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计算机网络

网络分层模型

🙎‍♂️面试官：网络为什么要分层？

🙋‍♂答：

TCP/IP网络模型采用分层的思想，

1. 使网络更加模块化和可拓展：每个层级专注于本身特定的功能，使得网络设计和实现更加清晰、可管理和可扩展。
2. 简化复杂性：使复杂的网络通信变得简单易于理解。
3. 抽象化和隔离性：上层对下层的实现细节进行屏蔽。
4. 促进标准化：使每一层都有自己的协议和规范。

🙎‍♂️面试官：TCP/IP 各层的结构与功能？

🙋‍♂答：

自顶向下：

• 应用层：直接为用户提供服务，比如提供应用协议（HTTP）、提供网络服务（DNS）、确保用户身份验证和安全性（HTTPS）、实现网络应用程序。
• 传输层：为应用层提供网络支持，主要使用TCP和UDP两个协议。比如TCP协议可以实现可靠传输，还可以进行超时重传、流量控制、拥塞控制。
• 网络层：使用IP协议，使数据包通过路由器找到目的主机。可以实现数据在网络中的路由和转发。
• 网络接口层：将数据包转换为比特流，使用MAC地址，负责在局域网这样的范围传输数据。

🙎‍♂️面试官：OSI体系模型的结构和功能？

🙋‍♂答：

TCP/IP体系是直接应用于互联网的，而OSI体系模型是一种理论层面的参考模型。

OSI七层网络体系中，将应用层继续划分：

• 应用层：提供HTTP等协议。
• 表示层：负责传输格式的转换。
• 会话层：对主机间会话进程的管理。

OSI七层网络体系中，将网络接口层划分为数据链路层和物理层：

• 数据链路层：使用MAC地址，在相邻节点的链路中传输数据。

• 物理层：将数据转换为比特流，为网络设备提供传输的数据链路。

🙎‍♂️面试官：OSI 与 TCP/IP 各层都有哪些协议?

🙋‍♂答：

TCP模型：

1. 应用层：HTTP、FTP、DNS（域名解析系统）
2. 传输层：TCP、UDP
3. 网络层：IP、ARP（地址解析协议）
4. 网络接口层：以太网、Wi-Fi。

OSI体系模型【不同点】：

1. 应用层：HTTP、FTP、DNS（域名解析系统）
2. 表示层：TLS（传输层安全协议）
3. 会话层：RPC（远程过程调用）
4. 传输层：TCP、UDP
5. 网络层：IP、ARP（地址解析协议）
6. 数据链路层：MAC（介质访问控制）、PPP（点对点协议）、Wi-Fi（无线局域网）、以太网。
7. 物理层：IEEE 规范，比如 IEEE 802.3（以太网）

HTTP

🙎‍♂️面试官： HTTP协议了解吗？

🙋‍♂答：
HTTP是超文本传输协议，也就是HyperText Transfer Protocol。

具体来说，HTTP协议是在计算机网络中的两点之间传输超文本的一种约定和规范。

🙎‍♂️面试官： HTTP 状态码有哪些？

🙋‍♂答：

2xx 类状态码表示服务器成功处理了客户端的请求，也是我们最愿意看到的状态。

• 「 200 OK」是最常见的成功状态码，表示一切正常。

• 「204 No Content」也是常见的成功状态码，与 200 OK 基本相同，但没有返回实体内容。

• 「206 Partial Content」该状态码表示客户端进行了范围请求，而服务器成功执行了部分的GET 请求。响应报文中包含由 Content-Range 指定范围的实体内容。

3xx 类状态码表示客户端请求的资源发生了变动，需要客户端用新的 URL 重新发送请求获取资源，也就是重定向。

• 「301 Moved Permanently」表示永久重定向，说明请求的资源已经不存在了，需改用新的 URL 再次访问。

• 「302 Found」表示临时重定向，说明请求的资源还在，但暂时需要用另一个 URL 来访问。

  301 和 302 都会在响应头里使用字段 Location，指明后续要跳转的 URL，浏览器会自动重定向新的 URL。

• 「304 Not Modified」该状态码表示资源未被修改，客户端可以继续使用缓存资源，用于缓存控制。

4xx 类状态码表示客户端发送的报文有误，服务器无法处理，也就是错误码的含义。

• 「400 Bad Request」表示客户端请求报文中有语法错误。

• 「**401 ** Unauthorized」该状态码表示客户端发送的 请求需要有通过 HTTP 认证的认证信息（可能服务器会发送一个基于表单的认证信息，来确认用户身份）。另外若之前已进行过 1 次请求，则表示用户认证失败。

• 「403 Forbidden」表示服务器禁止访问资源，比如未获得文件系统的访问授权，访问权限出了问题。

• 「404 Not Found」表示请求的资源在服务器上不存在或未找到，所以无法提供给客户端。

5xx 类状态码表示服务器处理时内部发生了错误，属于服务器端的错误码。

• 「500 Internal Server Error」该状态码表明服务器端在执行请求时发生了错误。也有可能是 Web应用存在的 bug 或某些临时的故障。

• 「501 Not Implemented」表示客户端请求的功能还不支持，类似“即将开业，敬请期待”的意思。

• 「502 Bad Gateway」通常是服务器作为网关或代理时返回的错误码，表示服务器自身工作正常，访问后端服务器发生了错误。

• 「503 Service Unavailable」表示服务器当前很忙，暂时无法响应客户端，类似“网络服务正忙，请稍后重试”的意思。

🙎‍♂️面试官： 一次完整的 HTTP 请求所经的步骤？

🙋‍♂答：

1. 解析URL：提取出主机名和路径。
2. DNS解析：将主机名解析为对应的IP地址，为了后续建立TCP连接。
3. TCP连接建立：客户端通过使用目标服务器的IP地址和默认的HTTP端口（通常是80）建立与目标服务器的TCP连接。
4. 客户端发起HTTP请求、服务器处理请求并返回响应。
5. 客户端处理HTTP响应、进行页面的渲染和数据的处理。
6. 关闭TCP连接，释放资源。

🙎‍♂️面试官： HTTP 是基于 TCP 还是 UDP 的？

🙋‍♂答：

是基于TCP的，因为UDP是提供一种无连接的不可靠传输协议，适合对于实时性要求较高，但是对于可靠性要求较低的应用。但是HTTP需要可靠的数据和连接进行传输，因此TCP的传输更适合HTTP的需求。

🙎‍♂️面试官： HTTP 请求报文和响应报文中有哪些数据？

🙋‍♂答：

HTTP请求报文

1. 请求行：请求方法（GET、POST）、URI、HTTP协议版本。
2. 请求头：Host字段【标识服务器域名】、Accept字段【标识处理的媒体类型】等。
3. 请求体：对于POST请求，可能包含表单提交的数据，JSON数据等。

HTTP响应报文

1. 状态行：HTTP协议版本、状态码。
2. 响应头：Content-Type【响应类型】、Content-Length【响应长度】。
3. 响应体：HTML页面、JSON数据。

🙎‍♂️面试官：HTTP 和 HTTPS 的区别了解么？

🙋‍♂答：

• 建立连接方面：HTTP建立连接比较简单，只需要TCP三次握手后便可以进行进行HTTP报文传输；但是HTTPS在经过TCP三次握手后，还需要进行SSL握手过程，才可以进行报文加密传输。

• 传输数据方面：HTTP的传输是明文传输，存在安全问题。而HTTPS在TCP层和HTTP层之间加入了SSL安全协议，可以使报文加密传输。

• HTTPS协议需要申请CA证书，确保服务器的身份。

• 两者端口号也不同，前者是80，后者是443。

🙎‍♂️面试官：HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 有什么区别？

🙋‍♂答：

• 性能开销。HTTP/1.1使用长连接的方式改善了HTTP/1.0短连接造成的性能开销。
• 请求的流水线机制。支持管线化网络传输，第一个请求发送，不必等待响应，就可以发第二个请求。

HTTP/1.1的性能瓶颈：

• 请求/响应头部未经压缩就发送，首部信息越多延迟就越大，只能压缩主体部分。【HTTP/2解决】

• 请求只能从客户端开始，服务器端接收。【HTTP/2解决】

• 会造成队头阻塞【HTTP/3彻底解决了队头阻塞问题】

🙎‍♂️面试官： HTTP/1.1 和 HTTP/2.0 有什么区别？

🙋‍♂答：

• 头部压缩

  HTTP/2会压缩请求头，如果多个请求头是一样的或者相似的，会消除重复的部分。

  使用了HPACK算法，在客户端和服务器同时维护头信息表，将字段存入信息表中，生成索引号，以后只发送索引号即可。

• 二进制格式

  HTTP/2全面采用二进制格式，头部信息和数据体都是二进制，并且统称为帧：头部帧和数据帧。

  收到报文后，无需将明文转为二进制，而是直接解析二进制报文即可。增加了数据传输的效率。

• 并发传输

  HTTP/2引入了Stream的概念，多个Stream复用在同一条TCP的连接上。

  不同的HTTP请求，都有独一无二的StreamID，接收端可以通过StreamID来组装HTTP消息。

  不同的Stream的帧可以乱序发送，所以HTTP/2可以并行交错的发送请求和响应。

  一个TCP连接中包含多个Stream，Stream里可以包含多个Message，Message就对应HTTP/1中的请求和响应。Message里可以包含一条或多个Frame（帧）。

• 服务器推送

  服务器不再被动的响应，而是可以主动地向客户端发送消息。

  主要是因为客户端和服务端都可以建立Stream，StreamID也做了区分，客户端的StreamID必须是奇数，而服务器建立的StreamID必须是偶数号。

🙎‍♂️面试官：HTTP/2.0 和 HTTP/3.0 有什么区别？

🙋‍♂答：

HTTP/3将TCP协议改为了UDP协议。UDP协议不管顺序，也不管丢包。

• 无队头阻塞

  基于UDP的QUIC协议实现了类似TCP的可靠传输。当某个流发生丢包时，只会阻塞这个流，其他流不会收到影响，因此不存在队头阻塞的问题。

• 更快建立连接

  HTTP/1和HTTP/2协议，TCP和TLS是分层的，难以合并在一起，需要分批次来握手。

  但是HTTP/3的QUIC协议内部包含了TLS。会在发送帧的同时携带TLS的记录，再加上QUIC使用的是TLS/1.3，仅需一个RTT就可以同时完成建立连接与密钥协商。

• 连接迁移

  QUIC 协议没有用TCP四元组的方式来“绑定”连接，而是通过连接 ID来标记通信的两个端点，客户端和服务器可以各自选择一组 ID 来标记自己，因此即使移动设备的网络变化后，导致 IP 地址变化了，只要仍保有上下文信息（比如连接 ID、TLS 密钥等），就可以“无缝”地复用原连接，消除重连的成本，没有丝毫卡顿感，达到了连接迁移的功能。

🙎‍♂️面试官：HTTP 长连接和短连接了解么？

🙋‍♂答：

HTTP/1.1实现了长链接（KeepAlive），不需要每次请求都重新建立和断开TCP连接。减轻了服务器端的压力。性能得到提升。

🙎‍♂️面试官： Cookie 和 Session 的关系？

🙋‍♂答：

cookie是客户端存储数据的一种方式。当服务器要向客户端保存一些数据时，可以在HTTP响应中设置Cookie来将数据发送给客户端。客户端收到cookie后会保存到本地。并且在后续的请求中，会在HTTP请求头中携带Cookie发送给服务器。

session是服务端存储用户数据的一种方式。当客户端向服务器发送请求时，服务器生成一个唯一的session标识，并将该标识发送到客户端，通常以cookie的形式保存到客户端。当客户端再次发送请求，服务器会用session标识来查找存储在服务器中的用户数据，从而实现用户身份的跟踪。

但是session无法解决分布式部署中的问题，因为分布式部署中存多台服务器，用户登录后，session只保存在了某一台服务器上，当请求分发到另外的服务器时，服务器中没有session数据，就会产生重新登录的问题。

🙎‍♂️面试官： URI 和 URL 的区别是什么?

🙋‍♂答：

URI是一个广泛的概念，用于唯一标识和命名资源，URL是URI的子集，也可以说URL是URI的一种具体实现，它提供了资源的位置信息，使得客户端可以通过URL来定位和访问资源。

TCP与UDP

🙎‍♂️面试官： TCP 的三次握手与四次挥手的内容？

🙋‍♂答：

TCP三次握手：

第一次握手（SYN）：客户端向服务端发送SYN（同步）标志的TCP数据包，并指定客户端的初始化序列号（ISN）。

第二次握手（SYN + ACK）：服务端收到客户端发送的包后，会向客户端发送一个带有SYN + ACK（确认）标志的数据包，同时指定服务器的初始化序列号（ISN）。

第三次握手（ACK）：客户端收到服务器发送的包后，向服务器发送带有ACK标志的包作为响应，表示客户端已经收到了服务器的响应，建立连接成功。

TCP四次挥手：

第一次挥手（FIN）：客户端向服务端发送FIN（关闭连接）标志的TCP数据包，客户端进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手（ACK）：服务端收到客户端发送的包后，会向客户端发送一个带有ACK（确认）标志的数据包，同时服务端进入CLOSE_WAIT状态。客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态。

第三次挥手（FIN）：服务端处理完数据，发送带有FIN（关闭连接）标志的数据包，服务端进入LAST_ACK状态。

第四次挥手（ACK）：客户端收到服务端发送的包后，向服务端发送ACK（确认）标志的数据包，同时客户端进入TIME_WAIT状态。服务端收到后进入CLOSE状态，服务器关闭连接。

最后，客户端在经过2MSL时间后，自动进入CLOSE状态，客户端关闭连接。

🙎‍♂️面试官： TCP 为什么连接是三次握手而断开是四次挥手？

🙋‍♂答：

三次握手是为了保证连接的可靠性，可以防止旧的重复连接初始化造成混乱。并且可以同步双方的初始化序列号。

四次挥手是因为在服务端收到FIN报文后，可能还有一些数据要进行处理，所以先回复ACK报文。等待服务端把数据处理完毕后，返回FIN报文。

所以ACK和FIN报文是分为两次发送的，就需要四次挥手。

🙎‍♂️面试官： TCP 与 UDP 的区别及使用场景？

🙋‍♂答：

区别：

• 可靠性方面：TCP提供可靠传输，通过序列号、确认和重传机制来确保连接的可靠性；UDP是无连接的传输，没有确认和重传机制，所以也就不保证可靠性。
• 适用性方面：TCP适合大数据量的传输，可以将数据分段进行传输，同时提供拥塞控制机制，可以避免网络拥堵而造成的性能下降；UDP没有TCP的连接建立和断开的开销，以及拥塞控制等机制，因此具有较低的延迟和较高的效率。

应用场景：

• UDP适用于对实时性要求比较高、可以容忍数据丢失的应用：游戏、音视频通话等媒体；
• TCP适用于需要可靠性，顺序性的应用：比如网页连接、文件传输等。

🙎‍♂️面试官： TCP 是如何保证传输的可靠性？

🙋‍♂答：

1. 序列号与确认应答。 TCP将要发送的数据进行分段，并为每个分段分配一个序号。接收方收到数据后会发送确认（ACK）给发送方，确认已经成功接收到的数据。
2. 超时重传。如果发送方经过一段时间没有收到确认应答，就会认为数据丢失，触发超时重传机制。
3. 滑动窗口。TCP引入了滑动窗口机制，用于流量控制和拥塞控制。滑动窗口确定了发送方可以连续发送的数据量，接收方根据自身的接收能力来控制窗口的大小。滑动窗口机制可以防止发送方发送过多的数据，导致接收方无法及时处理。
4. 确认机制。TCP使用累计确认机制，接收方只需要发送收到报文中的最大序列号，发送方收到后，表示该序列号之前的报文都被正确接收。
5. 拥塞控制：TCP具有拥塞控制机制，通过动态调整发送方的发送速率来避免网络拥塞。当网络拥塞时，TCP会降低发送速率，以避免造成更严重的拥塞和数据丢失。

IP

🙎‍♂️面试官： IP 协议的作用是什么？

🙋‍♂答：
每个设备都被分配了一个唯一的IP地址。IP协议负责网络中数据包的传输，将数据包发送给最终的目的地。

MAC地址负责一个区间之间的通信传输，也就是数据包在网络中传输的过程中，MAC地址一直是变化的，而IP地址始终不变。

🙎‍♂️面试官： 什么是 IP 地址？IP 寻址如何工作？

🙋‍♂答：

IP地址用来标识网络中的唯一一台设备。

IP 地址（IPv4 地址）由 32 位正整数来表示，IP 地址在计算机是以二进制的方式处理的。IP使用点分十进制来表示，也就是8位一组，共4组，用.分割，再将每组转换为十进制。

IP寻址工作如下：

1. 发送方发送数据，设置目标设备的IP地址作为数据包的目的地。
2. 路由：如果目标设备与发送方不再同一个子网内，发送方将数据包发送到默认网关中（路由器）。之后路由器查询路由表，根据目的地址转发给下一跳，直到数据包到达目标设备所在的子网。
3. 目标设备的子网接收到数据包后，根据目标IP地址确定目标设备，最终设备接收并处理数据。

🙎‍♂️面试官： IPv4 和 IPv6 有什么区别？

🙋‍♂答：

• 地址表示不同。IPv4 地址长度共 32 位，是以每 8 位作为一组，并用点分十进制的表示方式；IPv6 地址长度是 128 位，是以每 16 位作为一组，每组用冒号 「:」 隔开。
• IPv4中的自动地址分配通常使用动态主机配置协议（DHCP），需要中央服务器进行地址分配。而IPv6引入了一种称为“无状态自动配置”的机制，使得设备可以根据网络前缀和MAC地址自动分配和配置IPv6地址，无需中央服务器的参与，即插即用。
• IPv6 有应对伪造 IP 地址的网络安全功能以及防止线路窃听的功能，大大提升了安全性。

总之，IPv6的提出主要是为了解决IPv4地址用完的问题，同时也提供了更好的扩展性和功能。

PING

🙎‍♂️面试官：PING 命令的工作原理是什么？

🙋‍♂答：

PING命令的工作原理如下：

1. 发送ICMP请求：PING命令会向目标主机发送一个ICMP回显请求消息（Echo Request）。该消息包含一个唯一的标识符和序列号，以及一些其他的控制信息。

2. 目标主机响应：目标主机接收到ICMP请求消息后，会将其解析并生成一个ICMP回显应答消息（Echo Reply）。回显应答消息中包含与请求消息相同的标识符和序列号，以及其他的控制信息。

PING命令基于ICMP协议，利用ICMP回显请求和回显应答消息来进行连通性测试。通过发送请求并等待应答，PING命令可以确定目标主机是否可达、往返时间以及丢包率等信息。 PING命令的工作原理简单直观，是一种常用的网络诊断工具。

（ICMP 全称是 Internet Control Message Protocol，也就是互联网控制报文协议)

完。