元旦期間,整理了12道計算機網絡面試題

談一談你對TCP/IP四層模型,OSI七層模型的理解?

爲了增強通用性和兼容性,計算機網絡都被設計成層次機構,每一層都遵守一定的規則。

因此有了OSI這樣一個抽象的網絡通信參考模型,按照這個標準使計算機網絡系統可以互相連接。

物理層:通過網線、光纜等這種物理方式將電腦連接起來。傳遞的數據是比特流,0101010100。

數據鏈路層:首先,把比特流封裝成數據的格式,對0、1進行分組。電腦連接起來之後,數據都經過網卡來傳輸,而網卡上定義了全世界唯一的MAC地址。然後再通過廣播的形式向局域網內所有電腦發送數據,再根據數據中MAC地址和自身對比判斷是否是發給自己的。

網絡層:廣播的形式太低效,爲了區分哪些MAC地址屬於同一個子網,網絡層定義了IP和子網掩碼,通過對IP和子網掩碼進行與運算就知道是否是同一個子網,再通過路由器和交換機進行傳輸。IP協議屬於網絡層的協議。

傳輸層:有了網絡層的MAC+IP地址之後,爲了確定數據包是從哪個進程發送過來的,就需要端口號,通過端口來建立通信,比如TCP和UDP屬於這一層的協議。

會話層:負責建立和斷開連接

表示層:爲了使得數據能夠被其他的計算機理解,再次將數據轉換成另外一種格式,比如文字、視頻、圖片等。

應用層:最高層,面對用戶,提供計算機網絡與最終呈現給用戶的界面

TCP/IP則是四層的結構,相當於是對OSI模型的簡化。

  1. 數據鏈路層,也有稱作網絡訪問層、網絡接口層。他包含了OSI模型的物理層和數據鏈路層,把電腦連接起來。

  2. 網絡層,也叫做IP層,處理IP數據包的傳輸、路由,建立主機間的通信。

  3. 傳輸層,就是爲兩臺主機設備提供端到端的通信。

  4. 應用層,包含OSI的會話層、表示層和應用層,提供了一些常用的協議規範,比如FTP、SMPT、HTTP等。

總結下來,就是物理層通過物理手段把電腦連接起來,數據鏈路層則對比特流的數據進行分組,網絡層來建立主機到主機的通信,傳輸層建立端口到端口的通信,應用層最終負責建立連接,數據格式轉換,最終呈現給用戶。

說說TCP 3次握手的過程?

建立連接前server端需要監聽端口,所以初始狀態是LISTEN。

  1. client端建立連接,發送一個SYN同步包,發送之後狀態變成SYN_SENT

  2. server端收到SYN之後,同意建立連接,返回一個ACK響應,同時也會給client發送一個SYN包,發送完成之後狀態變爲SYN_RCVD

  3. client端收到server的ACK之後,狀態變爲ESTABLISHED,返回ACK給server端。server收到之後狀態也變爲ESTABLISHED,連接建立完成。

爲什麼要3次?2次,4次不行嗎?

因爲TCP是雙工傳輸模式,不區分客戶端和服務端,連接的建立是雙向的過程。

如果只有兩次,無法做到雙向連接的建立,從建立連接server回覆的SYN和ACK合併成一次可以看出來,他也不需要4次。

揮手爲什麼要四次?因爲揮手的ACK和FIN不能同時發送,因爲數據發送的截止時間不同。

那麼四次揮手的過程呢?

  1. client端向server發送FIN包,進入FIN_WAIT_1狀態,這代表client端已經沒有數據要發送了

  2. server端收到之後,返回一個ACK,進入CLOSE_WAIT等待關閉的狀態,因爲server端可能還有沒有發送完成的數據

  3. 等到server端數據都發送完畢之後,server端就向client發送FIN,進入LAST_ACK狀態

  4. client收到ACK之後,進入TIME_WAIT的狀態,同時回覆ACK,server收到之後直接進入CLOSED狀態,連接關閉。但是client要等待2MSL(報文最大生存時間)的時間,纔會進入CLOSED狀態。

爲什麼要等待2MSL的時間才關閉?

  1. 爲了保證連接的可靠關閉。如果server沒有收到最後一個ACK,那麼就會重發FIN。

  2. 爲了避免端口重用帶來的數據混淆。如果client直接進入CLOSED狀態,又用相同端口號向server建立一個連接,上一次連接的部分數據在網絡中延遲到達server,數據就可能發生混淆了。

TCP怎麼保證傳輸過程的可靠性?

校驗和:發送方在發送數據之前計算校驗和,接收方收到數據後同樣計算,如果不一致,那麼傳輸有誤。

確認應答,序列號:TCP進行傳輸時數據都進行了編號,每次接收方返回ACK都有確認序列號。

超時重傳:如果發送方發送數據一段時間後沒有收到ACK,那麼就重發數據。

連接管理:三次握手和四次揮手的過程。

流量控制:TCP協議報頭包含16位的窗口大小,接收方會在返回ACK時同時把自己的即時窗口填入,發送方就根據報文中窗口的大小控制發送速度。

擁塞控制:剛開始發送數據的時候,擁塞窗口是1,以後每次收到ACK,則擁塞窗口+1,然後將擁塞窗口和收到的窗口取較小值作爲實際發送的窗口,如果發生超時重傳,擁塞窗口重置爲1。這樣做的目的就是爲了保證傳輸過程的高效性和可靠性。

說下瀏覽器請求一個網址的過程?

  1. 首先通過DNS服務器把域名解析成IP地址,通過IP和子網掩碼判斷是否屬於同一個子網

  2. 構造應用層請求http報文,傳輸層添加TCP/UDP頭部,網絡層添加IP頭部,數據鏈路層添加以太網協議頭部

  3. 數據經過路由器、交換機轉發,最終達到目標服務器,目標服務器同樣解析數據,最終拿到http報文,按照對應的程序的邏輯響應回去。

知道HTTPS的工作原理嗎?

  1. 用戶通過瀏覽器請求https網站,服務器收到請求,選擇瀏覽器支持的加密和hash算法,同時返回數字證書給瀏覽器,包含頒發機構、網址、公鑰、證書有效期等信息。

  2. 瀏覽器對證書的內容進行校驗,如果有問題,則會有一個提示警告。否則,就生成一個隨機數X,同時使用證書中的公鑰進行加密,並且發送給服務器。

  3. 服務器收到之後,使用私鑰解密,得到隨機數X,然後使用X對網頁內容進行加密,返回給瀏覽器

  4. 瀏覽器則使用X和之前約定的加密算法進行解密,得到最終的網頁內容

負載均衡有哪些實現方式?

DNS:這是最簡單的負載均衡的方式,一般用於實現地理級別的負載均衡,不同地域的用戶通過DNS的解析可以返回不同的IP地址,這種方式的負載均衡簡單,但是擴展性太差,控制權在域名服務商。

Http重定向:通過修改Http響應頭的Location達到負載均衡的目的,Http的302重定向。這種方式對性能有影響,而且增加請求耗時。

反向代理:作用於應用層的模式,也被稱作爲七層負載均衡,比如常見的Nginx,性能一般可以達到萬級。這種方式部署簡單,成本低,而且容易擴展。

IP:作用於網絡層的和傳輸層的模式,也被稱作四層負載均衡,通過對數據包的IP地址和端口進行修改來達到負載均衡的效果。常見的有LVS(Linux Virtual Server),通常性能可以支持10萬級併發。

按照類型來劃分的話,還可以分成DNS負載均衡、硬件負載均衡、軟件負載均衡。

其中硬件負載均衡價格昂貴,性能最好,能達到百萬級,軟件負載均衡包括Nginx、LVS這種。

說說BIO/NIO/AIO的區別?

BIO:同步阻塞IO,每一個客戶端連接,服務端都會對應一個處理線程,對於沒有分配到處理線程的連接就會被阻塞或者拒絕。相當於是一個連接一個線程

NIO:同步非阻塞IO,基於Reactor模型,客戶端和channel進行通信,channel可以進行讀寫操作,通過多路複用器selector來輪詢註冊在其上的channel,而後再進行IO操作。這樣的話,在進行IO操作的時候再用一個線程去處理就可以了,也就是一個請求一個線程

AIO:異步非阻塞IO,相比NIO更進一步,完全由操作系統來完成請求的處理,然後通知服務端開啓線程去進行處理,因此是一個有效請求一個線程

那麼你怎麼理解同步和阻塞?

首先,可以認爲一個IO操作包含兩個部分:

  1. 發起IO請求

  2. 實際的IO讀寫操作

同步和異步在於第二個,實際的IO讀寫操作,如果操作系統幫你完成了再通知你,那就是異步,否則都叫做同步。

阻塞和非阻塞在於第一個,發起IO請求,對於NIO來說通過channel發起IO操作請求後,其實就返回了,所以是非阻塞。

談一下你對Reactor模型的理解?

Reactor模型包含兩個組件:

  1. Reactor:負責查詢、響應IO事件,當檢測到IO事件時,分發給Handlers處理。

  2. Handler:與IO事件綁定,負責IO事件的處理。

它包含幾種實現方式:

單線程Reactor

這個模式reactor和handler在一個線程中,如果某個handler阻塞的話,會導致其他所有的handler無法執行,而且無法充分利用多核的性能。

單Reactor多線程

由於decode、compute、encode的操作並非IO的操作,多線程Reactor的思路就是充分發揮多核的特性,同時把非IO的操作剝離開。

但是,單個Reactor承擔了所有的事件監聽、響應工作,如果連接過多,還是可能存在性能問題。

多Reactor多線程

爲了解決單Reactor的性能問題,就產生了多Reactor的模式。其中mainReactor建立連接,多個subReactor則負責數據讀寫。

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