网络篇：朋友面试之TCP/IP，回去等通知吧
前言
最近和一同學聊天，他想換工作，然后去面了一家大廠。當時，他在簡歷上寫著精通TCP/IP，本著對TCP協議稍有了解，面試官也不會深問的想法，就寫了精通二字。沒想到，大意了
開場
朋友約的是十點半的面試，提前了十分鐘到，然后安靜地坐在沙發等待，順便回憶下之前看的資料。快到十點半時，一個高瘦，穿著格子衫的男子推開門而進，說了句“你好，我們來開始面試吧！”，朋友不失禮貌地笑著回了句“行”
面試官：看你簡歷說精通TCP和IP，那我們來討論下網絡模型和TCP、IP協議，講下你的理解先
朋友（怎么一上來就問TCP，不按套路出牌啊，不該問問java基礎嗎？不過常規題，我還行）
朋友：網絡模型一般分七層：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。應用層的協議包括HTTP、FTP、SMTP，而TCP屬于傳輸層，IP協議則屬于網絡層
朋友：TCP/IP網絡模型層次由上到下，層層包裝，每一層都對應不同的協議解析，我來畫個圖
面試官：看你畫的圖，TCP有自己的首部結構，這都有哪些字段，最好說說它們的作用
朋友（什么鬼！當我百度詞典，這怎么記得住？等等，昨天晚上好像看過，有印象）
朋友：繼續畫個圖，直觀點
朋友：TCP首部結構先是16位的源端口號和目標端口號、接著是32位的序列號和確認號。再下面就是4bit的頭部長度和6個bit的保留位及6bit的標志位
朋友：16位的屬性則有窗口大小（控制發送窗口），檢驗和（校驗數據段是否未被修改）及緊急指針。最后是選項，其長度由頭部長度決定
朋友：詳細說下序列號，它是TCP報文段的一數字編號，為保證TCP可靠連接，每一個發送的數據段都要加上序列號。建立連接時，兩端都會隨機生成一個初始序列號。而確認號是和序列號配合使用的，應答某次請求時，則返回一個確認號，它的值等于對方請求序列號加1
朋友：而6個標志位分別是，URG：這是條緊急信息，ACK:應答消息，PSH:緩沖區尚未填滿，RST:重置連接，SYN:建立連接消息標志，FIN：連接關閉通知信息
朋友：窗口大小是接收端用來控制發送端的滑動窗口大小
面試官：那TCP和UDP有什么區別
朋友（松了一口氣）
朋友：1）連接方面:TCP面向連接。UDP是無連接的，發送數據之前不需要建立連接
朋友：2）安全方面:TCP提供可靠的服務，保證傳送的數據，無差錯，不丟失，不重復，且按序到達。UDP則是盡最大努力交付，不保證可靠交付
朋友：3）傳輸效率：TCP傳輸效率相對較低，UDP傳輸效率高
面試官：剛才你說TCP是可靠的連接，它是怎么實現的
朋友：TCP的連接是基于三次握手，而斷開則是四次揮手
朋友：為了保障數據不丟失及錯誤（可靠性），它有報文校驗、ACK應答、超時重傳(發送方)、失序數據重傳（接收方）、丟棄重復數據、流量控制（滑動窗口）和擁塞控制等機制
面試官：具體說一說三次握手和四次揮手機制
朋友（又是常規題，曬曬水啦）
朋友：TCP是可靠的雙向通道，所以需要三次握手和四次揮手，我來畫個圖
三次握手
四次揮手
朋友：提前搶答下，關閉連接時需要四次揮手，比建立時多一次，是因為被動關閉端或許還有數據沒被送出去，不能像握手時一樣，第二次握手既是發起握手也是響應握手
面試官：如果沒有三次握手會有什么問題呢
朋友：如果只有兩次握手，client發連接請求后不會再ACK服務端的SYN
朋友：此時若客戶端因為自身原因判斷建立連接失敗，可能會重復建立TCP連接，而服務端卻會認為那些被client丟棄的TCP還是有效，會白白浪費資源
面試官：TIME_WAIT和CLOSE_WAIT的區別在哪
朋友：CLOSE_WAIT是被動關閉形成的；當對方close socket而發送FIN報文過來時，回應ACK之后進入CLOSE_WAIT狀態。隨后檢查是否存在未傳輸數據，如果沒有則發起第三次揮手，發送FIN報文給對方，進入LAST_ACK狀態并等待對方ACK報文到來
朋友：TIME_WAIT是主動關閉連接方式形成的；處于FIN_WAIT_2狀態時，收到對方FIN報文后進入TIME_WAIT狀態；之后再等待兩個MSL(Maximum Segment Lifetime:報文最大生存時間)
面試官：TIME_WAIT的作用呢，還有為啥狀態時間要保持兩個MSL
朋友(這問得太深了吧，老哥。還好昨天偷偷補課了)
朋友：1）TIME_WAIT的作用是為了保證最后一次揮手的ACK報文能送達給對方，如果ACK丟失，對方會超時重傳FIN，主動關閉端會再次響應ACK過去；如果沒有TIME_WAIT狀態，直接關閉，對方重傳的FIN報文則被響應一個RST報文，此RST會被動關閉端被解析成錯誤
朋友：2）存在兩個連接，第一個連接正常關閉，第二相同的連接緊接著建立；如果第一個連接的迷路報文到來，則會干擾第二連接，等待兩個MSL則可以讓上次連接的報文數據消逝在網絡
面試官：剛才你還有提到擁塞控制，TCP協議用什么方式去解決擁塞的
朋友：第一方式是慢啟動和擁塞避免
朋友：1）慢啟動，TCP發送端會維護一個擁塞窗口（congestionwindow）,簡稱為cwnd。擁塞窗口初始為1個報文段，每經過一次RTT（數據完全發送完到確認的時間），窗口大小翻倍（指數增長，只是前期慢）
朋友：2）擁塞避免，它思路是讓擁塞窗口cwnd緩慢增大，發送方的cwnd達到閥值ssthresh(初始值由系統決定的)之后，每經過一個RTT就把擁塞窗口加一，而不是加倍（收到兩個或四個確認，都是cwnd+1），cwnd呈線性增加（加法增大）
朋友：（畫個圖好解析）
朋友：如果遇到網絡擁塞，擁塞窗口閥值ssthresh減半，cwnd設置為1，重新進入慢啟動階段
面試官：那擁塞控制還有其他什么方式呢
朋友：快重傳和快恢復
朋友：1）快重傳是當接收方收到了一個失序的報文，則立馬報告給發送方，趕緊重傳
朋友：假如接收方M1收到了，M2沒有收到，之后的M3、M4、M5又發送了，此時接收方一共連續給發送方反饋了3個M1確認報文。那么快重傳規定，發送方只要連續收到3個重復確認，立即重傳對方發來的M2（重復確認報文的后一個報文）
朋友：2）快恢復
朋友：當發送方連續收到三個重復確認，ssthresh減半；由于發送方可能認為網絡現在沒有擁塞，因此與慢啟動不同，把cwnd值設置為ssthresh減半之后的值，然后執行擁塞避免算法，cwnd線性增大
朋友：（再來一圖）
面試官：知道滑動窗口不，客戶端和服務端控制滑動窗口的過程是怎樣的
朋友：接收端將自己可以接收的緩沖區大小放入TCP首部中的“窗口大小”字段，通過ACK報文來通知發送端，滑動窗口是接收端用來控制發送端發送數據的大小，從而達到流量控制
朋友：其實發送方的窗口上限，是取值擁塞窗口和滑動窗口兩者的最小值
面試官：那你知道滑動窗口和擁塞窗口有什么區別不
朋友：相同點都是控制丟包現象，實現機制都是讓發送方發得慢一點
朋友：不同點在于控制的對象不同
朋友：1）流量控制的對象是接收方，怕發送方發的太快，使得接收方來不及處理
朋友：2）擁塞控制的對象是網絡，怕發送方發的太快，造成網絡擁塞，使得網絡來不及處理
面試官：TCP的粘包和拆包問題，你怎么看
朋友：程序需要發送的數據大小和TCP報文段能發送MSS（Maximum Segment Size，最大報文長度）是不一樣的
朋友：大于MSS時，而需要把程序數據拆分為多個TCP報文段，稱之為拆包；小于時，則會考慮合并多個程序數據為一個TCP報文段，則是粘包；其中MSS = TCP報文段長度-TCP首部長度
朋友：在IP協議層或者鏈路層、物理層，都存在拆包、粘包現象
面試官：那解決粘包和拆包的方法都有哪些？
朋友：1）在數據尾部增加特殊字符進行分割
朋友：2）將數據定為固定大小
朋友：3）將數據分為兩部分，一部分是頭部，一部分是內容體；其中頭部結構大小固定，且有一個字段聲明內容體的大小
面試官：SYN Flood了解嗎
朋友：SYN Flood 偽造 SYN 報文向服務器發起連接，服務器在收到報文后用 SYN_ACK 應答，此應答發出去后，不會收到 ACK 報文，造成一個半連接
朋友：若攻擊者發送大量這樣的報文，會在被攻擊主機上出現大量的半連接，耗盡其資源，使正常的用戶無法訪問，直到半連接超時
面試官：對TCP的掌握挺不錯的，下面問下HTTP的知識。你知道一次HTTP請求，程序一般經歷了哪幾個步驟？
朋友：1）解析域名 -> 2）發起TCP三次握手，建立連接 -> 3）基于TCP發起HTTP請求 -> 4）服務器響應HTTP請求，并返回數據 -> 5）客戶端解析返回數據
面試官：HTTP有哪幾種響應狀態碼，列舉幾個你熟悉的
朋友：大概有以下幾種
200：表示成功正常請求
400：語義有誤，一般是請求格式不對
401：需求用戶驗證權限，一般是證書token沒通過認證
403：拒絕提供服務
404：資源不存在
500：服務器錯誤
503：服務器臨時維護，過載；可恢復
面試官：不錯，再考考你，session和cookie有什么區別
朋友：1）存儲位置不同，cookie是保存在客戶端的數據；session的數據存放在服務器上
朋友：2）存儲容量不同，單個cookie保存的數據小，一個站點最多保存20個Cookie；對于session來說并沒有上限
朋友：3）存儲方式不同，cookie中只能保管ASCII字符串；session中能夠存儲任何類型的數據
朋友：4）隱私策略不同，cookie對客戶端是可見的；session存儲在服務器上，對客戶端是透明對
朋友：5）有效期上不同，cookie可以長期有效存在；session依賴于名為JSESSIONID的cookie，過期時間默認為-1，只需關閉窗口該session就會失效
朋友：6）跨域支持上不同，cookie支持跨域名訪問；session不支持跨域名訪問
面試官：不錯，那你了解什么是HTTP分塊傳送嗎
朋友：分塊傳送是HTTP的一種傳輸機制，允許服務端發送給客戶端的數據分成多個部分，該協議在HTTP/1.1提供
面試官：HTTP分塊傳送有什么好處
朋友：HTTP分塊傳輸編碼允許服務器為動態生成的內容維持HTTP持久連接
朋友：分塊傳輸編碼允許服務器在最后發送消息頭字段。對于那些頭字段值在內容被生成之前無法知道的情形非常重要，例如消息的內容要使用散列進行簽名
朋友：HTTP服務器有時使用壓縮 （gzip或deflate）以縮短傳輸花費的時間。分塊傳輸編碼可以用來分隔壓縮對象的多個部分。在這種情況下，塊不是分別壓縮的，而是整個負載進行壓縮。分塊編碼有利于一邊進行壓縮一邊發送數據
面試官：HTTP的長連接你怎么理解
朋友：長連接是指客戶端和服務建立TCP連接后，它們之間的連接會持續存在，不會因為一次HTTP請求后關閉，后續的請求也是用這個連接
朋友：長連接可以省去TCP的建立和關閉操作，對于頻繁請求的客戶端適合使用長連接，但是注意惡意的長連接導致服務受損（建議內部服務之間使用）
面試官：HTTP是安全的嗎？怎么做到安全的HTTP協議傳輸
朋友：并非安全，HTTP傳輸的數據都是明文的，容易被第三方截取；要做安全傳輸數據，可以使用HTTP的升級版HTTPS協議
面試官：HTTPS和HTTP的區別，你是怎么理解的
朋友：1）http協議的連接是無狀態的，明文傳輸
朋友：2）HTTPS則是由SSL/TLS＋HTTP協議構建的有加密傳輸、身份認證的網絡協議
面試官：SSL/TLS是什么，HTTPS的安全性是怎樣實現的？
朋友：SSL(Secure Socket Layer 安全套接層)是基于HTTPS下的一個協議加密層，保障數據私密性。TLS(Transport Layer Security)則是升級版的SSL
朋友：https在http基礎加了一層安全認證及加密層TLS或者SSL，它首先會通過安全層進行ca證書認證，正確獲取服務端的公鑰
朋友：接著客戶端會通過公鑰和服務端確認一種加密算法，后面的數據則可以使用該加密算法對數據進行加密
參考資料
[1]
騰訊面試HTTP與TCP/IP20連問，你能答出多少: https://blog.csdn.net/weixin_48182198/article/details/107611341
[2]
什么是TCP/IP協議？: https://blog.csdn.net/bjweimengshu/article/details/79214572
[3]
太厲害了，終于有人能把TCP/IP協議講的明明白白了！: https://developer.51cto.com/art/201906/597961.htm
[4]
TCP的滑動窗口與擁塞窗口: https://blog.csdn.net/ligupeng7929/article/details/79597423
有道無術，術可成；有術無道，止于術
歡迎大家關注Java之道公眾號
好文章，我在看??
總結
以上是生活随笔為你收集整理的网络篇：朋友面试之TCP/IP，回去等通知吧的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 通过Playbook部署LAMP(5)
- 下一篇： CTO：再写if-else，逮着罚款10