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1 OSI七层模型 1. 物理层#xff1a;透明地传输比特流 在物理媒介上传输原始比特流#xff0c;定义了连接主机的硬件设备和传输媒介的规范。它确保比特流能够在网络中准确地传输#xff0c;例如通过以太网、光纤和无线电波等媒…OSI七层模型TCP/IP四层面试高频考点
1 OSI七层模型 1. 物理层透明地传输比特流 在物理媒介上传输原始比特流定义了连接主机的硬件设备和传输媒介的规范。它确保比特流能够在网络中准确地传输例如通过以太网、光纤和无线电波等媒介。 通过光纤等媒介传输原始比特流 2. 数据链路层帧编码、误差纠正控制 提供点对点的数据传输服务负责将原始比特流转换为数据帧并检测和纠正传输中出现的错误。它还控制访问物理媒介的方式以及数据帧的传输和接收。 将原始比特流转换为数据帧 3. 网络层路由、寻址决定数据在网络的游走路径 负责数据包的路由和转发以及网络中的寻址和拥塞控制。它选择最佳的路径来传输数据包以确保它们能够从源主机到目标主机进行传输。 数据包的路由和转发 4. 传输层两台主机进程之间通信提供通用的数据传输服务TCP、UDP 为应用程序提供端到端的数据传输服务负责数据的分段、传输控制、错误恢复和流量控制。它主要使用 TCP传输控制协议和 UDP用户数据报协议来实现这些功能。 通过TCP、UDP实现端到端的数据传输 常见协议 TCPTransmission Control Protocol提供可靠的、面向连接的数据传输服务确保数据的可靠性、顺序性和完整性。TCP适用于对数据传输质量要求较高的场景如文件传输、网页浏览等UDPUser Datagram Protocol提供无连接的数据传输服务不保证数据的可靠性也不保证数据的顺序性和完整性。UDP适用于实时性要求较高、对数据传输质量要求不那么严格的场景如音视频传输、在线游戏等。 5. 会话层管理建立、维护、重连应用程序之间的会话 管理应用程序之间的通信会话负责建立、维护和终止会话。它还提供了数据的同步和检查点恢复功能以确保通信的完整性和持续性。 6. 表示层数据处理编解码、加解密、压缩解压缩 负责数据的格式化、加密和压缩以确保数据在不同系统之间的交换是有效的和安全的。它还提供了数据格式转换和语法转换的功能 数据编辑码、加解密、压缩解压缩 7. 应用层为计算机提供服务(email、文件传输等) 提供用户接口和应用程序之间的通信服务。在这一层用户可以访问各种网络应用程序如电子邮件、文件传输和远程登录 应用层常见协议 HTTPHyperText Transfer Protocol用于在客户端和服务器之间传输超文本数据通常用于 Web 浏览器和 Web 服务器之间的通信。FTPFile Transfer Protocol用于在客户端和服务器之间传输文件支持上传和下载文件的功能。SMTPSimple Mail Transfer Protocol用于在邮件服务器之间传输电子邮件负责发送邮件。POP3Post Office Protocol version 3用于从邮件服务器上下载邮件到本地计算机负责接收邮件。IMAPInternet Message Access Protocol也是用于接收邮件的协议与 POP3 类似但提供了更丰富的功能如在服务器上管理邮件等。DNSDomain Name System用于将域名解析为对应的 IP 地址从而实现域名和 IP 地址之间的映射。HTTPSHyperText Transfer Protocol Secure是 HTTP 的安全版本通过 SSL/TLS 加密传输数据保证通信过程中的安全性。SSHSecure Shell用于远程登录和执行命令提供了加密的网络连接保证了通信的安全性。SNMPSimple Network Management Protocol用于网络设备之间的管理和监控可以实现对网络设备的远程配置和监控。Telnet用于远程登录和执行命令类似于 SSH但不提供加密功能通信数据不安全。 2 TCP/IP四层模型 TCP/IPTransmission Control Protocol/Internet Protocol传输控制协议/网际协议是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性所以被称为TCP/IP协议 1. 网络接口层数据链路层【物理数据链路层传输比特流将比特流转换为数据帧】 网络接口层 Link LayerOSI中的物理层数据链路层负责管理网络硬件设备和物理媒介之间的通信。它包括以太网、Wi-Fi、蓝牙等各种物理层和数据链路层协议。 通过光纤等透明传送比特流将原始比特流转换为数据帧 常见协议 以太网协议Ethernet是一种常见的局域网技术使用MAC地址进行帧的传输和接收。无线局域网协议Wi-Fi用于无线局域网的数据传输通常基于IEEE 802.11标准。点对点协议P2P用于建立点对点连接的协议通常用于拨号连接和虚拟专用网VPN等场景。数据链路层交换协议DLC用于在数据链路层进行数据交换和管理的协议如HDLC、SLIP和PPP等。 2. 网络层数据包在网络的路由和寻址 网络层Internet Layer相当于 OSI 模型中的网络层负责数据包的路由和转发。它使用 IPInternet Protocol协议来定义数据包的传输路径并处理不同网络之间的通信。 路由和寻址决定数据包在网络的游走路径 常见协议 IPInternet Protocol是互联网中最基本的协议用于在网络中传输数据包。IP协议定义了数据包的格式、寻址方式和路由选择等信息是整个互联网的基础。ICMPInternet Control Message Protocol用于在IP网络中传递控制消息和错误信息。ICMP通常用于网络设备之间的通信如路由器和主机之间的通信以及用于检测网络连通性和故障诊断。ARPAddress Resolution Protocol用于将IP地址映射为MAC地址物理地址。ARP协议在局域网内部使用通过发送ARP请求获取目标设备的MAC地址从而实现数据包的传输。RARPReverse Address Resolution Protocol与ARP相反用于将MAC地址映射为IP地址。RARP协议通常用于无盘工作站等设备可以根据MAC地址获取对应的IP地址。IPv6Internet Protocol version 6是IP协议的下一代版本用于解决IPv4地址空间不足的问题。IPv6采用128位地址长度提供了更大的地址空间支持更多的设备连接到互联网。 3. 传输层通过TCP、UDP让两台主机间的进程互相通信传输数据 传输层Transport Layer与 OSI 模型中的传输层相对应提供端到端的数据传输服务。在 TCP/IP 模型中主要有两个协议TCP传输控制协议和 UDP用户数据报协议用于确保可靠的数据传输和简单的数据传输。 通过TCP可靠慢速、UDP不可靠高速实现两台主机进程之间通信传输数据 常见协议 TCPTransmission Control Protocol提供可靠的、面向连接的数据传输服务确保数据的可靠性、顺序性和完整性。TCP适用于对数据传输质量要求较高的场景如文件传输、网页浏览等。UDPUser Datagram Protocol提供无连接的数据传输服务不保证数据的可靠性也不保证数据的顺序性和完整性。UDP适用于实时性要求较高、对数据传输质量要求不那么严格的场景如音视频传输、在线游戏等。 4. 应用层【会话表示应用层】 应用层Application LayerOSI 模型中的会话层表示层应用层负责处理用户与网络应用程序之间的通信。它包括诸如 HTTP、FTP、SMTP 等协议用于实现不同类型的网络服务和应用。 管理建立、维护、重连应用程序间的会话》会话层数据处理编解码、加解密、压缩解压缩》表示层为用户提供邮件服务、远程登录服务等 》应用层 常见协议 HTTPHyperText Transfer Protocol用于在客户端和服务器之间传输超文本数据通常用于 Web 浏览器和 Web 服务器之间的通信。FTPFile Transfer Protocol用于在客户端和服务器之间传输文件支持上传和下载文件的功能。SMTPSimple Mail Transfer Protocol用于在邮件服务器之间传输电子邮件负责发送邮件。POP3Post Office Protocol version 3用于从邮件服务器上下载邮件到本地计算机负责接收邮件。IMAPInternet Message Access Protocol也是用于接收邮件的协议与 POP3 类似但提供了更丰富的功能如在服务器上管理邮件等。DNSDomain Name System用于将域名解析为对应的 IP 地址从而实现域名和 IP 地址之间的映射。HTTPSHyperText Transfer Protocol Secure是 HTTP 的安全版本通过 SSL/TLS 加密传输数据保证通信过程中的安全性。SSHSecure Shell用于远程登录和执行命令提供了加密的网络连接保证了通信的安全性。SNMPSimple Network Management Protocol用于网络设备之间的管理和监控可以实现对网络设备的远程配置和监控。Telnet用于远程登录和执行命令类似于 SSH但不提供加密功能通信数据不安全。 面试高频考点【TCP/IP四层】
1. 什么是TCP/IP网络分层分层有什么好处
TCP/IP模型是一个四层模型包括应用层、传输层、网络层和网络接口层数据链路层。
网络接口层则负责数据链路的具体操作。网络层负责数据包的路由如IP协议传输层负责端到端的数据传输如TCP和UDP应用层负责处理特定应用程序的数据如HTTP、FTP等 各层独⽴限制了依赖关系的范围各层之间使⽤标准化的接⼝各层不需要知道上下层是如何⼯作的增加或者修改⼀个应⽤层协议不会影响传输层协议灵活性更好⽐如路由器不需要应⽤层和传输层分层以后路由器就可以只⽤加载更少的⼏个协议层易于测试和维护提⾼了可测试性可以独⽴的测试特定层某⼀层有了更好的实现可以整体替换掉能促进标准化每⼀层职责清楚⽅便进⾏标准化 2. TCP的三次握⼿中为什么是三次为什么不是两次、四次 两次不够可靠。 如果只有两次握手服务器无法确认客户端是否真的收到了它的确认响应这样服务器可能会误以为连接已经建立而实际上客户端可能没有收到服务器的响应导致服务器空等资源浪费。 四次也可以但是没必要“投资比不高效益不高”。 三次握手就已经理论上最少可靠连接建立所以不需要使用更多的通信次数 3. TCP的四次挥⼿为什么是四次为什么不能是三次[还有最后一波数据要传] 关闭请求当一方比如客户端想要断开连接时它会发送一个FINFinish标志告诉对方它不再发送数据了。确认收到关闭请求另一方服务器接收到FIN后会回复一个ACK确认收到了关闭请求但此时服务器可能还有数据需要发送给客户端所以连接并未立即关闭。服务器也准备关闭当服务器准备好关闭连接时它也会发送一个FIN给客户端表明自己也没有数据要发送了。客户端确认关闭客户端收到服务器的FIN后发送最后一个ACK确认收到了服务器的关闭请求这时等待一段时间确保所有数据包都已到达连接正式关闭。 为什么不能是三次挥手 主要是由于全双工通信的特性即连接双方都可以同时发送和接收数据。在断开连接时必须确保双方都没有数据要发送了。两次挥手客户端发送FIN服务器发送FINACK客户端ACK不能解决这个问题因为服务器在第一步的ACK中无法同时表达自己是否还有数据要发送。因此需要额外的步骤来确保两边都完成了数据发送并且同意关闭连接这就是为什么需要四次挥手。 4. 为什么 SYN/FIN 不包含数据却要消耗⼀个序列号 维护TCP连接的可靠性和有序性确保连接的建立与终止过程能够被准确无误地管理。凡是需要对端确认的⼀定消耗TCP报⽂的序列号。SYN 和FIN需要对端的确认,所以需要消耗⼀个序列号 在三次握手过程中SYN段标志着客户端或服务器希望建立连接的意愿。这个序列号初始化了该连接的传输序列为后续的数据传输打下基础。它需要被确认以确保连接请求被对方正确接收因此消耗一个序列号确保了这个控制信息能够被可靠地处理和确认。 5. 什么是半连接队列什么是SYN Flood攻击[伪造IPSYN] 客户端⼤量伪造 IP 发送 SYN 包服务端回复的 ACKSYN 去到了⼀个「未知」的 IP 地址势必会造成服务端⼤量的连接处于 SYN_RCVD 状态⽽服务器的半连接队列⼤⼩也是有限的如果半连接队列满也会出现⽆法处理正常请求的情况。 6. 说说TCP快速打开(TFO)的原理【SYN包就带数据】 TFO 是在原来 TCP 协议上的扩展协议它的主要原理就在发送第⼀个 SYN 包的时候就开始传数据了不过它要求当前客户端之前已经完成过「正常」的三次握⼿。 快速打开分两个阶段请求 Fast Open Cookie 和 真正开始 TCP Fast Open Fast Open Cookie TCP Fast Open 好处⼀个最显著的优点是可以利⽤握⼿去除⼀个往返 RTT 可以防⽌ SYN-Flood 攻击之类的 普通TCP/IP连接与TFO(TCP Fast Open)对比 7. TCP报⽂中的时间戳有什么作⽤[解决RTT、防止序列号回绕] 解决计算往返时延 RTT(Round-Trip Time) 在启⽤ Timestamps 选项以后因为 ACK 包⾥包含了 TSval 和 TSecr这样⽆论是正常确认包还是重传确认包都可以通过这两个值计算出 RTT。 防⽌序列号的回绕问题(知道哪个包是什么时候发的) TCP 的序列号⽤ 32bit 来表示因此在 2^32 字节的数据传输后序列号就会溢出回绕。TCP 的窗⼝经过窗⼝缩放可以最⾼到 1GB2^30)在⾼速⽹络中序列号在很短的时间内就会被重复使⽤。 假设发送了 6 个数据包每个数据包的⼤⼩为 1GB第 5 个包序列号发⽣回绕。 第 2 个包因为某些原因延迟导致重传但没有丢失到时间 t7 才到达。 这个迷途数据包与后⾯要发送的第 6 个包序列号完全相同如果没有⼀些措施进⾏区分将会造成数据的紊乱。 有 Timestamps 的存在迷途数据包与第 6 个包可以区分 8. TCP 的超时重传时间是如何计算的【平滑因子】 TCP 具有超时重传机制即间隔⼀段时间没有等到数据包的回复时重传这个数据包。 这个重传间隔也叫做超时重传时间(Retransmission TimeOut, 简称RTO) 经典算法往返时延 RTT(Round-Trip Time) ⼀个最简单的想法就是取平均值⽐如第⼀次 RTT 为 500ms第⼆次 RTT 为 800ms那么第三次发送时各让⼀步取平均值 RTO 为 650ms。 经典算法引⼊了「平滑往返时间」Smoothed round trip timeSRTT经过平滑后的RTT的值每测量⼀次 RTT 就对 SRTT 作⼀次更新计算。 9. 能不能说⼀说 TCP 的流量控制【滑动窗口】 对于发送端和接收端⽽⾔TCP 需要把发送的数据放到发送缓存区, 将接收的数据放到接收缓存区。 ⽽流量控制要做的事情就是在通过接收缓存区的⼤⼩控制发送端的发送。如果对⽅的接收缓存区满了就不能再继续发送了。为了控制发送端的速率接收端会告知客户端⾃⼰接收窗⼝rwnd也就是接收缓冲区中空闲的部分 首先双方三次握手初始化各自的窗口大小如双方均为 400 个字节。假如当前发送方给接收方发送了 200 个字节那么发送方的SND.NXT下一个发送位置会右移 200 个字节也就是说当前的可用窗口减少了 200 个字节。接受方收到后放到缓冲队列里面窗口大小REV.WND 400-200200 字节所以 win200 字节返回给发送方。接收方会在 ACK 的报文首部带上缩小后的滑动窗口 200 字节发送方又发送 200 字节过来200 字节到达继续放到缓冲队列。不过这时候由于大量负载的原因接受方处理不了这么多字节只能处理 100 字节剩余的 100 字节继续放到缓冲队列。这时候REV.WND 400-200-100100 字节即 win100 返回发送方。发送方继续发送 100 字节过来这时候接收窗口 win 变为 0。发送方停止发送开启一个定时任务每隔一段时间就去询问接受方直到 win 大于 0才继续开始发送。 注窗口单位大小一般是MSS的整数倍。 滑动窗口
初始化窗口一开始发送方会获知接收方的窗口大小这个大小代表了接收方当前能接受的数据量。比如如果窗口大小是1000个字节发送方就知道最多可以连续发送1000个字节的数据而不会造成接收方处理不过来。发送数据发送方开始发送数据每发送一个数据包或一部分数据它就会从自己的“待发送窗口”中移除相应数量的字节这个窗口就像是可以左右滑动的门框随着数据的发送而向前移动。接收确认接收方接收到数据后会发送一个ACKAcknowledgment确认报文告诉发送方收到了哪些数据并且更新自己还能接收多少数据即新的窗口大小。如果接收方处理数据的速度赶不上接收速度它会减小窗口大小来减缓发送方的发送速率。窗口调整发送方根据接收方的ACK报文中的窗口大小信息动态调整自己的发送窗口大小。如果接收方处理了一些数据窗口大小变大发送方就可以发送更多的数据反之如果接收方的缓冲区快满了窗口大小缩小发送方就需要减慢发送速度。滑动这个过程中“滑动”的概念体现在发送窗口随着数据的发送和接收确认而向前滑动同时也可能根据接收方的处理能力向后收缩或扩展形象地模拟了数据传输的动态过程。
10. 如何理解 TCP 的keep-alive的原理 ⼀个 TCP 连接上如果通信双⽅都不向对⽅发送数据那么 TCP 连接就不会有任何数据交换。 假设应⽤程序是⼀个 web 服务器客户端发出三次握⼿以后故障宕机或被踢掉⽹线对于 web 服务器⽽已下⼀个数据包将永远⽆法到来但是它⼀⽆所知。TCP 协议的设计者考虑到了这种检测⻓时间死连接的需求于是乎设计了 keepalive 机制。它的作⽤就是探测对端的连接有没有失效通过定时发送探测包来探测连接的对端是否存活。不过默认情况下需要 7200s 没有数据包交互才会发送 keepalive 探测包往往这个时间太久了我们熟知的很多组件都没有开启 keepalive 特性⽽是选择在应⽤层做⼼跳机制。 11. 聊⼀聊TCP中的端⼝号(端口号与网络分层) TCP ⽤两字节的整数来表示端⼝⼀台主机最⼤允许 65536 个端⼝号。 熟知端⼝号范围0~1023 HTTP80 HTTPS443 SSH22已登记的端⼝号范围1024~49151 MySQL3306 Redis6379 MongoDB27017临时端⼝号范围4915265535 12. TCP场景题1:报文返回的确认号判断 A B 两个主机之间建⽴了⼀个 TCP 连接A 主机发给 B 主机两个 TCP 报⽂⼤⼩分别是 500 和 300第⼀个报⽂的序列号是 200那么 B 主机接收两个报⽂后返回的确认号是多少 第一个报文处理A发送的第一个报文序列号是200含有500字节数据因此该报文的序列号范围是200到699200 499。B收到后应确认收到的所有数据所以确认号应该是下一个期待的序列号即700。第二个报文处理紧接着A发送的第二个报文序列号紧接着上一个报文由于第一个报文是500字节故第二个报文的序列号从700开始实际上TCP报文的序列号是连续的但这里为了说明方便我们直接按数据累加理解。这个报文有300字节数据因此序列号范围是700到999700 299。B主机在接收到这两个报文后会合并确认即确认收到第一个和第二个报文的所有数据。因此B主机返回的确认号应当是第二个报文的数据结束后的下一个序列号即1000。结论B主机返回的确认号是1000。 答500300200
13. TCP场景题2:收到 IP 数据包解析以后它怎么知道这个分组应该投递到上层的哪⼀个协议UDP 或 TCP 协议: 区分IP协议上的上层协议。在Linux系统的/etc/protocols⽂件中定义了所有上层协议对应的协议字段ICMP为1TCP为6UDP为17 14. TCP场景题3:TCP 提供了⼀种字节流服务⽽收发双⽅都不保持记录的边界应⽤程序应该如何提供他们⾃⼰的记录标识呢 应⽤程序使⽤⾃⼰约定的规则来表示消息的边界⽐如有⼀些使⽤回⻋换⾏“\r\n”⽐如 Redis的通信协议RESP protocol 定长消息如果应用层的数据记录长度固定接收端可以每次读取固定大小的数据块以此来区分不同的记录。前缀/长度字段在每个数据记录前添加一个字段来表示该记录的长度或接下来数据的字节数。接收端先读取长度信息然后根据该长度读取对应数量的字节作为一条完整记录。特殊分隔符在数据记录间使用特定的分隔符如换行符\n接收端通过查找这些分隔符来分割出不同的记录。需要注意的是如果数据内容中也可能包含分隔符则需采用转义机制避免混淆。结束标记在数据流的末尾添加一个特殊的结束标记接收端识别到此标记即认为一个完整的消息结束。这种方式适用于一次性发送整个数据块的场景。协议封装设计应用层协议时可以在协议头部包含额外的信息字段比如记录计数或者记录ID帮助接收端理解和重组数据。消息帧将每个记录封装成带有头部和数据部分的帧结构头部中包含帧的长度或其他控制信息接收端解析头部后按指定长度读取数据部分。 15. telnet的用法检查端口是否打开、发送http请求 检查端口是否打开 telnet 的⼀个最⼤作⽤就是检查⼀个端⼝是否处于打开使⽤的命令是 telnet [domainname or ip] [port]这条命令能告诉我们到远端 server 指定端⼝的⽹连接是否可达发送http请求 16. tcpdump的用法分析网络流量抓tcp包 tcpdump 则是⼀个命令⾏的⽹络流量分析⼯具功能⾮常强⼤,⼀般我们⽤来抓TCP的包 sudo apt-get install tcpdump
#执行命令开始抓包ctrlC停止抓包
tcpdump
# 指定抓取2个数据包
tcpdump -c 2
# 将抓包数据写入指定文件
tcpdump -c 10 -w tcpdump_test.log
# 打印出所有可用的网卡
tcpdump -D
# 监控指定eth0网卡
tcpdump -i eth0
# 抓包时显示时间
tcpdump -tttt
# 抓取指定协议
tcpdump udp
tcpdump icmp
tcpdump tcp
tcpdump arp# 过滤源、目标
tcpdump src port 8080
tcpdump dst port 80# 抓取指定ip、指定端口数据
tcpdump tcp and src 192.168.1.112 and port 8080tcpdump截取包默认显示数据包的头部。 普通情况下直接启动tcpdump将监视第一个网络接口上所有流过的数据包。基础格式时间 数据包类型 源IP 端口/协议 目标IP 端口/协议 协议详细信息 17. TCP、UDP区别 TCP是⼀个⾯向连接的、可靠的三次握手、基于字节流的传输层协议。UDP没有相应建立连接过程是⼀个⾯向⽆连接的传输层协议。TCP有状态TCP 会精准记录哪些数据发送了哪些数据被对⽅接收了哪些没有被接收到⽽且保证数据包按序到达不允许半点差错。TCP可控制意识到丢包了或者⽹络环境不佳TCP 会根据具体情况调整⾃⼰的⾏为控制⾃⼰的发送速度或者重发。TCP更可靠常用于对数据完整性要求严格文件传输、电子邮件等。UDP常用于对速度要求更高对数据完整性要求较低的场景如音视频传输、在线游戏等。 18. 如要要你来设计QQ在网络协议上你会如何考虑 登陆采⽤TCP协议和HTTP协议你和好友之间发送消息主要采⽤UDP协议内⽹传⽂件采⽤了P2P技术。 总来的说 登陆过程客户端client 采⽤TCP协议向服务器server发送信息HTTP协议下载信息。登陆之后会有⼀个TCP连接来保持在线状态。和好友发消息客户端client采⽤UDP协议但是需要通过服务器转发。腾讯为了确保传输消息的可靠采⽤上层协议来保证可靠传输。如果消息发送失败客户端会提示消息发送失败并可重新发送。如果是在内⽹⾥⾯的两个客户端传⽂件QQ采⽤的是P2P技术不需要服务器中转。 参考文章 https://blog.csdn.net/wwy0324/article/details/109310658 https://blog.csdn.net/weixin_44772566/article/details/136717134
