面试总结之计算机网络基础

计算机网络是计算机领域的重要组成部分，无论是前端开发或者是后端开发，多多少少都会涉及计算机网络的一些基础知识，这里就为大家总结一下常见的考点。总结的部分是结合了教科书、其他面经以及个人的面试经历，相信能够帮助到大家。如果有不足的地方，欢迎大家指出！

本博客长期更新，欢迎大家收藏、订阅！

TCP的4次挥手

TCP握手是3次，挥手是4次。握手大家都比较熟，面试的时候问挥手比较多。

过程：
1. Client发出终止连接的请求，FIN置为1
2. Server收到后，返回一个ACK，表示Server知道Client需要终止连接
3. 因为Server可能还有没有传输完的数据，所以等到数据都传完后，Server向Client发送一个数据，FIN置为1，表示Server已经发送完数据了，可以中止连接。
4. Client收到后，发送一个ACK，确认终止连接
Details：在上述第四步后，Client会进入time_wait状态，这个是常问的点。原因有二：
- 让Client有更大的机会让丢失的ACK被再次发送给Server
- 不允许在time_wait状态建立连接，经过2MSL后变为CLOSE状态，这样上一个连接的残余数据都会被丢掉，不影响后续的连接。

应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。
超时发送：TCP发出一个段后，它启动一个定时器（timer），等待接收端返回ACK确认发到这个报文段。如果不能及时收到一个ACK确认，将重发这个报文段。
TCP接收端收到数据后，将发送一个ACK确认。
TCP保持它首部和数据的校验和（checksum），是端对端的（end-to-end）。如果检验出包有错，丢弃报文段，不给出响应，TCP发送端超时后重发。
TCP按照seq对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。
流量控制：滑动窗口机制，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

目的：防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。（注意，拥塞控制（congestion control）针对的整个网络流量的控制，而流量控制（flow control）针对的是端对端的控制）

慢启动（slow start）和拥塞避免（congestion avoidance）
- 发送方为出一个拥塞窗口cwnd，窗口大小取决于网络的拥塞程度。cwnd从1MSS开始，按1，2，4，8的方式增加（倍增）
- 慢开始门限ssthresh
  - cwnd$\lt$ssthresh，慢启动；
  - cwnd$\gt$ssthresh，拥塞避免；
  - cwnd=ssthresh，两者都可
- 拥塞避免：cwnd线性增加，每次增加1MSS。
快速重传（fast retransmit）和快恢复（fast recovery）
- 快速重传：接收方每收到一个失序报文就发送出重复的ACK，一旦收到3个相同的ACK，则重传该报文段
- 快恢复：当接收方收到3个相同的ACK时，ssthresh减半，重置cwnd=ssthresh，然后cwnd执行线性增。原因是接收方能够收到ACK说明网络中仍有一定的传输能力，因此不需要重新开始。
例子
- TCP Tahoe：当发生丢包（超时或收到3个ACK）时，ssthresh=cwnd/2，cwnd=1，执行慢启动；
- TCP Reno：当收到3个ACK时，ssthresh=cwnd/2，cwnd=ssthresh，执行拥塞避免；

HTTPS，称作HTTP over TLS，TLS的前身是SSL。
原理：首先Client和Server双方使用非对称密钥进行沟通，将Client端生成的一个key通过非对称加密的形式传递给Server。然后双方使用key进行对称加密，从而进行正常的内容传输。
区别：
- HTTP是明文传输，HTTPS则是具有安全性的SSL加密传输协议
- 不同的端口，HTTP：80，HTTPS：443
过程：
1. Client向Server发送请求
2. Server生成一组密钥，包括一个公钥crt public（public key）和一个私钥crt private（private key）。然后将公钥crt public返回给Client。
3. Client随机生成一个key，然后使用这个crt public对key加密，最后将加密后的key发送给Server。
4. Server使用crt private对这个key解密，获得了key，然后将需要返回的网页内容使用这个key进行加密，最后将加密后的内容返回给Client。
5. Client收到内容后使用key解密，获得了网页内容。

用户在浏览器中输入URL到响应页面的整过过程中，包含了许多计算机网络的协议。下面就简单介绍这个过程：

本机获取IP地址
- DHCP协议：使用UDP，将以太网帧广播，找到DHCP服务器，然后发送ACK确认收到信息。包括：本机IP、本地DNS服务器IP、first-hop路由的IP。
DNS解析
- 发起DNS query：使用UDP，需要router的MAC地址。
- ARP协议：通过广播获取router的MAC地址。router收到广播后发送ARP reply（含有router的MAC地址）
- 回到DNS query，顺序为：DNS query发出$\rightarrow$本地域名服务器$\rightarrow$根域名服务器$\rightarrow$com顶级域名服务器$\rightarrow$获取解析后的IP地址
HTTP部分
- 基于TCP，通过3次握手后，Client和Server建立链接，传送数据。