《我想进大厂》之网络篇夺命连环12问

谈一谈你对TCP/IP四层模型,OSI七层模型的理解?

为了增强通用性和兼容性,计算机网络都被设计成层次机构,每一层都遵守一定的规则。

因此有了OSI这样一个抽象的网络通信参考模型,按照这个标准使计算机网络系统可以互相连接。

物理层:通过网线、光缆等这种物理方式将电脑连接起来。传递的数据是比特流,0101010100。

数据链路层: 首先,把比特流封装成数据的格式,对0、1进行分组。电脑连接起来之后,数据都经过网卡来传输,而网卡上定义了全世界唯一的MAC地址。然后再通过广播的形式向局域网内所有电脑发送数据,再根据数据中MAC地址和自身对比判断是否是发给自己的。

网络层:广播的形式太低效,为了区分哪些MAC地址属于同一个子网,网络层定义了IP和子网掩码,通过对IP和子网掩码进行与运算就知道是否是同一个子网,再通过路由器和交换机进行传输。IP协议属于网络层的协议。

传输层:有了网络层的MAC+IP地址之后,为了确定数据包是从哪个进程发送过来的,就需要端口号,通过端口来建立通信,比如TCP和UDP属于这一层的协议。

会话层:负责建立和断开连接

表示层:为了使得数据能够被其他的计算机理解,再次将数据转换成另外一种格式,比如文字、视频、图片等。

应用层:最高层,面对用户,提供计算机网络与最终呈现给用户的界面

《我想进大厂》之网络篇夺命连环12问

TCP/IP则是四层的结构,相当于是对OSI模型的简化。

  1. 数据链路层,也有称作网络访问层、网络接口层。他包含了OSI模型的物理层和数据链路层,把电脑连接起来。
  2. 网络层,也叫做IP层,处理IP数据包的传输、路由,建立主机间的通信。
  3. 传输层,就是为两台主机设备提供端到端的通信。
  4. 应用层,包含OSI的会话层、表示层和应用层,提供了一些常用的协议规范,比如FTP、SMPT、HTTP等。

总结下来,就是物理层通过物理手段把电脑连接起来,数据链路层则对比特流的数据进行分组,网络层来建立主机到主机的通信,传输层建立端口到端口的通信,应用层最终负责建立连接,数据格式转换,最终呈现给用户。

说说TCP 3次握手的过程?

建立连接前server端需要监听端口,所以初始状态是LISTEN。

  1. client端建立连接,发送一个SYN同步包,发送之后状态变成SYN_SENT
  2. server端收到SYN之后,同意建立连接,返回一个ACK响应,同时也会给client发送一个SYN包,发送完成之后状态变为SYN_RCVD
  3. client端收到server的ACK之后,状态变为ESTABLISHED,返回ACK给server端。server收到之后状态也变为ESTABLISHED,连接建立完成。

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为什么要3次?2次,4次不行吗?

因为TCP是双工传输模式,不区分客户端和服务端,连接的建立是双向的过程。

如果只有两次,无法做到双向连接的建立,从建立连接server回复的SYN和ACK合并成一次可以看出来,他也不需要4次。

挥手为什么要四次?因为挥手的ACK和FIN不能同时发送,因为数据发送的截止时间不同。

那么四次挥手的过程呢?

  1. client端向server发送FIN包,进入FIN_WAIT_1状态,这代表client端已经没有数据要发送了
  2. server端收到之后,返回一个ACK,进入CLOSE_WAIT等待关闭的状态,因为server端可能还有没有发送完成的数据
  3. 等到server端数据都发送完毕之后,server端就向client发送FIN,进入LAST_ACK状态
  4. client收到ACK之后,进入TIME_WAIT的状态,同时回复ACK,server收到之后直接进入CLOSED状态,连接关闭。但是client要等待2MSL(报文最大生存时间)的时间,才会进入CLOSED状态。

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为什么要等待2MSL的时间才关闭?

  1. 为了保证连接的可靠关闭。如果server没有收到最后一个ACK,那么就会重发FIN。
  2. 为了避免端口重用带来的数据混淆。如果client直接进入CLOSED状态,又用相同端口号向server建立一个连接,上一次连接的部分数据在网络中延迟到达server,数据就可能发生混淆了。

TCP怎么保证传输过程的可靠性?

校验和:发送方在发送数据之前计算校验和,接收方收到数据后同样计算,如果不一致,那么传输有误。

确认应答,序列号:TCP进行传输时数据都进行了编号,每次接收方返回ACK都有确认序列号。

超时重传:如果发送方发送数据一段时间后没有收到ACK,那么就重发数据。

连接管理:三次握手和四次挥手的过程。

流量控制:TCP协议报头包含16位的窗口大小,接收方会在返回ACK时同时把自己的即时窗口填入,发送方就根据报文中窗口的大小控制发送速度。

拥塞控制:刚开始发送数据的时候,拥塞窗口是1,以后每次收到ACK,则拥塞窗口+1,然后将拥塞窗口和收到的窗口取较小值作为实际发送的窗口,如果发生超时重传,拥塞窗口重置为1。这样做的目的就是为了保证传输过程的高效性和可靠性。

说下浏览器请求一个网址的过程?

  1. 首先通过DNS服务器把域名解析成IP地址,通过IP和子网掩码判断是否属于同一个子网
  2. 构造应用层请求http报文,传输层添加TCP/UDP头部,网络层添加IP头部,数据链路层添加以太网协议头部
  3. 数据经过路由器、交换机转发,最终达到目标服务器,目标服务器同样解析数据,最终拿到http报文,按照对应的程序的逻辑响应回去。

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知道HTTPS的工作原理吗?

  1. 用户通过浏览器请求https网站,服务器收到请求,选择浏览器支持的加密和hash算法,同时返回数字证书给浏览器,包含颁发机构、网址、公钥、证书有效期等信息。
  2. 浏览器对证书的内容进行校验,如果有问题,则会有一个提示警告。否则,就生成一个随机数X,同时使用证书中的公钥进行加密,并且发送给服务器。
  3. 服务器收到之后,使用私钥解密,得到随机数X,然后使用X对网页内容进行加密,返回给浏览器
  4. 浏览器则使用X和之前约定的加密算法进行解密,得到最终的网页内容

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负载均衡有哪些实现方式?

DNS:这是最简单的负载均衡的方式,一般用于实现地理级别的负载均衡,不同地域的用户通过DNS的解析可以返回不同的IP地址,这种方式的负载均衡简单,但是扩展性太差,控制权在域名服务商。

Http重定向:通过修改Http响应头的Location达到负载均衡的目的,Http的302重定向。这种方式对性能有影响,而且增加请求耗时。

反向代理:作用于应用层的模式,也被称作为七层负载均衡,比如常见的Nginx,性能一般可以达到万级。这种方式部署简单,成本低,而且容易扩展。

IP:作用于网络层的和传输层的模式,也被称作四层负载均衡,通过对数据包的IP地址和端口进行修改来达到负载均衡的效果。常见的有LVS(Linux Virtual Server),通常性能可以支持10万级并发。

按照类型来划分的话,还可以分成DNS负载均衡、硬件负载均衡、软件负载均衡。

其中硬件负载均衡价格昂贵,性能最好,能达到百万级,软件负载均衡包括Nginx、LVS这种。

说说BIO/NIO/AIO的区别?

BIO:同步阻塞IO,每一个客户端连接,服务端都会对应一个处理线程,对于没有分配到处理线程的连接就会被阻塞或者拒绝。相当于是一个连接一个线程

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NIO:同步非阻塞IO,基于Reactor模型,客户端和channel进行通信,channel可以进行读写操作,通过多路复用器selector来轮询注册在其上的channel,而后再进行IO操作。这样的话,在进行IO操作的时候再用一个线程去处理就可以了,也就是一个请求一个线程

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AIO:异步非阻塞IO,相比NIO更进一步,完全由操作系统来完成请求的处理,然后通知服务端开启线程去进行处理,因此是一个有效请求一个线程

那么你怎么理解同步和阻塞?

首先,可以认为一个IO操作包含两个部分:

  1. 发起IO请求
  2. 实际的IO读写操作

同步和异步在于第二个,实际的IO读写操作,如果操作系统帮你完成了再通知你,那就是异步,否则都叫做同步。

阻塞和非阻塞在于第一个,发起IO请求,对于NIO来说通过channel发起IO操作请求后,其实就返回了,所以是非阻塞。

谈一下你对Reactor模型的理解?

Reactor模型包含两个组件:

  1. Reactor:负责查询、响应IO事件,当检测到IO事件时,分发给Handlers处理。
  2. Handler:与IO事件绑定,负责IO事件的处理。

它包含几种实现方式:

单线程Reactor

这个模式reactor和handler在一个线程中,如果某个handler阻塞的话,会导致其他所有的handler无法执行,而且无法充分利用多核的性能。

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单Reactor多线程

由于decode、compute、encode的操作并非IO的操作,多线程Reactor的思路就是充分发挥多核的特性,同时把非IO的操作剥离开。

但是,单个Reactor承担了所有的事件监听、响应工作,如果连接过多,还是可能存在性能问题。

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多Reactor多线程

为了解决单Reactor的性能问题,就产生了多Reactor的模式。其中mainReactor建立连接,多个subReactor则负责数据读写。

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