计算机网络基础学习总结

1 计算机网络

1 常见问题

1、对IP地址分类的理解？

总结：

IP地址，是指网路地址协议，是IP协议给每一个网络和每一台主机分配的逻辑地址，代替物理地址。IP地址，分为5类，分别为：
A类地址，二进制以0开头，范围为 0~127；
B类地址，二进制以10开头，范围为 128~191；
C类地址， 二进制以110开头，范围为 192~223；
D类地址，二进制以1110开头，范围为 224~239；
E类地址， 二进制以111开头

2、TCP和UDP的主要特点？

总结：

TCP：
- 面向连接
- 一对一
- 可靠
- 全双工通信，既可以收又可以发
- 面向字节流。虽然TCP数据是数据块，但是TCP将其看做一连串的无结构字节流来处理

UDP：
- 无连接
- 支持一对一、一对多，多对多
- 不确保可靠，尽最大努力交付
- UDP也是全双工通信
- 面向数据报
- 没有拥塞控制，在对实时应用很有用

3、TCP和UDP的区别？

总结：

  TCP是可靠传输，UDP是不可靠传输。TCP的可靠主要依赖于TCP三次握手建立通信，还有窗口、重传、拥塞控制等机制，所以TCP通信资源消耗较大；
  UDP虽然是不可靠传输，但是传输开销小，没有拥塞控制，在实时应用上最有效，一般用于即时通信和直播等。

4、详细说下TCP和UDP分别对应的常见应用协议有哪些？

总结：

TCP 常见应用协议：

- HTTP web服务器的超文本传输协议
- SMTP 简单邮件传送协议
- FTP 文件传输协议
- telnet 远程登录协议

UDP 常见应用协议：

- DNS 域名解析协议
- SNMP 简单网络管理协议
- TFTP 简单文件传输协议

5、详细说下TCP三次握手的过程？

总结：

1、第一次握手，客户端向服务端发送SYN包表示希望建立连接，证明客户端具备发送能力；
2、第二次握手，服务端向客户端发送SYN-ACK包，证明自己具备接收能力和发送能力，并表示已收到SYN包，并确认可以建立连接；
3、第三次握手，客户端收到SYN-ACK包后，向服务端发送ACK包，证明具备接收能力，并表示已收到SYN-ACk包，并确认连接建立成功。
至此，双方建立可靠的TCP连接。

6、为什么不是2次握手也不是4次握手？

总结：

通过三次握手，可以确保双方都能发送和接收数据，同时避免已失效的链接占用通道。

为什么不是2次握手？
防止失效的连接请求报文段被服务端接收，从而产生错误。
PS：失效的连接请求：若客户端向服务端发送的连接请求丢失，客户端等待应答超时后就会再次发送连接请求，此时，上一个连接请求就是『失效的』。
若建立连接只需两次握手，客户端并没有太大的变化，仍然需要获得服务端的应答后才进入ESTABLISHED状态，而服务端在收到连接请求后就进入ESTABLISHED状态。
此时如果网络拥塞，客户端发送的连接请求迟迟到不了服务端，客户端便超时重发请求，如果服务端正确接收并确认应答，双方便开始通信，通信结束后释放连接。
此时，如果那个失效的连接请求抵达了服务端，由于只有两次握手，服务端收到请求就会进入ESTABLISHED状态，等待发送数据或主动发送数据。
但此时的客户端早已进入CLOSED状态，服务端将会一直等待下去，这样浪费服务端连接资源。

为什么不是4次握手？
通过三次握手，可以确保双方都能发送和接收数据

7、详细说下TCP四次挥手的过程？

总结：

1、第一次挥手，客户端的应用先向服务端发送连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接；
2、第二次挥手，服务端收到连接释放报文段之后立即发出确认，这个时候TCP处于半关闭状态，也就是客户端不再发送数据；
3、第三次挥手，服务端可以继续发送没发完的数据，等到服务端发送完剩下数据后，向客户端发送释放连接，这时候服务端等待客户端的确认；
4、第四次挥手，客户端收到服务端的释放连接后，发出确认报文，服务端结束TCP连接，客户端再等待2MSL之后，结束TCP连接，到此整个TCP结束。

客户端等待2MSL的时间，为什么？
1、确保客户端的最后一个报文能够到达服务器，如果超时未送达，在2MSL时间范围内可以收到服务器重传信息并进行重新确认；
2、使本连接持续时间范围内的所有报文段都消失，不再出现在下一个连接中。

为什么第二次和第三次挥手不能合并？
第二次挥手，只是进行半关闭状态，这时候客户端不再发送数据，但是服务器还可以继续发送没有发送完的数据，所以不能合并。

8、TCP是如何保证可靠传输的？

总结：

简单来说，TCP的可靠主要依赖于TCP三次握手建立通信，还有窗口、重传、拥塞控制等机制。

展开来说就是：
1、确认和重传：停止等待协议，接收方接收到报文就会确认，发送方如果超时没有收到确认报文就会重传；
2、数据校验；如果数据校验有问题，则丢弃报文并等待发送方超时重发
3、数据合理分片和排序：tcp会按MTU（最大传输单元）合理分片，接收方会缓存未按序到达的数据，重新排序后再交由应用层；
4、流量控制：当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失，用到滑动窗口机制；
5、拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。

参考：https://www.cnblogs.com/huajiezh/p/6593425.html

9、详细说说停止等待协议？

总结：

停止等待协议：
目的是为了实现可靠传输，基本原理是
“发送方每发送一帧后就要停下来等待接收方的确认返回，仅当接收方确认正确接收后再继续发送下一帧。
如果接收方收到重复分组，丢弃该分组，但同时还要发送确认。”

参考：https://blog.youkuaiyun.com/2302_78764748/article/details/132492835

10、谈谈对ARQ协议的理解？

总结：

ARQ（Automatic Repeat reQuest） 自动重传请求
停止等待协议中，超时重传协议规定只要超时仍然没有收到确认，就重传之前发送的分组（也就是认为之前的丢失了）。
因此每次发送完分组都要设置一个超时计时器，其重传时间应比数据在分组传输的平均往返时间更长一些，这种自动重传方式常称为自动重传请求ARQ。

连续ARQ协议
连续ARQ协议目的是提高信道利用率。
发送方维持一个窗口，只要在这个窗口内的分组都可以连续发送，不需要等待确认再发下一个；
接收方一般采用累积确认，对按序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组为止的所有分组都已经正确收到了。

11、谈谈对流量控制和TCP拥塞控制的理解？

总结：

流量控制：
流量控制是指，当接收方数据处理不过来时，反馈给发送方降低发送速率，防止丢包；
常用'滑动窗口'实现流量控制。滑动窗口是一种流量控制技术，滑动窗口的大小意味着接收方还有多大的缓冲区可以用于接收数据。
发送方可以通过滑动窗口的大小来确认还可以发送多少数据。
接收方通过确认报文中的窗口字段可以控制发送方窗口大小，从而达到流量控制的目的。

拥塞控制：
拥塞控制和流量控制都是为了防止数据量超过接收方处理极限，实现可靠传输，不同的是，拥塞控制是全局性的，流量控制的点对点通信的控制。
拥塞：如果在某段时间范围内，网络中对某个资源的请求超过改资源能提供的承载上限，网络的性能就要变坏，这种请求就叫拥塞。
拥塞控制，为了避免过多的数据注入到网络中，使网络中的路由器或链路不致于过载，TCP发送方维持一个拥塞控制窗口（cwnd）的状态变量。
cwnd的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。 Swnd = min(rwnd, cwnd); Swnd：发送窗口，rwnd：接收窗口， cwnd:拥塞窗口。
TCP四种算法： 慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复
ssthresh: 处理拥塞参考参数
慢开始： cwnd<ssthresh，cwnd以慢开始的方式指数增长；
拥塞避免： cwnd>ssthresh,cwnd以拥塞避免的方式加法增长；
快重传：收到三个同样的确认后就立即重传，不等到超时；
快恢复：cwnd不是从1重新开始。

参考：https://www.cnblogs.com/huajiezh/p/6593425.html

12、谈谈TCP粘包的理解？

总结：

1、什么是粘包？
简单来说就是一个包中包含两个数据包的信息，这种情况就叫做粘包。

2、粘包是如何产生的？
发送方产生粘包：
采用TCP连接传输数据的客户端和服务器经常保持一个长连接的状态（一次发送一个包不会存在粘包），可以持续传数据；
当发送数据过小的时候，TCP会把较小的数据包进行合并，这个过程发送在缓冲区。

接收方产生粘包：
接收方将接收到的数据放到缓冲区，接收方放数据的速度>应用层拿数据的速度的时候, 下一个数据会放在上一个数据的末尾，取数据的时候就是一个粘包了。


3、如何解决粘包？
- 特殊字符控制
- 在包头首部添加数据包的长度
另外，Netty有专门的编码器和解码器来解决拆包和粘包的问题。
UDP没有粘包的问题，因为发送的时候用户数据包既不合并，也不合并。

13、说说对HTTP的理解？

总结：

1、常见状态码有：
  1XX 信息
  2XX 成功
  3XX 重定向
  4XX 客户端错误
  5XX 服务器错误

2、常见的HTTP方法有哪些？
  GET、POST、PUT、HEAD、OPTIONS
  GET请求：获取资源
  POST：传输实体数据
  PUT：上传文件或修改，一般不用
  HEAD： 获取请求报文首部
  OPTIONS： 查询指定URL支持的方法
  
3、GET请求和POST请求的区别？
  本质都是HTTP请求，不同的是
  - 功能不同：GET请求用于获取资源，POST请求用于传输实体数据；
  - 幂等性不同：GET请求每次同一个资源都能获取到相同的数据，而POST请求不是幂等的，每次请求对数据的修改是不同的；
  - 请求参数形式不同： GET请求把参数放到URL上，以？分隔，POST请求把数据放置到HTTP报文的请求头中；
  - 安全性不同： 因为请求参数形式不同，POST请求安全性更高；
  - 请求大小不同： 一般而言，GET请求长度是受限于URL长度，而POST请求没有大小限制。

14、在浏览器输入URL地址到显示主页的过程？

总结：

前端输入->DNS解析获取IP-> TCP连接->发送HTTP请求->服务器处理请求并返回HTTP报文->浏览器解析渲染页面->TCP连接释放

15、DNS解析过程？

总结：

DNS解析是域名转ip的过程。步骤：
1、用户输入域名，
2、本地DNS缓存查询，
3、本地Hosts文件查询，
4、本地域名服务器递归查询，转发器（运营商DNS服务器）迭代查询
5、返回结果更新本地缓存，
6、浏览器访问

参考：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_69884785/article/details/130219175

总结就是：
1、主机向本地域名服务器的查询是递归查询，如果本地域名服务器不知道该域名的ip，本地域名服务器就作为DNS客户端向根域名服务器
发出查询请求报文，而不是让主机迭代查询。
2、本地域名服务器向根域名服务器的查询是迭代查询，如果根域名服务器不知道该域名的ip，会返回下一个域名服务器让本地域名服务器迭代查询。