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前言

这算是秃头系列的第三个系列第七篇文章了，主要针对网络编程的面试八股文的，当然，虽然平时工作中我们很少用到下面的知识点，但是一些理论知识还是需要了解下的，下面欢迎各位看官阅读。

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网络编程

七层/五层架构

七层架构

• 应用层
  • 功能：文件传输，电子邮件，文件服务
  • 协议：TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet
• 表示层
  • 功能：数据格式化，代码转换，数据加密
• 会话层
  • 功能：解除或建立与别的接点的联系
• 传输层
  • 功能：提供端对端的接口
  • 协议：TCP、UDP
• 网络层
  • 功能：为数据包选择路由
  • 协议：IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP
• 数据链路层
  • 功能：传输有地址的帧以及错误检测功能
• 物理层
  • 功能：以二进制数据形式在物理媒体上传输数据

五层结构

• 应用层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理层

面试题：路由器是在哪层， tcp http等各种协议是哪层？

• 路由器在网络层
  • 路由器使用IP地址进行寻址
• TCP在传输层
• Http在应用层

面试题：Http和Https 区别 *

1. HTTP明文传输，数据都是未加密的，安全性较差，HTTPS（SSL+HTTP）数据传输过程是加密的，安全性较好。
2. 使用HTTPS协议需要到CA（Certificate Authority，数字证书认证机构）申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。
3. HTTP页面响应速度比HTTPS快，
   • 主要是因为HTTP使用TCP三次握手建立连接，客户端和服务器需要交换3个包，
   • 而HTTPS除了TCP的三个包，还要加上ssl握手需要的9个包，所以一共是12个包。
4. http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
5. HTTPS其实就是建构在SSL/TLS之上的HTTP协议，所以，要比较HTTPS比HTTP要更耗费服务器资源。

HTTP和HTTPS的请求过程

HTTP的请求过程：

1. TCP建立连接后，客户端会发送报文给服务端
2. 服务端接收报文并作出响应
3. 客户端收到响应后解析给用户

HTTPS的请求过程：

1. 客户端发送请求到服务端；
2. 服务器返回证书和公钥
3. 客户端验证证书和公钥的有效性，如果有效，则生成对称密钥并使用公钥加密发送到服务
4. 服务端使用私钥解密报文，并使用收到的对称密钥加密报文，发送到客户端；
5. 客户端使用对称密钥解密报文，并对信息进行验真
6. SSL加密建立

TCP

TCP和UDP的区别

1. 面向连接和无连接
2. 可靠性，TCP可靠，UDP容易丢失数据
3. 有序性，TCP利用序列号保证了消息包的顺序交付
4. 速度，TCP比较慢，因为要创立连接。
5. 量级，TCP是重量级的，头部20个字节；UDP是轻量级的，头部8个字节

三次握手 **

1. 刚开始客户端处于 closed 的状态，服务端处于 listen 状态
2. 第一次握手：客户端给服务端发一个SYN报文，并指明客户端的初始化序列号ISN(c)。此时客户端处于 SYN_Send 状态
3. 第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己（服务端）的 SYN 报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN(s)，同时会把客户端的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_REVD 的状态。
4. 第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 establised（就绪） 状态；可以携带数据
5. 服务器收到 ACK 报文之后，也处于 establised 状态，此时，双方以建立起了链接。

总结：

• 客户端发起两次握手
  • 第一次发送：SYN报文、初始化序列化ISN，进入ISN_Send状态
  • 第二次发送：此时已收到服务端的回报，接收：服务端的ACK，再次发送一个ACK报文（服务器的ISN+1），处于就绪状态
• 服务端发起一次握手
  • 收到客户端的第一次握手发送信息，将自己的SYN、ISN以及ACK作为回执给到客户端

面试题：TCP三次连接，这个listen backLog有什么作用

backLog，两个队列（半连接队列、全连接队列），分别存放SYN_RCVD状态、ESTABLISHED状态的连接

• 服务器第一次收到客户端的SYN之后，就会处于SYN_RCVD状态，此时双方还没有完全建立其连接，服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里，我们把这种队列称之为半连接队列。
• 当然还有一个全连接队列，就是已经完成三次握手，建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。
  • 服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同，一般会是指数增长，例如间隔时间为 1s, 2s, 4s, 8s, ….

面试题：三次握手的作用 **

1. 确认双方的接受能力、发送能力是否正常。
2. 指定自己的初始化序列号，为后面的可靠传送做准备。
3. 如果是 https 协议的话，三次握手这个过程，还会进行数字证书的验证以及加密密钥的生成

面试题：两次握手为什么不可以？**

1. 第一次握手：客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。
2. 第二次握手：服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。
3. 第三次握手：客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也正常 因此，需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。

同时，如果采取两次握手，那么只要服务器发出确认数据包就会建立连接，但由于客户端此时并未响应服务端的请求，那此时服务端就会一直在等待客户端，这样服务器就白白浪费了一定的资源。

若采用三次握手，服务器没有收到来自客户端的再次确认，则就会知道客户端并没有要求建立请求，就不会浪费服务器的资源

四次挥手 **

1. 第一次挥手：客户端发送一个FIN报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于CLOSED_WAIT1状态
2. 第二次握手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 + 1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT2状态
3. 第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给FIN报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。
4. 第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 + 1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于TIME_WAIT状态。需要过一阵子（2MSL）以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态
5. 服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态

面试题：TCP四次挥手，Time WAIT发生在哪方；两个超时重传时间的作用；大量timeout怎么处理，Time_wait过多怎么办？ **

• Time WAIT 发生在客户端
• 两个超时重传时间的作用（为什么客户端发送 ACK 之后不直接关闭，而是要等一阵子才关闭）：
  • 为了保证客户端发送的最后一个ACK报文段能够到达服务器
    • 因为这个ACK有可能丢失，从而导致处在LAST-ACK状态的服务器收不到对FIN-ACK的确认报文。服务器会超时重传这个FIN-ACK，接着客户端再重传一次确认，重新启动时间等待计时器。最后客户端和服务器都能正常的关闭。假设客户端不等待2MSL，而是在发送完ACK之后直接释放关闭，一但这个ACK丢失的话，服务器就无法正常的进入关闭连接状态
  • 可以防止已失效的报文段
    • 客户端在发送最后一个ACK之后，再经过经过2MSL，就可以使本链接持续时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。从保证在关闭连接后不会有还在网络中滞留的报文段去骚扰服务器。
• 出现大量Time_Wait：
  • 存在大量短连接，并且由该方主动关闭。一般出现在web服务器中，因为HTTP关闭TCP连接的是Server端。

面试题：第2次挥手的之后，这时候给服务端发大量的包，服务端会怎样处理？

• 服务端依旧会正常处理数据包
• 连接关闭时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不在发送数据了，但是还能接收数据，乙方也未必全部数据都发送对方了

面试题：谈谈你对TCP / IP 协议的了解

1. TCP/IP是一个协议簇，是一个开放的协议标准，所有人都可以免费使用，并且是独立于硬件和操作系统的。
2. TCP/IP协议是不区分网络硬件的，它在局域网，广域网和互联网中都被广泛使用。
3. TCP/IP协议使用统一的网络地址分配的方案，网络中的每台电脑都具有唯一的IP地址。
4. TCP/IP协议是一个标准的高层协议，拥有极高的可靠性，可以为用户提供可靠的服务。

面试题：TCP的可靠性保证

• 校验和
• 确认应答与序列号
  • 序列号：TCP传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号
    • 序列号的作用不仅仅是应答的作用，有了序列号能够将接收到的数据根据序列号排序，并且去掉重复序列号的数据。这也是TCP传输可靠性的保证之一
  • 确认应答：TCP传输的过程中，每次接收方收到数据后，都会对传输方进行确认应答。也就是发送ACK报文。这个ACK报文当中带有对应的确认序列号，告诉发送方，接收到了哪些数据，下一次的数据从哪里发
• 超时重传
  • 发送方在发送完数据后等待一个时间，时间到达没有接收到ACK报文，那么对刚才发送的数据进行重新发送
  • 最大超时时间（也就是等待的时间）是动态计算的
• 连接管理
  • 连接管理就是三次握手与四次挥手的过程
• 流量控制 **
  • 接收端在接收到数据后，对其进行处理。如果发送端的发送速度太快，导致接收端的结束缓冲区很快的填充满了
  • 在TCP协议的报头信息当中，有一个16位字段的窗口大小。
    • 窗口大小的内容实际上是接收端接收数据缓冲区的剩余大小。这个数字越大，证明接收端接收缓冲区的剩余空间越大，网络的吞吐量越大。
    • 接收端会在确认应答发送ACK报文时，将自己的即时窗口大小填入，并跟随ACK报文一起发送过去。
    • 发送方根据ACK报文里的窗口大小的值的改变进而改变自己的发送速度。
    • 如果接收到窗口大小的值为0，那么发送方将停止发送数据，并定期的向接收端发送窗口探测数据段，让接收端把窗口大小告诉发送端。
• 拥塞控制 **
  • TCP传输的过程中，发送端开始发送数据的时候，如果刚开始就发送大量的数据，那么就可能造成一些问题。网络可能在开始的时候就很拥堵，如果给网络中在扔出大量数据，那么这个拥堵就会加剧。拥堵的加剧就会产生大量的丢包，就对大量的超时重传，严重影响传输。
  • 因此TCP引入了慢启动的机制，在开始发送数据时，先发送少量的数据探路。探清当前的网络状态如何，再决定多大的速度进行传输。这时候就引入一个叫做拥塞窗口的概念。
  • 发送刚开始定义拥塞窗口为 1，每次收到ACK应答，拥塞窗口加 1。在发送数据之前，首先将拥塞窗口与接收端反馈的窗口大小比对，取较小的值作为实际发送的窗口。
  • 拥塞窗口的增长是指数级别的。慢启动的机制只是说明在开始的时候发送的少，发送的慢，但是增长的速度是非常快的。

Tcp有哪些状态

• LISTEN - 侦听来自远方TCP端口的连接请求；
• SYN-SENT -在发送连接请求后等待匹配的连接请求；
• SYN-RECEIVED - 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认；
• ESTABLISHED- 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户；
• FIN-WAIT-1 - 等待远程TCP的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认；
• FIN-WAIT-2 - 从远程TCP等待连接中断请求；
• CLOSE-WAIT - 等待从本地用户发来的连接中断请求；
• CLOSING -等待远程TCP对连接中断的确认；
• LAST-ACK - 等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认；
• TIME-WAIT -等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认；
• CLOSED - 没有任何连接状态；

面试题：Tcp怎么保证顺序*

见上方保证可靠性的序列号

面试题：TCP优化

• TCP的快速打开
  • 允许TCP在连接建立握手阶段交换数据
• 尽最大重用建立的TCP连接
  • 长连接
  • 负载均衡
    • 客户端（如：ClientA）与负载均衡设备之间进行三次握手并发送 HTTP 请求。负载均衡设备收到请求后，会检测服务器是否存在空闲的长链接，如果不存在，服务器将建立一个新连接。当 HTTP 请求响应完成后，客户端与负载均衡设备协商关闭连接，而负载均衡则保持与服务器之间的这个连接。当有其他客户端（如：ClientB）需要发送 HTTP 请求时，负载均衡设备会直接向服务器之间保持的这个空闲连接发送 HTTP 请求，避免来由于新建 TCP 连接造成的延时和服务器资源耗费。

面试题：什么是TCP 粘包/拆包

操作系统在发送TCP数据的时候，底层会有一个缓冲区

• 拆包：
  • 一次发送的数据如果超过缓冲区的大小，那么一个完整的数据包可能就被拆分成多个子包进行发送
• 粘包：
  • 一次发送的数据如果达不到缓冲区的大小，那么多个子数据可能就被封装成一个大的数据包进行发送

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后言

以上就是八股文之网络编程的全部内容了，希望对大家有一定的帮助，我是新生代农民工L_Denny，下篇文章说说我对Netty的了解，再见。