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八股文0902-2

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xiaozhidong
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知识列表

  1. TCP和UDP的区别
  2. IP地址分类及其作用
  3. 子网掩码
  4. MAC地址和IP地址的区别
  5. 网络带宽
  6. 丢包和延迟
  7. 端口的有效范围
  8. TCP三次握手
  9. TCP四次挥手
  10. 三次握手中如果数据发送失败，让你设计,你会怎么处理？
  11. TCP 和 UDP 的头部结构
  12. TCP 流量控制
  13. TCP拥塞控制
  14. KCP

1.TCP和UDP的区别

TCP是面向连接的（需要建立连接），TCP传输可靠，提供确认，重传和流量控制，保证数据按序到达，速度较慢，适用于文件传输，HTTP，邮件

UDP是无连接的（无需建立连接），传输不可靠，不保证数据到达，数据可能乱序到达，速度较快，适用于视频流，VoIP，DNS

2.IP地址分类及其作用

A类：1.0.0.0 – 126.0.0.0 网络数量：128，每个网络的主机数：256*256*256=16777214 ，适用于大型网络

B类：128.0.0.1-191.255.0.0 网络数量：16384，每个网络的主机数：65534，适用于中型网络

C类：192.0.0.0-223.255.255.0 网络数量：2097152，每个网络的主机数：254，适用于小型网络

D类：224.0.0.0-239.255.255.255 适用于多播

E类：240.0.0.0-255.255.255.255 实验用途

3.子网掩码

子网掩码是形如：255.0.0.0 / 255.255.0.0 /255.255.255.0 的计算机网络中用于划分子网的工具

子网掩码的表示法

  • 点分十进制: 例如，255.255.255.0。
  • CIDR表示法: 例如，/24表示前24位是网络部分。

主要作用是分析一个32位IP地址中的网络部分和主机部分

通过子网掩码，设备可以辨别一个IP地址是否在同一个网络中，进而决定数据包的转发

子网掩码中的1表示网络部分，0表示主机部分

使用子网掩码与IP地址进行按位与运算，可以得到网络地址

可用主机数可以通过公式计算：2^n - 2，其中n是子网掩码中“0”的数量（主机部分）（减去网络地址和广播地址）

子网掩码可以用于将一个大的网络划分为多个小的子网，以提高网络的管理效率和安全性。例如，一个Class C网络（如192.168.1.0/24）可以通过改变子网掩码（如255.255.255.192）划分为多个子网。

  • 使用子网掩码255.255.255.192（/26），可以将192.168.1.0网络划分为4个子网，每个子网有62个可用主机：
    • 子网1: 192.168.1.0/26（可用主机：192.168.1.1 – 192.168.1.62）
    • 子网2: 192.168.1.64/26（可用主机：192.168.1.65 – 192.168.1.126）
    • 子网3: 192.168.1.128/26（可用主机：192.168.1.129 – 192.168.1.190）
    • 子网4: 192.168.1.192/26（可用主机：192.168.1.193 – 192.168.1.254）

4.MAC地址和IP地址的区别

MAX地址是使用于数据链路层的，长度为48位，每个MAC地址都是全球唯一的

IP地址是使用于网络层的，长度为32位/128位，网络内唯一，可配置和更改

5.网络带宽

网络带宽是指网络能够传输数据的最大速率，通常以比特每秒（bps）为单位表示。

带宽越大，网络传输能力越强。

网络带宽的优化方法
  1. 增加带宽
  2. 数据压缩，使用数据压缩减少传输的数据量
  3. 负载均衡，使用负载均衡技术将流量分配到多个服务器上，避免单点过载
  4. 网络缓存，使用缓存技术减少重复的传输内容
  5. 流量控制，实施流量控制策略，防止网络拥塞，确保重要的数据优先传输

6.丢包和延迟

丢包是指数据包在传输过程中丢失，导致接收方未能接收到数据

延迟是指数据从发送方到接收方的时间延迟

(1)丢包处理：

1）增加带宽：通过升级网络设备和服务增加带宽，减少丢包率。

2）优化网络设备：使用高性能路由器、交换机等设备，确保数据包顺利传输。

3）使用可靠传输协议：如 TCP 协议，通过确认和重传机制保证数据传输的可靠性。

4）重传机制：在检测到丢包时，重新发送数据包。

(2)延迟处理：

1）优化路由和网络路径：选择最优路径传输数据，减少中间节点和跳数。

2）使用内容分发网络（CDN）：在接近用户的位置缓存内容，减少传输距离和时间。

3）减少中间节点：通过直连方式减少数据传输中的中间节点，降低延迟。

7.端口的有效范围

0-1023：系统保留端口（知名服务），Http：80，Https：443，FTP：21，SSH：22

1024-49151：用户端口（用于用户注册服务和应用）

49152-65535：动态端口（用于临时连接，也称为私有端口或临时端口，由操作系统动态分配，用于客户端连接）

8.TCP三次握手

  1. 第一次握手（SYN）：客户端发送SYN：客户端选择一个初始化序列号 seq = x，发送SYN包给服务器，这个包仅包含SYN标志位，表示客户端请求建立连接客户端的状态：客户端进入SYN-SENT状态，等待服务器的响应
  2. 第二次握手（SYN-ACK）服务器收到并响应SYN：服务器收到客户端的SYN包后，选择一个初始化序列号seq = y，并发送一个SYN-ACK包给客户端，SYN-ACK包中包含服务器的序列号seq = y以及对客户端SYN的确认ack = x + 1服务器状态：服务器进入SYN-RECEIVED状态，等待客户端的确认
  3. 第三次握手（ACK）客户端确认连接：客户端收到服务器的SYN-ACK包后，发送一个ACK的包给服务器，ACK包中包含对服务器序列号的确认ack = y +1以及本身的seq = x + 1，表示客户端已经收到了服务器的SYN包双方状态：客户端和服务器都进入 ESTABLISHED状态，表示成功连接建立，接下来可以进行数据传输

9.TCP四次挥手

(1)第一次挥手（FIN）：

1）客户端发送 FIN：客户端选择一个序列号 seq=x，发送 FIN 包给服务器。这个包表示客户端已经没有数据要发送，准备关闭连接。

2）客户端状态：客户端进入 FIN-WAIT-1 状态，等待服务器的响应。

(2)第二次挥手（ACK）：

1）服务器发送 ACK：服务器接收到 FIN 包后，发送一个 ACK 包（ack=x+1）给客户端，表示已经收到客户端的关闭请求。

2）服务器状态：服务器进入 CLOSE-WAIT 状态，表示服务器仍然可能有数据要发送。

3）客户端状态：客户端进入 FIN-WAIT-2 状态，等待服务器的关闭请求。

(3)第三次挥手（FIN）：

1）服务器发送 FIN：服务器完成数据发送后，选择一个序列号 seq=y，发送 FIN 包给客户端，表示服务器也准备关闭连接。

2）服务器状态：服务器进入 LAST-ACK 状态，等待客户端的确认。

(4)第四次挥手（ACK）：**1）客户端发送 ACK：**客户端收到服务器的 FIN 包后，发送一个 ACK 包（ack=y+1）给服务器，

表示确认关闭连接。

2）客户端状态：客户端进入 TIME-WAIT 状态，等待 2MSL（最大报文生存时间）后关闭连接，确保连接彻底断开。

3）服务器状态：服务器收到 ACK 包后，进入 CLOSED 状态，连接断开。

注意事项：

TIME-WAIT 状态：客户端在进入 TIME-WAIT 状态后，需等待 2MSL（Maximum Segment Lifetime，最大报文生存时间）以确保所有报文在网络中被正确处理，避免旧的重复数据包干扰新连接

10.三次握手中如果数据发送失败，让你设计,你会怎么处理？

(1)重试机制：

在客户端发送 SYN 包后，如果在设定的超时时间内未收到服务器的 SYN-ACK 包，客户端将重

发 SYN 包。

重试次数有一个上限，例如 5 次，如果重试次数达到上限，客户端将放弃连接请求。

(2)超时机制：

设定一个合理的超时时间，例如2秒，客户端在发送SYN包后等待这个时间，如果未收到SYN-ACK

包，则进行重试。

11.TCP 和 UDP 的头部结构

TCP头部结构

1）源端口（Source Port）：发送方的端口号。

2）目的端口（Destination Port）：接收方的端口号。

3）序列号（Sequence Number）：用于标识发送的数据字节流的顺序。4）确认号（Acknowledgment Number：用于确认接收到的数据字节的下一个序列号。

5）数据偏移（Data Offset）：表示 TCP 头部的长度，以 32 位字为单位。

6）保留（Reserved）：保留位，未使用。

7）控制标志（Control Flags）：包括 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 六个控制位。

8）窗口大小（Window Size）：接收窗口的大小，用于流量控制。

9）校验和（Checksum）：用于校验头部和数据部分的完整性。

10）紧急指针（Urgent Pointer）：指示紧急数据的结束位置。

11）选项（Options）：可选字段，长度可变。

UDP头部结构

1）源端口（Source Port）：发送方的端口号。

2）目的端口（Destination Port）：接收方的端口号。

3）长度（Length）：UDP 头部和数据的总长度，以字节为单位。

4）校验和（Checksum）：用于校验头部和数据部分的完整性。

12.TCP 流量控制

TCP 流量控制是通过滑动窗口机制实现的**，确保发送方不会淹没接收方的处理能力。**

(1)滑动窗口机制：

1）发送窗口：发送方维护一个发送窗口，用于控制可以发送但未确认的数据量。发送窗口由已

发送但未确认的数据和可以发送的最大数据量组成。

2）接收窗口：接收方维护一个接收窗口，用于控制可以接收但未处理的数据量。接收窗口由接

收到但未处理的数据和可以接收的最大数据量组成。

(2)窗口大小的控制：

1）发送方根据接收窗口大小发送数据：发送方在发送数据时，会根据接收方的接收窗口大小来

控制发送的数据量，确保不会超出接收方的处理能力。

2）接收方通知发送方当前窗口大小：接收方在接收到数据后，会通过 ACK 包通知发送方当前

的接收窗口大小，表示接收方可以继续接收的数据量。

3）零窗口的处理：当接收方的接收窗口为 0 时，发送方会停止发送数据，直到接收到非零窗口

通知。发送方可以周期性地发送窗口探测包，询问接收方的接收窗口大小。

13.TCP拥塞控制

TCP 拥塞控制机制通过慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复来防止网络拥塞。

(1)慢启动（Slow Start）：

初始阶段：当连接刚建立时，拥塞窗口（cwnd）从 1 开始，慢启动阈值（ssthresh）通常设为

64。

指数增长**：**每次收到一个 ACK，拥塞窗口（cwnd）加倍，直到达到慢启动阈值（ssthresh）。

(2)拥塞避免（Congestion Avoidance）：

达到阈值：当拥塞窗口（cwnd）达到慢启动阈值（ssthresh）后，进入拥塞避免阶段。

线性增长**：**每次收到一个 ACK，拥塞窗口（cwnd）增加 1，避免网络拥塞。

(3)快重传（Fast Retransmit）：

检测重复 ACK：如果发送方收到三个重复的 ACK，立即重传丢失的数据包。

快速恢复：避免等待超时重新传输，减少数据传输的延迟。

(4)快恢复（Fast Recovery）：

恢复拥塞窗口：重传丢失的数据包后，拥塞窗口（cwnd）恢复到慢启动阈值（ssthresh）的一

半，避免拥塞窗口重置为 1。

14.KCP

(1)KCP 协议概述：

1）基于 UDP：KCP 是在 UDP 协议之上实现的，利用 UDP 的简单和快速传输特点，同时引入

了 TCP 的一些可靠传输机制。

2）目标：通过减少延迟和提高传输效率，为实时应用（如在线游戏(王者荣耀)，实时视频等）

提供更好的传输性能。

(2)主要功能：

1）可靠传输：通过确认机制和重传机制，确保数据包按顺序、完整地到达接收方。

2）流量控制：KCP 使用滑动窗口和流量控制算法，动态调整发送速率，避免网络拥塞。

3）拥塞控制：KCP 实现了一种自适应的拥塞控制算法，根据网络状况调整发送窗口大小，优化

网络资源利用。

4）快速重传：检测到数据包丢失时，KCP 可以快速重传丢失的数据包，减少传输延迟。

(3)KCP 与 TCP 的区别：

1）传输层协议：TCP 是内置于操作系统的传输层协议，而 KCP 是基于 UDP 实现的用户态协议。

2）传输效率：KCP 通过减少握手过程和拥塞控制的优化，具有更高的传输效率和更低的延迟。

3）实现复杂度：TCP 由操作系统管理，而 KCP 需要在应用层手动管理和实现，但提供了更灵

活的控制和优化空间。