嵌入式面试题（三、网络编程）

三、网络编程

1、TCP、UDP的区别
TCP—传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。
UDP—用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。
1）TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的
2）UDP程序结构较简单
3）TCP是面向字节流的，UDP是基于数据报的
4）TCP保证数据正确性，UDP可能丢包
5）TCP保证数据顺序到达，UDP不保证
2 、TCP、UDP的优缺点
TCP优点：可靠稳定
TCP的可靠体现在TCP在传输数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完之后，还会断开来连接用来节约系统资源。
TCP缺点：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击
在传递数据之前要先建立连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞机制等都会消耗大量时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接。然而，每个连接都会占用系统的CPU，内存等硬件资源。因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。
UDP优点：快，比TCP稍安全
UDP没有TCP拥有的各种机制，是一种无状态的传输协议，所以传输数据非常快，没有TCP的这些机制，被攻击利用的机会就少一些，但是也无法避免被攻击。
UDP缺点：不可靠，不稳定
因为没有TCP的这些机制，UDP在传输数据时，如果网络质量不好，就会很容易丢包，造成数据的缺失。
3 、TCP、UDP适用场景
TCP：传输一些对信号完整性，信号质量有要求的信息。
UDP：对网络通讯质量要求不高时，要求网络通讯速度要快的场景。
4、 TCP为什么是可靠连接？
因为TCP传输的数据满足3大条件，不丢失，不重复，按顺序到达。
5、OSI典型网络模型有哪些？
应用层（DHCP、HTTP、DNS）：为操作系统或应用程序提供网络接口
表示层（HTML、FTP）：对数据进行加密和解密，压缩和解压缩，实现数据间的转换
会话层（ADSP、ASP）：建立会话，例如登录系统的账户和密码
传输层（TCP、UDP）：为网络层提供服务又给高层提供数据传输的通信端口，接受下层的数据加工传输给会话层
网络层（IP、ICMP）：主要是对IP地址进行编址、封装、解封装、路由，传输的是报文
数据链路层（WiFi、以太网络）：通过MAC地址，负责主机间数据的传输，例如网卡和交换机
物理层（以太网卡、调制解调器等）：为网络数据传输提供物理条件，用于接受和发送二进制比特流
6、三次握手、四次挥手
三次握手
1、TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
2、TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
3、TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报 文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
4、TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
5、当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
四次挥手
1、客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2、服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3、客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4、服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-
ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5、客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗ *∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6、服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
更简便的理解方式：
三次握手
A：我准备好了（SYN）
B：我知道了（ACK），我也准备好了（SYN）
A：我知道了（ACK）
解析：
首先B开启端口监听
第一次握手：A给B发送SYN
第二次握手：B给A发送ACK和SYN
第三次握手：A给B发送ACK
连接建立完毕
四次挥手
A：再见，我要关闭了（FIN）
B：我知道了（ACK）
给A一段时间把自己的事情处理完
B：再见，我要关闭了（FIN）
A：我知道了（ACK）
解析：
A等待2ms时间后关闭
第一次挥手：A发送FIN给B
第二次挥手：B发送ACK给A
第三次挥手：B发送FIN给A
第四次挥手：A发送ACK给B