面试-计算机网络知识点整理

网络模型

OSI七层模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

TCP/IP四层模型：网络接口层、网络层、传输层、应用层

其中ARP和RARP在OSI模型中是数据链路层协议，在TCP/IP模型中是网络层协议

网络层协议包括IP、ICMP

传输层协议包括TCP、UDP

应用层协议包括DNS、HTTP、SMTP、FTP

TCP协议

三次握手

过程

  1. Client发送带有SYN（seq=j）标志的数据包给Server （序列号是随机的，防止被黑客搞到后获得与其他主机之间通信的初始序列号）
  2. Server发送带有SYN（seq=k）/ACK（ack=j+1）标志的数据包给Client
  3. Client发送带有ACK（ack=k+1）标志的数据包

为什么要三次握手？

  • 为了建立可靠的通信通道，即确认Client和Server的收发功能都正常

    第一次握手，Client什么都无法确认；Server确认发送端发送正常，自己接收正常

    第二次握手，Client确认自己和Server发送、接收正常；Server确认Client发送正常，自己接收正常

    第三次握手，双方都确认自己和对方发送、接收正常

  • 防止超时的连接到达服务器，让服务器打开错误的连接（为什么不是两次握手的原因）

  • SYN/ACK在同一个包中发送，提高连接的速度和效率（为什么不是四次握手的原因）

为什么要回传SYN？回传SYN是为了建立并确认从Server到Client的通信

为什么三次握手的时候ack=seq+1？用于向发送端表示接收端已经收到了，且收到的信息确实就是你发送的信息

四次挥手

过程

  1. 主动关闭方A发送一个FIN，用来关闭A到被动关闭方B的数据传送
  2. B收到FIN，发回一个ACK，进入COLSE_WAIT状态。
  3. B发送一个FIN，用来关闭与A的连接
  4. A收到FIN后，进入TIME_WAIT状态，发回ACK并等待2MSL（MSL大于TTL衰减至0的时间，即报文最大生存时间），如果又收到B的FIN，则重发ACK并重新计时

为什么连接的时候是三次握手，而断开连接的时候是四次呢？

建立连接时，Server将ACK和SYN放在一个报文里发送给Client；而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，自己也许还有一些数据要发给对方，发送完后再发送FIN报文表示同意关闭连接，因此，ACK和FIN一般都会分开发送。

为什么要有CLOSE_WAIT状态？ 通知应用程序发送剩余数据，处理现场，关闭相关资源。

服务器有大量CLOSE_WAIT可能的原因：1）资源没有关闭；2）请求调用超时引起连接关闭（SLB关闭连接）

为什么Client收到FIN后还要等待2MSL？

  • 保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭

    如果Server没有收到Client最后回复的ACK，超时后Server再次发送FIN，Client再次收到FIN时能保证对方收到ACK

  • 保证这次连接的重复数据段从网络中消失

    如果Client直接关闭后又请求建立新连接，且端口号与老连接的相同，如果前一次连接某些数据滞留在网络中，在新连接建立后才到达，Client会将这些旧数据与新连接的数据发生混淆

保证可靠传输

  • 校验和：首部与数据都参与校验

  • 序列号与确认应答：接收端每次收到数据报后，都会发送确认应答

  • 超时重传：当TCP发出报文后，它启动一个定时器，等待接收端的确认应答。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

    使用ARQ（Automatic Repeat-reQuest）协议实现超时重传，包括停止等待ARQ协议和连续ARQ协议

    • 停止等待ARQ协议：每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。如果超时后，还是没有收到ACK确认，则重新发送，直到收到确认后再发下一个分组；若接收方收到重复分组，就丢弃该分组，但同时还要发送确认

      优点：简单

      缺点：1）信道利用率低；2）等待时间长

    • 连续ARQ协议：发送方维持一个发送窗口，凡位于发送窗口内的分组可以连续发送出去，而不需要等待对方确认。接收方一般采用累计确认，对按序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组为止的所有分组都已经正确收到了。

      优点：信道利用率高，容易实现

      缺点：不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。

  • 流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP用可变大小的滑动窗口协议实现流量控制

  • 拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。

    拥塞控制和流量控制的区别

    拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机，所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。相反，流量控制往往是点对点通信量的控制，是个端到端的问题。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口(cwnd)和接收方的接受窗口中较小的一个。

    TCP的拥塞控制算法包括慢开始、拥塞避免、快重传/快恢复

    • 慢开始：由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。拥塞窗口初始值为1，每经过一个传播轮次，拥塞窗口加倍。阈值（门限值）是默认的64KB，或者是和接收方协商过的阈值，超过阈值时进入拥塞避免
    • 拥塞避免：让拥塞窗口缓慢增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口加1
    • 快重传/快恢复：当发送方收到三个重复确认（TCP在收到乱序到达包时会立即发送ACK），它认为数据丢失了，立即重传这些丢失的数据。

UDP协议

什么时候数据会乱序？网络非常拥塞的时候

数据乱序会产生什么影响？会造成音、视频的卡顿（因为少帧），但不会有太严重的影响

如何解决数据乱序问题？在数据报中加入数据报序号

使用场景？音、视频传输

可靠、低延迟的UDP协议（QUIC）

QUIC（Quick UDP Internet Connection），在UDP基础上实现类似于TCP+TLS+HTTP2的功能

特点：

  • 0RTT快速连接
  • 连接迁移：比如WIFI切换到4G时，客户端的IP会发生变化，需要重新建立TCP连接。而QUIC不以IP和端口作为标识，而是以客户端产生的一个64位作为连接标识
  • 改进的拥塞控制
    • 由应用程序实现不同的拥塞算法；
    • 一个应用程序不同的连接能配置不同的拥塞控制算法；
    • 拥塞算法的变更不需要停止服务，只需要修改配置然后reload
  • 双级别流控：基于Stream（类比于HTTP请求）和Connection（类比于TCP连接）级别的流量控制
  • 没有队头阻塞的多路复用：多路复用让所有请求在一个TCP连接上，如果某个资源的某个包丢失了，由于TCP用序列号标识数据的顺序，就会在接收端形成队头阻塞，直到丢包恢复；QUIC基于UDP，UDP一个连接上的多个Stream之间没有依赖，如果某个资源的某个包丢失了，只会影响单个资源（单个Stream）
  • 单调递增的 Packet Number：代替TCP的序列号。严格递增可以解决延迟情况下RTT采样不准确的问题（TCP延迟时重发同一个序列号，接收端拿到序列号不能判断是延迟到达的数据还是后面新发的数据）。保证有序的方式是用Stream的offset保证的
  • Ack Delay：TCP没有减去接收端从收到数据到发送ACK的时间差，导致RTT计算有误差；而QUIC减去了这段时间
  • 不允许Reneging：一个Packet只要被Ack，就认为它一定被正确接收，不允许丢弃该数据
  • 加密认证的报文：QUIC的头部是经过认证的，报文内容是经过加密的

https://cloud.tencent.com/developer/article/1405624

https://zhuanlan.zhihu.com/p/32553477

TCP与UDP的区别

TCP：面向连接的；可靠交付；面向字节流；只能一对一

UDP：无连接；尽最大努力交付；面向报文；支持一对一、一对多和多对多；无拥塞控制

网络攻击

DDOS攻击

SYN攻击

Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址不存在，因此Server需要不断重发直至超时。服务器端为了维护数以万计的半连接而消耗非常多的资源，无暇理睬客户的正常请求，甚至崩溃。

防御：

  1. 减少SYN的超时时间
  2. 增加半连接的队列

CC攻击

应用层攻击。

原理：对一些资源消耗较大的应用页面不断发起正常的请求，以达到消耗服务端资源的目的（服务器查询数据库、计算等操作）

防御：

  1. 数据缓存，从而减轻数据库检索压力和服务器计算压力
  2. 页面静态化

前端攻击

CSRF攻击

跨站请求伪造（Cross Site Request Forgery）

如何攻击？

  1. 用户在A网站登录，并用Cookie作登录凭证
  2. 攻击者诱导用户访问B网站
  3. B网站向A网站发送请求，浏览器默认会携带A网站的Cookie
  4. A网站验证了请求并进行了处理

如何防范？

可以用token来防范。用户登录获得token后，将它放到local storage中，当需要向服务端请求的时候，加上token

如何生成token？一种方法是使用JWT（Json Web Token）。JWT是无状态的，它包括JWT头、有效载荷、签名三部分，认证过程为：

  1. 用户登录成功后，服务器通过密钥生成一个JWT对象，返回给客户端
  2. 客户端每次请求都要携带JWT对象
  3. 服务端收到请求，用密钥计算用户信息的签名
  4. 比较JWT携带的签名和计算出来的签名是否一致，如一致可以进行处理并返回请求结果

XSS攻击

跨站脚本攻击（Cross Site Scripting）。攻击者将脚本嵌入到正常页面中，当用户访问该页面时，恶意脚本会执行。

如何防范？

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