计算机网络核心面试知识深入解析

360_go_php
0 阅读10分钟

一、HTTPS建立连接的过程

image.png

证书申请阶段（前置准备）

在正式建立连接前，服务器需要向证书机构（CA）申请SSL证书：

  • 服务器将自己的公钥发给CA机构
  • CA机构用自己的私钥对服务器的公钥进行加密，生成SSL证书
  • 服务器存储SSL证书，供后续安全连接使用

image.png

连接建立详细流程

第1步：TCP三次握手 客户端与服务器先建立TCP连接（这是HTTPS的基础）

第2步：服务器发送SSL证书 服务器将SSL证书发送给客户端，证书包含：

  • 证书的发布机构（CA）
  • 证书的有效期
  • 服务器的公钥
  • 证书所有者
  • 数字签名

第3步：客户端验证证书（以浏览器为例）

  1. 浏览器检查证书所有者、有效期等基本信息
  2. 查找操作系统中内置的受信任CA证书，比对颁发者
  3. 如果找不到，浏览器报错（证书不可信）
  4. 如果找到，用CA的公钥解密证书中的签名
  5. 用相同hash算法计算证书hash值，与解密后的签名对比
  6. 一致则证明证书合法，读取公钥用于后续加密

为什么需要CA？

假设没有CA，可能发生中间人攻击：

正常流程：服务器公钥 → 客户端
被攻击：服务器公钥被hack截获 → hack将自己的公钥发给客户端 → 客户端用hack公钥加密数据 → hack解密获取数据 → hack用服务器公钥加密转发

有了CA后，客户端内置的CA根证书能识别出hack的证书不合法，有效防止中间人攻击。

二、HTTP的缓存策略是怎么样的？

image.png HTTP缓存主要分为强缓存和对比缓存两种，优先级：强缓存 > 对比缓存

强缓存

浏览器直接从本地缓存读取数据，不再向服务器发送请求

image.png 实现字段：

  • Expires：缓存到期时间（绝对时间，服务器时间+缓存有效期）
    • 缺点：客户端修改本地时间会导致缓存失效；本地时间与服务器时间不一致也会失效
  • Cache-Control：缓存最大有效时间（相对时间）
    • 优点：即使本地时间与服务器不一致，也不会导致缓存失效
    • 常用取值：
      • max-age：最大有效时间（秒）
      • no-cache：没有缓存
      • s-maxage：同max-age，仅用于共享缓存（如CDN）
      • public：多用户共享缓存（默认）
      • private：不能多用户共享

对比缓存

先向服务器发送请求，带上缓存标识，由服务器判断是否使用缓存

Last-Modified/If-Modified-Since

  • 响应头返回Last-Modified（资源最后修改时间）
  • 请求头带上If-Modified-Since（上次获取的修改时间）
  • 服务器判断资源是否更新：
    • 有更新：返回新资源（状态码200）
    • 无更新：返回304，浏览器使用缓存

缺点：

  1. 只能精确到秒级，1秒内多次修改无法准确标识
  2. 内容未变但修改时间改变，导致缓存失效

Etag/If-None-Match

  • 响应头返回Etag（资源版本号）
  • 请求头带上If-None-Match（上次的版本号）
  • 服务器对比版本号决定返回200还是304

缓存优先级

强缓存（Cache-Control） > 强缓存（Expires） > 对比缓存（Etag） > 对比缓存（Last-Modified）

三、TCP三次握手和四次挥手是怎么样的？

三次握手（建立连接）

客户端         服务端
  |----SYN---->|
  |<--SYN+ACK--|
  |----ACK---->|

详细流程：

  1. 客户端发SYN：生成随机数J作为序号，发送SYN包（seq=J），进入SYN_SENT状态
  2. 服务端回应SYN+ACK：进入SYN_RECV状态，发送SYN包（ACK=1，ack=J+1，seq=K）
  3. 客户端发ACK：检查ACK=1且ack=J+1，发送ACK包（ACK=1，ack=K+1）
  4. 双方进入ESTABLISHED状态，连接建立成功

四次挥手（断开连接）

客户端         服务端
  |----FIN---->|  客户端→服务端断开
  |<---ACK-----|  服务端确认
  |<---FIN-----|  服务端→客户端断开
  |----ACK---->|  客户端确认

详细流程：

  1. 客户端发FIN：发送FIN包（seq=J），进入FIN_WAIT_1，表示客户端无数据发送
  2. 服务端回ACK：发送ACK包（ack=J+1），进入CLOSE_WAIT，客户端收到后进入FIN_WAIT_2
  3. 服务端发FIN：服务端无数据后，发送FIN包，进入LAST_ACK
  4. 客户端回ACK：发送ACK包，进入TIME_WAIT，超时后自动关闭；服务端收到ACK后进入CLOSE

TIME_WAIT的意义：如果ACK包丢失，服务端会重发FIN，客户端可以在TIME_WAIT状态下重发ACK。

四、TCP怎么保证可靠性的？

TCP通过多种机制共同保障可靠性：

1. 校验和

将数据切分成16位二进制串，求和得到校验和。接收方用相同算法计算，对比校验和是否一致，防止数据损坏。

2. 序列号/确认应答 + 超时重传

  • 每个数据包都有序号
  • 接收方收到数据返回ACK确认
  • 超过超时时间未收到ACK，触发超时重传
  • 超时时间动态变化：初始值>正常往返时间，重传失败则指数增加
  • Linux中以500ms为单位，重传超时依次为500ms、2500ms、4500ms...
  • 重传次数累计到阈值后，关闭连接

3. 最大消息长度（MSS）

建立连接时双方约定MSS作为发送单位，理想情况下刚好不被网络层分块。

4. 滑动窗口控制

发送方不需要等待每个包的确认，只要包在滑动窗口内就可以发送。每收到一个确认应答，窗口向后移动一位。

5. 流量控制

接收方根据缓冲区情况，动态调整滑动窗口大小，通知发送方调整发送速率，防止接收方缓冲区溢出。

五、TCP拥塞控制怎么实现？

拥塞控制由四个算法组成：慢启动、拥塞避免、拥塞发生时算法、快速恢复

1. 慢启动

  • 连接刚建立时，拥塞窗口cwnd初始为1
  • 每收到一个ACK确认，cwnd+1
  • 每个往返时延RTT，窗口大小翻倍（指数增长）
  • 目的：试探网络承受能力

2. 拥塞避免

  • 当cwnd达到慢启动阈值ssthresh时，停止指数增长
  • 进入线性增长：每个RTT，cwnd+1
  • 目的：避免超过网络承载能力导致拥塞

3. 拥塞发生时算法

判定拥塞的依据（丢包）：

  • 超时重传：超过RTO未收到ACK
  • 三个重复ACK：收到3个以上相同的ACK（如连续收到3个ACK=2，说明包3丢失）

处理方式：

  • 将ssthresh设置为当前窗口大小的一半
  • 判定拥塞后触发快速恢复

补充：快重传 收到失序报文时，接收方立即返回已收到的最新序号ACK（如收到包4但没收到包3，仍返回ACK=2）。连续3个重复ACK触发发送方快速重传丢失的包。

4. 快速恢复算法

  • TCP Tahoe（早期算法）：cwnd重置为1，重新慢启动
  • TCP Reno（现在常用）：cwnd设置为新的ssthresh，进入拥塞避免（线性增长）

六、close_wait太多怎么处理？

close_wait产生原因

四次挥手中，服务端返回ACK应答后，如果还有数据要发给客户端，会进入close_wait状态。如果被动关闭方没有及时发出FIN包，就会一直停留在close_wait状态。

解决方案

可以调整TCP空闲连接存活时间：

tcp_keepalive_time = 7200  # 默认2小时，可调小

time_wait太多的问题及处理

产生原因：高并发短连接场景下，主动关闭方进入TIME_WAIT状态，端口资源（0-65535）有限，持续高并发会导致端口耗尽。

解决方案（修改系统配置）：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1      # 开启SYN Cookies，防范SYN攻击
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1         # 允许TIME-WAIT sockets重新用于新连接
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1       # 开启TIME-WAIT sockets快速回收
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30     # 修改默认TIMEOUT时间

HTTP/2 有哪些新特性？

1. 二进制传输

  • 采用二进制格式传输数据，而非HTTP/1.x的纯文本
  • 协议解析更高效
  • 将请求和响应数据分割为更小的帧，二进制编码
  • 同域名下所有通信在单个连接上完成，承载任意数量双向数据流

2. Header压缩（HPACK算法）

  • 客户端和服务器建立"字典"，用索引号表示重复字符串
  • 采用哈夫曼编码压缩整数和字符串，压缩率达50%-90%
  • 首部表在连接存续期内始终存在，渐进更新
  • 新请求只需发送差异数据，减少冗余

3. 多路复用

  • 解决浏览器对同域名请求数量的限制
  • 更容易实现全速传输
  • 避免了TCP连接的慢启动过程

4. Server Push（服务器推送）

  • 服务器可主动向客户端发送消息
  • 例如：浏览器请求HTML时，服务器提前推送可能用到的JS、CSS文件
  • 减少等待延迟

5. 提高安全性

  • 虽然不强制加密，但主流浏览器只支持加密的HTTP/2
  • 实际应用的HTTP/2都是加密的
  • 协议标识："h2"表示加密，"h2c"表示明文

HTTP报文结构是怎么样的？

请求报文结构

请求行 + 请求头 + 空行 + 请求内容

请求行：请求方法 + URL + 协议版本（空格分隔）

  • 请求方法：GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT

请求头：key/value对，每行一对，冒号分隔

  • User-Agent：浏览器类型
  • Accept：可识别的响应内容类型
  • Accept-Language：可接受的自然语言
  • Host：请求的主机名
  • Connection：连接方式（close或keepalive）
  • Cookie：客户端扩展字段

空行：标识请求头结束

请求内容：POST请求的body，配合Content-Type和Content-Length使用

响应报文结构

状态行 + 响应头 + 空行 + 响应内容

状态行：HTTP协议版本 + 状态码 + 状态描述（空格分隔）

  • 1xx：接收请求，继续处理
  • 2xx：成功处理
  • 3xx：重定向
  • 4xx：客户端错误
  • 5xx：服务器错误

常见状态码：

  • 200 OK：请求成功
  • 304 Not Modified：资源未修改，可使用缓存
  • 400 Bad Request：请求语法错误
  • 401 Unauthorized：未经授权
  • 404 Not Found：资源不存在
  • 500 Internal Server Error：服务器内部错误
  • 503 Service Unavailable：服务不可用

响应头：

  • Location：重定向位置
  • Server：服务器软件信息
  • Vary：不可缓存请求头列表
  • Connection：连接方式
  • Keep-Alive：保持连接时间

空行：标识响应头结束

响应内容：服务器返回的文本信息

HTTP状态码502，503，504各自代表着什么？

502 Bad Gateway

  • 含义：网关（一般是Nginx）从后端服务器接收到无效响应
  • 常见原因：后端服务器挂了、服务崩溃、无法响应
  • 示例：后端Java应用进程突然退出

503 Service Unavailable

  • 含义：服务不可用，请求过载
  • 常见原因：请求超过Nginx限流设置的阈值
  • 示例：服务器配置了每秒最多处理100个请求，超过则返回503

504 Gateway Timeout

  • 含义：网关（一般是Nginx）从后端服务器接收响应超时
  • 常见原因：后端处理时间过长，超过Nginx等待时间
  • 示例：Nginx配置了60秒超时，但后端接口处理需要90秒
avatar
文章
阅读
粉丝