网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧

前言

最近和一同学聊天,他想换工作,然后去面了一家大厂。当时,他在简历上写着精通TCP/IP,本着对TCP协议稍有了解,面试官也不会深问的想法,就写了精通二字。没想到,大意了

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开场

朋友约的是十点半的面试,提前了十分钟到,然后安静地坐在沙发等待,顺便回忆下之前看的资料。快到十点半时,一个高瘦,穿着格子衫的男子推开门而进,说了句“你好,我们来开始面试吧!”,朋友不失礼貌地笑着回了句“行”

网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图

面试官:看你简历说精通TCP和IP,那我们来讨论下网络模型和TCP、IP协议,讲下你的理解先

  • 朋友(怎么一上来就问TCP,不按套路出牌啊,不该问问java基础吗?不过常规题,我还行)
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  • 朋友:网络模型一般分七层:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。应用层的协议包括HTTP、FTP、SMTP,而TCP属于传输层,IP协议则属于网络层
  • 朋友:TCP/IP网络模型层次由上到下,层层包装,每一层都对应不同的协议解析,我来画个图
    网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(2)

面试官:看你画的图,TCP有自己的首部结构,这都有哪些字段,最好说说它们的作用

  • 朋友(什么鬼!当我百度词典,这怎么记得住?等等,昨天晚上好像看过,有印象)
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  • 朋友:继续画个图,直观点
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  • 朋友:TCP首部结构先是16位的源端口号和目标端口号、接着是32位的序列号和确认号。再下面就是4bit的头部长度和6个bit的保留位及6bit的标志位
  • 朋友:16位的属性则有窗口大小(控制发送窗口),检验和(校验数据段是否未被修改)及紧急指针。最后是选项,其长度由头部长度决定
  • 朋友:详细说下序列号,它是TCP报文段的一数字编号,为保证TCP可靠连接,每一个发送的数据段都要加上序列号。建立连接时,两端都会随机生成一个初始序列号。而确认号而是和序列号配合使用的,应答某次请求时,则返回一个确认号,它的值等于对方请求序列号加1
  • 朋友:而6个标志位分别是,URG:这是条紧急信息,ACK:应答消息,PSH:缓冲区尚未填满,RST:重置连接,SYN:建立连接消息标志,FIN:连接关闭通知信息
  • 朋友:窗口大小是接收端用来控制发送端的滑动窗口大小

面试官:那TCP和UDP有什么区别

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  • 朋友(松了一口气)
  • 朋友:1)连接方面:TCP面向连接。UDP是无连接的,发送数据之前不需要建立连接
  • 朋友:2)安全方面:TCP提供可靠的服务,保证传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达。UDP则是尽最大努力交付,不保证可靠交付
  • 朋友:3)传输效率:TCP传输效率相对较低,UDP传输效率高

面试官:刚才你说TCP是可靠的连接,它是怎么实现的

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  • 朋友:TCP的连接是基于三次握手,而断开则是四次挥手
  • 朋友:为了保障数据不丢失及错误(可靠性),它有报文校验、ACK应答、超时重传(发送方)、失序数据重传(接收方)、丢弃重复数据、流量控制(滑动窗口)和拥塞控制等机制

面试官:具体说一说三次握手和四次挥手机制

  • 朋友(又是常规题,晒晒水啦)
  • 朋友:TCP是可靠的双向通道,所以需要三次握手和四次挥手,我来画个图
  • 三次握手
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  • 四次挥手
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  • 朋友:提前抢答下,关闭连接时需要四次挥手,比建立时多一次,是因为被动关闭端或许还有数据没被送出去,不能像握手时一样,第二次握手既是发起握手也是响应握手

面试官:如果没有三次握手会有什么问题呢

  • 朋友:如果只有两次握手,client发连接请求后不会再ACK服务端的SYN
  • 朋友:此时若客户端因为自身原因判断建立连接失败,可能会重复建立TCP连接,而服务端却会认为那些被client丢弃的TCP还是有效,会白白浪费资源

面试官:TIME_WAIT和CLOSE_WAIT的区别在哪

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网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(8)

  • 朋友:CLOSE_WAIT是被动关闭形成的;当对方close socket而发送FIN报文过来时,回应ACK之后进入CLOSE_WAIT状态。随后检查是否存在未传输数据,如果没有则发起第三次挥手,发送FIN报文给对方,进入LAST_ACK状态并等待对方ACK报文到来
  • 朋友:TIME_WAIT是主动关闭连接方式形成的;处于FIN_WAIT_2状态时,收到对方FIN报文后进入TIME_WAIT状态;之后再等待两个MSL(Maximum Segment Lifetime:报文最大生存时间)

面试官:TIME_WAIT的作用呢,还有为啥状态时间要保持两个MSL

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  • 朋友(这问得太深了吧,老哥。还好昨天偷偷补课了)
  • 朋友:1)TIME_WAIT的作用是为了保证最后一次挥手的ACK报文能送达给对方,如果ACK丢失,对方会超时重传FIN,主动关闭端会再次响应ACK过去;如果没有TIME_WAIT状态,直接关闭,对方重传的FIN报文则被响应一个RST报文,此RST会被动关闭端被解析成错误
  • 朋友:2)存在两个连接,第一个连接正常关闭,第二相同的连接紧接着建立;如果第一个连接的迷路报文到来,则会干扰第二连接,等待两个MSL则可以让上次连接的报文数据消逝在网络后

面试官:刚才你还有提到拥塞控制,TCP协议用什么方式去解决拥塞的

  • 朋友:第一方式是慢启动和拥塞避免
  • 朋友:1)慢启动,TCP发送端会维护一个拥塞窗口(congestionwindow),简称为cwnd。拥塞窗口初始为1个报文段,每经过一次RTT(数据完全发送完到确认的时间),窗口大小翻倍(指数增长,只是前期慢)
  • 朋友:2)拥塞避免,它思路是让拥塞窗口cwnd缓慢增大,发送方的cwnd达到阀值ssthresh(初始值由系统决定的)之后,每经过一个RTT就把拥塞窗口加一,而不是加倍(收到两个或四个确认,都是cwnd+1),cwnd呈线性增加(加法增大)
  • 朋友:(画个图好解析)
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  • 朋友:如果遇到网络拥塞,拥塞窗口阀值ssthresh减半,cwnd设置为1,重新进入慢启动阶段

面试官:那拥塞控制还有其他什么方式呢

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  • 朋友:快重传和快恢复
  • 朋友:1)快重传是当接收方收到了一个失序的报文,则立马报告给发送方,赶紧重传
  • 朋友:假如接收方M1收到了,M2没有收到,之后的M3、M4、M5又发送了,此时接收方一共连续给发送方反馈了3个M1确认报文。那么快重传规定,发送方只要连续收到3个重复确认,立即重传对方发来的M2(重复确认报文的后一个报文)
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  • 朋友:2)快恢复
  • 朋友:当发送方连续收到三个重复确认,ssthresh减半;由于发送方可能认为网络现在没有拥塞,因此与慢启动不同,把cwnd值设置为ssthresh减半之后的值,然后执行拥塞避免算法,cwnd线性增大
  • 朋友:(再来一图)
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面试官:知道滑动窗口不,客户端和服务端控制滑动窗口的过程是怎样的

网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(15)

  • 朋友:接收端将自己可以接收的缓冲区大小放入TCP首部中的“窗口大小”字段,通过ACK报文来通知发送端,滑动窗口是接收端用来控制发送端发送数据的大小,从而达到流量控制
  • 朋友:其实发送方的窗口上限,是取值拥塞窗口和滑动窗口两者的最小值

面试官:那你知道滑动窗口和拥塞窗口有什么区别不

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  • 朋友:相同点都是控制丢包现象,实现机制都是让发送方发得慢一点
  • 朋友:不同点在于控制的对象不同
  • 朋友:1)流量控制的对象是接收方,怕发送方发的太快,使得接收方来不及处理
  • 朋友:2)拥塞控制的对象是网络,怕发送方发的太快,造成网络拥塞,使得网络来不及处理

面试官:TCP的粘包和拆包问题,你怎么看

  • 朋友:程序需要发送的数据大小和TCP报文段能发送MSS(Maximum Segment Size,最大报文长度)是不一样的
  • 朋友:大于MSS时,而需要把程序数据拆分为多个TCP报文段,称之为拆包;小于时,则会考虑合并多个程序数据为一个TCP报文段,则是粘包;其中MSS = TCP报文段长度-TCP首部长度
  • 朋友:在IP协议层或者链路层、物理层,都存在拆包、粘包现象

面试官:那解决粘包和拆包的方法都有哪些?

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  • 朋友:1)在数据尾部增加特殊字符进行分割
  • 朋友:2)将数据定为固定大小
  • 朋友:3)将数据分为两部分,一部分是头部,一部分是内容体;其中头部结构大小固定,且有一个字段声明内容体的大小

面试官:SYN Flood了解吗

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  • 朋友:SYN Flood 伪造 SYN 报文向服务器发起连接,服务器在收到报文后用 SYN_ACK 应答,此应答发出去后,不会收到 ACK 报文,造成一个半连接
  • 朋友:若攻击者发送大量这样的报文,会在被攻击主机上出现大量的半连接,耗尽其资源,使正常的用户无法访问,直到半连接超时

面试官:对TCP的掌握挺不错的,下面问下HTTP的知识。你知道一次HTTP请求,程序一般经历了哪几个步骤?

  • 朋友:1)解析域名 -> 2)发起TCP三次握手,建立连接 -> 3)基于TCP发起HTTP请求 -> 4)服务器响应HTTP请求,并返回数据 -> 5)客户端解析返回数据
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面试官:HTTP有哪几种响应状态码,列举几个你熟悉的

  • 朋友:大概有以下几种
    • 200:表示成功正常请求
    • 400:语义有误,一般是请求格式不对
    • 401:需求用户验证权限,一般是证书token没通过认证
    • 403:拒绝提供服务
    • 404:资源不存在
    • 500:服务器错误
    • 503:服务器临时维护,过载;可恢复

面试官:不错,再考考你,session和cookie有什么区别

网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(20)

  • 朋友:1)存储位置不同,cookie是保存在客户端的数据;session的数据存放在服务器上
  • 朋友:2)存储容量不同,单个cookie保存的数据小,一个站点最多保存20个Cookie;对于session来说并没有上限
  • 朋友:3)存储方式不同,cookie中只能保管ASCII字符串;session中能够存储任何类型的数据
  • 朋友:4)隐私策略不同,cookie对客户端是可见的;session存储在服务器上,对客户端是透明对
  • 朋友:5)有效期上不同,cookie可以长期有效存在;session依赖于名为JSESSIONID的cookie,过期时间默认为-1,只需关闭窗口该session就会失效
  • 朋友:6)跨域支持上不同,cookie支持跨域名访问;session不支持跨域名访问

面试官:不错,那你了解什么是HTTP分块传送吗

  • 朋友:分块传送是HTTP的一种传输机制,允许服务端发送给客户端的数据分成多个部分,该协议在HTTP/1.1提供

面试官:HTTP分块传送有什么好处

网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(21)

  • 朋友:HTTP分块传输编码允许服务器为动态生成的内容维持HTTP持久连接
  • 朋友:分块传输编码允许服务器在最后发送消息头字段。对于那些头字段值在内容被生成之前无法知道的情形非常重要,例如消息的内容要使用散列进行签名
  • 朋友:HTTP服务器有时使用压缩 (gzip或deflate)以缩短传输花费的时间。分块传输编码可以用来分隔压缩对象的多个部分。在这种情况下,块不是分别压缩的,而是整个负载进行压缩。分块编码有利于一边进行压缩一边发送数据
    网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(22)

面试官:HTTP的长连接你怎么理解

  • 朋友:长连接是指客户端和服务建立TCP连接后,它们之间的连接会持续存在,不会因为一次HTTP请求后关闭,后续的请求也是用这个连接
  • 朋友:长连接可以省去TCP的建立和关闭操作,对于频繁请求的客户端适合使用长连接,但是注意恶意的长连接导致服务受损(建议内部服务之间使用)

面试官:HTTP是安全的吗?怎么做到安全的HTTP协议传输

网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(23)

  • 朋友:并非安全,HTTP传输的数据都是明文的,容易被第三方截取;要做安全传输数据,可以使用HTTP的升级版HTTPS协议

面试官:HTTPS和HTTP的区别,你是怎么理解的

  • 朋友:1)http协议的连接是无状态的,明文传输
  • 朋友:2)HTTPS则是由SSL/TLS+HTTP协议构建的有加密传输、身份认证的网络协议

面试官:SSL/TLS是什么,HTTPS的安全性是怎样实现的?

  • 朋友:SSL(Secure Socket Layer 安全套接层)是基于HTTPS下的一个协议加密层,保障数据私密性。TLS(Transport Layer Security)则是升级版的SSL
  • 朋友:https在http基础加了一层安全认证及加密层TLS或者SSL,它首先会通过安全层进行ca证书认证,正确获取服务端的公钥
  • 朋友:接着客户端会通过公钥和服务端确认一种加密算法,后面的数据则可以使用该加密算法对数据进行加密

面试官:你能详细说下TLS/SSL的认证过程不…(此时面试官放在桌面的手机震动了起来,他下意识看了看手机,停顿下)

朋友面试暂时告一段落(下回继续)

网络篇:朋友面试之TCP/IP,回去等通知吧插图(24)

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