Python企业面试题4 —— 网络编程和并发

1. 简述OSI七层协议？

OSI七层协议：一种用于计算机网络通的标准体系结构，它将网络通信过程划分为七个不同的层次，每个层次负责不同的功能。以下是对每个层次的简要介绍：

• 物理层：负责传输比特流，将数据转换为电信号，并通过物理介质进行传输，如网线、光纤等。
• 数据链路层：负责将比特流划分为数据帧，并提供可靠的数据传输，通过物理地址（MAC地址）进行寻址和错误检测。
• 网络层：负责将数据包从源主机传输到目标主机，通过IP地址进行寻址和路由选择，实现不同网络之间的通信。
• 传输层：负责提供端到端的可靠数据传输，通过端口号进行寻址和数据分段，常见的协议有TCP和UDP。
• 会话层：负责建立、管理和终止会话连接，提供会话控制和同步功能。
• 表示层：负责数据的格式化、加密和压缩，确保不同系统之间的数据能够正确解释和处理。
• 应用层：提供用户与网络服务之间的接口，包括各种应用协议，如HTTP、FTP、SMTP等。

2. 什么事C/S架构和B/S架构？

C/S架构：client（客户端）与server（服务端），即客户端与服务端的架构。

• 优点：响应速度快；界面美化；可以完成复杂的业务过程；安全性能高。
• 缺点：兼容性差；开发维护费用较高；用户群固定。

B/S架构：brosver（浏览器端）与与server（服务端），即浏览器端与服务端的架构。

• 优点：分布性强；业务扩展简单便利；维护简单便利；开发简单共享性强。
• 缺点：在跨浏览器上，BS架构不尽如人意；数据库的压力较大；在速度与安全性上须要花费超大的设计费用；功能弱化；留存率低。

3. 简述3次握手4次挥手的过程？

• 三次握手：
  第一次握手：客户端先向服务端发起一次询问建立连接的请求，并随机生成一个值作为标识。
  第二次握手：服务端向客户端先回应第一个标识，再重新发一个确认标识。
  第三次握手：客户端确认标识，建立连接，开始传输数据。
• 四次挥手：——> 断开连接
  第一次挥手：客户端向服务端发起断开连接的请求。
  第二次挥手：服务端向客户端确认请求。
  第三次挥手：服务端向客户端发起断开连接的请求。
  第四次挥手：客户端向服务端确认断开连接的请求。

4. TCP和UDP两种协议的区别？

• TCP协议：面向连接，保证高可靠性传输层协议。
• UDP协议：数据丢失，无秩序的传输层协议（QQ基于UDP协议）。

5. 为何基于TCP协议的通信比基于UDP协议的通信更可靠？

• 流失协议：TCP协议，可靠传输，只要对方回复了确认收到信息，才发下一个，如果没收到确认信息就重发。
• 数据包协议：UDP协议，不可靠传输，它是一直发数据，不需要对方回应。

6. 什么是socket？简述基于TCP协议的套接字通信流程？

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部。

• 服务端：
  创建socket对象，
  绑定ip端口bind()，
  设置最大连接数listen()，
  accept()与客户端的connect()创建双向管道，等到联连，
  send()，recv()，收发数据
  close()

• 客户端
  创建socket对象，
  connect()与服务端accept()创建双向管道，
  send()，
  recv()，
  close()

7. 什么是粘包？socket中造成粘包的原因是什么？哪些情况会发生粘包现象？

注意：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

• 粘包：在获取数据时，出现数据的内容不是本应该接收的数据，如：对方第一次发送hello，第二次发送world，我方接收时，应该收到两次，一次是hello，一次是world，但事实上是一次收到helloworld，一次收到空，这种现象就叫做粘包。
• 原因：粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。
• 什么情况会发生：
  （1）发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很短，数据量很小，会合到一起，产生粘包）
  （2）接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收（客户端发送了一段数据，服务端只收了一小部分，服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包）

8. IO多路复用的作用？

socketserver多个客户端连接，单线程下实现并发效果，就叫做多路复用。
与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

9. select、poll、epoll模型的区别？（属于多路复用IO的模型）

都是io多路复用的机制，监视多个socket是否发生变化，本质上都是同步io。select，poll实现需要自己不断轮循所有监测对象，直到对象发生变化，在这个阶段中，可能要睡眠和唤醒多次交替，而epoll也需要调用epoll_wait不断轮循就绪链表，但是当对象发生变化时，会调用回调函数，将变化的对象放入就绪链接表中，并唤醒在epoll_wait进入睡眠的进程。虽然都会睡眠和唤醒，但是select和poll在被唤醒的时候要遍历整个监测对象集合，而epoll只要判断就绪链表是否为空即可，节省了大量cpu时间。
select、poll、epoll都是IO多路复用的机制，但select、poll、epoll本质上都是同步IO，因为它们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的。
FD（文件描述符）
select模型：

• 优点：
  （1）可移植性好，在某些Unix系统下不支持poll()。
  （2）对于超时值提供了更好的精度：微秒，而poll是毫秒。
• 缺点：
  （1）最大并发数限制，因为一个进程锁打开的FD是有限的，由FD_SETSIZE设置，默认值是1024/2048，因此select模型的最大并发数就被相应限制了。
  （2）效率问题：select每次调用都会线性扫描全部的FD集合，所以将FD_SETSIZE改大，会越慢。
  （3）需要维护一个用来存放大量FD的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大。
  poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数据组拷贝到内核空间，它没有最大连接数的限制，原因是它基于链表来存储的，但是同样有一个缺点：大量的FD的数组被整体复制于用户态和内核地址空间，而不管这样的复制是不是有意义。

10. 什么是防火墙？以及作用？

防火墙：是一个分离器、一个限制器，也是一个分析器，有效地监控了内部网和Internet之间的任何活动，保证了内部网络的安全。
作用：

• 防火墙是网络安全的屏障；
• 可以强化网络安全策略；
• 对网络存取和访问进行监控审计；
• 防止内部信息的外泄；
• 除了安全作用，防火墙还支持具有Internet服务特性的企业内部网络技术体系VPN（虚拟专用网）。