小纸咚的blog

八股文-0905

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xiaozhidong
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知识列表

  1. 如何保证UDP数据包传输的有序性
  2. 为什么连接的时候需要三次握手，关闭的时候却是四次握手
  3. 为什么要三次握手，不能两次吗
  4. 长连接是如何维持的，心跳机制，如果一直想要连接怎么办
  5. 第一次握手可以传输数据吗
  6. 超时重传如何实现？超时重传怎么确定
  7. TCP CLOSE_WAIT 状态还能收到报文吗
  8. 两个服务器之间可以同时建立多条TCP连接吗？怎么实现
  9. Linux内核收包流程
  10. 本机向本机发送请求，IP 填 127.0.0.1 和网卡 ip 地址有区别吗
  11. TCP粘包，如何解决
  12. 滑动窗口过大怎么样，过小怎么样
  13. 什么是流控制？如何在TCP中实现
  14. Nagle
  15. UDP
  16. TIME_WAIT状态时间为什么是2MSL？
  17. MTU
  18. IPV4与IPV6
  19. NAT
  20. IP分片
  21. ICMP
  22. 防止ARP攻击
  23. TCP 的序列号机制

1.如何保证UDP数据包传输的有序性

  1. 序列号机制发送方，在发送数据包时，为每个数据包添加一个唯一的序列号，序列号从0开始，每发送一个数据包序列号+1接收方，接收到数据包后，检查序列号以确定数据包的顺序。如果数据包按序到达，则将其交给应用层处理；如果数据包乱序，则将其存入重排序缓冲区，等待缺失的数据包到达后再按序处理

2.重排序缓冲区序

接收方：维护一个重排缓冲区，用于缓存乱序到达的数据包，接收方会检查数据包的序列号，将其插入到正确的位置，如果发现有缺失的数据包，则等待缺失的数据包到达后再按序处理

3.ACK确认机制

接收方：在接收到数据包后，发送一个ACK确认包给发送方，包含已成功的最高序列号。发送方根据ACK确认包判断哪些数据已被接收，哪些数据包需要重传

4.丢包重传机制

发送方：如果在一定时间内没有收到接收方的ACK确认包，则认为数据包可能丢失，发送方会重传未确认的数据包，以确保接收方能够接收到所有的数据包

2.为什么连接的时候需要三次握手，关闭的时候却是四次握手

三次握手是为了建立连接，确保双方都有能力进行数据传输，防止历史的重复连接的请求。确保双方都知道对方的初始序列号，以便后续的数据传输能够正确的进行序列控制和确认。

四次挥手是为了可靠地关闭连接，确保双方都能完成各自的数据传输和处理，并释放资源

(1)三次握手的原因：

1）防止重复连接：通过三次握手，双方都能确认对方已经准备好通信，防止历史的重复连接请

求影响当前连接。

2）确保双方都能接收和发送：三次握手确保双方都能接收和发送数据，建立可靠的全双工连接。

(2)四次挥手的原因：

1）半关闭状态：TCP 连接是全双工的，双方都可以独立关闭自己的发送和接收通道。四次挥手

可以实现这种半关闭状态，确保双方都能完成各自的数据传输。

2）可靠释放资源：通过四次挥手，确保双方都能可靠地释放连接资源，避免资源泄露和重复释

放的问题。

3.为什么要三次握手，不能两次吗

三次握手确保客户端和服务器都知道的连接，并且确认彼此的接收和发送能力。

两次握手无法确保双方都确认了连接的存在和彼此的状态，可能导致旧的连接请求被误认为新的连接

(1)三次握手的必要性：

1）第一次握手：客户端发送一个 SYN 包到服务器，表示希望建立连接，并告诉服务器客户端

的初始序列号。

2）第二次握手：服务器收到 SYN 包后，回复一个 SYN+ACK 包，表示同意建立连接，并告诉

客户端服务器的初始序列号和确认客户端的序列号。

3）第三次握手：客户端收到 SYN+ACK 包后，再发送一个 ACK 包给服务器，表示确认收到服

务器的 SYN 包，连接建立。

(2)两次握手的问题：

1）旧连接请求问题：如果使用两次握手，旧的连接请求（可能因为网络延迟而滞留的 SYN 包）

可能被误认为是新的连接请求，从而导致连接状态的不一致。

2）确认机制不足：两次握手无法确保双方都确认了连接的存在。例如，客户端发送 SYN 包后

崩溃重启，服务器可能仍然认为连接存在，而客户端已经不再维护这个连接。

(3)三次握手的优点：

1）确认双方状态：三次握手能够确保双方都确认了彼此的接收和发送能力，确保连接的可靠性。

2）避免旧连接误判：通过三次握手，可以避免旧的连接请求被误认为是新的连接。

4.长连接是如何维持的，心跳机制，如果一直想要连接怎么办

  1. 保持长连接的方法：
    1. 定期发送心跳包：设置定时器，定期发送心跳包，保持连接活跃
    2. 连接超时检测：设置合理的超时时间，检测连接状态，及时进行重连操作
    3. 资源管理：确保系统资源合理分配，避免长时间保持大量连接导致资源耗尽
  2. 长连接的维持： 1）应用场景：长连接广泛应用于需要频繁通信的场景，如即时通讯、在线游戏、实时数据传输等。2）保持连接：通过长连接，可以减少连接建立和关闭的开销，提高通信效率。3）资源管理：在保持长连接的同时，需要合理管理系统资源，避免长时间保持大量连接导致资源耗尽。
  3. 心跳机制
    1. 心跳包（PING）：客户端和服务器之间定期发送心跳包，以检测连接状态，确保连接在空闲依然保持活跃
    2. 心跳回应（PONG）：接收方收到心跳包，立即发送心跳回应，通知发送方连接状态正常
    3. 超时检测：如果发送方未能在规定时间内接收到心跳回应，则认为连接已断开，进行重连操作

5.第一次握手可以传输数据吗

  1. 第一次握手不能传输数据的原因：
    1. 连接未完全建立：在第一次握手时，连接尚未建立，服务器还未确认客户端的连接请求
    2. 缺乏确认机制：在第一次握手时，客户端无法确定服务器是否已收到SYN包，无法保证数据的可靠传输
    3. 安全性考虑：如果在第一次握手时传输数据，可能导致旧的连接请求（例如网络延迟导致的滞留SYN包）被误认为新的连接，造成数据传输混乱
  2. 数据传输的时机： 1）第三次握手之后：数据传输通常在第三次握手之后进行，因为只有此时连接才被完全建立，双方都确认了彼此的接收和发送能力。 2）连接建立：在三次握手完成后，客户端和服务器之间的连接被正式建立，数据可以在此基础上进行可靠传输。

6.超时重传如何实现？超时重传怎么确定

1）超时重传：在 TCP 协议中，如果发送方在预定的时间内没有收到接收方的确认（ACK），

则会认为数据包可能丢失，并重传该数据包。

2）超时重传时间（RTO）：重传超时时间是根据往返时间（RTT）的测量和估计来确定的。通

过动态调整 RTO，TCP 能够适应网络状况的变化，确保可靠传输。

(1)RTT 测量和 RTO 计算：

1）RTT 测量：在发送数据包并接收到 ACK 后，测量往返时间（RTT）。

2）SRTT 计算：使用加权平均算法计算平滑 RTT 估计值（SRTT）。

3）RTT 方差计算：计算 RTT 的变化幅度（RTT_variance）。

4）RTO 计算：根据 SRTT 和 RTT_variance 计算重传超时时间（RTO）。

(2)超时重传的实现：

1）发送数据包：发送数据包并启动计时器。

2）等待 ACK：在预定时间内等待 ACK 确认。

3）超时重传：如果未收到 ACK，在 RTO 超时时间到达后重传数据包，并重新启动计时器。

(3)动态调整 RTO：

1）RTT 变化：随着网络状况变化，RTT 和 RTT_variance 会动态变化。

2）调整 RTO：根据最新的 RTT 测量和估计，动态调整 RTO，以适应当前的网络状况。

7.TCP CLOSE_WAIT 状态还能收到报文吗

CLOSE_WAIT状态表示一方已收到对方的FIN包（关闭请求），并发送了ACK包（确认关闭），等待自身的应用层决定何时关闭。在CLOSE_WAIT状态下，仍然可以接受数据。TCP连接在接收到FIN包并回复ACK包后，仍然可以接收数据，直到应用层调用close关闭连接

(1)CLOSE_WAIT 状态：

当 TCP 连接中的一方（如客户端）发送 FIN 包请求关闭连接，另一方（如服务器）在接收到 FIN

包后，会发送 ACK 包确认收到关闭请求，并进入 CLOSE_WAIT 状态。在 CLOSE_WAIT 状态下，接

收方的连接并未完全关闭，仍然可以接收来自发送方的数据包。

(2)继续接收数据：

虽然接收方已进入 CLOSE_WAIT 状态，但连接的发送方向仍然可以发送数据包。接收方可以继

续处理这些数据，直到应用层决定关闭连接。接收方在处理完所有数据并调用 close()关闭连接后，

会发送 FIN 包请求关闭连接。

(3)连接完全关闭：

当接收方的应用层调用 close()关闭连接后，会发送 FIN 包给发送方，表示自己也准备关闭连接。

发送方接收到 FIN 包后，发送 ACK 包确认关闭请求，连接完全关闭，双方进入 CLOSED 状态

8.两个服务器之间可以同时建立多条TCP连接吗？怎么实现

可以：两台服务器之间可以同时建立多条 TCP 连接

方法：通过使用不同的端口号或同一端口的多个套接字（socket）来实现。每个 TCP 连接都是

由四元组（源 IP 地址、源端口号、目的 IP 地址、目的端口号）唯一标识的。

(1)TCP 连接的唯一性：

1）每个 TCP 连接由四元组唯一标识，即源 IP 地址、源端口号、目的 IP 地址、目的端口号。只

要这四个元素中有一个不同，就可以建立新的 TCP 连接。

2）两台服务器之间可以通过使用不同的端口号来建立多条独立的 TCP 连接。

(2)多条 TCP 连接的实现方法：

1）使用不同的端口号：可以在服务器 A 和服务器 B 上分别使用不同的端口号来建立多条连接。

2）使用同一端口的多个套接字：可以在同一个端口上创建多个套接字，每个套接字对应一个独

立的 TCP 连接

9.Linux内核收包流程

(1)网卡接收数据包：

步骤 1：网卡接收到从网络传来的数据包，并将其存储在网卡的接收缓冲区中。

(2)DMA 传输：

步骤 2：网卡通过 DMA（Direct Memory Access）将数据包直接传输到系统内存中，避免 CPU

参与数据传输，提高效率。

(3)中断通知：

步骤 3：网卡通过 PCIe 总线生成硬件中断，通知 CPU 有数据包到达，CPU 通过桥接/内存控制

器接收中断信号。

(4)软中断处理：

步骤 4 和步骤 5：CPU 响应中断，执行硬件中断处理程序，硬件中断处理程序触发软中断

（NET_RX_SOFTIRQ），软中断处理程序继续处理数据包。

(5)内核网络协议栈处理：

步骤6：软中断处理程序将数据包从内存缓冲区（RingBUF）中取出，保存到skb（socket buffer）中。

(6)数据包队列：

步骤 7：内核网络协议栈进一步处理数据包，将其放入对应 socket 的接收队列中（data 被放到

socket 接收队列）。

(7)唤醒用户进程：

步骤 8：内核唤醒等待数据的用户进程，用户进程从 socket 接收队列中读取数据进行处理。

10.本机向本机发送请求，IP 填 127.0.0.1 和网卡 ip 地址有区别吗

127.0.0.1（本地回环地址）：数据包在内核网络栈中被处理，经过回环接口（Loopback Interface），不会通过物理网卡（NIC）发送，用于测试和本地通信

网卡IP地址（本机的实际IP地址）：数据包通过内核网络栈被处理，并经过物理网卡（NIC）发送和接收，走完整的网络栈路径，用于正常网络通信

（1）127.0.0.1（本地回环地址）

回环接口（Loopback Interface）：当应用程序使用127.0.0.1发送请求时，数据包会被路由到回环接口，回环接口是在软件层面模拟的网络接口，专门用于本地通信

内核处理：数据包不会离开内核网络栈，而是直接在内核中被处理并回送给发送方。数据包不经过物理网卡（NIC），因此不消耗网络带宽

测试和本地通信：127.0.0.1常用于网络应用的本地测试和调试，因为它不依赖实际的网络硬件

（2）网卡IP地址（本机的实际IP地址）

物理网卡（NIC）：当应用程序使用本机的实际IP地址发送请求时，数据包会被路由到物理网卡，网卡会根据MAC地址处理数据包，经过物理网络接口发送和接收

完整的网络栈路径：数据包会走完整的网络栈路径：包括物理层，数据链路层和网络层。数据包会真正通过物理网卡发送和接收，可能会在网络上产生负载

正常的网络通信：使用本机的实际IP地址进行通信时，数据包的处理方式和其他设备的通信时相同。

11.TCP粘包，如何解决

TCP粘包：由于TCP是面向流的协议，所以发送的数据没有边界，接收方可能在一次读取操作中接收到多个发送方的数据包，导致数据粘在一起

解决方法：

  1. 定长消息，每个消息固定长度，接收方按固定长度读取数据
  2. 分隔符：在每个消息之间添加特殊字符作为分隔符，接收方按分隔符拆分数据。
  3. 消息头标识长度：在每个消息前添加一个消息头，消息头包括该消息的长度，接收方根据长度读取完整消息

12.滑动窗口过大怎么样，过小怎么样

（1）滑动窗口机制
  1. 发送窗口：发送方维护一个窗口，表示可以发送但尚未确认的数据范围
  2. 接收窗口：接收方维护一个窗口，表示可以接收的数据范围
  3. 窗口大小：发送方根据接收方的接收窗口大小调整发送窗口大小，确保数据在接收方缓冲区内能够被正确接收
（2）滑动窗口过大的情况
  1. 优点：在高带宽，低延迟的网络环境下，较大的滑动窗口可以允许发送方不等待ACK确认的情况下发送更多的数据，充分利用带宽，减少传输时间
  2. 缺点：在高延迟或高丢包率的网络环境中，较大的滑动窗口可能导致大量未确认的数据堆积，一旦发生丢包或错误，需要重传的数据量大，浪费带宽，导致网络阻塞
（3）滑动窗口过小的情况

1）优点：在高延迟或高丢包率的网络环境中，较小的滑动窗口可以限制未确认数据的数量，减

少重传的数据量，降低网络拥塞的风险。

2）缺点：在高带宽、低延迟的网络环境中，较小的滑动窗口限制了发送方的数据传输速率，频

繁等待 ACK 确认，导致带宽利用率低，传输效率下降。

13.什么是流控制？如何在TCP中实现

TCP中的流控制：
  1. 接收窗口：接收方维护一个接收窗口，表示当前可以接收的数据量大小
  2. 窗口大小通告：接收方在发送ACK报文时，通知发送方当前的接收窗口大小
  3. 发送方调整发送速度：发送方根据接受方的窗口大小，调整数据的发送速度，避免发送数据超过接收方的处理能力
流控制的目的
  1. 防止溢出：防止发送方发送数据过快，导致接收方的缓冲区溢出
  2. 确保稳定：确保网络传输的稳定性，提高传输效率

14.Nagle

Nagle算法的目的：
  1. 减少小包：通过将小数据包合并成大包发送，减少网络中包的数量
  2. 提高效率：减少每个包的协议开销，提高传输效率，减少网络拥塞
Nagle算法的工作原理

发送策略：当发送方有小数据包需要发送时，如果前一个数据包的ACK未收到，新的小数据包会被缓冲，等待前一个包的ACK到达或缓冲区积累到足够大的数据量再发送

Nagle算法的缺点
  1. 增加延迟：在实时性要求高的应用中，如在线游戏，即时通讯等，Nagle算法的延迟会影响用户体验
  2. 应用场景的选择：根据应用需要，可以选择关闭Nagle算法，通过设置TCP_NODELAY选项来禁用

15.UDP

UDP特性
  1. 无连接：UDP是无连接的，不需要建立连接即可发送数据
  2. 不可靠：UDP不保证数据包的顺序和完整性，可能会发送丢包，重复包和乱序
UDP实现可靠的方法
  1. ACK确认：接收方接收到数据包后，发送ACK确认，发送方根据ACK判断是否需要重传
  2. 超时重传：发送方在发送数据后启动计时器，如果在规定时间内未收到ACK，则进行重传
  3. 序列号：为每个数据包添加序列号，接收方根据序列号判断数据包的顺序，进行重排序
  4. FEC（前向纠错）：冗余数据，在数据包中添加冗余数据，通过冗余数据进行错误检测和纠正，确保数据的完整性
UDP常见的应用场景
  1. 视频流媒体传输：UDP适合视频流媒体传输，因为丢失少量数据包不会显著影响视频质量，而低延迟是关键
  2. 实时语音通信：语音通话要求低延迟和实时性，UDP 可以满足这些要求，即使有少量数据包丢失也不影响通话质量。
  3. 在线游戏：多人在线游戏需要低延迟和快速响应，UDP 的无连接特性使其适合此类应用
  4. 简单请求-响应：如 DNS 查询，使用 UDP 进行简单的请求和响应操作，速度快且效率高
  5. 网络广播：如 DHCP，使用 UDP 可以方便地向多个设备发送广播消息。

16.TIME_WAIT状态时间为什么是2MSL？

在TCP协议中，当一方主动关闭连接时，会进入TIME_WAIT状态，MSL是一个TCP报文段在网络中可以存在的最长时间。TIME_WAIT状态是2MSL的原因：

  1. 确保被动关闭方收到ACK： 当主动关闭方发送最后一个ACK报文时，这个ACK报文可能会丢失，如果被动关闭方没有收到这个ACK，它会重新发送FIN报文段；主动关闭方必须等待一段时间，以确保它能够接收到这个可能重发的FIN报文段，并再次发送ACK确认；如果没有2MSL的等待时间，主动关闭方可能会在重新发送的FIN报文段到达时无法处理，从而导致连接不正常关闭
  2. 确保旧的报文段在网络中消失在2MSL时间内，网络中的所有旧的，重复的报文段都会超时并丢弃，确保了下一次新的连接不会受到前一个连接的旧报文段，从而避免了数据混乱和连接错误；如果不等待 2MSL，新的连接可能会收到前一个连接遗留的报文段，这会导致数据混乱和协议错误。

17.MTU

MTU是最大传输单元，指网络层协议数据包在数据链路层的 最大传输字节数，典型值为1500字节（以太网）

MTU的重要性

MTU的大小直接影响网络的效率和性能，如果数据包大于MTU，必须进行分片传输，分片传输会增加额外的开销，并可能导致重组的负担，过小的MYU会导致数据包增加网络负担

处理MTU的方法
  1. 路径MTU发现（Path MTU Discovery，PMTUD）路径MTU发现是一个动态确认路径上最小MTU的过程，通过发现路径上的所有路由器的MTU大小，确定最小的MTU以避免分片工作原理：发送带有DF（Don’t Fragment）标志的数据包，如果某个路由器无法转发这个数据包，它会丢弃该数据包并返回一个ICMP：需要分片但设置了DF标志的消息，源主机根据此消息调整了MTU的大小，直到找到合适的MTU优点：动态调整 MTU，避免不必要的分片，提高网络效率。缺点：依赖于 ICMP 消息，某些网络环境下 ICMP 消息可能被过滤或丢弃，导致路径MTU 发现失败
  2. 手动调整MTU手动设置网络接口中的MTU值以匹配网络环境，优点：简单，缺点：不灵活，需要对网络环境足够了解
  3. MSS调整TCP协议中使用MSS（Maximum Segment Size）来指定传输层能够发送的最大数据段大小，MSS通常设置为MTU减去TCP/IP头部的大小在建立TCP连接时，通过TCP握手过程协商MSS，确保数据段不会超过接收端的MTU，避免分片优点：在TCP层面进行控制，适用于TCP连接，缺点：仅适用于TCP连接
  4. 使用较小的MTU值1）描述：为网络接口配置较小的 MTU 值，以确保所有路径上的 MTU 都大于等于该值，避免分片。2）适用场景：在不确定路径 MTU 的情况下，可以设置保守的 MTU 值，以确保数据包不会被分片。3）优点：简单易行，能够避免分片。4）缺点：可能降低网络传输效率，增加数据包数量

18.IPV4与IPV6

  1. 地址空间：IPV4是32位地址，约43亿个地址，面临地址耗尽的问题，IPV6是128位地址，支持约340万 亿亿个，解决地址耗尽问题
  2. 安全性：IPV4无内置安全性，依赖外部协议IPsec提供安全性，内置IPsec协议，提供更好的安全性
  3. NAT支持：IPV4广泛支持NAT，IPV6无需
  4. IPv6：支持自动配置、多播、任播，更高效的路由和报头格式

19.NAT

网络地址转换（NAT）：在路由器或防火墙上，将私有网络地址转换为公有网络地址，允许多个设备共享一个公有IP地址

NAT作用：解决IPV4地址耗尽问题，通过网络地址转换，多个设备共享一个IP地址，缓解IPV4地址短缺，提高网络安全性，隐藏内部网络结构，防止外部攻击

20.IP分片

IP分片是将大于MTU的数据包分割成多个小包传输，在接收方重新组装成完整的数据包

需要IP分片的原因：适应不同MTU，不同网络设备可能有不同的MTU，分片确保数据包能够通过所有网络设备；避免数据包丢弃，如果数据包过大而无法通过某个网络设备，分片可以避免数据包被丢弃

21.ICMP

ICMP（互联网控制消息协议）是一种网络层协议，用于在IP主机和路由器之间传递控制消息和错误报告，ICMP是IP协议的一部分，主要用于报告网络连接中的错误和进行网络诊断

ICMP 协议的作用

(1)错误报告

1）网络不可达（Destination Unreachable）：当路由器或主机无法到达目标网络或主机

时，会发送此类型的 ICMP 消息，以通知源主机。

2）时间超时（Time Exceeded）：当数据包在网络中传输的时间超过了生存时间（TTL）字

段规定的最大值时，会发送此类型的 ICMP 消息，以通知源主机。

3）参数问题（Parameter Problem）：当路由器或主机在处理数据包时发现问题（如 IP 头

部字段错误），会发送此类型的 ICMP 消息，以通知源主机。4）重定向（Redirect）：当路由器发现有更好的路径到达目标主机时，会发送此类型的

ICMP 消息，以建议源主机改用更好的路径。

(2)诊断工具

1）Ping：Ping 命令使用 ICMP 的回显请求（Echo Request）和回显应答（Echo Reply）

消息来测试主机之间的连通性。源主机发送回显请求消息，目标主机收到后发送回显应答消息，源

主机通过计算往返时间来评估网络连通性和延迟。

2）Traceroute：Traceroute 命令使用 ICMP 时间超时消息来跟踪从源主机到目标主机的路

径。源主机发送 TTL 逐渐递增的 IP 数据包，每经过一个路由器，TTL 减 1，当 TTL 减到 0

时，路由器会返回时间超时的 ICMP 消息。源主机根据返回的 ICMP 消息确定路径上的每个路由

器。

22.防止ARP攻击

(1)静态 ARP 表：

手动设置映射：在网络设备上手动设置固定的 IP 地址和 MAC 地址映射，防止 ARP 欺骗。

(2)ARP 防护工具：

检测和阻止：使用 ARP 防护工具，如 arpwatch，实时监控网络中的 ARP 流量，检测和阻止

ARP 攻击。

(3)交换机端口安全：

限制 MAC 地址：启用交换机的端口安全功能，限制每个端口可以学习的 MAC 地址数量，防

止 ARP 欺骗。

(4)网络入侵检测系统（NIDS）：

监控网络流量：使用 NIDS 实时监控网络流量，检测和防止网络中的 ARP 攻击

23.TCP 的序列号机制

(1)TCP 序列号机制的概念：

1）序列号（Sequence Number）：每个 TCP 数据包都包含一个序列号，用于标识数据包的

顺序，确保数据包按正确顺序组装。

2）确认号（Acknowledgment Number）：每个 TCP 数据包都包含一个确认号，表示接收

方期望接收到的下一个数据包的序列号，用于确认已接收到的数据。

(2)序列号机制的作用：

1）数据包排序：通过序列号，接收方可以按正确顺序组装数据包，即使数据包顺序错乱。

2）丢包检测：通过确认号，发送方可以检测到数据包是否丢失，并进行重传，确保数据包的

可靠传输