面试题-计算机网络1

前言

计算机网络部分的题目，是我根据Java Guide的面试突击版本V3.0再整理出来的，其中，我选择了一些比较重要的问题，并重新做出相应回答，并添加了一些比较重要的问题，希望对大家起到一定的帮助。

系列文章：

面试题-Java基础

面试题-Java集合

面试题-Java多线程基础、实现工具和可见性保证

面试题-线程池和原子变量

面试题-Java虚拟机

计算机网络

  1. 简单说说以太网协议

    以太网协议是用于局域网内计算机通信的协议。以太网工作在连接层，连接层的下面是物理层，对物理层来说，只有01序列流的概念，在连接层有了有限的01序列的概念，这种有限的01序列叫做帧。（简单理解，一帧就是我们要发送的一条数据）。

    以太网以mac地址来寻址，mac地址是网卡设备制造商烧录在网卡中的。

  2. 交换机和集线器的区别？

    • 集线器广播数据，安全性较差，无法多路同时通信
    • 交换机记录了局域网内的所有mac地址信息，只发送到对应的端口

  3. 为什么会产生IP协议？只用MAC地址定位不可以吗?

    MAC地址虽然可以保证唯一性，但是这个地址是网卡供应商烧录进去的，同一个公司的同事，MAC地址大概率是没有规律的，当网络中的设备越来越多时，路由找到对应的MAC地址就会变得越来越困难。后来出现的IP协议，IP协议可以理解为用一种有规律的方式标记网络上的设备。具体做大是 通过把IP地址划分为社区段+主机段，路由的时候只需要按照社区路由，找到社区后，再由社区内部根据MAC地址直接发送过去。可以大大减少路由的成本提高计算的速度。

    通俗的解释下：

    每个人都有身份证号，这个号码虽然是唯一的，当我们要写信给别人时却绝对不会只用身份证号来标记收件人，而是先写省市区，然后是具体住址 姓名和电话。对邮局来说，这样写也能更方便的路由，如果只用身份证号标记，如何快速找到这个id对应的人呢？这里的身份证号=MAC地址，省市区=ip地址的社区段，具体住址姓名和手机号为主机段。

  4. ARP协议是什么?

    当通过ip地址的社区部分找到社区后，我们就需要把数据包发送给社区中的那个唯一的主机，这个操作需要借助MAC地址实现，ARP协议就是用来帮助我们知道局域网内所有的ip地址和对应的MAC的地址信息的。

    具体过程：我是192.168.1.15，我的MAC是XXXX，有谁知道ip是192.168.1.60的MAC地址吗?

    我知道，我是192.168.1.60，我的MAC地址是YYYYY。

  5. 简单说说TCP建立连接的过程

    TCP建立连接的目的主要是同步通信双方的序列号，TCP根据这个序列号来组装数据，保证应用层收到的数据是有序的。

    建立连接中涉及到的状态转变：

    • 客户端发送SYN+ISN(c)以后，状态从 CLOSED 变为 SYN_SENT
    • 服务端接收到客户端的数据后，发送SYN+ISN(s) 和 ACK=ISN(c)+1，状态从LISTEN 变为 SYN_RCVD
      • ACK是为了通知客户端，客户端的序号同步成功，期待客户端继续发送数据
      • SYN+ISN(s) 是为了同步自己的序列号给客户端，用于后续服务端发送数据给客户端
    • 客户端收到服务端的数据后
      • 状态从 SYN_SENT切换为ESTABLISHED
      • 发送ACK=ISN(s) +1的应答给服务端，期待服务端继续发送数据
    • 服务端收到ACK响应后，状态从 SYN_RCVD 变为 ESTABLISHED

  6. 你知道SYN FLOOD攻击吗?

    在建立连接的过程中，内核中有两个队列需要参与工作，一个是SYN队列，另一个是accept队列。

    当服务端接收到SYN后，会把连接放到SYN队列中，然后发送SYN+ACK，如果收到对端的ACK，就把连接从SYN队列移动到accept队列，等待客户端调用accept方法获取连接。

    SYN FLOOD攻击的原理是伪装客户端同时海量发送SYN给服务端，然后就下线，在超时时间内会造成服务端SYN队列耗尽，无法处理正常的连接。

    Linux内核提供了tcp_syncookies来应对这种情况，当SYN队列满了以后，会发送一个cookie给对端，如果是正常的连接则会回复，然后就可以建立连接了。

  7. 简单说说TCP关闭连接的过程

    TCP支持单方向关闭连接，主动关闭的一方代表没有数据需要发送过去了，但是可以继续读对端发送过来的的数据。

    针对单向关闭的特点，就需要更多的状态来表达，如果是客户端主动关闭连接，状态变更如下：

    • 客户端发送FIN:SN(c)/ACK:SN(s) ，状态从ESTABLISHED 变为 FIN_WAIT1
    • 服务端收到FIN后，发送ACK:SN(c)+1，状态从ESTABLISHED 变为 CLOSE_WAIT
    • 客户端收到ACK后，状态从FIN_WAIT1 变为 FIN_WAIT2
    • 服务端应用程序发送完毕调用close函数后，服务端发送FIN给客户端，状态从 CLOSE_WAIT变为 LAST_ACK
    • 客户端收到服务端的FIN后，发送ACK，进入TIME_WAIT状态，等待2MSL后，进入CLOSED状态
    • 服务端收到客户端ACK后，状态变为 CLOSED

  1. 主动关闭的一方为什么要等待2*MSL的时间？直接关闭不行吗？

    假如直接关闭，并且发送给对端的ACK丢失了，那么对端会重发FIN包，假如又建立了一个四元组相同的连接，后面到来的重发FIN会导致这个新建立的连接被意外关闭。

    上面的讨论证明需要等待，那为什么要等待2MSL？

    等待2MSL的原因是，发送ACK后，最多需要MSL到达对端，设想一种极端情况，在ACK经过MSL到达对端的前一刻，对端重发FIN，那么等待一个MSL是不够的，还需要再等待一个MSL保证能处理到对端最后发送过来的FIN。

  2. 谈谈TCP协议的重传机制？

    虽然使用序号可以保证有序性，如果没有ACK机制和重传机制，那么就无法保证可靠性，即所有数据都被正确的发送过去，不会丢失。

    那么如何判断数据已经丢失需要重传呢？有两种方式：

    • 时间驱动判断：超时重传，按照时间判断，在超时后就会判断数据已经丢失，需要重传
    • 数据驱动判断：快速重传，是对超时重传的改进，当收到连续三个相同的ACK时，意味着有数据存在丢失，需要重传

    那么该发送ACK后所有的数据包？还是只发送ACK对应的丢失的一部分数据包呢？

    • 如果重传所有的包，可能存在浪费带宽的可能；

    • 如果只重传ACK对应的包，会节省带宽，但如果后续的数据都丢失了，最后还是需要重传所有的数据。

    TCP提供了一种SACK的机制来通知哪些数据已经收到了，可以避免重传所有的包。如下图所示，接收方通过SACK可以告知发送方已经收到的数据。

  3. TCP的滑动窗口有什么作用？

    TCP滑动窗口机制的主要作用是 防止发送方发送的速率大于接收方应用程序处理的速率，导致接收方处理不过来的情况。

    发送方的发送缓冲区有四个区域:

    • 已经被ACK的
    • 发送还未ACK的
    • 待发送的
    • 不能发送的

接收方收到数据后，会发送接收方当前的可用窗口大小，发送方依照这个窗口调整待发送的数据，即可实现流控。

  1. 说说什么叫拥塞控制

    • 什么是拥塞？在TCP/IP详解卷一中提到，路由器因无法处理高速到达的流量而被迫丢弃数据的现象叫拥塞。

    • 为什么需要拥塞控制算法？当TCP检测到丢包时，重传机制会重传数据，但是如果丢包的原因是网络中发生拥塞，那么继续重传会加重拥塞，此时就需要考虑如何减缓网络拥塞。

    • TCP的拥塞控制算法主要关注在识别到拥塞后，如何减速发送以及如何恢复。

  2. 详细说说TCP的拥塞控制算法

    除了滑动窗口机制中引入的由接收端控制的窗口（代表了接收端的处理速度）以外，TCP引入了另外一个窗口变量，用于代表网络传输的能力。这两个窗口共同决定了发送窗口的大小

    • 滑动窗口
    • 拥塞窗口

    发送窗口 = MIN(滑动窗口，拥塞窗口)

    拥塞控制算法主要关注拥塞窗口的大小。

    慢启动算法和拥塞避免算法

    慢启动算法：连接新建立或者检测到RTO超时会触发。如果没有ACK延时的情况下，发送方的窗口大小是以指数级别增长的。如果存在延时ACK，发送窗口的大小的指数就会变得很小。

    拥塞避免算法：如果cwnd>慢启动阈值，会执行拥塞避免算法。初始的慢启动阈值可以设置的很大，连接都以慢启动开始，直到需要重传，会确定一个新的慢启动阈值。慢启动阈值=max(当前发送窗口的一半，2*MSS)。然后连接重新按照慢启动算法开始，直到窗口大小大于刚才计算出来的慢启动阈值后，进入拥塞避免算法。

    在拥塞避免算法下，窗口大小的增长近似线性。

  3. 一台服务器能支持多少连接，为什么

    首先是一个进程可以打开的文件句柄数限制，这个是可以修改的。

    然后可以理论分析下，最多支持的并发数：socket是一个四元组，服务器ip和端口确定的情况下，不同的客户端ip和port就可以确定不同的连接。理论上，最大并发连接数 = ip数 * port数 = 2的48次方（32+16）

    但实际上呢，最大并发连接数肯定要受到服务器内存，网络带宽等等因素的限制。

  4. socket有几个队列

    有两个队列，一个发送队列，一个接收队列。因为是全双工的。

相关参考资料：

TCP的那些事(上)：https://coolshell.cn/articles/11564.html
TCP的那些事(下)：https://coolshell.cn/articles/11609.html
协议森林：https://www.cnblogs.com/vamei/archive/2012/12/05/2802811.html

posted @ 2020-08-05 14:54  Ging  阅读(278)  评论(0)  编辑  收藏  举报