四大金刚之计算机网络
1. OSI 七层模型 vs TCP/IP 四层模型？ 每层的功能和协议有哪些？
2. 数据封装过程？
- 应用层
- 数据来源：用户应用（比如浏览器发起 HTTP 请求）。
- 操作：应用层生成原始数据（HTTP 报文）。
- 输出：应用层数据（message）。
- 传输层
- 功能：负责端到端传输，标识源端口和目标端口，可靠性控制。
- 操作：加上 传输层首部（TCP/UDP 头），包含：源端口、目的端口、序列号、校验和等。
- 输出：段 Segment（TCP Segment / UDP Datagram）。
- 网络层
- 功能：逻辑寻址和路由选择。
- 操作：加上 网络层首部（IP 头），包含：源 IP 地址、目的 IP 地址、TTL、协议号等。
- 输出：分组 Packet（IP Packet）。
- 数据链路层
- 功能：成帧，链路寻址，差错检测。
- 操作：加上 帧首部和帧尾部（MAC 地址，CRC 校验码等）。
- 输出：帧 Frame。
- 物理层
- 功能：传输比特流。
- 操作：把帧转换为电信号/光信号/无线电波进行传输。
- 输出：比特流 Bit Stream。
3. TCP 粘包/拆包？
- 粘包（Sticky Packet）：
多个 应用层消息 在 TCP 传输时被合并到一个 TCP 报文里，接收方一次read()读到多个消息。 - 拆包（Half Packet）：
一个应用层消息太大，被拆成多个 TCP 报文，接收方一次read()只能读到一部分。
粘包和拆包并不是 TCP 的错误，而是 TCP 字节流特性导致应用层无法直接区分消息边界。
为了解决这个问题，需要 人为设计应用层协议，常见方法有：
- 固定长度消息；
- 每条消息长度固定，比如 128 字节；
- 如果不足 → 补空格或特殊填充符。
- 优点：简单，解码逻辑快；
- 缺点：浪费带宽，不适合大多数业务场景。
- 使用分隔符；
- 每条消息结尾加上一个分隔符，例如
\n、|； - 接收端根据分隔符来切割消息。
- 优点：实现简单，常见于文本协议（HTTP/1.0、SMTP、FTP）。
- 缺点：分隔符可能出现在正文，需要转义。
- 每条消息结尾加上一个分隔符，例如
- 使用“消息头 + 消息体”的格式（最常用）。
- 在消息前添加一个 固定长度的头部（例如 4 字节），存放消息体的长度；
- 接收端先解析头部，知道接下来要读多少字节。
- 优点：灵活高效，适合二进制协议，主流框架（Netty、gRPC、Kafka）都采用这种方式。
- 缺点：协议解析稍复杂，但最通用。
4. UDP 有哪些应用场景？
UDP 常用于对 实时性要求高、对可靠性要求不那么严格 的场景。
典型应用有：
- 实时音视频（VoIP、直播、视频会议）；
- 网络游戏（低延迟比可靠更重要）；
- DNS、DHCP 等请求响应型协议；
- 物联网设备上报（CoAP）；
- 流媒体传输（RTP、RTSP）；
- 新一代传输协议 QUIC/HTTP3。
5. 滑动窗口与流量控制？
TCP 是 面向字节流的可靠传输协议。如果发送方每次都等接收方返回 ACK 确认再继续发数据，就会导致 传输效率低。
为了解决这个问题，TCP 引入了 滑动窗口机制：
- 窗口大小：接收方通过 ACK 报文中的 Window 字段 告诉发送方自己还能接收多少字节。
- 滑动：随着接收方处理并确认一部分数据，窗口会向前滑动，发送方就可以继续发送新的数据。
- 效果：这样发送方能在没有收到所有 ACK 之前，持续批量发送数据，实现 流水线传输，大幅提升效率。
同时，窗口大小由接收方决定，这就天然实现了 流量控制：
- 当接收方处理不过来时，窗口缩小甚至为 0，发送方必须停发；
- 当接收方处理完成释放了缓存，窗口再扩大，发送方继续发送。
滑动窗口既是 TCP 提升传输效率的机制，也是实现流量控制的核心手段。
6. 拥塞控制策略？
“流量控制”是为了防止 接收方被压垮，而 拥塞控制 是为了防止 网络被压垮。
TCP 发送方要根据 网络的承载能力 来调整发送速率，避免过量数据导致路由器丢包、超时重传。
核心是维护一个变量 拥塞窗口（cwnd, Congestion Window）：
- 实际发送窗口 =
min(cwnd, rwnd)
- 实际发送窗口 =
cwnd：网络拥塞控制窗口rwnd：接收方流量控制窗口
TCP 拥塞控制的四大算法：
- 慢启动：cwnd 从小开始指数增长；
- 拥塞避免：达到阈值后，cwnd 线性增长；
- 快速重传：三个重复 ACK 就立即重传丢失分段；
- 快速恢复：丢包后 cwnd 减半，并线性增长，而不是回到 1 MSS。
7. TIME_WAIT 是什么？
TIME_WAIT 的定义
TIME_WAIT状态，也叫 2MSL（Maximum Segment Lifetime）等待状态。- 出现的时机：
在 TCP 四次挥手过程中，主动关闭连接的一方（通常是客户端）在发送了最后一个ACK后会进入TIME_WAIT状态。
为什么需要 TIME_WAIT有两个关键原因：
- 确保对方收到最后的 ACK
- 在四次挥手中，最后一次
ACK可能会丢失。 - 如果对方（被动关闭方）没有收到 ACK，会重发
FIN。 - 处于
TIME_WAIT的一方还能重新发送 ACK，保证连接能可靠关闭。
- 在四次挥手中，最后一次
- 保证老连接的数据不会影响新连接
- TCP 是面向字节流的，老连接里可能还存在未到达的延迟报文。
- 通过等待 2 倍的 MSL 时间（报文在网络中存活的最长时间），确保旧连接的数据包在网络中完全消失，避免和新连接混淆。
8. TCP 怎么实现有序？
- 序列号（Sequence Number）
每个 TCP 字节流中的字节都有一个 唯一序列号。
发送方在发送数据段时，会标注 序列号。
接收方根据序列号可以 按顺序重组数据。
举例：
数据流：ABCDEFG
分段发送：A(Seq=1)、B(Seq=2)、C(Seq=3)
接收方收到 C, A, B → 按序列号重新排列：A, B, C
- 确认号（ACK）
接收方对收到的字节流发送 确认号（表示下一个期望接收的字节序列号）。
发送方根据 ACK 判断哪些数据已经被接收，并继续发送后续数据。
- 滑动窗口
TCP 使用 滑动窗口 支持 流水线传输。
发送方可以在未收到所有 ACK 的情况下继续发送窗口范围内的数据。
接收方利用接收窗口告知发送方可以接收的数据量，从而 保证按顺序接收。
- 乱序数据缓存与重组
接收方可能会收到 乱序报文（比如网络延迟不同）。
TCP 会在内存中 缓存乱序数据，等待缺失的前面报文到达，再按序交给应用层。
- 丢包重传机制
如果发送方在 超时时间 内没有收到 ACK，或者收到 重复 ACK，就会 重传丢失的报文。
结合序列号和 ACK，保证最终 应用层收到的数据是完整且有序的。
9. IP 地址分类与子网划分？
IPv4 地址分为 A/B/C/D/E 类，A/B/C 类用于普通主机网络，D 类用于多播，E 类保留。
子网划分是通过 借用主机位作为子网位 来创建多个小网络，每个子网都有独立的网络地址、广播地址和可用主机地址范围。
子网掩码表示网络位和主机位，通过 /n 或点分十进制形式表示。
10. ARP 和 RARP 是什么？
ARP (Address Resolution Protocol, 地址解析协议)
作用：在局域网内，把 IP 地址 → MAC 地址。
- IP 用于网络层寻址，但最终在局域网中通信需要依靠 MAC 地址。
- 当主机要向同一局域网的另一台主机发送数据时，会先知道对方的 IP 地址，但不知道 MAC 地址，就要用 ARP。
RARP (Reverse Address Resolution Protocol, 反向地址解析协议)
作用：把 MAC 地址 → IP 地址。
- 早期场景：一些无盘工作站（diskless workstation）只有网卡，没有硬盘，开机后只知道自己的 MAC 地址，但不知道该用哪个 IP 地址。
- 于是它广播 RARP 请求，请求服务器告诉它应该用的 IP 地址。
应用层数据 → 传输层 → 网络层 → 数据链路层 → 物理层
- 传输层（TCP/UDP）
- 把应用层数据加上 TCP/UDP 头，形成 报文段（Segment）。
- TCP：面向连接、可靠；UDP：无连接、尽力而为。
- 网络层（IP 协议）
- 在报文段外加上 IP 头，形成 IP 数据包（Packet）。
- IP 头里有源 IP、目的 IP。
- 数据链路层（Ethernet、PPP 等）
- 在 IP 数据包外加上 MAC 头（源 MAC、目的 MAC），形成 数据帧（Frame）。
- 如果不知道目的 IP 对应的 MAC，需要先通过 ARP 查询（广播请求 + 单播应答）。
- 数据帧最后再加上 CRC 校验等。
- 物理层
- 把数据帧转换为电信号、光信号或无线电波，在物理媒介上传输。
11. ICMP 协议？
ICMP 是网络层的控制协议，用于报告 IP 层的错误和传递诊断信息（如 ping、traceroute），它本身不传输业务数据，而是 IP 协议的“反馈助手”。
- 全称：Internet Control Message Protocol（互联网控制报文协议）
- 位置：运行在 网络层，是 IP 协议的辅助协议
- 作用：主要用于 传递差错信息 和 网络状态信息，帮助网络进行诊断和控制。
⚠️ 注意：
- ICMP 不是传输层协议（不用于应用层数据传输），而是 封装在 IP 包里的报文。
- 例如，IP 层在转发数据包时出错，ICMP 就会回报。
12. NAT 的作用？
NAT 的核心作用是：在私网和公网之间进行地址转换，实现多个内网主机共享少量公网 IP 上网，同时起到隐藏和安全保护作用。
- 定义：一种在 网络层（IP 层） 实现的技术，用于在 私有 IP 地址 和 公网 IP 地址 之间进行转换。
- 背景：IPv4 地址不够用，而内网通常用 私有地址（如 192.168.x.x、10.x.x.x、172.16–31.x.x），这些地址在公网中不可路由。
- NAT 让多个内网主机 共享一个或少量公网 IP，从而访问外网。
13. 路由协议有哪些？
小网络用 RIP，企业网用 OSPF，运营商网用 IS-IS，互联网靠 BGP。
a. IGP（内部网关协议）
- RIP（Routing Information Protocol）
- 算法：距离向量（用跳数表示距离，最大 15 跳）
- 优点：简单、配置容易
- 缺点：收敛慢、规模小、环路问题
- 应用：小规模网络
- OSPF（Open Shortest Path First）
- 算法：链路状态（Dijkstra）
- 特点：收敛快，支持区域划分（分层次管理）
- 应用：大型企业网、运营商网
- IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）
- 算法：链路状态
- 特点：与 OSPF 类似，但更适合超大规模运营商网
- 应用：电信运营商骨干网
b. EGP（外部网关协议）
- BGP（Border Gateway Protocol）
- 算法：路径向量
- 特点：控制互联网中自治系统之间的路由选择，是互联网的“核心路由协议”
- 当前版本：BGP-4
- 应用：互联网骨干网
14. DNS 的作用？
- 全称：Domain Name System（域名系统）
- 位置：应用层协议（基于 UDP/TCP 53 端口）
- 核心作用：将域名解析为 IP 地址（反之亦然），让用户可以用 人类友好的名字 访问网络资源，而不是记一堆 IP。
- DNS 的核心作用就是“域名到 IP 的翻译器”，同时也支持负载均衡、服务发现和高可用切换。
没有 DNS，用户只能记一堆 IP，互联网几乎没法用。
15. 对称加密 vs 非对称加密？
- 对称加密：AES、DES、3DES、ChaCha20
- 非对称加密：RSA、DSA、ECC、DH（密钥交换）
16. 常见攻击手段？
网络层攻击
DDoS / DoS：大量请求让服务器瘫痪
IP/ARP 欺骗：伪造 IP 或 MAC 窃听或篡改流量
中间人攻击（MITM）：截获或篡改通信
应用层攻击
SQL 注入：输入恶意 SQL 改数据库
XSS：注入脚本窃取用户信息
CSRF：利用用户身份发起恶意请求
文件上传漏洞：上传 WebShell 或恶意文件
身份/密码攻击
暴力破解：穷举密码
会话劫持：窃取 Cookie 或 Token 冒充用户
社会工程学：钓鱼邮件、假冒电话获取信息
17. MQTT 的作用？
MQTT 是一种轻量级的发布/订阅消息传输协议，适合带宽受限或高延迟环境，常用于物联网设备、移动端消息推送和实时监控系统。
- 发布/订阅（Pub/Sub）模型：
- Publisher（发布者）：发送消息到 主题（Topic）
- Subscriber（订阅者）：订阅某个主题，接收消息
- Broker（消息代理服务器）：负责接收、存储和分发消息
- 解耦了生产者和消费者，发布者和订阅者互不直接感知
18. 如何实现服务端推送？
HTTP 长轮询（Long Polling）
原理：客户端发起请求，如果没有数据，服务器 不立即返回，等有数据或超时才返回；客户端收到响应后立即重新发起请求。
特点：
简单，基于普通 HTTP
支持浏览器端、传统服务
缺点：客户端频繁请求，延迟高，开销大
WebSocket
原理：建立 TCP 全双工连接，服务端和客户端可以随时互发消息
特点：
双向通信、低延迟
适合实时聊天、游戏、股票行情等场景
服务器可直接向客户端推送数据
消息队列 + 推送
原理：服务端把消息发送到 MQ（如 Kafka、RabbitMQ、RocketMQ），然后推送到客户端
特点：
解耦业务逻辑和推送逻辑
支持分布式、消息可靠投递
可与 WebSocket 或 SSE 配合使用
19. 整体的网络协议交互
访问域名时，先通过 DNS 解析得到目标 IP；然后主机根据路由表选择下一跳，如果没有对应 MAC，就通过 ARP 获取；数据包由 IP 协议负责传输，中途若有错误会通过 ICMP 报告；如果跨私网和公网，还要经过 NAT 转换；至于 RIP、OSPF、BGP 等路由协议，它们不是直接传输数据，而是帮助路由器建立和维护路由表，确保数据能找到正确的路径。