计算机网络常见问题

1.谈一谈对OSI七层模型和TCP/IP四层模型的理解？

1.1.为什么要分层？

        在计算机中网络是个复杂的系统，不同的网络与网络之间由于协议，设备，软件等各种原因在协调和通讯时容易产生各种各样的问题。例如：各物流公司的快递站点，快递人员，货运方式都有可能不同，但对更个流程之间进行划分，就方便了客户和物流公司的管理。所以网络也需要一个标准化的思想或者模型来统一协调。

1.2.分层的好处？

• 各层之间是独立的，不用过多关心其他层次的内容，更好找出问题；

• 灵活性好，任何一层发生变化不容易影响上下层；

• 架构上可分割开，各层可用最好的技术实现；

• 能促进标准化的工作，易于实现和维护；

1.3.OSI七层模型

  OSI（Open System Interconnect）网络7层模型是ISO组织定义的一个计算机互联的标准分层模型，但它只是一个定义，目的是为了简化网络各层的操作，提供标准接口便于实现和维护，从上至下依次包括：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层、物理层。

1.4. TCP/IP四层模型

        但在实际使用时根据使用协议对七层模型部分层级进行合并简化。分成4层：应用层、传输层、网络层、网络接口层（数据链路层、物理层）。

        其中将应用，表示，会话三层合称为应用层，将数据链路，物理合称网络接口层。

2.谈谈TCP协议的3次握手过程？

2.1.简述

握手过程就是TCP发送端和接收端通过三次对话应答的方式进行建立可靠连接的过程

2.2.具体过程

注意：大写字母SYN，ACK都是TCP首部中的控制位内容，确定本次报文的性质。 

• 确认 ACK ：ACK是对已接受数据的确认。TCP 规定：ACK默认为0，在连接建立后，所有传送的报文段都必须把 ACK 设置为 1。当 ACK=1 时，确认号字段才有效，否则无效。
• 同步 SYN ：在连接建立时使用，表示这是一个连接请求或连接接受报文。当 SYN=1，ACK=0 时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则响应报文中 SYN=1，ACK=1。

第一次挥手：

由发送方向接收方发送请求连接的报文。

报文首部内容：同步SYN=1，确认ACK=0，序号seq=x。

序号：即发送报文中数据的第一个字节序号。

第二次挥手：

由接收方向发送方发送请求连接的确认报文。

报文首部内容：同步SYN=1，确认ACK=1，序号seq=y，确认号ack=x+1

确认号：即下次期待接收的第一字节序号。

第三次挥手：

由发送方向接收方发送确认报文

报文首部内容：同步SYN=0，确认ACK=1，序号seq=x+1，确认号ack=y+1

3.TCP协议为什么要3次握手？2次，4次不行吗？

        TCP协议的3次握手的作用是为了在建立连接时，避免重复连接，防止旧的重复连接引起连接混乱问题。另外，通过三次握手，可以得到一个确认的可靠初始化序列号seq，用于进行可靠性传输。而如果只有2次握手，则无法初始化序列号seq。

综上所述：TCP协议最少需要通过3次握手建立连接。当然， TCP 连接也通过4次握手或5次握手建立连接，实现 TCP 连接的稳定性，但3次握手是最节省资源的连接方式。

4.谈谈TCP协议的四次挥手过程？

4.1.简述

挥手过程就是TCP发送端和接收端通过四次对话应答的方式进行可靠连接释放的过程。

4.2.具体过程

• 终止 FIN (FINis) ： 用来释放一个连接。FIN = 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

 第一次挥手：

首先客户端向服务器发送连接释放的请求报文，并停止发送数据。

报文首部内容：FIN=1，ACK = 0

 第二次挥手：

服务器收到连接释放的报文之后，给客户端发送确认报文。

报文首部内容：FIN=0，ACK=1。

注意：第二次挥手后，客户端到服务器方向的连接就释放了，TCP连接处于半关闭状态。此时客户端无法发送数据给服务器，但是服务器还可以发送数据给客户端，客户端仍可以接收。

 第三次挥手：

服务器向客户端发送完数据后，向客户端发送释放连接的确认报文。

报文首部内容：ACK=1，FIN=1

 第四次挥手：

客户端收到服务器的连接释放报文段后，向服务器发出确认报文。

报文首部内容：ACK=1，FIN = 0

5.什么是流量控制？

简述：就是由接收方根据处理数据的能力控制发送方每次传输数据的量。

控制方法：使用可变大小的流量控制协议——滑动窗口协议。

窗口大小：通过接收方发送的确认报文中的窗口字段控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0，则发送方不能发送数据。

6.什么是滑动窗口？

概念：是TCP协议用于实现流量控制的一种协议或者机制。

窗口内容划分：

发送方：

1. 已发送并确认，窗口处理过多成功内容。
2. 已发送未确认，等待接受的内容。
3. 未发送未超出接收方窗口范围，在流量允许范围内窗口需要处理但尚未处理的内容。
4. 未发送但超出接收方窗口范围。窗口尚未接收的内容。

接收方：

1. 接受已确认，窗口已成功接收的内容，不在窗口范围内。
2. 未收到但可以接受，等待接收的内容。

窗口在完成一个个数据处理后，按顺序向后执行即为滑动。

7.什么是拥塞控制？

简述：就是在网络传输中，维护一个叫做拥塞窗口（cwnd）的状态变量，决定每次可以发送的数据包（报文）的数量，来判断拥塞程度。

TCP主要通过四个算法来进行拥塞控制：慢开始、拥塞避免、拥塞发生、快速恢复。

慢开始：cwnd从1开始，每次加倍cwnd值，由小到大逐渐增大。

拥塞避免：慢开始会让发送方发送的速度越来越快，网络拥塞的可能性也就更高。设置一个慢开始门限 ssthresh，当 cwnd >= ssthresh 时，进入拥塞避免，每次将 cwnd加 1，降低拥塞窗口的增长速度。

拥塞发生：当网络慢慢进入拥塞状况，就可能出现丢包现象，这时需要对丢失的数据包进行重传。
当触发了重传机制，也就进入了拥塞发生。分为两种重传处理：

超时重传：将ssthresh 设为 cwnd/2，cwnd 重置为 1，重新进入慢启动。

快速重传：将cwnd = cwnd / 2，ssthresh = cwnd，进入快速恢复。

快速恢复：和快重传配合使用，当执行快重传时，ssthresh=ssthresh*0.5，cwnd = ssthresh + 3。

8.TCP和UDP有什么区别？

面向连接：TCP协议需要建立连接，仅支持一对一通信；UDP协议无需建立连接，支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

传输可靠：TCP协议通过多种机制来确保可靠性传输；UDP不保证可靠性传输。

性能效率：TCP协议需要保证可靠性传输，相对传输效率慢，需要消耗较多的资源。UDP协议传输效率快，需要较少的资源开销。

首部格式：TCP协议的首部需要20-60个字节，UDP协议需要8个字节

应用场景：TCP协议保证可靠性传输，所以对数据准确性有要求的连接。如文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。UDP协议可以进行广播，对数据量少场景由奇效。如QQ 语音、 QQ 视频 、直播等等