《计算机网络基础》：计算机网络基础常见面试问题大全

网络通信概要

一.操作系统基础

操作系统:(Operating System，简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的 计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

注：计算机(硬件)－>os－>应用软件

二.网络通信原理

互联网的本质就是一系列的网络协议。互联的概念，就像是两个不同语种国家的人，让他们沟通交流的就必须定义统一语言，在人类社会中英语就是这个作用。那么在计算机中，自然也需要一种规范，网络通信协议就这么诞生了。

网络通信协议：通过计算机网络可以使多台计算机实现连接。通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

三.数据传输过程

网络编程

1.软件结构

C/S  （Client/Server），是指客户端和服务器结构
B/S  （Browser/Serve），是指浏览器和服务器结构
    

两种架构各有优势，但无论那种架构，都离不开网络的支持。

2.网络编程三要素

1、 通信协议:计算机网络通信必须遵守的规则。

1.UDP协议：面向无连接、效率高、不保证数据完整

2.TCP协议：面向连接、效率低、保证数据完整

2、 IP地址：网络中设备的唯一标识。（分类IPv4，IPv6）
（获取ip地址：命令台键入ipconfig）
特殊IP地址：是回送地址，本机地址，一般用于测试

3、 端口号：软件一打开，操作系统会为网络软件分配一个端口号。
（普通应用程序使用1024以上的端口号）
使用IP地址加端口号，就可以保证数据正确无误的发送到对方计
算机的制定软件了。

tips：2019年11月26日，全球所有43亿个IPv4地址已分配完毕。

使用IP地址加端口号，就可以保证数据正确无误的发送到对方计算机的指定软件了。

TCP/IP协议群（簇/组）

1.应用层:应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。

2.传输层:在此层中，它提供了节点间的数据传送，应用程序之间的通信服务，主要功能是数据格式化、数据确认和丢失重传等。如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

3.网际层:负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收)，如网际协议(IP)。

4.网络接口层(主机-网络层):接收IP数据报并进行传输，从网络上接收物理帧，抽取IP数据报转交给下一层，对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络(如Ethernet、Serial Line等)来传送数据。

TCP/UDP

1.TCP/UDP协议概述

1.UDP协议：用户数据报协议，面向无连接连接通信协议，由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，可能会出现数据丢失所以通常都会用于音频、视频和普通数据传输。（数据包限制在64Kb）

2.TCP协议：传输控制协议，面向连接的通信协议。面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用
十分广泛，例如下载文件、浏览网页。

TCP连接

1.三次握手详解

过程如图所示：

最初客户端和服务端都处于 CLOSED(关闭) 状态。本例中 A（Client） 主动打开连接， B（Server） 被动打开连接。
一开始，B 的 TCP 服务器进程首先创建传输控制块TCB，准备接受客户端进程的连接请求。然后服务端进程就处于 LISTEN(监听) 状态，等待客户端的连接请求。如有，立即作出响应。

第一次握手：A 的 TCP 客户端进程也是首先创建传输控制块 TCB。然后，在打算建立 TCP 连接时，向 B发出连接请求报文段，这时首部中的同步位 SYN=1，同时选择一个初始序号 seq = x。TCP 规定，SYN 报文段（即SYN = 1 的报文段）不能携带数据，但要消耗掉一个序号。这时，TCP 客户进程进入 SYN-SENT（同步已发送)状态。

第二次握手：B 收到连接请求报文后，如果同意建立连接，则向 A 发送确认。在确认报文段中应把 SYN 位和 ACK 位都置 1，确认号是 ack = x + 1，同时也为自己选择一个初始序号 seq = y。请注意，这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时 TCP 服务端进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态。

第三次握手：TCP 客户进程收到 B 的确认后，还要向 B 给出确认。确认报文段的 ACK 置 1，确认号 ack = y + 1，而自己的序号 seq = x + 1。这时 ACK报文段可以携带数据。但如果不携带数据则不消耗序号，这种情况下，下一个数据报文段的序号仍是 seq = x + 1。这时，TCP 连接已经建立，A 进入 ESTABLISHED（已建立连接）状态。

#### 2.四次挥手详解

第一次挥手：A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP 连接。A 把连接释放报文段首部的终止控制位 FIN 置 1，其序号 seq = u（等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加 1），这时 A 进入 FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待 B 的确认。请注意：TCP 规定，FIN 报文段即使不携带数据，也将消耗掉一个序号。

第二次挥手：B 收到连接释放报文段后立即发出确认，确认号是 ack = u + 1，而这个报文段自己的序号是 v（等于 B 前面已经传送过的数据的最后一个字节的序号加1），然后 B 就进入 CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP 服务端进程这时应通知高层应用进程，因而从 A 到 B 这个方向的连接就释放了，这时的 TCP 连接处于半关闭（half-close）状态，即 A 已经没有数据要发送了，但 B 若发送数据，A 仍要接收。也就是说，从 B 到 A 这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一段时间。A 收到来自 B 的确认后，就进入 FIN-WAIT-2(终止等待2)状态，等待 B 发出的连接释放报文段。

第三次挥手：若 B 已经没有要向 A 发送的数据，其应用进程就通知 TCP 释放连接。这时 B 发出的连接释放报文段必须使 FIN = 1。假定 B 的序号为 w（在半关闭状态，B 可能又发送了一些数据）。B 还必须重复上次已发送过的确认号 ack = u + 1。这时 B 就进入 LAST-ACK(最后确认)状态，等待 A 的确认。

第四次挥手：A 在收到 B 的连接释放报文后，必须对此发出确认。在确认报文段中把 ACK 置 1，确认号 ack = w + 1，而自己的序号 seq = u + 1（前面发送的 FIN 报文段要消耗一个序号）。然后进入 TIME-WAIT(时间等待) 状态。请注意，现在 TCP 连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器设置的时间 2MSL（MSL：最长报文段寿命）后，A 才能进入到 CLOSED 状态，然后撤销传输控制块，结束这次 TCP 连接。当然如果 B 一收到 A 的确认就进入 CLOSED 状态，然后撤销传输控制块。所以在释放连接时，B 结束 TCP 连接的时间要早于 A。

为什么握手需要3次，挥手需要4次？

3次握手分析：

第一次握手：Client 什么都不能确认；Server 确认了对方发送正常，自己接收正常

第二次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：对方发送正常，自己接收正常

第三次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常

四次挥手分析：

第一次挥手：主机1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态；这表示主机1没有数据要发送给主机2了

第二次挥手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN_WAIT_2状态；主机2告诉主机1，我“同意”你的关闭请求

第三次挥手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入LAST_ACK状态

第四次挥手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。

第二次和第三次挥手能合并吗?

当服务器执行第二次挥手之后, 此时证明客户端不会再向服务端请求任何数据, 但是服务端可能还正在给客户端发送数据（可能是客户端上一次请求的资源还没有发送完毕），所以此时服务端会等待把之前未传输完的数据传输完毕之后再发送关闭请求。

TCP如何确保传输可靠

1、最优分配：应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变。

2、确认响应：当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。其间可能因为对包校验而产生延迟。

3、拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。

4、超时重传：当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

5、接收校验： TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。

6、失序重排：TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

7、丢弃重复数据：既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

8、流量控制：TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议

HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点:是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1.短连接：在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

2.长连接：在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

tip:使用长连接的http会在响应头加上 Connection: keep-alive 

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

响应状态码

    1. 1xx：服务器就收客户端消息，但没有接受完成，等待一段时间后，
    发送1xx状态码
    2. 2xx：成功。
        * 200（成功）
    3. 3xx：重定向。
        * 302(重定向)，
        * 304(访问缓存)
    4. 4xx：客户端错误。
        * 404（请求路径没有对应的资源） 
        * 405：请求方式没有对应的doXxx方法
    5. 5xx：服务器端错误
        * 500(服务器内部出现异常)

cookie和session

 cookie
    1. cookie存储数据在客户端浏览器
    2. 浏览器对于单个cookie 的大小有限制(4kb) 以及 对同一个域名下的总cookie数量也有限制(20个)
    3. cookie一般用于存储少量的不太敏感的数据(建议手动设个失效时间和path）
    4. 在不登录的情况下，完成服务器对客户端的身份识别（建议做加密）

session
    1. session用于存储一次会话的多次请求的数据，存在服务器端
    2. session可以存储任意类型，任意大小的数据
    3. session作用范围一次会话（多次请求，从访问这个网站开始  到关闭浏览器结束）

cookie和session区别：
    1. session存储数据在服务器端，Cookie在客户端
    2. session没有数据大小限制，Cookie有
    3. session数据安全，Cookie相对于不安全
    4. Session是依赖于Cookie的
    5. Session是域对象，Cookie不是域对象

Http和Https的区别

    1.https协议需要到CA申请证书，大多数情况下需要一定费用
    2.Http是超文本传输协议，信息采用明文传输，Https则是具有安全性SSL加密传输协议
    3.Http和Https端口号不一样，Http是80端口，Https是443端口
    4.Http连接是无状态的，而Https采用Http+SSL构建可进行加密传输、身份认证的网络协议，更安全。
    5.Http协议建立连接的过程比Https协议快。因为Https除了Tcp三次握手，还要经过SSL握手。连接建立之后数
      据传输速度，二者无明显区别。

Socket连接

socket（套接字）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。（简单的理解：socket就是对下层的封装，供上层更简便的使用）

tips : 如果说Http协议是一辆车，那么Socket就是发动机。

socket执行流程（来源网络）：

输入xxURL按下回车发生了什么?

1.输入url地址后，首先进行DNS解析，将相应的域名解析为IP地址；

2.客户端根据IP地址去寻找相应的服务器；

3.与服务器进行TCP的三次握手；

4.客户端找到相应的资源库；

5.根据资源库返回页面信息；

6.浏览器根据自身的执行机制解析页面；（浏览器的执行机制？重绘？重排？......）浏览器解析页面时，会找到每一个文件夹（css、js、html、img......），每一个文件夹下的资源会重新走到第二步，去找到相应的服务器，然后一步步执行。

7.最后服务器将解析信息返回给客户端，进行TCP的四次挥手。

七种协议和Http的关系

图片来源：《图解HTTP》：

失败的原因千奇百怪，成功者的经历不尽相同。成功者之所以成功，归纳为三点:解决错误，复盘错误，避免错误。

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