计算机网络知识总结（面试）

网络分层模型

OSI七层模型：国际标准化组织（ISO）制定的理论模型。

应用层：为用户的应用进程提供网络通信服务，完成和实现用户请求的各种服务。

表示层：处理用户数据的表示问题，如数据的编码、格式转换等。

会话层：是用户应用进程提供网络通信服务，完成和实现用户请求的各种服务。

传输层：提供源端与目的端之间可靠的透明数据传输，传输层协议为不同主机上运行的进程提供逻辑通信。

网络层：实现网络地址与物理地址的转换。

数据链路层：通过差错控制、流量控制等方法，使有差错的物理线路变为无差错的数据链路。

物理层：实现计算机节点之间比特流的透明传输。

TCP/IP四层模型：基于OSI建立的实际实现的模型。

应用层（FTP、HTTP）、传输层（TCP、UDP）、网际层（IP）、网络接口层。

应用层：

通过应用进程间的交互来完成特定网络应用，对于不同的网络应用需要不同的应用层协议。如域名系统DNS、支持万维网应用的HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议、FTP文件传输协议等。

（1）DNS域名系统：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址，基于UDP服务，比如百度公司的域名为www.baidu.com，域名系统作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方面的访问数据库。

（2）FTP：定义了文件传输协议。上传下载文件，都要用到FTP服务。

（3）Telnet：远程终端协议，它是一种用于远程登陆的端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，提供一种基于DOS模式下的通信服务。

（4）SMTP：定义了简单邮件传送协议，用于发送邮件。

（5）POP3：与SMTP对应，POP3用于接收邮件。

（6）SNMP：简单网络管理协议，是用来管理网络设备的。

（7）TFTP(Trival File Transfer Protocal)：简单文件传输协议，使用UDP服务。

一、HTTP协议

基于TCP协议，用于从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。http协议是无状态协议，自身不对请求和响应直接的通信状态进行保存，但有些场景下我们需要保存用户的登陆信息，所以引入了cookie 和 session 来管理状态。

1、cookie 和 session 的区别：

（1）保存位置与安全性：cookie保存在客户端，session保存在服务端，所以在安全性上面，cookie存在安全隐患，可以通过拦截或本地文件找到cookie后进行攻击，而session相对更加安全。因此，可以将登陆信息等重要信息存放为session中；其他信息如果需要保留，可以放在cookie中。

（2）存储容量：单个cookie最大只允许4KB，一个站点最多保存20个Cookie；session没有大小限制，个数只跟服务器的内存大小有关。

（3）有效期与实现机制：cookie可长期有效存在；session依赖于cookie，过期时间默认为-1，只需关闭窗口该 session 就会失效。每个客户端对应一个session ，客户端之间的 session  相互独立。
2、一个完整的Http请求是怎么样？

（1）解析url，获取 url 中包含的域名；

（2）通过DNS系统查询域名对应的IP；

（3）浏览器得到域名对应的IP地址之后，向服务器发起三次握手请求建立TCP链接；

（4）TCP链接链接建立起来后，浏览器向服务器发送http请求，如果 html文件在缓存里，浏览器则直接返回， 如果没有，则去后台拿；

（5）服务器接收到请求后，根据路径参数映射到特定的处理器进行处理，并将处理结果以及相应的视图返回给浏览器。

（6）浏览器解析视图，并根据请求到的资源、数据进行渲染页面，最终向用户呈现一个完整的页面。

3、HTTP的长连接和短连接

短连接是指客户端与服务端每进行一次请求操作，就建立一次TCP连接，收到服务器响应后，就断开连接。

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进行通信，使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入：Connection:keep-alive。长连接可以省去每次TCP建立和关闭的握手和挥手操作，节约时间提高效率。但在长连接下，客户端一般不会主动关闭连接，如果客户端和服务端之间的连接一直不关闭的话，随着连接数越来越多，会对服务端造成压力。

所以长连接多用于频繁请求资源，而且连接数不能太多的情况，例如数据库的连接用长连接。而像Web网站这种并发量大，但是每个用户无需频繁操作的场景，一般都使用短连接，因为长连接对服务端来说会耗费一定的资源。

4、HTTP报文格式

5、HTTP的常见请求方式get和post请求的区别:

二、HTTPS协议

https 是基于tcp协议，在http的基础上加入了SSL/TLS，可看成是添加了加密和认证机制的http，使用对称加密、非对称加密、证书等技术进行进行客户端与服务端的数据加密传输，最终达到保证整个通信的安全性。 

传输层：

一、传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP 的区别：

（1）TCP是面向字节流的，基本传输单位是TCP报文段；UDP是面向报文的，基本传输单位是是用户数据报；

（2）TCP 注重安全可靠性，连接双方在进行通信前，需进行三次握手建立连接。UDP 是无连接的，使用最大努力交付，即不保证可靠交付。

（3）UDP不需要连接等待，所以数据传输快，而 TCP 传输效率相对较低。

（4）TCP首部开销是20个字节；UDP的首部开销是8个字节，这也是减少网络传输开销的一方面。

（5）TCP有拥塞控制和流量控制，而UDP没有拥塞控制和流量控制。

（6）TCP支持点对点通信，提供全双工通信，不提供广播或多播服务；UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的通信模式。

TCP和UDP的适用场景：

（1）当对网络通讯质量要求不高时，并且要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。比如即使通信： 语音、 视频 、直播等。

（2）当对网络通讯质量有要求时，要求整个数据准确无误可靠的传递给对方，这时就适用使用 TCP 协议，一般用于文件传输、发送和接收邮件等场景。比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议都是使用 TCP 协议。

二、TCP三次握手与四次挥手：

客户端和服务器要建立连接需要发送一次数据，这是第一次握手；服务器响应一次数据，这是第二次握手；客户端会确认服务端响应的数据这是第三次握手。

1、为什么TCP建立连接要经过三次握手呢？这三次握手的目的是什么？

是为了保证客户端与服务器之间的数据收发过程没有问题。

(1)C--->S

S:客户端的发送能力没有问题。

(2)S--->C

C：服务端的接受能力没问题以及发送能力没问题。

(3)C--->S

S:客户端的接受能力没有问题。

2、为什么TCP断开连接需要经过四次挥手呢？

客户端在断开连接的时候会主动发送一个finish包，代表客户端不会再给服务器写数据了，服务器接收到客户端的finish包会马上响应客户端已经知道了客户端想要断开连接了，但是服务器可能还会有一些数据需要发送，在发送完数据后，服务器会再给客户端发送一个finish包表示之后终止发数据，最后客户端会确认服务器的响应结果。

3、三次握手过程中是否可以携带数据：

第三次握手时是可以携带数据的，但第一二次握手时不可以携带数据。

（1）假如第一次握手可以携带数据的话，那么会放大 SYN 洪泛。如果有人要恶意攻击服务器，每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据，然后疯狂重复发送 SYN 报文的话，就会让服务器开辟大量的缓存来接收这些报文，内存会很容易耗尽，从而拒绝服务。

（2） 第三次握手时客户端已经处于 ESTABLISHED 状态，对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且已经知道服务器的接收和发送能力是正常的，所以也就可以携带数据了。

4、为什么需要TIME_WAIT状态？

（1）重发丢失的ACK报文，保证连接可靠的关闭：

由于网络等原因，无法保证最后一次挥手的 ACK 报文一定能传送给对方，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。同时，服务器就因为接收不到客户端的信息而无法正常关闭。
（2）保证本次连接的重复数据段从网络中消失：

如果存在两个连接，第一个连接正常关闭，第二个相同的连接紧接着建立；如果第一个连接的某些数据仍然滞留在网络中，这些延迟数据在建立新连接之后才到达，则会干扰第二连接，等待 2MSL 可以让上次连接的报文数据消逝在网络中。

5、TCP的粘包和拆包：

拆包粘包在数据链路层、网络层以及传输层都可能存在。而在传输层中，由于UDP有消息保护边界，不会发生粘包拆包问题，因此粘包拆包问题只发生在TCP协议中。TCP是个“流”协议，所谓流，就是没有界限的一串数据。TCP底层并不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分，所以在业务上认为，一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。

什么情况下会发生粘包拆包？

拆包粘包的解决策略： 

三、TCP可靠性传输：

（1）三次握手
（2）应答机制与超时重传：TCP接收端收到发送端的数据时，它将发送一个确认。当TCP发送端发出一个报文段后，它会启动一个定时器，等待接收端的确认报文段，如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
（3）数据包校验与丢弃重复数据：TCP会检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时TCP会超时重发数据；对于重复数据，则进行丢弃；
（4）对失序数据包进行重排序：既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。TCP将对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层；
（5）流量控制：TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP 的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。
（6）拥塞控制：网络拥塞时，减少数据的发送。

1、TCP流量控制：

所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，让接收方来得及接收。因为如果发送方把数据发送得过快，接收方可能会来不及接收，这就会造成数据的丢失。TCP的流量控制是通过大小可变的滑动窗口来实现的。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
2、TCP拥塞控制：

拥塞控制就是防止过多的数据注入网络中，使网络中的路由器或链路不致过载。发送方维持一个拥塞窗口cwnd 的状态变量。拥塞窗口的大小动态变化，取决于网络的拥塞程度，发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口就再增大一些，以便把更多的分组发送出去。但只要网络出现拥塞，拥塞窗口就减小一些，以减少注入到网络中的分组数。 拥塞控制的方法主要有以下几种：慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复。

网络层：

一、IP地址与物理地址：

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址，其中ARP协议将IP地址转换成物理地址。

二、ARP地址解析协议的工作原理：
ARP 是根据 IP 地址获取 MAC 地址的一种协议，核心原理就是广播发送ARP请求，单播发送ARP响应。

（1）每个主机都在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示 IP 地址和 MAC 地址之间的对应关系。
（2）当源主机要发送数据时，先检查ARP列表中是否有该 IP 地址对应的 MAC 地址，如果有，则直接发送数据；如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP数据包，用于查询目的主机的MAC地址，该数据包包括的内容有：源主机IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP。
（3）当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是，则忽略该数据包，如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中，如果已经存在，则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己是它想要找的MAC地址。
（4）源主机收到 ARP 响应包后，将目的主机的 IP 和 MAC 地址写入ARP列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

三、RARP逆地址解析协议：
RARP是逆地址解析协议，作用是完成硬件地址到IP地址的映射，主要用于无盘工作站，因为给无盘工作站配置的IP地址不能保存。工作流程：在网络中配置一台RARP服务器，里面保存着 MAC 地址和 IP 地址的映射关系，当无盘工作站启动后，就封装一个RARP数据包，里面有其MAC地址，然后广播到网络上去，当服务器收到请求包后，就查找对应的MAC地址的IP地址装入响应报文中发回给请求者。因为需要广播请求报文，因此RARP只能用于具有广播能力的网络。

四、DHCP协议：
动态主机配置协议，对 IP地址进行集中管理和分配，提升地址的使用率，通过DHCP协议，可以使客户机自动获得服务器分配的lP地址和子网掩码

五、ICMP协议：
因特网控制报文协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息（控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由器是否可用等网络本身的消息），确认 IP 包是否成功到达目标地址。因为 IP 协议并不是一个可靠的协议，它不保证数据被送达，当传送IP数据包发生错误，比如主机不可达、路由不可达等等，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机，给主机一个处理错误的机会。

ICMP报文有两种：差错报告报文和询问报文。以下是4种常见的ICMP差错报告报文

六、交换机与路由器的区别：
（1）工作所处的OSI层次不一样，交换机工作在OSI第二层数据链路层，路由器工作在OSI第三层网络层；
（2）寻址方式不同：交换机根据MAC地址寻址，路由器根据IP地址寻址；
（3）转发速不同：交换机的转发速度快，路由器转发速度相对较慢。

七、路由选择协议：
（1）内部网关协议IGP：

① RIP(Routing Information Protocol）：是一种动态路由选择协议，基于距离矢量算法，使用“跳数”来衡量到达目标地址的路由距离，并且只与自己相邻的路由器交换信息，范围限制在15跳之内。
② OSPF：开放最短路径优先协议，使用Dijskra算法计算出到达每一网络的最短路径，并在检测到 链路的情况发生变化时（如链路失效），就执行该算法快速收敛到新的无环路拓扑。
（2）外部网关协议：

BGP：边界网关协议，BGP 是力求寻找一条能够到达目的网络 且 较好的路由，而并非要寻找一条最佳路由。BGP采用路径向量路由选择协议。