计算机网络八股

1、TCP/IP模型和OSI模型的区别OSI模型是一个用于计算机或通信系统之间互相联系的标准体系。将计算机网络分成不同的7个层级每个层级都有自己相对应的功能。每个层级都建立在下方层级之上。下层为上层提供服务上层为下层提供接口。七层从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层物联网叔会使用。相对来说TCP/IP模型使用的更加广泛从下到上分别是网络接口层、网络层、传输层、应用层接网叔用。每层都对应不同的功能。网络接口层网络接口层对应OSI模型的物理层和数据链路程主要负责相邻节点之间的物理数据传输例如以太网、WIFI等但是不规定具体怎么传输这使得TCP/IP模型具有更高的灵活性。并提供错误检测的功能发现错误之后直接丢弃纠错由上层TCP来完成。网络层网络层对应OSI模型的网络层主要的传输协议是IP主要负责数据包的路由和转发。TCP/IP模型的网络层去掉了流量控制和差错控制导致网络层的传输是不可靠的。中间节点在收到一个分组之后会尽最大努力去转发。IP协议使用IP地址来标识主机和网络并进行逻辑地址寻址从而进行路由转发IP数据报。传输层传输层对应OSI模型的传输层主要负责传输端到端的数据。主要的传输层协议包括TCP和UDP。因为网络层是没有顺序的传输层收到的数据报可能是有问题的传输层负责进行差错控制、流量控制、可靠传输TCP。TCP/IP模型的数据传输的可靠性和安全性主要由传输层来完成。TCP协议提供可靠的数据传输确保数据的正确性和完整性而UDP协议则是无连接的适用于不要求可靠性的传输如实时音频和视频流。应用层应用层对应OSI模型的会话层和表示层和应用层提供直接与用户交互的接口。为网络上的各种应用程序提供服务。如电子邮件SMTP、网页浏览HTTP、文件传输FTP等。2、从输入 URL 到页面展示到底发生了什么1、输入网址解析协议HTTP/HTTPS、域名、端口默认80/443和路径。2、检查浏览器缓存是否存在该资源如果有直接返回如果没有进入下一步网络请求。3、DNS域名解析网络请求前先进行域名解析获取请求域名的IP地址。DNS解析的时候首先本地浏览器缓存查询操作系统Hosts文件查询本地DNS服务器通常是家里路由器查询根域名服务器查询顶级域名服务器。最后查询到域名对应的IP地址。查询包括递归查询和迭代查询两种方式。4、建立连接浏览器与服务器IP通过三次握手建立TCP连接。5、客户端发送HTTP请求连接建立后客户端会构建请求行、请求头、请求体等信息并把和该域名相关的Cookie等数据附加到请求头中向服务器发送请求信息。如果是HTTPS协议的话还会涉及到加密和解密的问题。6、服务器处理请求并返回HTTP资源服务器收到请求信息根据请求信息生成相应数据。7、浏览器接收数据浏览器接收之后开始渲染页面。8、断开连接TCP四次挥手断开浏览器与服务器之间的TCP连接。3、HTTP请求报文和响应报文是怎样的有哪些常见的字段http报文分为请求报文和响应报文请求报文主要由请求行、请求头、请求体和空行组成。请求行包括方法指定要执行的操作如GETPOSTDELETEPUT等资源路径请求的资源的URL如 /api/login。HTTP版本请求使用的HTTP版本如HTTP/1.0、HTTP/2请求头包括Host请求的服务器的域名。Accept客户端可以处理的媒体的类型。Accept-Encoding客户端能够解码的类型编码。Authorization用于认证的用户信息比如token。Content-Length请求体的长度。Content-Type请求体的类型。Cookie存在客户端的cookie数据。Connection管理连接的选项如keep-alive空行是放在请求头和请求体之间的部分用来区分请求头和请求体。响应报文是服务器向客户端返回的数据格式用来返回服务器对客户端做出的请求的处理结果以及相关数据一个HTTP响应报文通常包括状态行、响应头、空行和响应体。状态行包括HTTP版本、状态码和状态信息如HTTP/1.1。响应头也是以键值对的方式提供信息和请求头类似用来告知客户端响应的详细信息主要包括Content-Length响应体的长度。Content-Type响应体的类型。Sever服务器的信息。Expries响应的过期时间时间之后的内筒被认为是无效的。ETag响应体的实体标签用来缓存和条件请求。Last-Modified资源最后被修改的日期和时间。Location在重定向时指向新的资源的位置。Set-Cookie在响应中设置Cookie空行Empty Line在响应头和响应体之间表示响应头的结束。而响应体是服务端实际传输的数据可以是文本、HTML页面、图片、视频等也可能为空。4、HTTP有哪些请求方式Get请求指定的资源Post向指定资源提交数据并处理请求Put更新指定资源Delete删除指定资源Head获取报文首部不返回报文主体Options查询服务器支持的请求方发Patch对资源进行部分更新5、GET请求和POST请求的区别1、用途Get通常用来获取数据Post通常用来提交数据2、数据传输Get通常把请求参数放在URL路径中Post通常把请求参数放在请求体中3、安全性Get把请求参数暴露在URL路径中不安全。Post通常把请求参数放在请求体中相对更安全4、数据大小Get请求收到URL长度的限制数据量有限。Post请求理论上没有长度限制5、缓存Get请求通常会被缓存Post请求默认不会缓存6、幂等性GET请求是幂等的即多次执行相同的GET请求资源的状态不会改变POST请求不是幂等的因为每次提交都可能改变资源状态。6、HTTP中常见的状态码有哪些200客户端请求成功201创建了新的资源204无内容服务器成功处理请求但是没有返回任何内容301永久重定向302临时重定向304请求的内容没有被修改过所以服务器不会返回网页内容而是返回缓存401请求需要身份验证403请求的资源禁止被访问404服务器无法找到对应的资源500服务器内部错误503服务器不可用7、什么是强缓存和协商缓存强缓存和协商缓存是 HTTP 协议中的缓存机制可以用来缓解服务器的压力和提高网页加载的速度。目前使用的强缓存是通过 Http 响应中的 Cache-Control 字段实现的通过 max-age 告诉浏览器在指定的时间范围内可以直接使用缓存中的内容无需再次访问。当强缓存失效的时候浏览器发送 HTTP 请求到服务器服务器通过和此次请求头中派生出来的条件请求头对比响应头中的 ETag 和 Last-Modified 字段进行对比。如果对比结果不一致说明资源已经被修改服务器返回已经修改的值浏览器更新本地缓存。如果没有被修改服务器返回 304 状态码浏览器直接从缓存中获取数据。基于 Last-Modified 的协商缓存。 Last-Modified 是资源最后一次修改的时间通过响应头进行返回。当客户端收到响应的时候会在下一次请求的请求头中加入 If-Modified-since 字段服务器收到请求之后会把这个字段的值和当前资源的 Last-Modified 值进行比较。如果一致服务器返回304状态码结果从缓存中获取。如果不一致说明资源已经被更改过了那服务器正常的响应返回200状态码。但是这种方法有两个缺点。第一Last-Modified 是根据修改时间来判断资源有没有被修改过但是如果在不改变文件的内容的时候文件的修改时间依然有可能改变比如我修改了文件名又改了回来。文件的内容是不变的。但是这个时候文件的修改时间已经发生了改变会导致缓存失效的情况发生。第二因为 Last-Modified 记录的时间是秒级别的如果说我对文件的改动在几百毫秒范围内那么 Last-Modified 是不变的但是文件确实已经被更改了这个时候访问会时产生一致性问题。基于 ETag 的协商缓存。把根据时间判断换成了根据文件内容计算出的哈希值。ETag 是服务器为每一个资源生成的唯一的标识符在响应头中获取。客户端在下一次请求的请求头中的 If-None-Match 字段携带上这个 ETag服务器比较两个 ETag 的值是否相同。如果相同返回304状态码使用缓存中的内容。如果不同说明资源发生变化返回200状态码重新计算 ETag 返回给客户端。8、HTTP1.0和HTTP1.1的区别HTTP1.1 默认支持持久化连接一个 TCP 连接建立之后可以发送多次http请求减少了重复的建立连接和关闭连接的开销。HTTP1.0 默认为短连接每次请求都需要建立一个新的 TCP 连接需要通过 connection: keep-alive 来实现持久化连接。HTTP1.1 支持管道化但是需要显示开启在客户端收到第一个请求的响应之前可以发送多个 HTTP 请求。但是HTTP1.0不支持。HTTP1.0 主要使用 if-modified-since/Expires 来判断缓存是否过期但是 HTTP1.1 主引入了更多的缓存控制策略 ETag/If-None-Match 等更多的缓存头请求头和响应头来控制缓存策略。HTTP1.1 增加了一些 HTTP 状态码例如 100是 continue增强了错误处理。HTTP1.1 引入了Host 头允许指定请求的的主机名这使得在同一台服务器上托管多个域名成为可能。9、HTTP2.0与HTTP1.1的区别HTTP2.0 使用的是二进制格式的传输比HTTP1.1 中使用的 ASCII 传输的更快也更安全减少了解析的时间效率更高。HTTP2.0 采用了多路复用。HTTP1.1 中客户端可以在收到第一个请求的 ACK 之前发送多个请求但是接收的响应必须按照请求的顺序进行接收如果其中某个响应失效了 这会导致出现对头阻塞现象。HTTP2.0 引入了多路复用HTTP2.0 把连接抽象成多个流每个流中包含流标识符接受的时候按照流标识符的顺序进行接收就可以解决对头阻塞问题。HTTP2.0 引入了服务器推送机制当浏览器发出了请求的时候服务器接收到请求后可能把浏览器所需要的内容全都发送过去减少页面的加载时间。10、HTTP3.0HTTP3.0 使用 QUIC 协议使用UDP 协议来传输数据一个连接上的 stream 流之间没有相互关联如果一个 UDP 包丢失了不影响其他的 stream 的传输不存在对头阻塞问题。HTTP3.0 使用 QUIC 加 TLS1.3 协议建立连接的时间可以减少到 1RTT减少页面的加载时间。HTTP3.0 在连接切换的时候不需要重新建立新的连接可以实现连接迁移将连接迁移到新的 IP 地址减少连接的中断时间。安全性很高HTTP3.0 使用了 TLS 协议增加了连接的安全性。11、HTTPS和HTTP有什么区别两者的区别主要在于安全性和数据加密1、加密层HTTPS在HTTP协议的基础上增加了SSL/TSL协议作为加密层确保数据传输的安全性。但是HTTP协议传输是明文传输更容易受到攻击。2、HTTP建立连接相对简单在进行TCP三次握手之后就可以进行数据的传输但是HTTPS在TCP三次握手建立连接之后还需要进行SSL/TSL的三次握手连接之后才可以进行数据加密传输。3、端口HTTPS协议常用端口为443HTTP协议常用端口为804、HTTPS协议需要向CA数字证书认证机构申请数字证书用来保证服务器是可信的12、HTTPS的工作原理HTTPS主要是基于SSL/TLS协议用来确保数据的安全性和完整性建立连接和传输数据的流程如下所示1、密钥交换客户端发起HTTPS请求之后服务器会发送他的公钥证书给客户端2、证书验证客户端收到了证书之后会验证该证书是否由受信任的机构CA颁发检查证书的有效性。3、加密通信证书验证通过后客户端会生成一个随机的对称加密秘钥并使用服务器的公钥加密这个秘钥然后发送给服务器。4、建立安全连接服务器使用自己的密钥解密得到对称加密密钥此时客户端和服务器都有相同的密钥可以进行加密和解密的操作。5、数据传输使用对称加密秘钥对所有的数据进行加密和解密确保数据在传输的过程中的完整性6、完整性校验SSL/TLS协议还包括对数据的完整性进行校验的机制比如加入消息认证码确保消息在传输的过程中不被破坏。7、结束连接数据传输完成之后通信双方会进行会话秘钥的销毁以确保不会留下消息隐患。13、TCP和UDP的区别1、TCP是面向连接的协议在传输之前需要先建立连接UDP是无连接的不需要建立连接就可以进行数据传输。2、TCP提供可靠的数据传输保证数据报的顺序和完整性UDP不保证顺序和完整性。3、TCP具有拥塞控制机制可以根据网络状况调整传输速率但是UDP没有拥塞控制UDP有一般有固定的传输速率。4、TCP通过滑动窗口机制进行流量控制避免传输过快造成数据报丢失UDP没有流量控制。5、TCP能够检测并重传丢失的数据报UDP不提供错误恢复机制。6、TCP报文头部较为复杂包括源端口、目的端口、确认号、序号、数据偏移、标志位等。UDP报文头部只包括源/目的端口、报文长度、校验和。7、由于TCP具有建立连接、数据校验和错误重传等机制导致TCP在数据开销方面高于UDPUDP较简单开销比较小。8、TCP适用于需要可靠传输的应用如网页浏览、文件传输等UDP适用于对实时性要求高的应用如语音通话、视频会议等。14、TCP连接如何确保可靠性TCP通过差错控制、流量控制、超时重传和拥塞控制等机制确保连接的可靠性。1、序列号每一个tcp传输帧都有自己的序列号确保数据包的传输顺序正确。2、数据校验TCP使用校验和来确保传输帧的正确性如果接收方发发现数据帧有问题那么就会丢弃这个数据包并等待重传。3、确认应答和超时重传接收方在收到数据帧之后会发送一个ACK确认帧告诉发送发我已经收到了你发送的数据包如果发送方没有收到这个数据帧那么发送方会进行超时重传。4、流量控制TCP通过滑动窗口机制来进行流量控制确保接收方能够来得及处理发送方发送的数据。5、拥塞控制TCP通过慢启动拥塞避免、快重传、快恢复的机制进行控制传输速率避免网络拥塞。流量控制是说发送方发送太快接收方收不过来让发送方慢点发。拥塞控制是指网络中太过于拥堵让发送方慢点发送。15、拥塞控制是怎么实现的TCP拥塞控制可以在网络拥塞的时候动态的控制网络中的数据传输速率以便于防止网络过载。TCP拥塞控制主要体现在以下几个方面。1、慢启动阶段发送初始阶段TCP发送方会以较小的发送窗口进行发送随着每次发送方传输数据帧之后窗口逐渐成指数级增大这就是慢启动。窗口逐渐增大到阈值停止慢启动阶段。这个阶段在网络刚开始的时候逐步的增大传输的速率可以有效避免网络的拥堵。2、拥塞避免阶段当慢启动阶段到达阈值之后TCP双方就会进入拥塞避免阶段。在拥塞避免阶段发送方会以线性增加的方式增加发送窗口的大小控制发送的速率避免网路拥堵。3、快重传如果发送方连续收到三个即连续的四个相同的ACK确认帧那么发送方会让为网络中出现了拥堵于是会重新发送没有收到ACK确认帧的数据帧而不用等到计时器超时的时候再进行超时重传有效的恢复了网络中的数据包的丢失问题。4、快恢复在发生快重传之后就会触发快恢复阶段。发送方把慢启动阈值设置为当前窗口的一半并将拥塞窗口设置为当前的慢启动阈值直接进入拥塞避免阶段于是发送方将会以线性增长的方式进行发送数据包。这有助于更快的从拥塞中恢复。16、TCP流量控制是怎么实现的TCP通过滑动窗口机制来进行流量控制。让发送方发送的速率不要过快让接收方来得及接收。动态调整发送方的数据传输速率。滑动窗口大小在TCP通信中每个TCP报文段都包含一个窗口字段该字段指示发送方可以发送多少字节的数据而不等待确认。接收窗口大小接收方通过TCP报文段中的窗口字段告诉发送方自己当前的可接收窗口的大小表示接收方缓冲区中还有多少窗口可用。动态调整发送方会根据接收方窗口的大小动态的调整发送窗口的大小确认机制接收方会发送ACK报文即确认报文来告知发送发自己收到了多少数据包以便于发送方知道从哪个帧开始发送数据。接收方也可以通过ACK报文中的窗口字段告知发送方还可以接受多少数据。17、UDP怎么实现可靠传输UDP不属于连接型协议具有消耗资源小、传输速度快的特点所有通常的音频、视频等数据会通过UDP协议进行传输因为UDP即使在传输的过程中丢失了一两个数据包也没有关系。传输层无法保持数据传输的可靠性可靠性只能通过应用层来保证。把 TCP 协议在传输层实现的可靠传输转到了应用层。提供超时重传机制和确认序列号用来对数据进行确认和排序。发送端首先在 UDP 数据报的载荷里封装一个自定义的首部包含确认序列号ACK/seq和时间戳用来计算RTT接收方收到的当前时间减去时间戳上的时间就是RTT,根据 RTT 算出合适的RTO然后以等——停的方式发送数据报就是只有收到了上一个数据报的 ACK 之后才会发送下一个数据报。当时间超时没有收到 ACK发送端重新传输数据并将 RTO 扩大为原来的两倍重新开始计时传输。接收端接收到一个数据报之后获取到该数据报首部的时间戳和序列号seq并在首部添加确认数据报ACK返回给发送端。根据获取到的这个序列号的大小进行排序和去重。18、TCP三次握手第一次握手客户端向服务器发送一个 SYN 报文客户端进入 SYN_SENT 状态此次握手会消耗一个序列号。第二次握手服务器收到了 SYN 报文如果同意建立连接直接向客户端返回一个 SYN-ACK 报文同时服务器进入 SYN_RCVD 状态此次握手会消耗一个序列号。第三次握手客户端收到服务器的 SYN-ACK 之后发送一个 ACK 报文给服务器之后两者都进入 ESTABLISHED 状态表示连接建立成功。通过三次握手客户端和服务器都明确了对方有发送和接收的能力。第一次握手确定了客户端到服务器是连通的第二次握手确定了服务器到客户端也是连通的。第三次握手服务器确认了客户端可以接收到自己发的消息。如果仅仅只有两次握手服务器无法确定客户端是否真的能接收到自己发的信息。比如客户端刚发了第一次握手之后就关闭了连接但是由于网络的延时导致这个报文很久才到达服务器服务器会以为连接已经建立好了于是开始发送消息但是客户端却接收不到资源造成了资源的浪费。19、TCP四次挥手第一次挥手客户端发送一个 FIN 报文给服务器表示自己要断开连接。此次挥手要消耗一个序列号客户端进入 FIN-WAIT-1 状态。第二次挥手服务器收到 FIN 报文后服务器返回一个 ACK 报文表示接收到服务器进入 CLOSE-WAIT 状态客户端进入 FIN-WAIT-2 状态。第三次挥手服务器也要断开连接发送 FIN 报文给客户端随后服务器进入 LAST-ACK 状态此次挥手也要消耗一个序列号。第四次挥手客户端收到 FIN 报文后客户端返回 ACK 报文客户端进入 TIME-WAIT 状态服务器在收到客户端发送的 ACK 报文之后进入 CLOSE 状态。客户端在发送 ACK 报文之后还要再等待 2MSL 之后如果没有新的连接请求才会进入 CLOSE 状态。TCP 是全双工通道任何一方向的连接关闭不影响另一个方向的连接。只有通过第四次挥手才能确认双方都受到了对方的 ACK 报文只有双方都确认对方收到了自己的释放通知整个 TCP 连接才会释放。两次挥手释放一个方向的连接两个方向的挥手需要四次挥手。客户端等待 2MSL 是因为如果第四次挥手的 ACK 报文段没有到达服务器服务器可能触发超时重传保证还能接收到信息以确保最终完整释放整个资源。20、HTTP长连接HTTP 的 keep-alive主要是说 HTTP1.0的长连接是应用层的机制称为 HTTP 长连接。HTTP 请求每次请求都会经过建立 TCP 连接发送 HTTP 请求获取资源释放连接。但是每次连接都只能发送一次请求这称为 HTTP 短连接。通过设置 HTTP 请求的请求头中的 keep-alive true可以 实现了建立一个 TCP 连接发送多个 HTTP 请求减少了重复建立和释放连接的开销这就是 HTTP 的长连接。TCP 的 keepalive是传输层的机制是由操作系统内核态完成。称为 TCP 保活机制用来在连接上检测空闲连接状态的机制。当连接建立以后如果一段时间内没有请求任何数据keepalive 会通过发送一个数据报来判断连接是否正常。HTTP 的 keep-alive可以说是一种策略是不是长连接可不可以复用是连接双方可以在请求头中商量的但是 TCP 的 keepalive是一种能力当 HTTP 连接正常关闭的时候正常的 TCP 四次挥手关闭 TCP 连接。当应用层出现异常情况的时候比如断电、网络中断等没有发送 FIN 挥手连接处于半开的状态的时候TCP 的 keepalive 会发送数据报连续发送多次无法收到 ACK 报文于是判断连接失效并关闭连接。21、DNS查询过程DNS 用来将域名转换为指定的 IP地址。首先查询本地的 DNS 缓存本机的缓存如果缓存中有对应的 IP 地址直接返回对应的 IP。如果缓存中没有会向本地的 DNS 服务器通常是家用的路由器发送一个 DNS 查询请求。如果本地的 DNS 服务器缓存中有这个 IP 地址的解析记录就会直接返回。如果没有会向根据名服务器发送 DNS 查询请求根据名服务器不会直接返回 IP 地址会告诉本地域名服务器去哪个顶级域名服务器查询对应的继续查询。本地域名服务器拿到了根据名服务器的地址后出发去根域名服务器查询但是根域名服务器同样不会直接返回对应的 IP 地址而是会告诉本地域名服务器顶级域名服务器的地址。本地域名服务器拿到了顶级据名服务器的地址后出发去顶级域名服务器查询。顶级域名服务器同样不会直接返回对应的 IP 地址而是会告诉本地域名服务器权限域名服务器的地址。本地域名服务器拿到了权限域名服务器的地址后出发去权限域名服务器查询权限域名服务器中存储着特定的域名和其对应的 IP 地址权限域名服务器收到请求之后会查找“baidu.com” 对应的 IP 地址返回给本地域名服务器。本地域名服务器最后把这个 IP 地址返回给浏览器然后会把这个解析记录缓存到本地以便下次直接返回域名对应的 IP 地址。浏览器拿到 IP 地址之后就可以发送 HTTP 请求建立 TCP 连接来获取资源了。22、CDN是什么CDN 是一种分布式网络服务通过将内容缓存到分布式的边缘节点上用户访问的时候通常从和自己最近的服务器获取资源优先从最近的节点获取资源。CDN 服务器节点会缓存静态资源当用户请求时节点会检查自己的缓存中是否存在被请求的资源如果存在直接返回缓存。如果不存在会向原站服务器请求获取资源然后返回并将结果缓存到自己节点中以便以后的请求减少了原站服务器的开销。23、Cookie和Session是什么Cookie 和 Session 用于管理用户的状态和身份Cookie 通过在客户端记录信息来确认用户身份Session 通过在服务器端记录信息来确认用户的身份。通常服务器会将一个或者多个 Cookie 发送到客户端浏览器浏览器会把 Cookie 存储到本地当浏览器发起请求的时候会在请求头中携带这个 Cookie服务器收到请求之后可以通过解析 Cookie 中的信息来确定用户的身份和信息。客户端浏览器访问服务器的时候服务器通常将用户的信息以某种形式存储到服务器上这个就是 SessionSession 中主要存储用户的登陆状态、用户的身份信息以及一些上下文的信息。服务器会给每个用户分配一个 Session ID通常存储在 Cookie 中。24、Cookie 和 Session 有什么区别Cookie 存储在客户端浏览器上Session 存储在服务器上Cookie 容量较小一般为几KBSession 容量较大没有限制取决于服务器的配置因为 Cookie 存储在浏览器端用户可以读取和更改安全性没有 session 高Cookie 可以设置过期时间Session 的生命周期通常由整个会话的长短决定。