计算机网络面经八股文

面试高频指数：★★★★★

① 应用层

应用层其功能是通过应用程序之间的交互完成特定的网络功能。该层协议定义了应用程序之间的交互规则，并通过不同的应用层协议为不同的网络应用程序提供服务。例如，域名系统 DNS，支持万维网应用 HTTP 电子邮件系统采用协议和协议 SMTP 协议等。我们称在应用层交互的数据单元为报纸。
协议：HTTP(超文本传输协议)， FTP(文件传输协议)， SMTP(简单邮件传输协议)， DNS(域名系统)， DHCP(动态主机配置协议), NFS, WAIS, Telnet, DNS, SNMP, TFTP

② 表示层

表示层的作用是使通信应用程序能够解释交换数据的含义 OSI 参考模型的第六层，向上为应用层提供服务，向下接收来自会话层的服务。该层提供的服务主要包括数据压缩、数据加密和数据描述。这使得应用程序不必担心在计算机中表示和存储的内部格式差异。
协议：TIFF, GIF, JPEG, PICT

③ 会话层

会话层负责建立、管理和终止表示实体之间的通信会话。该层提供了数据交换的定义和同步功能，包括建立检查点和恢复计划的方法。
协议：RPC, SQL, NFS, NetBIOS, names, AppleTalk

④ 运输层

运输层的主要任务是为两台主机进程之间的通信提供服务。应用程序使用该服务传输应用程序层的报。
协议：TCP(传输控制协议)， UDP(用户数据报告协议)

⑤ 网络层

当两台计算机之间传输数据时，通常有不止一个通信链路，传输的信息甚至可能通过许多通信子网络。网络层的主要任务是选择合适的网络路由和交换节点，以确保数据的成功传输。在发送数据时网络层把传输层产生的报文或用户数据报封装成分组和包向下传输到数据链路层。在网络层使用的协议是无连接的网际协议（Internet Protocol）和许多路由协议，因此我们通常把该层简单地称为 IP 层。
协议：IP, ARP, ICMP, IGMP, RARP, RIP, IPX

⑥ 数据链路层

面试高频指数：★★★★★

​ OSI 七层模型在提出时的出发点是基于标准化的考虑，而没有考虑到具体的市场需求，使得该模型结构复杂，部分功能冗余，因而完全实现 OSI 参考模型的系统不多。而 TCP/IP 参考模型直接面向市场需求，实现起来也比较容易，因此在一经提出便得到了广泛的应用。基于 TCP/IP 的参考模型将协议分成四个层次，如上图所示，它们分别是：网络访问层、网际互联层、传输层、和应用层。

① 应用层

TCP/IP 模型将 OSI 参考模型中的会话层、表示层和应用层的功能合并到一个应用层实现，通过不同的应用层协议为不同的应用提供服务。例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP 等。

② 运输层

该层对应于 OSI 参考模型的运输层，为上层实体提供源端到对端主机的通信功能。传输层定义了两个主要协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。其中面向连接的 TCP 协议保证了数据的传输可靠性，面向无连接的 UDP 协议能够实现数据包简单、快速地传输。

③ 网际互联层

网际互联层对应 OSI 参考模型的网络层，主要负责相同或不同网络中计算机之间的通信。在网际互联层， IP 协议提供的是一个不可靠、无连接的数据报传递服务。该协议实现两个基本功能：寻址和分段。根据数据报报头中的目的地址将数据传送到目的地址，在这个过程中 IP 负责选择传送路线。除了 IP 协议外，该层另外两个主要协议是互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。

④ 网络接入层

网络接入层的功能对应于 OSI 参考模型中的物理层和数据链路层，它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP 并未真正描述这一层的实现，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与 TCP/IP 的网络接入层进行连接，因此具体的实现方法将随着网络类型的不同而有所差异。

面试高频指数：★★★☆☆

五层体系的协议结构是综合了 OSI 和 TCP/IP 优点的一种协议，包括应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。其中应用层对应 OSI 的上三层，下四层和 OSI 相同。五层协议的体系结构只是为介绍网络原理而设计的，实际应用还是 TCP/IP 四层体系结构。

面试高频指数：★★★★☆

面试高频指数：★★★☆☆

在发送主机端，一个应用层报文被传送到运输层。在最简单的情况下，运输层收取到报文并附上附加信息，该首部将被接收端的运输层使用。应用层报文和运输层首部信息一道构成了运输层报文段。附加的信息可能包括：允许接收端运输层向上向适当的应用程序交付报文的信息以及差错检测位信息。该信息让接收端能够判断报文中的比特是否在途中已被改变。运输层则向网络层传递该报文段，网络层增加了如源和目的端系统地址等网络层首部信息，生成了网络层数据报。该数据报接下来被传递给链路层，在数据链路层数据包添加发送端 MAC 地址和接收端 MAC 地址后被封装成数据帧，在物理层数据帧被封装成比特流，之后通过传输介质传送到对端。

面试高频指数：★★★☆☆

HTTP 头部本质上是一个传递额外重要信息的键值对。主要分为：通用头部，请求头部，响应头部和实体头部。

通用头部

面试高频指数：★★★☆☆

在早期的 HTTP/1.0 中，浏览器每次 发起 HTTP 请求都要与服务器创建一个新的 TCP 连接，服务器完成请求处理后立即断开 TCP 连接，服务器不跟踪每个客户也不记录过去的请求。然而创建和关闭连接的过程需要消耗资源和时间，为了减少资源消耗，缩短响应时间，就需要重用连接。在 HTTP/1.1 版本中默认使用持久连接，在此之前的 HTTP 版本的默认连接都是使用非持久连接，如果想要在旧版本的 HTTP 协议上维持持久连接，则需要指定 connection 的首部字段的值为 Keep-Alive 来告诉对方这个请求响应完成后不要关闭，下一次咱们还用这个请求继续交流，我们用一个示意图来更加生动的表示两者的区别：

对于非 Keep=Alive 来说，必须为每一个请求的对象建立和维护一个全新的连接。对于每一个这样的连接，客户机和服务器都要分配 TCP 的缓冲区和变量，这给服务器带来的严重的负担，因为一台 Web 服务器可能同时服务于数以百计的客户机请求。在 Keep-Alive 方式下，服务器在响应后保持该 TCP 连接打开，在同一个客户机与服务器之间的后续请求和响应报文可通过相同的连接进行传送。甚至位于同一台服务器的多个 Web 页面在从该服务器发送给同一个客户机时，可以在单个持久 TCP 连接上进行。

然而，Keep-Alive 并不是没有缺点的，当长时间的保持 TCP 连接时容易导致系统资源被无效占用，若对 Keep-Alive 模式配置不当，将有可能比非 Keep-Alive 模式带来的损失更大。因此，我们需要正确地设置 keep-alive timeout 参数，当 TCP 连接在传送完最后一个 HTTP 响应，该连接会保持 keepalive_timeout 秒，之后就开始关闭这个链接。

面试高频指数：★★★☆☆

长连接： 多用于操作频繁，点对点的通讯，而且客户端连接数目较少的情况。例如即时通讯、网络游戏等。

短连接： 用户数目较多的Web网站的 HTTP 服务一般用短连接。例如京东，淘宝这样的大型网站一般客户端数量达到千万级甚至上亿，若采用长连接势必会使得服务端大量的资源被无效占用，所以一般使用的是短连接。

面试高频指数：★★★☆☆

HTTP/1.0 定义了三种请求方法：GET, POST 和 HEAD 方法。

HTTP/1.1 增加了六种请求方法：OPTIONS, PUT, PATCH, DELETE, TRACE 和 CONNECT 方法。

面试高频指数：★★★★★

• get 提交的数据会放在 URL 之后，并且请求参数会被完整的保留在浏览器的记录里，由于参数直接暴露在 URL中，可能会存在安全问题，因此往往用于获取资源信息。而 post 参数放在请求主体中，并且参数不会被保留，相比 get 方法，post方法更安全，主要用于修改服务器上的资源。
• get 请求只支持 URL 编码，post 请求支持多种编码格式。
• get 只支持 ASCII 字符格式的参数，而 post 方法没有限制。
• get 提交的数据大小有限制（这里所说的限制是针对浏览器而言的），而 post 方法提交的数据没限制.
• get 方式需要使用 Request.QueryString 来取得变量的值，而 post 方式通过 Request.Form 来获取。
• get 方法产生一个 TCP 数据包，post 方法产生两个（并不是所有的浏览器中都产生两个）。

面试高频指数：★★★☆☆

HTTP 中的 GET 方法是通过 URL 传递数据的，而 URL 本身并没有对数据的长度进行限制，真正限制 GET 长度的是浏览器，例如 IE 浏览器对 URL 的最大限制为 2000多个字符，大概 2KB左右，像 Chrome, FireFox 等浏览器能支持的 URL 字符数更多，其中 FireFox 中 URL 最大长度限制为 65536 个字符，Chrome 浏览器中 URL 最大长度限制为 8182 个字符。并且这个长度不是只针对数据部分，而是针对整个 URL 而言，在这之中，不同的服务器同样影响 URL 的最大长度限制。因此对于特定的浏览器，GET的长度限制不同。

由于 POST 方法请求参数在请求主体中，理论上讲，post 方法是没有大小限制的，而真正起限制作用的是服务器处理程序的处理能力。

面试高频指数：★★★★☆

HTTP

HTTP（Hyper Text Transfer Protocol: 超文本传输协议） 是一种简单的请求 - 响应协议，被用于在 Web 浏览器和网站服务器之间传递消息。HTTP 使用 TCP（而不是 UDP）作为它的支撑运输层协议。其默认工作在 TCP 协议 80 端口，HTTP 客户机发起一个与服务器的 TCP 连接，一旦连接建立，浏览器和服务器进程就可以通过套接字接口访问 TCP。客户机从套接字接口发送 HTTP 请求报文和接收 HTTP 响应报文。类似地，服务器也是从套接字接口接收 HTTP 请求报文和发送 HTTP 响应报文。其通信内容以明文的方式发送，不通过任何方式的数据加密。当通信结束时，客户端与服务器关闭连接。

HTTPS

HTTPS（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer）是以安全为目标的 HTTP 协议，在 HTTP 的基础上通过传输加密和身份认证的方式保证了传输过程的安全性。其工作流程如下：

① 客户端发起一个 HTTPS 请求，并连接到服务器的 443 端口，发送的信息主要包括自身所支持的算法列表和密钥长度等；

② 服务端将自身所支持的所有加密算法与客户端的算法列表进行对比并选择一种支持的加密算法，然后将它和其它密钥组件一同发送给客户端。

③ 服务器向客户端发送一个包含数字证书的报文，该数字证书中包含证书的颁发机构、过期时间、服务端的公钥等信息。

④ 最后服务端发送一个完成报文通知客户端 SSL 的第一阶段已经协商完成。

⑤ SSL 第一次协商完成后，客户端发送一个回应报文，报文中包含一个客户端生成的随机密码串，称为 pre_master_secre，并且该报文是经过证书中的公钥加密过的。

⑥ 紧接着客户端会发送一个报文提示服务端在此之后的报文是采用pre_master_secre 加密的。

⑦ 客户端向服务端发送一个 finish 报文，这次握手中包含第一次握手至今所有报文的整体校验值，最终协商是否完成取决于服务端能否成功解密。

⑧ 服务端同样发送与第 ⑥ 步中相同作用的报文，已让客户端进行确认，最后发送 finish 报文告诉客户端自己能够正确解密报文。

当服务端和客户端的 finish 报文交换完成之后，SSL 连接就算建立完成了，之后就进行和 HTTP 相同的通信过程，唯一不同的是在 HTTP 通信过程中并不是采用明文传输，而是采用对称加密的方式，其中对称密钥已经在 SSL 的建立过程中协商好了。

面试高频指数：★★★★☆

• HTTP 协议以明文方式发送内容，数据都是未加密的，安全性较差。
• HTTPS 数据传输过程是加密的，安全性较好。
• HTTP 和 HTTPS 使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是 80 端口，后者是 443 端口。
• HTTPS 协议需要到数字认证机构（Certificate Authority, CA）申请证书，一般需要一定的费用。
• HTTP 页面响应比 HTTPS 快，主要因为 HTTP 使用 3 次握手建立连接，客户端和服务器需要握手 3 次，而 HTTPS 除了 TCP 的 3 次握手，还需要经历一个 SSL 协商过程。

面试高频指数：★★★☆☆

HTTPS 采用对称加密和非对称加密相结合的方式，首先使用 SSL/TLS 协议进行加密传输，为了弥补非对称加密的缺点，HTTPS 采用证书来进一步加强非对称加密的安全性，通过非对称加密，客户端和服务端协商好之后进行通信传输的对称密钥，后续的所有信息都通过该对称秘钥进行加密解密，完成整个 HTTPS 的流程。

面试高频指数：★★☆☆☆

假设中间人篡改了证书原文，由于他没有 CA 机构的私钥，所以无法得到此时加密后的签名，因此无法篡改签名。客户端浏览器收到该证书后会发现原文和签名解密后的值不一致，则说明证书被中间人篡改，证书不可信，从而终止向服务器传输信息。

上述过程说明证书无法被篡改，我们考虑更严重的情况，例如中间人拿到了 CA 机构认证的证书，它想窃取网站 A 发送给客户端的信息，于是它成为中间人拦截到了 A 传给客户端的证书，然后将其替换为自己的证书。此时客户端浏览器收到的是被中间人掉包后的证书，但由于证书里包含了客户端请求的网站信息，因此客户端浏览器只需要把证书里的域名与自己请求的域名比对一下就知道证书有没有被掉包了。

面试高频指数：★★★★☆

我们知道，假如某个特定的客户机在短时间内两次请求同一个对象，服务器并不会因为刚刚为该用户提供了该对象就不再做出反应，而是重新发送该对象，就像该服务器已经完全忘记不久之前所做过的是一样。因为一个 HTTP 服务器并不保存关于客户机的任何信息，所以我们说 HTTP 是一个无状态协议。

通常有两种解决方案：

① 基于 Session 实现的会话保持

在客户端第一次向服务器发送 HTTP 请求后，服务器会创建一个 Session 对象并将客户端的身份信息以键值对的形式存储下来，然后分配一个会话标识（SessionId）给客户端，这个会话标识一般保存在客户端 Cookie 中，之后每次该浏览器发送 HTTP 请求都会带上 Cookie 中的 SessionId 到服务器，服务器根据会话标识就可以将之前的状态信息与会话联系起来，从而实现会话保持。

优点：安全性高，因为状态信息保存在服务器端。

缺点：由于大型网站往往采用的是分布式服务器，浏览器发送的 HTTP 请求一般要先通过负载均衡器才能到达具体的后台服务器，倘若同一个浏览器两次 HTTP 请求分别落在不同的服务器上时，基于 Session 的方法就不能实现会话保持了。

【解决方法：采用中间件，例如 Redis，我们通过将 Session 的信息存储在 Redis 中，使得每个服务器都可以访问到之前的状态信息】

② 基于 Cookie 实现的会话保持

当服务器发送响应消息时，在 HTTP 响应头中设置 Set-Cookie 字段，用来存储客户端的状态信息。客户端解析出 HTTP 响应头中的字段信息，并根据其生命周期创建不同的 Cookie，这样一来每次浏览器发送 HTTP 请求的时候都会带上 Cookie 字段，从而实现状态保持。基于 Cookie 的会话保持与基于 Session 实现的会话保持最主要的区别是前者完全将会话状态信息存储在浏览器 Cookie 中。

优点：服务器不用保存状态信息， 减轻服务器存储压力，同时便于服务端做水平拓展。

缺点：该方式不够安全，因为状态信息存储在客户端，这意味着不能在会话中保存机密数据。除此之外，浏览器每次发起 HTTP 请求时都需要发送额外的 Cookie 到服务器端，会占用更多带宽。

拓展：Cookie被禁用了怎么办？

若遇到 Cookie 被禁用的情况，则可以通过重写 URL 的方式将会话标识放在 URL 的参数里，也可以实现会话保持。

面试高频指数：★★★★☆

HTTP 状态码由三个十进制数字组成，第一个数字定义了状态码的类型，后两个并没有起到分类的作用。HTTP 状态码共有 5 种类型：

面试高频指数：★★★☆☆

• 错误通知的管理：HTTP/1.1 在 1.0 的基础上新增了 24 个错误状态响应码，例如 414 表示客户端请求中所包含的 URL 地址太长，以至于服务器无法处理；410 表示所请求的资源已经被永久删除。
• 长连接：HTTP/1.0 默认浏览器和服务器之间保持短暂连接，浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个 TCP 连接，服务器完成后立即断开 TCP 连接。HTTP/1.1 默认使用的是持久连接，其支持在同一个 TCP 请求中传送多个 HTTP 请求和响应。此之前的 HTTP 版本的默认连接都是使用非持久连接，如果想要在旧版本的 HTTP 协议上维持持久连接，则需要指定 Connection 的首部字段的值为 Keep-Alive。

面试高频指数：★★★☆☆

• **相比于 HTTP/1.X 的文本（字符串）传送， HTTP/2.0 采用二进制传送。**客户端和服务器传输数据时把数据分成帧，帧组成了数据流，流具有流 ID 标识和优先级，通过优先级以及流依赖能够一定程度上解决关键请求被阻塞的问题。
• HTTP/2.0 支持多路复用。因为流 ID 的存在， 通过同一个 HTTP 请求可以实现多个 HTTP 请求传输，客户端和服务器可以通过流 ID 来标识究竟是哪个流从而定位到是哪个 HTTP 请求。
• HTTP/2.0 头部压缩。HTTP/2.0 通过 gzip 和 compress 压缩头部然后再发送，同时通信双方会维护一张头信息表，所有字段都记录在这张表中，在每次 HTTP 传输时只需要传头字段在表中的索引即可，大大减小了重传次数和数据量。
• HTTP/2.0 支持服务器推送。服务器在客户端未经请求许可的情况下，可预先向客户端推送需要的内容，客户端在退出服务时可通过发送复位相关的请求来取消服务端的推送。

面试高频指数：★★☆☆☆

HTTP/2 存在的问题

我们知道，传统 Web 平台的数据传输都基于 TCP 协议，而 TCP 协议在创建连接之前不可避免的需要三次握手，如果需要提高数据交互的安全性，即增加传输层安全协议（TLS），还会增加更多的握手次数。 HTTP 从 1.0 到 2.0，其传输层都是基于 TCP 协议的。即使是带来巨大性能提升的 HTTP/2，也无法完全解决 TCP 协议存在的固有问题（慢启动，拥塞窗口尺寸的设置等）。此外，HTTP/2 多路复用只是减少了连接数，其队头的拥塞问题并没有完全解决，倘若 TCP 丢包率过大，则 HTTP/2 的表现将不如 HTTP/1.1。

QUIC 协议

QUIC（Quick UDP Internet Connections），直译为快速 UDP 网络连接，其主要目的是解决采用传输层 TCP 协议存在的问题，同时满足传输层和应用层对多连接、低延迟等的需求。该协议融合了 TCP, TLS, HTTP/2 等协议的特性，并基于 UDP传输。该协议带来的主要提升有：

• 低延迟连接。当客户端第一次连接服务器时，QUIC 只需要 1 RTT（Round-Trid Time）延迟就可以建立安全可靠的连接（采用 TLS 1.3 版本），相比于 TCP + TLS 的 3 次 RTT 要更加快捷。之后，客户端可以在本地缓存加密的认证信息，当再次与服务器建立连接时可以实现 0 RTT 的连接建立延迟。
• QUIC 复用了 HTTP/2 协议的多路复用功能，由于 QUIC 基于 UDP，所以也避免了 HTTP/2存在的队头阻塞问题。
• 基于 UDP 协议的 QUIC 运行在用户域而不是系统内核，这使得 QUIC 协议可以快速的更新和部署，从而很好地解决了 TPC 协议部署及更新的困难。
• QUIC 的报文是经过加密和认证的，除了少量的报文，其它所有的 QUIC 报文头部都经过了认证，报文主体经过了加密。只要有攻击者篡改 QUIC 报文，接收端都能及时发现。
• 具有向前纠错机制，每个数据包携带了除了本身内容外的部分其他数据包的内容，使得在出现少量丢包的情况下，尽量地减少其它包的重传次数，其通过牺牲单个包所携带的有效数据大小换来更少的重传次数，这在丢包数量较小的场景下能够带来一定程度的性能提升。

HTTP/3

HTTP/3 是在 QUIC 基础上发展起来的，其底层使用 UDP 进行数据传输，上层仍然使用 HTTP/2。在 UDP 与 HTTP/2 之间存在一个 QUIC 层，其中 TLS 加密过程在该层进行处理。HTTP/3 主要有以下几个特点：

① 使用 UDP 作为传输层进行通信；

② 在 UDP 之上的 QUIC 协议保证了 HTTP/3 的安全性。QUIC 在建立连接的过程中就完成了 TLS 加密握手；

③ 建立连接快，正常只需要 1 RTT 即可建立连接。如果有缓存之前的会话信息，则直接验证和建立连接，此过程 0 RTT。建立连接时，也可以带有少量业务数据；

④ 不和具体底层连接绑定，QUIC 为每个连接的两端分别分配了一个唯一 ID，上层连接只认这对逻辑 ID。网络切换或者断连时，只需要继续发送数据包即可完成连接的建立；

⑤ 使用 QPACK 进行头部压缩，因为 在 HTTP/2 中的 HPACK 要求传输过程有序，这会导致队头阻塞，而 QPACK 不存在这个问题。

最后我们使用一张图来清晰的表示出 HTTP 协议的发展变化：

面试高频指数：★★★★☆

DNS

DNS（Domain Name System）是域名系统的英文缩写，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，用于 TCP/IP 网络。

DNS 的作用

通常我们有两种方式识别主机：通过主机名或者 IP 地址。人们喜欢便于记忆的主机名表示，而路由器则喜欢定长的、有着层次结构的 IP 地址。为了满足这些不同的偏好，我们就需要一种能够进行主机名到 IP 地址转换的目录服务，域名系统作为将域名和 IP 地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。

DNS 域名解析原理

DNS 采用了分布式的设计方案，其域名空间采用一种树形的层次结构：

上图展示了 DNS 服务器的部分层次结构，从上到下依次为根域名服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器。其实根域名服务器在因特网上有13个，大部分位于北美洲。第二层为顶级域服务器，这些服务器负责顶级域名（如 com、org、net、edu）和所有国家的顶级域名（如uk、fr、ca 和 jp）。在第三层为权威 DNS 服务器，因特网上具有公共可访问主机（例如 Web 服务器和邮件服务器）的每个组织机构必须提供公共可访问的 DNS 记录，这些记录由组织机构的权威 DNS 服务器负责保存，这些记录将这些主机的名称映射为 IP 地址。

除此之外，还有一类重要的 DNS 服务器，叫做本地 DNS 服务器。本地 DNS 服务器严格来说不在 DNS 服务器的层次结构中，但它对 DNS 层次结构是很重要的。一般来说，每个网络服务提供商（ISP） 都有一台本地 DNS 服务器。当主机与某个 ISP 相连时，该 ISP 提供一台主机的 IP 地址，该主机具有一台或多台其本地 DNS 服务器的 IP 地址。主机的本地 DNS 服务器通常和主机距离较近，当主机发起 DNS 请求时，该请求被发送到本地 DNS 服务器，它起着代理的作用，并将该请求转发到 DNS 服务器层次结构中。

我们以一个例子来了解 DNS 的工作原理，假设主机 A（IP 地址为 abc.xyz.edu） 想知道主机 B 的 IP 地址 （def.mn.edu），如下图所示，主机 A 首先向它的本地 DNS 服务器发送一个 DNS 查询报文。该查询报文含有被转换的主机名 def.mn.edu。本地 DNS 服务器将该报文转发到根 DNS 服务器，根 DNS 服务器注意到查询的 IP 地址前缀为 edu 后向本地 DNS 服务器返回负责 edu 的顶级域名服务器的 IP 地址列表。该本地 DNS 服务器则再次向这些 顶级域名服务器发送查询报文。该顶级域名服务器注意到 mn.edu 的前缀，并用权威域名服务器的 IP 地址进行响应。通常情况下，顶级域名服务器并不总是知道每台主机的权威 DNS 服务器的 IP 地址，而只知道中间的某个服务器，该中间 DNS 服务器依次能找到用于相应主机的 IP 地址，我们假设中间经历了权威服务器 ① 和 ②，最后找到了负责 def.mn.edu 的权威 DNS 服务器 ③，之后，本地 DNS 服务器直接向该服务器发送查询报文从而获得主机 B 的IP 地址。

在上图中，IP 地址的查询其实经历了两种查询方式，分别是递归查询和迭代查询。

拓展：域名解析查询的两种方式

• 递归查询：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户端的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文，即替主机继续查询，而不是让主机自己进行下一步查询，如上图步骤（1）和（10）。

• 迭代查询：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地服务器下一步应该找哪个域名服务器进行查询，然后让本地服务器进行后续的查询，如上图步骤（2）~（9）。

面试高频指数：★★☆☆☆

更正确的答案是 DNS 既使用 TCP 又使用 UDP。

当进行区域传送（主域名服务器向辅助域名服务器传送变化的那部分数据）时会使用 TCP，因为数据同步传送的数据量比一个请求和应答的数据量要多，而 TCP 允许的报文长度更长，因此为了保证数据的正确性，会使用基于可靠连接的 TCP。

当客户端向 DNS 服务器查询域名 ( 域名解析) 的时候，一般返回的内容不会超过 UDP 报文的最大长度，即 512 字节。用 UDP 传输时，不需要经过 TCP 三次握手的过程，从而大大提高了响应速度，但这要求域名解析器和域名服务器都必须自己处理超时和重传从而保证可靠性。

面试高频指数：★★★☆☆

DNS 劫持即域名劫持，是通过将原域名对应的 IP 地址进行替换从而使得用户访问到错误的网站或者使得用户无法正常访问网站的一种攻击方式。域名劫持往往只能在特定的网络范围内进行，范围外的 DNS 服务器能够返回正常的 IP 地址。攻击者可以冒充原域名所属机构，通过电子邮件的方式修改组织机构的域名注册信息，或者将域名转让给其它组织，并将新的域名信息保存在所指定的 DNS 服务器中，从而使得用户无法通过对原域名进行解析来访问目的网址。

具体实施步骤如下：

① 获取要劫持的域名信息：攻击者首先会访问域名查询站点查询要劫持的域名信息。

② 控制域名相应的 E-MAIL 账号：在获取到域名信息后，攻击者通过暴力破解或者专门的方法破解公司注册域名时使用的 E-mail 账号所对应的密码。更高级的攻击者甚至能够直接对 E-mail 进行信息窃取。

③ 修改注册信息：当攻击者破解了 E-MAIL 后，会利用相关的更改功能修改该域名的注册信息，包括域名拥有者信息，DNS 服务器信息等。

④ 使用 E-MAIL 收发确认函：在修改完注册信息后，攻击者在 E-mail 真正拥有者之前收到修改域名注册信息的相关确认信息，并回复确认修改文件，待网络公司恢复已成功修改信件后，攻击者便成功完成 DNS 劫持。

用户端的一些预防手段：

• 直接通过 IP 地址访问网站，避开 DNS 劫持。
• 由于域名劫持往往只能在特定的网络范围内进行，因此一些高级用户可以通过网络设置让 DNS 指向正常的域名服务器以实现对目的网址的正常访问，例如将计算机首选 DNS 服务器的地址固定为 8.8.8.8。

面试高频指数：★★★☆☆

套接字（Socket）是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象，网络进程通信的一端就是一个套接字，不同主机上的进程便是通过套接字发送报文来进行通信。例如 TCP 用主机的 IP 地址 + 端口号作为 TCP 连接的端点，这个端点就叫做套接字。

套接字主要有以下三种类型：

• 流套接字（SOCK_STREAM）：流套接字基于 TCP 传输协议，主要用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。由于 TCP 协议的特点，使用流套接字进行通信时能够保证数据无差错、无重复传送，并按顺序接收，通信双方不需要在程序中进行相应的处理。
• 数据报套接字（SOCK_DGRAM）：和流套接字不同，数据报套接字基于 UDP 传输协议，对应于无连接的 UDP 服务应用。该服务并不能保证数据传输的可靠性，也无法保证对端能够顺序接收到数据。此外，通信两端不需建立长时间的连接关系，当 UDP 客户端发送一个数据给服务器后，其可以通过同一个套接字给另一个服务器发送数据。当用 UDP 套接字时，丢包等问题需要在程序中进行处理。
• 原始套接字（SOCK_RAW）：由于流套接字和数据报套接字只能读取 TCP 和 UDP 协议的数据，当需要传送非传输层数据包（例如 Ping 命令时用的 ICMP 协议数据包）或者遇到操作系统无法处理的数据包时，此时就需要建立原始套接字来发送。

面试高频指数：★★★☆☆

URL，即统一资源定位符 (Uniform Resource Locator )，URL 其实就是我们平时上网时输入的网址，它标识一个互联网资源，并指定对其进行操作或获取该资源的方法。例如 https://leetcode-cn.com/problemset/all/ 这个 URL，标识一个特定资源并表示该资源的某种形式是可以通过 HTTP 协议从相应位置获得。

从定义即可看出，URL 是 URI 的一个子集，两者都定义了资源是什么，而 URL 还定义了如何能访问到该资源。URI 是一种语义上的抽象概念，可以是绝对的，也可以是相对的，而URL则必须提供足够的信息来定位，是绝对的。简单地说，只要能唯一标识资源的就是 URI，在 URI 的基础上给出其资源的访问方式的就是 URL。

面试高频指数：★★☆☆☆

假如我们需要抓取客户端的数据包，需要监控客户端与服务器交互之间的网络节点，监控其中任意一个网络节点（网卡），获取所有经过网卡中的数据，对这些数据按照网络协议进行解析，这就是抓包的基本原理。而中间的网络节点不受我们控制，是基本无法实现抓包的，因此只能在客户端与服务器之间进行抓包

① 当采用抓包工具抓取 HTTP 数据包时，过程较为简单：

• 首先抓包工具会提出代理服务，客户端需要连接该代理；
• 客户端发出 HTTP 请求时，会经过抓包工具的代理，抓包工具将请求的原文进行展示；
• 抓包工具使用该原文将请求发送给服务器；
• 服务器返回结果给抓包工具，抓包工具将返回结果进行展示；
• 抓包工具将服务器返回的结果原样返回给客户端。

这里抓包工具相当于透明人，数据经过的时候它一只手接到数据，然后另一只手把数据传出去。

② 当抓取 HTTPS 数据包时：

• 客户端连接抓包工具提供的代理服务，并安装抓包工具的根证书；
• 客户端发出 HTTPS 请求，抓包工具模拟服务器与客户端进行 TLS 握手交换密钥等流程；
• 抓包工具发送一个 HTTPS 请求给客户端请求的目标服务器，并与目标服务器进行 TLS 握手交换密钥等流程；
• 客户端使用与抓包工具协定好的密钥加密数据后发送给抓包工具；
• 抓包工具使用与客户端协定好的密钥解密数据，并将结果进行展示；
• 抓包工具将解密后的客户端数据，使用与服务器协定好的密钥进行加密后发送给目标服务器；
• 服务器解密数据后，做对应的逻辑处理，然后将返回结果使用与抓包工具协定好的密钥进行加密发送给抓包工具；
• 抓包工具将服务器返回的结果，用与服务器协定好的密钥解密，并将结果进行展示；
• 抓包工具将解密后的服务器返回数据，使用与客户端协定好的密钥进行加密后发送给客户端；
  客户端解密数据。

这个时候抓包工具对客户端来说相当于服务器，对服务器来说相当于客户端。在这个传输过程中，客户端会以为它就是目标服务器，服务器也会以为它就是请求发起的客户端。

面试高频指数：★★★★★

① DNS 解析：当用户输入一个网址并按下回车键的时候，浏览器获得一个域名，而在实际通信过程中，我们需要的是一个 IP 地址，因此我们需要先把域名转换成相应 IP 地址。【具体细节参看问题 16，17】

② TCP 连接：浏览器通过 DNS 获取到 Web 服务器真正的 IP 地址后，便向 Web 服务器发起 TCP 连接请求，通过 TCP 三次握手建立好连接后，浏览器便可以将 HTTP 请求数据发送给服务器了。【三次握手放在传输层详细讲解】

③ 发送 HTTP 请求：浏览器向 Web 服务器发起一个 HTTP 请求，HTTP 协议是建立在 TCP 协议之上的应用层协议，其本质是在建立起的TCP连接中，按照HTTP协议标准发送一个索要网页的请求。在这一过程中，会涉及到负载均衡等操作。

拓展：什么是负载均衡？

负载均衡，英文名为 Load Balance，其含义是指将负载（工作任务）进行平衡、分摊到多个操作单元上进行运行，例如 FTP 服务器、Web 服务器、企业核心服务器和其他主要任务服务器等，从而协同完成工作任务。负载均衡建立在现有的网络之上，它提供了一种透明且廉价有效的方法扩展服务器和网络设备的带宽、增加吞吐量、加强网络处理能力并提高网络的灵活性和可用性。

负载均衡是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，例如天猫、京东等大型用户网站中为了处理海量用户发起的请求，其往往采用分布式服务器，并通过引入反向代理等方式将用户请求均匀分发到每个服务器上，而这一过程所实现的就是负载均衡。

④ 处理请求并返回：服务器获取到客户端的 HTTP 请求后，会根据 HTTP 请求中的内容来决定如何获取相应的文件，并将文件发送给浏览器。

⑤ 浏览器渲染：浏览器根据响应开始显示页面，首先解析 HTML 文件构建 DOM 树，然后解析 CSS 文件构建渲染树，等到渲染树构建完成后，浏览器开始布局渲染树并将其绘制到屏幕上。

⑥ 断开连接：客户端和服务器通过四次挥手终止 TCP 连接。【其中的细节放在传输层详细讲解】

1. 浏览器查询DNS，获取域名对应的IP地址:具体过程包括浏览器搜索自身的DNS缓存、搜索操作系统的DNS缓存、读取本地的Host文件和向本地DNS服务器进行查询等。对于向本地DNS服务器进行查询，如果要查询的域名包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析(此解析具有权威性)；如果要查询的域名不由本地DNS服务器区域解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个IP地址映射，完成域名解析（此解析不具有权威性）。如果本地域名服务器并未缓存该网址映射关系，那么将根据其设置发起递归查询或者迭代查询；
2. 浏览器获得域名对应的IP地址以后，浏览器向服务器请求建立链接，发起三次握手；TCP/IP链接建立起来后，浏览器向服务器发送HTTP请求；
3. 服务器接收到这个请求，并根据路径参数映射到特定的请求处理器进行处理，并将处理结果及相应的视图返回给浏览器；
4. 浏览器解析并渲染视图，若遇到对js文件、css文件及图片等静态资源的引用，则重复上述步骤并向服务器请求这些资源；
5. 浏览器根据其请求到的资源、数据渲染页面，最终向用户呈现一个完整的页面。

面试高频指数：★★★★★

三次握手

三次握手是 TCP 连接的建立过程。在握手之前，主动打开连接的客户端结束 CLOSE 阶段，被动打开的服务器也结束 CLOSE 阶段，并进入 LISTEN 阶段。随后进入三次握手阶段：

① 首先客户端向服务器发送一个 SYN 包，并等待服务器确认，其中：

• 标志位为 SYN，表示请求建立连接；

• 序号为 Seq = x（x 一般为 1）；

• 随后客户端进入 SYN-SENT 阶段。
  ② 服务器接收到客户端发来的 SYN 包后，对该包进行确认后结束 LISTEN 阶段，并返回一段 TCP 报文，其中：

• 标志位为 SYN 和 ACK，表示确认客户端的报文 Seq 序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接；

• 序号为 Seq = y；

• 确认号为 Ack = x + 1，表示收到客户端的序号 Seq 并将其值加 1 作为自己确认号 Ack 的值，随后服务器端进入 SYN-RECV 阶段。

③ 客户端接收到发送的 SYN + ACK 包后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，从而结束 SYN-SENT 阶段。并返回最后一段报文。其中：

• 标志位为 ACK，表示确认收到服务器端同意连接的信号；
• 序号为 Seq = x + 1，表示收到服务器端的确认号 Ack，并将其值作为自己的序号值；
• 确认号为 Ack= y + 1，表示收到服务器端序号 seq，并将其值加 1 作为自己的确认号 Ack 的值。
• 随后客户端进入 ESTABLISHED。

当服务器端收到来自客户端确认收到服务器数据的报文后，得知从服务器到客户端的数据传输是正常的，从而结束 SYN-RECV 阶段，进入 ESTABLISHED 阶段，从而完成三次握手。

四次挥手：

四次挥手即 TCP 连接的释放，这里假设客户端主动释放连接。在挥手之前主动释放连接的客户端结束 ESTABLISHED 阶段，随后开始四次挥手：
① 首先客户端向服务器发送一段 TCP 报文表明其想要释放 TCP 连接，其中：

• 标记位为 FIN，表示请求释放连接；
• 序号为 Seq = u；
• 随后客户端进入 FIN-WAIT-1 阶段，即半关闭阶段，并且停止向服务端发送通信数据。

② 服务器接收到客户端请求断开连接的 FIN 报文后，结束 ESTABLISHED 阶段，进入 CLOSE-WAIT 阶段并返回一段 TCP 报文，其中：

• 标记位为 ACK，表示接收到客户端释放连接的请求；
• 序号为 Seq = v；
• 确认号为 Ack = u + 1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号值加 1 作为本段报文确认号 Ack 的值；
• 随后服务器开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。

客户端收到服务器发送过来的 TCP 报文后，确认服务器已经收到了客户端连接释放的请求，随后客户端结束 FIN-WAIT-1 阶段，进入 FIN-WAIT-2 阶段。

③ 服务器端在发出 ACK 确认报文后，服务器端会将遗留的待传数据传送给客户端，待传输完成后即经过 CLOSE-WAIT 阶段，便做好了释放服务器端到客户端的连接准备，再次向客户端发出一段 TCP 报文，其中：

• 标记位为 FIN 和 ACK，表示已经准备好释放连接了；
• 序号为 Seq = w；
• 确认号 Ack = u + 1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号 Seq 的值加 1 作为本段报文确认号 Ack 的值。

随后服务器端结束 CLOSE-WAIT 阶段，进入 LAST-ACK 阶段。并且停止向客户端发送数据。

④ 客户端收到从服务器发来的 TCP 报文，确认了服务器已经做好释放连接的准备，于是结束 FIN-WAIT-2 阶段，进入 TIME-WAIT 阶段，并向服务器发送一段报文，其中：

• 标记位为 ACK，表示接收到服务器准备好释放连接的信号；
• 序号为 Seq= u + 1，表示是在已收到服务器报文的基础上，将其确认号 Ack 值作为本段序号的值；
• 确认号为 Ack= w + 1，表示是在收到了服务器报文的基础上，将其序号 Seq 的值作为本段报文确认号的值。

随后客户端开始在 TIME-WAIT 阶段等待 2 MSL。服务器端收到从客户端发出的 TCP 报文之后结束 LAST-ACK 阶段，进入 CLOSED 阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。客户端等待完 2 MSL 之后，结束 TIME-WAIT 阶段，进入 CLOSED 阶段，由此完成「四次挥手」。

面试高频指数：★★★★☆

• 若第一次握手服务器未接收到客户端请求建立连接的数据包时，服务器不会进行任何相应的动作，而客户端由于在一段时间内没有收到服务器发来的确认报文，因此会等待一段时间后重新发送 SYN 同步报文，若仍然没有回应，则重复上述过程直到发送次数超过最大重传次数限制后，建立连接的系统调用会返回 -1。
• 若第二次握手客户端未接收到服务器回应的 ACK 报文时，客户端会采取第一次握手失败时的动作，这里不再重复，而服务器端此时将阻塞在 accept() 系统调用处等待 client 再次发送 ACK 报文。
• 若第三次握手服务器未接收到客户端发送过来的 ACK 报文，同样会采取类似于客户端的超时重传机制，若重传次数超过限制后仍然没有回应，则 accep() 系统调用返回 -1，服务器端连接建立失败。但此时客户端认为自己已经连接成功了，因此开始向服务器端发送数据，但是服务器端的 accept() 系统调用已返回，此时没有在监听状态。因此服务器端接收到来自客户端发送来的数据时会发送 RST 报文给客户端，消除客户端单方面建立连接的状态。

面试高频指数：★★★★★

三次握手的主要目的是确认自己和对方的发送和接收都是正常的，从而保证了双方能够进行可靠通信。若采用两次握手，当第二次握手后就建立连接的话，此时客户端知道服务器能够正常接收到自己发送的数据，而服务器并不知道客户端是否能够收到自己发送的数据。

网络往往是非理想状态的（存在丢包和延迟），当客户端发起创建连接的请求时，如果服务器直接创建了这个连接并返回包含 SYN、ACK 和 Seq 等内容的数据包给客户端，这个数据包因为网络传输的原因丢失了，丢失之后客户端就一直接收不到返回的数据包。由于客户端可能设置了一个超时时间，一段时间后就关闭了连接建立的请求，再重新发起新的请求，而服务器端是不知道的，如果没有第三次握手告诉服务器客户端能否收到服务器传输的数据的话，服务器端的端口就会一直开着，等到客户端因超时重新发出请求时，服务器就会重新开启一个端口连接。长此以往， 这样的端口越来越多，就会造成服务器开销的浪费。

面试高频指数：★★★★☆

ACK 是为了告诉客户端发来的数据已经接收无误，而传回