前端——网络方向面经题目总结

清疚 2022-05-19 01:12 177阅读 0赞

面试中网络方面的知识被问到的概率很大，尤其是互联网公司，`要熟悉osi七层模型，其中TCP/IP方面的知识尤其重要。`（如果自己平时有Socket编程的经验对面试也是很有帮助的。网络方面有空可以看看TCP/IP详解卷一和UNIX网络编程。）几乎技术岗的面试可能或多或少的都会问到网络相关的概念，毕竟也是计算机专业的基础知识，这里我总结了一些网上的面经以及自己看到的一些问题：

## 0、TCP/IP 基础 ##

层次图：  
![这里写图片描述][70]  
ARP和RARP属于网络层协议。但是工作内容属于数据链路层。  
数据封装：  
![这里写图片描述][70 1]

## 1、TCP为什么需要3次握手，4次断开？ ##

`**“三次握手”**`的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”。 client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。”。主要目的防止server端一直等待，浪费资源。  
对于TCP传输协议，客户端在于服务器建立连接前需要经过TCP三层握手，过程如下：  
![这里写图片描述][70 2]  
（`首先客户端向服务器发SYN（同步请求），然后服务器回复SYN+ACK（同步请求应答），最后客户端回复ACK确认，这样TCP的一次连接（三次握手）的过程就建立了！`）

**为什么`4次断开`？**

因为TCP有个半关闭状态，假设A.B要释放连接，那么A发送一个释放连接报文给B，B收到后发送确认，这个时候A不发数据，但是B如果发数据A还是要接受，这叫半关闭。然后B还要发给A连接释放报文，然后A发确认，所以是4次。

在tcp连接握手时为何ACK是和SYN一起发送，这里ACK却没有和FIN一起发送呢。原因是因为tcp是全双工模式，接收到FIN时意味将没有数据再发来，但是还是可以继续发送数据。

## 2、TCP和UDP有什么区别？ ##

TCP是传输控制协议，提供的是面向连接、可靠的字节流服务。通信双方彼此交换数据前，必须先通过三次握手协议建立连接，之后才能传输数据。TCP提供超时重传，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。UDP是用户数据报协议，是一个简单的面向无连接的协议。UDP不提供可靠的服务。在数据数据前不用建立连接故而传输速度很快。UDP主要用户流媒体传输，IP电话等对数据可靠性要求不是很高的场合。  
**TCP与UDP的区别：**（总结一下四点）  
1.TCP是面向连接的，UDP是无连接的  
2.TCP提供可靠的服务。UDP提供不可靠的服务  
3. TCP面向字节流。UDP面向报文，UDP没有拥塞控制，适合实时传输。  
4. TCP连接是点对点的，UDP支持多对多通信。

## 3、交换机与路由器有什么区别？ ##

①工作所处的OSI层次不一样，交换机工作在OSI第二层数据链路层，路由器工作在OSI第三层网络层

②寻址方式不同：交换机根据MAC地址寻址，路由器根据IP地址寻址

③转发速不同：交换机的转发速度快，路由器转发速度相对较慢。

## 3、TCP/IP的流量控制？ ##

利用滑动窗口实现流量控制，如果发送方把数据发送得过快，接收方可能会来不及接收，这就会造成数据的丢失。所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。

TCP为每一个连接设有一个持续计时器(persistence timer)。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器。若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口控测报文段（携1字节的数据），那么收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器。

## 4、TCP拥塞控制？ ##

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。拥塞控制所要做的都有一个前提：网络能够承受现有的网络负荷。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。

拥塞控制代价：需要获得网络内部流量分布的信息。在实施拥塞控制之前，还需要在结点之间交换信息和各种命令，以便选择控制的策略和实施控制。这样就产生了额外的开销。拥塞控制还需要将一些资源分配给各个用户单独使用，使得网络资源不能更好地实现共享。

**几种拥塞控制方法：**

`慢开始`(slow-start )、`拥塞避免`(congestion avoidance )、`快重传`( fastretransmit )和`快恢复`( fastrecovery )。

慢开始和拥塞避免

发送方维持一个拥塞窗口cwnd ( congestion window )的状态变量。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。  
发送方控制拥塞窗口的原则是：只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口就再增大一些，以便把更多的分组发送出去。但只要网络出现拥塞，拥塞窗口就减小一些，以减少注入到网络中的分组数。  
**慢开始算法**：当主机开始发送数据时，如果立即把大量数据字节注入到网络，那么就有可能引起网络拥塞，因为现在并不清楚网络的负荷情况。因此，较好的方法是先探测一下，即由小到大逐渐增大发送窗口，也就是说，由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。通常在刚刚开始发送报文段时，先把拥塞窗口 cwnd 设置为一个最大报文段MSS的数值。而在每收到一个对新的报文段的确认后，把拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。用这样的方法逐步增大发送方的拥塞窗口 cwnd ，可以使分组注入到网络的速率更加合理。

每经过一个传输轮次，拥塞窗口 cwnd 就加倍。一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间RTT。不过“传输轮次”更加强调：把拥塞窗口cwnd所允许发送的报文段都连续发送出去，并收到了对已发送的最后一个字节的确认。  
另，慢开始的“慢”并不是指cwnd的增长速率慢，而是指在TCP开始发送报文段时先设置cwnd=1，使得发送方在开始时只发送一个报文段（目的是试探一下网络的拥塞情况），然后再逐渐增大cwnd。  
为了防止拥塞窗口cwnd增长过大引起网络拥塞，还需要设置一个慢开始门限ssthresh状态变量（如何设置ssthresh）。慢开始门限ssthresh的用法如下：  
当 cwnd < ssthresh 时，使用上述的慢开始算法。  
当 cwnd > ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。  
当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用拥塞控制避免算法。  
**拥塞避免算法**：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。这样拥塞窗口cwnd按线性规律缓慢增长，比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢得多。  
无论在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有收到确认），就要把慢开始门限ssthresh设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半（但不能小于2）。然后把拥塞窗口cwnd重新设置为1，执行慢开始算法。这样做的目的就是要迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕。过程图如下：  
![这里写图片描述][70 3]  
**快速重传**：

那就是收到3个相同的ACK。TCP在收到乱序到达包时就会立即发送ACK，TCP利用3个相同的ACK来判定数据包的丢失，此时进行快速重传，快速重传做的事情有：

1.  把ssthresh设置为cwnd的一半
2.  把cwnd再设置为ssthresh的值(具体实现有些为ssthresh+3)

3.重新进入拥塞避免阶段。

**快速恢复**：

1.  当收到3个重复ACK时，把ssthresh设置为cwnd的一半，把cwnd设置为ssthresh的值加3，然后重传丢失的报文段，加3的原因是因为收到3
2.  再收到重复的ACK时，拥塞窗口增加1。
3.  收到新的数据包的ACK时，把cwnd设置为第一步中的ssthresh的值。原因是因为该ACK确认了新的数据，说明从重复ACK时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态。

## 5、ARP是地址解析协议，简单语言解释一下工作原理。 ##

(1)首先，每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系。

（2）当源主机要发送数据时，首先检查ARP列表中是否有对应IP地址的目的主机的MAC地址，如果有，则直接发送数据，如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP数据包，该数据包包括的内容有：源主机IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP地址。

（3）当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是，则忽略该数据包，如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中，如果已经存在，则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己是它想要找的MAC地址。

（4）源主机收到ARP响应包后。将目的主机的IP和MAC地址写入ARP列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

广播发送ARP请求，单播发送ARP响应。

## 6、ICMP协议？ ##

ICMP是InternetControl Message Protocol，因特网控制报文协议。它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由器是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。ICMP报文有两种：差错报告报文和询问报文。

## 7、DHCP协议？ ##

动态主机配置协议，是一种让系统得以连接到网络上，并获取所需要的配置参数手段。通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。

## 8、网桥的作用？ ##

网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁

## 9、数据链路层协议可能提供的服务？ ##

成帧、链路访问、透明传输、可靠交付、流量控制、差错检测、差错纠正、半双工和全双工。最重要的是帧定界（成帧）、透明传输以及差错检测。

## 10、网络接口卡（网卡）的功能？ ##

（1）进行串行/并行转换。

（2）对数据进行缓存。

（3）在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

（4）实现以太网协议。

## 11、私有（保留）地址？ ##

A类：10.0.0.0——10.255.255.255

B类：172.16.0.0——172.31.255.255
    
       C类：192.168.0.0——192.168.255.255

## 12、TTL是什么？作用是什么？哪些工具会用到它（ping traceroute ifconfig netstat）？ ##

TTL是指生存时间，简单来说，它表示了数据包在网络中的时间，经过一个路由器后TTL就减一，这样TTL最终会减为0，当TTL为0时，则将数据包丢弃，这样也就是因为两个路由器之间可能形成环，如果没有TTL的限制，则数据包将会在这个环上一直死转，由于有了TTL，最终TTL为0后，则将数据包丢弃。ping发送数据包里面有TTL，但是并非是必须的，即是没有TTL也是能正常工作的，traceroute正是因为有了TTL才能正常工作，ifconfig是用来配置网卡信息的，不需要TTL，netstat是用来显示路由表的，也是不需要TTL的。

## 13、路由表是做什么用的？在Linux环境中怎么配置一条默认路由？ ##

路由表是用来决定如何将一个数据包从一个子网传送到另一个子网的，换句话说就是用来决定从一个网卡接收到的包应该送到哪一个网卡上去。路由表的每一行至少有目标网络号、子网掩码、到这个子网应该使用的网卡这三条信息。当路由器从一个网卡接收到一个包时，它扫描路由表的每一行，用里面的子网掩码与数据包中的目标IP地址做逻辑与运算（&）找出目标网络号。如果得出的结果网络号与这一行的网络号相同，就将这条路由表六下来作为备用路由。如果已经有备用路由了，就载这两条路由里将网络号最长的留下来，另一条丢掉（这是用无分类编址CIDR的情况才是匹配网络号最长的，其他的情况是找到第一条匹配的行时就可以进行转发了）。如此接着扫描下一行直到结束。如果扫描结束仍没有找到任何路由，就用默认路由。确定路由后，直接将数据包送到对应的网卡上去。在具体的实现中，路由表可能包含更多的信息为选路由算法的细节所用。

在Linux上可以用“route add default gw<默认路由器 IP>”命令配置一条默认路由。

## 14、RARP？ ##

逆地址解析协议，作用是完成硬件地址到IP地址的映射，主要用于无盘工作站，因为给无盘工作站配置的IP地址不能保存。

## 15、运输层协议与网络层协议的区别？ ##

网络层协议负责的是提供主机间的逻辑通信

运输层协议负责的是提供进程间的逻辑通信

## 16、说说静态路由和动态路由有什么区别。 ##

静态路由是由管理员手工配置的，适合比较简单的网络或需要做路由特殊控制。而动态路由则是由动态路由协议自动维护的，不需人工干预，适合比较复杂大型的网络。

路由器能够自动地建立自己的路由表，并且能够根据实际实际情况的变化适时地进行调整。动态路由机制的运作依赖路由器的两个基本功能：对路由表的维护；路由器之间适时的路由信息交换。

## 17、HTTP的长连接和短连接? ##

HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。HTTP属于应用层协议.

短连接:浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。

长连接:当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的 TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

TCP短连接: client向server发起连接请求，server接到请求，然后双方建立连接。client向server发送消息，server回应client，然后一次读写就完成了，这时候双方任何一个都可以发起close操作，不过一般都是client先发起 close操作.短连接一般只会在client/server间传递一次读写操作

TCP长连接: client向server发起连接，server接受client连接，双方建立连接。Client与server完成一次读写之后，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接。

## 18、 IO中同步与异步，阻塞与非阻塞区别 ##

同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/asynchronous communication)  
所谓同步，就是在发出一个*调用*时，在没有得到结果之前，该*调用*就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。  
换句话说，就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。  
而异步则是相反，*调用*在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在*调用*发出后，*被调用者*通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞：不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

## 19、ip地址分段 ##

A类网络的IP地址范围为1.0.0.1－127.255.255.254；  
B类网络的IP地址范围为：128.1.0.1－191.255.255.254；  
C类网络的IP地址范围为：192.0.1.1－223.255.255.254、

## 20、为什么TIME\_WAIT状态还需要等2\*MSL（Max SegmentLifetime，最大分段生存期）秒之后才能返回到CLOSED状态呢？ ##

因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN\_SENT状态到ESTABLISH状态那样），但是我们必须假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文一定会被对方收到，就是说对方处于LAST\_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME\_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

[70]: /images/20220519/7b0a4f9b479e48c0bc6ac797827c4337.png
[70 1]: /images/20220519/cf80cf35c0c34b7b80066be4dc2a009d.png
[70 2]: /images/20220519/ccc823c90c5d42e796aaf45e149c489b.png
[70 3]: /images/20220519/0392860222bd45e69b376b048f66b916.png