计算机网络八股文

基础篇

TCP/IP 网络模型有哪几层？

应用层：

• 通过应用进程间的通信来完成特定的网络应用
• 应用层只需要专注于为用户提供应用功能
• 应用层是工作在操作系统中的用户态
• 常见协议：HTTP、SMTP、FTP、Telnet、DNS等

传输层：

• 传输层（Transport Layer）是为应用层提供网络支持的
• 负责端到端的数据传输
• 解决进程之间基于网络的通信问题，解决出现传输错误时，如何处理问题
• 常见协议：TCP、UDP

网络层：

• 处理数据在网络中的传输
• 解决如何标识各网络以及各网络中的各主机（网络和主机共同编制的问题，例如IP地址）问题
• 解决路由器转发分组，路由选择问题
• 常见协议：IP、ARP、ICMP

网络接口层：

• 网络接口层主要为网络层提供「链路级别」传输的服务
• 负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次
• 使用 MAC 地址来标识网络上的设备

HTTP篇

HTTP是什么？

HTTP 是超文本传输协议，也就是HyperText Transfer Protocol。
HTTP 是一个在计算机世界里专门在「两点」之间「传输」文字、图片、音频、视频等「超文本」数据的「约定和规范」。

HTTP常见的状态码有哪些

GET 和 POST 有什么区别？

• 参数：

  • 按照规范，GET请求的参数一般在URL中，POST兴趣的参数一般放在请求Body中（这不是绝对，只是规范来讲）
  • 而URL中的参数只支持ASCLL，对BODY没有限制
  • 浏览器会对 URL 的长度有限制，对BODY的没有限制

• 安全性（对于传输的数据来说）：
  POST的安全性与GET相比相对较高。规范情况下，GET的参数会暴露在URL上，而POST的参数则是在请求体中保存。
  然而，从传输的角度来说，他们都是不安全的，因为 HTTP 在网络上是明文传输的，只要在网络节点上捉包，就能完整地获取数据报文，要想安全传输，就只有加密

• 幂等性：

  • GET 方法就是安全且幂等的。规范来讲，它是「只读」操作，无论操作多少次，服务器上的数据都是安全的，且每次的结果都是相同的。所以，可以对 GET 请求的数据做缓存
  • POST 方法不是安全且幂等的。规范来讲，POST 因为是「新增或提交数据」的操作，会修改服务器上的资源，所以是不安全的，且多次提交数据就会创建多个资源，所以不是幂等的。所以，浏览器一般不会缓存 POST 请求

HTTP1.0，1.1，2.0，3.0 的版本区别？

HTTP1.0

HTTP/1.0规定浏览器与服务器只保持短暂的连接，浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接，服务器完成请求处理后立即断开TCP连接，服务器不跟踪每个客户也不记录过去的请求。
这种方式就好像我们打电话的时候，只能说一件事儿一样，说完之后就要挂断，想要说另外一件事儿的时候就要重新拨打电话。

HTTP/1.0中浏览器与服务器只保持短暂的连接，连接无法复用。也就是说每个TCP连接只能发送一个请求。发送数据完毕，连接就关闭，如果还要请求其他资源，就必须再新建一个连接。

我们知道TCP连接的建立需要三次握手，是很耗费时间的一个过程。所以，HTTP/1.0版本的性能比较差。

HTTP1.0 其实也可以强制开启长链接，例如接受Connection: keep-alive 这个字段，但是，这不是标准字段，不同实现的行为可能不一致，因此不是根本的解决办法。

HTTP1.1

HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 性能上的改进：

• 使最主要的改进就是默认是持久连接。所谓的持久连接即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用。
• 还引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。

HTTP2.0

HTTP/2 为了解决HTTP/1.1中仍然存在的效率问题，主要做了以下优化：

• 头部压缩：HTTP/2 会压缩头（Header）如果你同时发出多个请求，他们的头是一样的或是相似的，那么，协议会帮你消除重复的部分。这就是所谓的 HPACK 算法：在客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，生成一个索引号，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就提高速度了。
• 二进制格式：HTTP/2采用二进制格式而非文本格式。对计算机更友好，且节省了空间。增加了数据传输的效率
• 并发传输：引出了 Stream 概念，多个 Stream 复用在一条 TCP 连接。针对不同的 HTTP 请求用独一无二的 Stream ID 来区分，接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息，不同 Stream 的帧是可以乱序发送的，因此可以并发不同的 Stream ，也就是 HTTP/2 可以并行交错地发送请求和响应
• 服务器推送：HTTP/2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式，服务端不再是被动地响应，可以主动向客户端发送消息。比如，客户端通过 HTTP/1.1 请求从服务器那获取到了 HTML 文件，而 HTML 可能还需要依赖 CSS 来渲染页面，这时客户端还要再发起获取 CSS 文件的请求，需要两次消息往返，在 HTTP/2 中，客户端在访问 HTML 时，服务器可以直接主动推送 CSS 文件，减少了消息传递的次数。

HTTP3.0

HTTP 与 HTTPS的区别

HTTPS 解决了 HTTP 的哪些问题？

HTTP 由于是明文传输，所以安全上存在一些风险：

• HTTPS通过信息加密，使用混合加密的方式实现信息的机密性，解决了窃听的风险。
• HTTPS通过校验机制，使用摘要算法的方式来实现完整性，它能够为数据生成独一无二的「指纹」，指纹用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。。
• HTTPS通过将服务器公钥放入到数字证书中，解决了冒充的风险。

HTTPS 是如何建立连接的？其间交互了什么？

整体上是两个阶段：
一、TLS 的「握手阶段」：生成会话秘钥
二、数据传输阶段：使用会话秘钥，来对传输的数据进行加密（对称加密）

假设第一阶段使用的是RSA 算法。首先我先介绍一下RSA非对称加密，共有两个密钥：

• 一个是公钥，这个是可以公开给所有人的；
• 一个是私钥，这个必须由本人管理，不可泄露。

这两个密钥可以双向加解密的，比如可以用公钥加密内容，然后用私钥解密，也可以用私钥加密内容，公钥解密内容。

• 公钥加密，私钥解密。这个目的是为了保证内容传输的安全，因为被公钥加密的内容，其他人是无法解密的，只有持有私钥的人，才能解密出实际的内容；
• 私钥加密，公钥解密。这个目的是为了保证消息不会被冒充，因为私钥是不可泄露的，如果公钥能正常解密出私钥加密的内容，就能证明这个消息是来源于持有私钥身份的人发送的

一、TLS 的「握手阶段」：生成会话秘钥

1. 首先，由客户端向服务器发起加密通信请求，也就是 ClientHello 请求。
   
2. 服务器收到客户端请求后，向客户端发出响应，也就是 SeverHello。

3. 客户端收到服务器的回应之后，首先通过浏览器或者操作系统中的 CA 公钥，确认服务器的数字证书的真实性
如果证书没有问题，客户端会从数字证书中取出服务器的公钥，然后使用它加密报文，向服务器发送如下信息：

4. 服务器收到客户端的第三个随机数（pre-master key）之后，通过协商的加密算法，计算出本次通信的「会话秘钥」。

至此，整个 TLS 的握手阶段全部结束。

二、数据传输阶段：使用会话秘钥，来对传输的数据进行加密（对称加密）

接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的 HTTP 协议，只不过用「会话秘钥」加密内容。

HTTP和RPC的区别？

服务发现

底层连接形式

传输的内容

既然有 HTTP 协议，为什么还要有 WebSocket？

TCP篇

TCP 和 UDP 区别

TCP 和 UDP 应用场景

重传机制

超时重传

超时重传时间 RTO 的值应该略大于报文往返 RTT 的值

快速重传

SACK 方法

TCP Keepalive 和 HTTP Keep-Alive 是一个东西吗？

• HTTP 的 Keep-Alive 也叫 HTTP 长连接，该功能是由「应用程序」实现的，可以使得用同一个 TCP 连接来发送和接收多个 HTTP 请求/应答，减少了 HTTP 短连接带来的多次 TCP 连接建立和释放的开销。

• TCP 的 Keepalive 也叫 TCP 保活机制，该功能是由「内核」实现的，当客户端和服务端长达一定时间没有进行数据交互时，内核为了确保该连接是否还有效，就会发送探测报文，来检测对方是否还在线，然后来决定是否要关闭该连接。

TCP 和 UDP 可以同时绑定相同的端口吗？

IP篇

ICMP

ICMP 功能都有啥？

ICMP 类型