自己收到的连续数据的最后一个，如发送12356，那么就回复3，此时发送方需要把456再次重新发送，GO-BACK-N。

9.HTTP和HTTPS：

• HTTP超文本传输协议，用来规范超文本的传输，是无状态的只发送不维护；默认端口号80；URL 前缀是 http://。

HTTPS是基于SSl/TLS进行加密的HTTP协议，保证了安全性的基础上降低了效率，默认端口号443；URL 前 缀是 https://。

• HTTP不保存状态，如何保存用户状态的？通过赋给用户一个Session（服务器保存）来识别用户，将这个Session ID存放到Cookie（浏览器维护）中保存用来跟踪这个Session。
• 请求转发和重定向：

。请求转发：浏览器向服务器发请求，服务器定位到其他地址有你要的数据，服务器取到数据后返回给浏览器。

。重定向：浏览器向服务器发请求，服务器处理不了，返回给浏览器一个能处理的url，浏览器手动去请求新的url地址。

• HTTP1.0和HTTP1.1：HTTP1.1是长链接，并且优化了带宽，新增了错误状态码，更丰富的缓存策略。
• 常见状态码：

。1XX：请求正在处理

。2XX：请求正常处理完毕

。3XX：需要其他操作辅助完成请求处理

。301：永久重定向，如网址更换。

。302：临时重定向，如网站资源被临时转到其他网站。

。304：使用本地缓存击中需要的请求。

。4XX：客户端请求错误

。400：发送的请求存在问题，如请求参数不合法。

。403：拒绝请求，请求没有访问权限。

。404：请求资源在服务端未找到，如请求用户信息，但找不到该用户，或者路径写错。

。409：请求的资源与当前服务端状态存在冲突。

。415：请求体过大。

。5XX：服务端请求错误

。500：服务端出bug了，如服务端处理请求的时候抛出异常。

。502：网关将请求转发到服务端，但是服务端返回错误的响应。

10.Cookie和Session的区别：

• Cookie：保存用户信息，可以保存Session来追踪用户的状态，内部有token可以查询出用户的信息
• Session：只保存用户状态，安全性更高。

11.URI和URL：

• URI：唯一标识一个资源
• URL：定义一个资源的位置，是一个具体的URI

12.长连接和短连接：

• 长连接：任务完成后连接不中断，而是空闲一定时间后再中断；短连接：任务完成后直接中断；
• HTTP的长连接还是短连接实际上取决于TCP；HTTP1.1之后都默认为长连接。
• UDP是无连接的，可能发生丢包问题，如果UDP丢包了，建议降低发送速率，减少报文段长度；
• HTTP的无状态意思是连接建立后不存储对方的状态信息，与连接无关。

13.DNS域名解析的流程：

• 首先会查询浏览器缓存与host配置文件中是否有对应的记录；
• 再去根DNS服务器拿到顶级DNS服务器的ip地址，再去顶级DNS服务器中拿到nameserverDNS服务器的地址，最后返回IP地址。

14.UDP如何保证传输的可靠性：

• 根据TCP的那一套方法上选取自己需要的来实现可靠性。
• 比如我们知道TCP收到消息会发送ACK，保证消息可靠抵达；会对数据包有排序，保证消息的顺序；会对超时的消息进行重传，这些功能UDP可以根据自己的场景选取部分进行实现。
• 除此之外在大量数据发送时，UDP不是采用TCP的滑动窗口，而是实现了一个权限队列，根据权限高低来发送数据。