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计算机网络

GGBOND2025/12/3大约 11 分钟

什么是TCP的三次握手和四次挥手？

回答：

一、TCP三次握手（建立连接）

TCP（传输控制协议）是面向连接的协议，三次握手用于确保通信双方的发送和接收能力正常，流程如下：

1. 握手过程图示

客户端                          服务器  
  │                                │  
  ├───────── SYN=1, seq=x ─────────►│  （客户端发送同步请求，初始化序列号x）  
  │                                │  
  │  ◄───────── SYN=1, ACK=x+1, seq=y ──────┤  （服务器确认请求，发送同步+确认，初始化序列号y）  
  │                                │  
  ├───────── ACK=y+1 ────────────►│  （客户端确认服务器的确认，连接建立完成）  
  │                                │

2. 各步骤细节

  • 第一次握手（客户端→服务器）：
    客户端发送带有 SYN（同步标志）的数据包，声明自己的初始序列号 x，请求建立连接。此时客户端状态变为 SYN_SENT。

  • 第二次握手（服务器→客户端）：
    服务器收到请求后，返回 SYN+ACK 数据包：

    • SYN=1：表示服务器同意建立连接；
    • ACK=x+1：确认客户端的序列号（期望下一个数据包的序列号为 x+1）；
    • 声明自己的初始序列号 y。此时服务器状态变为 SYN_RCVD。

  • 第三次握手（客户端→服务器）：
    客户端发送 ACK(Acknowledgment) 数据包，确认服务器的序列号 y（ACK=y+1）。此时客户端和服务器状态均变为 ESTABLISHED，连接正式建立。

3.为什么需要三次握手？

1. 防止历史连接初始化

TCP 采用三次握手而非两次握手，核心在于避免旧的网络包（历史连接）被误处理，导致无效连接建立。具体逻辑如下：

一、两次握手为何无法防止历史连接？

假设 TCP 仅通过两次握手建立连接（客户端发 SYN，服务器回 SYN+ACK 即完成连接），可能出现以下风险场景：

场景：旧 SYN 包导致的无效连接

  1. 客户端首次连接的延迟与重传
  • 客户端发送 SYN 包（Seq=100）请求连接，但因网络延迟，该包未到达服务器。
  • 客户端超时后重新发送 SYN 包（Seq=200），服务器收到后回复 SYN+ACK（Ack=201, Seq=300），双方完成通信后断开连接。
  1. 历史 SYN 包延迟到达服务器
  • 首次发送的旧 SYN 包（Seq=100）在连接断开后才到达服务器。
  • 服务器误认为这是新的连接请求，返回 SYN+ACK 包（Ack=101, Seq=400），并认为连接已建立（因两次握手无需客户端最后确认）。

问题后果：
服务器资源被无效连接占用（持续等待客户端数据），而客户端实际未发起新连接，导致资源浪费和错误连接。

2. 双向确认通信能力

三次握手通过“客户端→服务器→客户端”的三次交互，确保双方均确认对方的发送和接收能力正常：

  1. 第一次握手：客户端发送 SYN 包，确认自身发送能力正常。
  2. 第二次握手：服务器返回 SYN+ACK 包，确认自身接收能力正常，且客户端发送能力正常。
  3. 第三次握手：客户端返回 ACK 包，确认自身接收能力正常，且服务器发送能力正常。

二、TCP四次挥手（断开连接）

当通信结束时，TCP通过四次挥手释放连接，确保数据完整传输。

1. 挥手过程图示

客户端                          服务器  
  │                                │  
  ├───── FIN=1, seq=u ───────────►│  （客户端请求断开，发送FIN包，序列号u）  
  │                                │  
  │  ◄───── ACK=u+1, seq=v ────────┤  （服务器确认客户端的断开请求）  
  │                                │  
  │  ◄───── FIN=1, ACK=u+1, seq=w ────┤  （服务器处理完剩余数据后，发送FIN包请求断开）  
  │                                │  
  ├───── ACK=w+1 ────────────►│  （客户端确认服务器的断开请求，连接彻底关闭）  
  │                                │

2. 各步骤细节

  • 第一次挥手（客户端→服务器）：
    客户端发送 FIN（结束标志）包，声明序列号 u，请求断开连接，状态变为 FIN_WAIT_1。

  • 第二次挥手（服务器→客户端）：
    服务器收到 FIN 后，返回 ACK 包（ACK=u+1），确认客户端的断开请求，此时服务器状态变为 CLOSE_WAIT，客户端状态变为 FIN_WAIT_2。

  • 第三次挥手（服务器→客户端）：
    服务器处理完剩余数据后，发送 FIN 包（序列号 w），请求断开连接，状态变为 LAST_ACK。

  • 第四次挥手（客户端→服务器）：
    客户端收到 FIN 后，返回 ACK 包（ACK=w+1），确认服务器的断开请求，状态变为 TIME_WAIT；服务器收到 ACK 后，状态变为 CLOSED。客户端在 TIME_WAIT 状态等待一段时间（2倍最大段生存期，MSL）后，也变为 CLOSED。

3. 为什么需要四次挥手？

  • 半关闭特性：TCP连接允许单向关闭（一方发送 FIN 后，另一方仍可发送数据）。第二次挥手时服务器可能仍有数据未传输完毕，因此 ACK 和 FIN 需分开发送，导致四次挥手。

三、关键状态与常见问题

  • TIME_WAIT状态的作用：
    确保最后一个 ACK 包成功到达服务器，避免服务器因未收到 ACK 而重发 FIN；同时等待网络中残留的数据包过期，防止干扰新连接。

  • 三次握手失败/四次挥手异常：

    • 若服务器未响应第二次握手，客户端会重发 SYN；
    • 若客户端未响应第四次挥手，服务器会重发 FIN。

TCP和UDP的区别?

  1. TCP面向连接；UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
  2. TCP提供可靠的服务；UDP不保证可靠交付。
  3. TCP面向字节流，把数据看成一连串无结构的字节流；UDP是面向报文的。
  4. TCP有拥塞控制；UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如实时视频会议等）。
  5. 每一条TCP连接只能是点到点的；UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的通信方式。
  6. TCP首部开销20字节；UDP的首部开销小，只有8个字节

网络的工作模式有哪些?

回答：

常见的网络工作模式有：

  • C/S（Client/Server）模式
    客户端主动发起请求，服务器端响应，常见于 Web 应用、APP。

  • B/S（Browser/Server）模式
    客户端通过浏览器访问服务器，轻量化，典型代表是各种 Web 系统。

  • P2P（Peer to Peer）模式
    各个节点既是客户端也是服务器，节点间直接通信，常见于 BT 下载、区块链。

  • 集中式模式
    所有请求统一通过中心服务器处理，易于管理，但单点故障风险高。

  • 分布式模式
    多个节点协同完成任务，负载均衡，高可用，常用于微服务架构。

网络连接模式有哪些

回答：

  • TCP（面向连接）

    • 三次握手建立连接，保证数据可靠传输。
    • 特点：可靠、有序、基于字节流，常用于 HTTP、FTP、SMTP 等协议。

  • UDP（无连接）

    • 不建立连接，直接发送数据，可能丢包。
    • 特点：不可靠、无序、基于报文，常用于 DNS、视频直播、游戏通信。

  • 单播（Unicast）

    • 一对一通信，最常见的模式，比如客户端请求服务器。

  • 广播（Broadcast）

    • 一对所有通信，在同一局域网内，消息会发给所有节点。

  • 组播（Multicast）

    • 一对多通信，发送给指定组内的多个节点，常用于在线视频会议、直播。

虚拟机常见的网络连接模式有哪些？

回答：

  • NAT（网络地址转换）

    • 虚拟机通过宿主机的 IP 上网，外部网络无法直接访问虚拟机。
    • 优点：配置简单，能上网。
    • 缺点：虚拟机和外部主机之间访问受限。

  • 桥接（Bridged）

    • 虚拟机和宿主机在同一个物理网络中，虚拟机会像一台独立电脑一样获取局域网 IP。
    • 优点：虚拟机和局域网内其他设备可互相访问。
    • 缺点：需要占用局域网 IP，网络环境要求高。

  • 仅主机（Host-Only）

    • 虚拟机只和宿主机通信，不能访问外部网络。
    • 优点：适合做隔离实验环境。
    • 缺点：无法直接上网。

总结：

  • NAT：虚拟机借宿主机上网，外网不能访问虚拟机。
  • 桥接：虚拟机像局域网中的独立主机，可直接互访。
  • 仅主机：虚拟机只能和宿主机通信，不联网。

什么是软路由?

回答：

软路由就是用一台普通电脑或嵌入式设备，通过安装路由系统软件（如 OpenWrt、PVE+爱快、ROS 等），来实现传统硬件路由器的功能。

  • 本质：软件实现的路由器功能。
  • 主要功能：上网拨号、NAT 转换、防火墙、DHCP、端口转发、VPN、流量控制等。
  • 优点：可扩展性强、功能丰富、性能可根据硬件提升。
  • 缺点：对硬件要求高、耗电量相对大、需要一定的网络知识配置。

上网拨号和 DHCP 的区别

回答：

  • DHCP（动态主机配置协议）

    • 设备连上网络后，直接向 DHCP 服务器请求一个 IP 地址。
    • 不需要账号密码，自动分配即可。
    • 常见于企业内网、校园网、部分光猫桥接后的家庭网络。

  • PPPoE 拨号

    • 在 DHCP 分配 IP 之前，需要先用账号密码完成认证。
    • 拨号成功后，运营商再分配一个公网或私网 IP。
    • 常见于家庭宽带、小区宽带，需要宽带账号密码。

区别总结：

  • DHCP：直接分配 IP，免认证，方便快捷。
  • PPPoE：先认证再分配 IP，更适合运营商计费和管理。

在浏览器里面输一个网址，它背后都发生了什么流程？

  1. URL解析：浏览器解析URL，提取协议、域名、端口等信息
  2. DNS查询：将域名转换为IP地址（浏览器缓存→系统缓存→路由器缓存→DNS服务器）
  3. 建立TCP连接：浏览器与服务器进行三次握手建立连接
  4. 发送HTTP请求：浏览器发送请求报文（请求行、请求头、请求体）
  5. 服务器处理请求：服务器接收请求，处理业务逻辑，生成响应
  6. 返回HTTP响应：服务器返回响应报文（状态行、响应头、响应体）
  7. 浏览器渲染页面：
    • 解析HTML构建DOM树
    • 解析CSS构建CSSOM树
    • 合并DOM和CSSOM生成渲染树
    • 布局和绘制页面
  8. 断开TCP连接：通过四次挥手断开连接

HTTP 常见的状态码有哪些？

状态码类别常见状态码含义
1xx信息性100 Continue继续请求
2xx成功200 OK, 201 Created, 204 No Content请求成功
3xx重定向301 Moved Permanently, 302 Found, 304 Not Modified资源位置变更
4xx客户端错误400 Bad Request, 401 Unauthorized, 403 Forbidden, 404 Not Found请求错误
5xx服务器错误500 Internal Server Error, 502 Bad Gateway, 503 Service Unavailable服务器错误

HTTP2 听过没？那它有啥新功能？

HTTP/2是HTTP协议的升级版，主要解决HTTP/1.1的性能问题：

  1. 多路复用：一次连接可同时处理多个请求，不用排队等待
  2. 头部压缩：压缩请求头，减少数据传输量
  3. 服务器推送：服务器主动发送资源，不用等浏览器请求
  4. 二进制协议：用二进制代替文本，解析更快
  5. 请求优先级：重要资源优先加载

简单理解：就像从单车道升级到多车道，车辆可以并行行驶，不用排队。

HTTP3有了解吗？

HTTP/3是最新版本，主要改进：

  1. 改用UDP：不再用TCP，避免TCP的队头阻塞问题
  2. 连接更快：0-RTT技术，重连时几乎不耗时
  3. 自带加密：内置TLS 1.3，安全性更高
  4. 网络切换：WiFi切换到4G时连接不会断开

简单理解：就像从普通公路升级到高速公路，不仅车道多，而且没有红绿灯，跑得更快。

HTTPS，数据传输过程中用的是对称加密还是非对称加密？

HTTPS使用混合加密方式：

  1. 非对称加密（用于握手阶段）：

    • 客户端使用服务器公钥加密会话密钥
    • 服务器使用私钥解密获取会话密钥
    • 用于安全交换对称加密所需的密钥

  2. 对称加密（用于数据传输阶段）：

    • 使用握手阶段协商的会话密钥加密实际数据
    • 加解密速度快，适合大量数据传输
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