【C++八股文】计算机网络篇

 网络协议核心知识点详解

TCP头部结构

TCP头部包含多个关键字段，每个字段都有其特定作用：

• 16位源端口：标识发送方应用程序的端口号
• 16位目的端口：标识接收方应用程序的端口号
• 32位序号：保证数据包有序传输的唯一标识
• 32位确认序号：期望收到的下一个数据包的序列号
• 4位首部长度：以4字节为单位计算头部实际长度
• 6位标志位：包含SYN、ACK、FIN等控制标志
• 16位窗口大小：指示接收方可用的缓冲区空间
• 16位校验和：用于检测数据传输中的错误
• 16位紧急指针：标识紧急数据的位置

重要提示：TCP报文不包含IP地址信息，仅通过端口号标识应用程序。一个完整的TCP连接需要四元组来唯一标识：(源IP地址，源端口，目的IP地址，目的端口)。

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三次握手的重要性

TCP建立连接需要三次握手，主要目的包括：

1. 初始化序列号：双方交换初始序列号(ISN)，确保数据包按正确顺序组装
2. 参数协商：交换最大报文段长度(MSS)、窗口大小等关键参数
3. 防止历史连接干扰：避免网络中延迟的旧连接请求被误认为新连接请求

TCP粘包问题分析与解决

UDP协议不存在粘包问题，因为UDP是基于数据报的传输方式，每个数据包都有明确边界。TCP粘包问题产生的主要原因包括：

• 发送方启用Nagle算法，将多个小数据包合并发送以提高网络效率
• 接收方应用程序未能及时从缓冲区读取数据，导致多个数据包堆积

解决方案：

1. 封包与拆包：在数据前添加固定长度的包头，指明数据体长度
2. 特殊分隔符：使用特定字符序列(如\r\n)标记数据包边界
3. 关闭Nagle算法：通过设置TCP_NODELAY选项立即发送数据

HTTP协议原理

HTTP是应用层协议，基于请求-响应模型在客户端与服务器间通信。主要特点包括：

• 明文传输：所有数据以未加密形式传输
• 无状态：服务器不保存客户端的状态信息，每次请求独立处理
• 灵活可扩展：支持多种数据格式和请求方法

HTTP与HTTPS的区别

1. 安全性：HTTP明文传输，易被窃听和篡改；HTTPS通过SSL/TLS加密传输数据
2. 身份认证：HTTPS需要数字证书验证服务器身份，HTTP无此机制
3. 端口号：HTTP使用80端口，HTTPS使用443端口
4. 性能开销：HTTPS加密解密过程消耗更多计算资源
5. SEO影响：搜索引擎优先收录HTTPS网站

HTTPS建立连接的过程：

1. 客户端发送支持的加密套件列表
2. 服务器返回数字证书和选定的加密方式
3. 双方通过非对称加密协商对称密钥
4. 使用对称密钥加密实际传输数据

HTTP/1.1的改进

相比HTTP/1.0，HTTP/1.1引入多项重要改进：

• 持久连接：允许在单个TCP连接上发送多个请求和响应
• 范围请求：支持通过Range头请求资源的特定部分
• 新增Host头：支持虚拟主机，多个域名共享同一IP地址
• 扩展方法：新增OPTIONS、PUT、DELETE等请求方法
• 缓存优化：提供更灵活的缓存控制机制

GET与POST方法对比

• 用途差异：GET用于获取资源，POST用于创建或修改资源
• 参数位置：GET参数显示在URL中，POST参数放在请求体中
• 安全性：POST相对更安全，参数不暴露在URL中
• 长度限制：GET受URL长度限制，POST无此限制
• 幂等性：GET是幂等的，多次执行结果相同；POST非幂等

Cookie与Session机制

Cookie和Session都是用于维护会话状态的技术：

• 存储位置：Cookie存储在客户端，Session存储在服务器端
• 安全性：Session更安全，敏感信息不暴露在客户端
• 生命周期：Cookie可设置长期有效，Session随会话结束而失效
• 依赖关系：Session依赖Cookie传递会话ID
• 性能影响：Session需要服务器存储空间，高并发时影响性能

Session优化方案包括Session集群共享和Session Ticket机制。

TCP与UDP协议对比

• 连接方式：TCP面向连接，需要建立和断开过程；UDP无连接
• 可靠性：TCP提供确认重传机制保证可靠传输；UDP尽最大努力交付
• 数据边界：TCP是字节流，可能粘包；UDP保留数据包边界
• 头部开销：TCP头部20-60字节，UDP头部仅8字节
• 适用场景：TCP适合可靠性要求高的场景；UDP适合实时性要求高的场景

三次握手与四次挥手详解

三次握手过程：

1. 客户端发送SYN=1和初始序列号seq=x
2. 服务器回应SYN=1、ACK=1，携带自己的序列号seq=y和确认号ack=x+1
3. 客户端发送ACK=1，确认号ack=y+1

四次挥手过程：

1. 主动关闭方发送FIN=1和序列号seq=u
2. 被动关闭方回应ACK=1和确认号ack=u+1
3. 被动关闭方发送FIN=1和序列号seq=v
4. 主动关闭方回应ACK=1和确认号ack=v+1

TIME_WAIT状态的作用是确保最后一个ACK到达对端，并让旧连接的数据包在网络中消失。

流量与拥塞控制

流量控制通过滑动窗口机制实现，接收方通过窗口大小字段告知发送方可用的缓冲区空间。

拥塞控制采用多种算法：

• 慢启动：初始窗口指数增长
• 拥塞避免：达到阈值后线性增长
• 快重传：收到3个重复ACK立即重传
• 快恢复：调整阈值后直接进入拥塞避免阶段

浏览器访问网页全过程

1. DNS解析：将域名转换为IP地址
2. TCP连接：与服务器建立TCP连接
3. 发送HTTP请求：构建并发送请求报文
4. 接收HTTP响应：接收并解析服务器响应
5. 渲染页面：解析HTML、CSS和JavaScript，渲染页面
6. 连接释放：完成数据传输后关闭TCP连接

常见网络攻击与防御

• SQL注入：通过输入恶意SQL代码攻击数据库。防御：参数化查询、输入验证
• DDoS攻击：大量请求耗尽服务器资源。防御：流量清洗、CDN分发
• ARP欺骗：伪造MAC地址窃取数据。防御：静态ARP绑定、ARP监控
• XSS跨站脚本：注入恶意脚本代码。防御：输入转义、内容安全策略

高频面试题精粹

1.UDP如何实现可靠传输？
通过应用层添加序列号、确认机制和重传定时器，模拟TCP的可靠性保证

2.常见HTTP状态码：

• 200：请求成功
• 206：部分内容
• 301/302：重定向
• 404：资源不存在
• 499：客户端提前关闭连接
• 500：服务器内部错误
• 504：网关超时

3.HTTP/2主要特性：

• 二进制分帧提高传输效率
• 多路复用解决队头阻塞问题
• 头部压缩减少开销
• 服务器主动推送资源

4.网络层与传输层区别：
网络层负责主机到主机的通信，关注IP数据报的路由和转发；传输层负责进程到进程的通信，提供端到端的可靠性保证。

5.粘包问题解决方式：

• 设置立即发送标志禁用Nagle算法
• 添加长度字段标识数据包大小
• 使用特殊分隔符标记数据包边界

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