八股面试速成—计算机网络部分

暑期实习面试在即,这几天八股和算法轮扁我>_ 

八股部分打算先找学习视屏跟着画下思维导图,然后看详细的面试知识点,最后刷题

其中导图包含的是常考的题,按照思维导图形式整理,会在复盘后更新

细节研究侧重补全,会收集不会的偏怪点

最后刷题部分记录自己不会的错题

导图

根据经验Java主要问从URL到页面

细节研究

网络协议

主要应用层和网络层一堆,传输层就TCP和UDP

应用层

  • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol,简单邮件发送协议):基于 TCP 协议,是一种用于发送电子邮件的协议。注意 ⚠️:SMTP 协议只负责邮件的发送,而不是接收。要从邮件服务器接收邮件,需要使用 POP3 或 IMAP 协议。
  • POP3/IMAP(邮件接收协议):基于 TCP 协议,两者都是负责邮件接收的协议。IMAP 协议是比 POP3 更新的协议,它在功能和性能上都更加强大。IMAP 支持邮件搜索、标记、分类、归档等高级功能,而且可以在多个设备之间同步邮件状态。几乎所有现代电子邮件客户端和服务器都支持 IMAP。
  • FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议) : 基于 TCP 协议,是一种用于在计算机之间传输文件的协议,可以屏蔽操作系统和文件存储方式。注意 ⚠️:FTP 是一种不安全的协议,因为它在传输过程中不会对数据进行加密。建议在传输敏感数据时使用更安全的协议,如 SFTP。
  • Telnet(远程登陆协议):基于 TCP 协议,用于通过一个终端登陆到其他服务器。Telnet 协议的最大缺点之一是所有数据(包括用户名和密码)均以明文形式发送,这有潜在的安全风险。这就是为什么如今很少使用 Telnet,而是使用一种称为 SSH 的非常安全的网络传输协议的主要原因。
  • SSH(Secure Shell Protocol,安全的网络传输协议):基于 TCP 协议,通过加密和认证机制实现安全的访问和文件传输等业务
  • RTP(Real-time Transport Protocol,实时传输协议):通常基于 UDP 协议,但也支持 TCP 协议。它提供了端到端的实时传输数据的功能,但不包含资源预留存、不保证实时传输质量,这些功能由 WebRTC 实现。

运行于 TCP 协议之上的协议

  1. HTTP 协议(HTTP/3.0 之前):超文本传输协议(HTTP,HyperText Transfer Protocol)是一种用于传输超文本和多媒体内容的协议,主要是为 Web 浏览器与 Web 服务器之间的通信而设计的。当我们使用浏览器浏览网页的时候,我们网页就是通过 HTTP 请求进行加载的。
  2. HTTPS 协议:更安全的超文本传输协议(HTTPS,Hypertext Transfer Protocol Secure),身披 SSL 外衣的 HTTP 协议
  3. FTP 协议:文件传输协议 FTP(File Transfer Protocol)是一种用于在计算机之间传输文件的协议,可以屏蔽操作系统和文件存储方式。注意 ⚠️:FTP 是一种不安全的协议,因为它在传输过程中不会对数据进行加密。建议在传输敏感数据时使用更安全的协议,如 SFTP。
  4. SMTP 协议:简单邮件传输协议(SMTP,Simple Mail Transfer Protocol)的缩写,是一种用于发送电子邮件的协议。注意 ⚠️:SMTP 协议只负责邮件的发送,而不是接收。要从邮件服务器接收邮件,需要使用 POP3 或 IMAP 协议。
  5. POP3/IMAP 协议:两者都是负责邮件接收的协议。IMAP 协议是比 POP3 更新的协议,它在功能和性能上都更加强大。IMAP 支持邮件搜索、标记、分类、归档等高级功能,而且可以在多个设备之间同步邮件状态。几乎所有现代电子邮件客户端和服务器都支持 IMAP。
  6. Telnet 协议:用于通过一个终端登陆到其他服务器。Telnet 协议的最大缺点之一是所有数据(包括用户名和密码)均以明文形式发送,这有潜在的安全风险。这就是为什么如今很少使用 Telnet,而是使用一种称为 SSH 的非常安全的网络传输协议的主要原因。
  7. SSH 协议 : SSH( Secure Shell)是目前较可靠,专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。利用 SSH 协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题。SSH 建立在可靠的传输协议 TCP 之上。

运行于 UDP 协议之上的协议

  1. HTTP 协议(HTTP/3.0 ): HTTP/3.0 弃用 TCP,改用基于 UDP 的 QUIC 协议 。
  2. DHCP 协议:动态主机配置协议,动态配置 IP 地址
  3. DNS:域名系统(DNS,Domain Name System)将人类可读的域名 (例如,www.baidu.comopen in new window) 转换为机器可读的 IP 地址 (例如,220.181.38.148)。 我们可以将其理解为专为互联网设计的电话薄。实际上,DNS 同时支持 UDP 和 TCP 协议。

 

网络层

HTTP

HTTP和HTTPS

HTTP/1.0和HTTP/1.1

HTTP/2.0和HTTP/3.0

WebSocket 是一种基于 TCP 连接的全双工通信协议,即客户端和服务器可以同时发送和接收数据。WebSocket 协议本质上是应用层的协议,用于弥补 HTTP 协议在持久通信能力上的不足。客户端和服务器仅需一次握手,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

WebSocket 的工作过程可以分为以下几个步骤:

另外,建立 WebSocket 连接之后,通过心跳机制来保持 WebSocket 连接的稳定性和活跃性。

WebSocket 和 HTTP对比:

WebSocket 和 HTTP 两者都是基于 TCP 的应用层协议,都可以在网络中传输数据。

下面是二者的主要区别:

  • IP(Internet Protocol,网际协议):TCP/IP 协议中最重要的协议之一,属于网络层的协议,主要作用是定义数据包的格式、对数据包进行路由和寻址,以便它们可以跨网络传播并到达正确的目的地。目前 IP 协议主要分为两种,一种是过去的 IPv4,另一种是较新的 IPv6,目前这两种协议都在使用,但后者已经被提议来取代前者。
  • ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议):ARP 协议解决的是网络层地址和链路层地址之间的转换问题。因为一个 IP 数据报在物理上传输的过程中,总是需要知道下一跳(物理上的下一个目的地)该去往何处,但 IP 地址属于逻辑地址,而 MAC 地址才是物理地址,ARP 协议解决了 IP 地址转 MAC 地址的一些问题。
  • ICMP(Internet Control Message Protocol,互联网控制报文协议):一种用于传输网络状态和错误消息的协议,常用于网络诊断和故障排除。例如,Ping 工具就使用了 ICMP 协议来测试网络连通性。
    • NAT(Network Address Translation,网络地址转换协议):NAT 协议的应用场景如同它的名称——网络地址转换,应用于内部网到外部网的地址转换过程中。具体地说,在一个小的子网(局域网,LAN)内,各主机使用的是同一个 LAN 下的 IP 地址,但在该 LAN 以外,在广域网(WAN)中,需要一个统一的 IP 地址来标识该 LAN 在整个 Internet 上的位置。
    • OSPF(Open Shortest Path First,开放式最短路径优先) ):一种内部网关协议(Interior Gateway Protocol,IGP),也是广泛使用的一种动态路由协议,基于链路状态算法,考虑了链路的带宽、延迟等因素来选择最佳路径。
    • RIP(Routing Information Protocol,路由信息协议):一种内部网关协议(Interior Gateway Protocol,IGP),也是一种动态路由协议,基于距离向量算法,使用固定的跳数作为度量标准,选择跳数最少的路径作为最佳路径。
    • BGP(Border Gateway Protocol,边界网关协议):一种用来在路由选择域之间交换网络层可达性信息(Network Layer Reachability Information,NLRI)的路由选择协议,具有高度的灵活性和可扩展性。
    • 端口号:HTTP 默认是 80,HTTPS 默认是 443。
    • URL 前缀:HTTP 的 URL 前缀是 http://,HTTPS 的 URL 前缀是 https://
    • 安全性和资源消耗:HTTP 协议运行在 TCP 之上,所有传输的内容都是明文,客户端和服务器端都无法验证对方的身份。HTTPS 是运行在 SSL/TLS 之上的 HTTP 协议,SSL/TLS 运行在 TCP 之上。所有传输的内容都经过加密,加密采用对称加密,但对称加密的密钥用服务器方的证书进行了非对称加密。所以说,HTTP 安全性没有 HTTPS 高,但是 HTTPS 比 HTTP 耗费更多服务器资源。
    • SEO(搜索引擎优化):搜索引擎通常会更青睐使用 HTTPS 协议的网站,因为 HTTPS 能够提供更高的安全性和用户隐私保护。使用 HTTPS 协议的网站在搜索结果中可能会被优先显示,从而对 SEO 产生影响。
    • 连接方式 : HTTP/1.0 为短连接,HTTP/1.1 支持长连接。HTTP 协议的长连接和短连接,实质上是 TCP 协议的长连接和短连接。
    • 状态响应码 : HTTP/1.1 中新加入了大量的状态码,光是错误响应状态码就新增了 24 种。比如说,100 (Continue)——在请求大资源前的预热请求,206 (Partial Content)——范围请求的标识码,409 (Conflict)——请求与当前资源的规定冲突,410 (Gone)——资源已被永久转移,而且没有任何已知的转发地址。
    • 缓存机制 : 在 HTTP/1.0 中主要使用 Header 里的 If-Modified-Since,Expires 来做为缓存判断的标准,HTTP/1.1 则引入了更多的缓存控制策略例如 Entity tag,If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match 等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略。
    • 带宽:HTTP/1.0 中,存在一些浪费带宽的现象,例如客户端只是需要某个对象的一部分,而服务器却将整个对象送过来了,并且不支持断点续传功能,HTTP/1.1 则在请求头引入了 range 头域,它允许只请求资源的某个部分,即返回码是 206(Partial Content),这样就方便了开发者自由的选择以便于充分利用带宽和连接。
    • Host 头(Host Header)处理 :HTTP/1.1 引入了 Host 头字段,允许在同一 IP 地址上托管多个域名,从而支持虚拟主机的功能。而 HTTP/1.0 没有 Host 头字段,无法实现虚拟主机。
    • 多路复用(Multiplexing):HTTP/2.0 在同一连接上可以同时传输多个请求和响应(可以看作是 HTTP/1.1 中长链接的升级版本),互不干扰。HTTP/1.1 则使用串行方式,每个请求和响应都需要独立的连接,而浏览器为了控制资源会有 6-8 个 TCP 连接都限制。。这使得 HTTP/2.0 在处理多个请求时更加高效,减少了网络延迟和提高了性能。
    • 二进制帧(Binary Frames):HTTP/2.0 使用二进制帧进行数据传输,而 HTTP/1.1 则使用文本格式的报文。二进制帧更加紧凑和高效,减少了传输的数据量和带宽消耗。
    • 头部压缩(Header Compression):HTTP/1.1 支持Body压缩,Header不支持压缩。HTTP/2.0 支持对Header压缩,使用了专门为Header压缩而设计的 HPACK 算法,减少了网络开销。
    • 服务器推送(Server Push):HTTP/2.0 支持服务器推送,可以在客户端请求一个资源时,将其他相关资源一并推送给客户端,从而减少了客户端的请求次数和延迟。而 HTTP/1.1 需要客户端自己发送请求来获取相关资源。

    WebSocket

    • 传输协议:HTTP/2.0 是基于 TCP 协议实现的,HTTP/3.0 新增了 QUIC(Quick UDP Internet Connections) 协议来实现可靠的传输,提供与 TLS/SSL 相当的安全性,具有较低的连接和传输延迟。你可以将 QUIC 看作是 UDP 的升级版本,在其基础上新增了很多功能比如加密、重传等等。HTTP/3.0 之前名为 HTTP-over-QUIC,从这个名字中我们也可以发现,HTTP/3 最大的改造就是使用了 QUIC。
    • 连接建立:HTTP/2.0 需要经过经典的 TCP 三次握手过程(由于安全的 HTTPS 连接建立还需要 TLS 握手,共需要大约 3 个 RTT)。由于 QUIC 协议的特性(TLS 1.3,TLS 1.3 除了支持 1 个 RTT 的握手,还支持 0 个 RTT 的握手)连接建立仅需 0-RTT 或者 1-RTT。这意味着 QUIC 在最佳情况下不需要任何的额外往返时间就可以建立新连接。
    • 队头阻塞:HTTP/2.0 多请求复用一个 TCP 连接,一旦发生丢包,就会阻塞住所有的 HTTP 请求。由于 QUIC 协议的特性,HTTP/3.0 在一定程度上解决了队头阻塞(Head-of-Line blocking, 简写:HOL blocking)问题,一个连接建立多个不同的数据流,这些数据流之间独立互不影响,某个数据流发生丢包了,其数据流不受影响(本质上是多路复用+轮询)。
    • 错误恢复:HTTP/3.0 具有更好的错误恢复机制,当出现丢包、延迟等网络问题时,可以更快地进行恢复和重传。而 HTTP/2.0 则需要依赖于 TCP 的错误恢复机制。
    • 安全性:HTTP/2.0 和 HTTP/3.0 在安全性上都有较高的要求,支持加密通信,但在实现上有所不同。HTTP/2.0 使用 TLS 协议进行加密,而 HTTP/3.0 基于 QUIC 协议,包含了内置的加密和身份验证机制,可以提供更强的安全性。
    1. 客户端向服务器发送一个 HTTP 请求,请求头中包含 Upgrade: websocket 和 Sec-WebSocket-Key 等字段,表示要求升级协议为 WebSocket;
    2. 服务器收到这个请求后,会进行升级协议的操作,如果支持 WebSocket,它将回复一个 HTTP 101 状态码,响应头中包含 ,Connection: Upgrade和 Sec-WebSocket-Accept: xxx 等字段、表示成功升级到 WebSocket 协议。
    3. 客户端和服务器之间建立了一个 WebSocket 连接,可以进行双向的数据传输。数据以帧(frames)的形式进行传送,WebSocket 的每条消息可能会被切分成多个数据帧(最小单位)。发送端会将消息切割成多个帧发送给接收端,接收端接收消息帧,并将关联的帧重新组装成完整的消息。
    4. 客户端或服务器可以主动发送一个关闭帧,表示要断开连接。另一方收到后,也会回复一个关闭帧,然后双方关闭 TCP 连接。
    • WebSocket 是一种双向实时通信协议,而 HTTP 是一种单向通信协议。并且,HTTP 协议下的通信只能由客户端发起,服务器无法主动通知客户端。
    • WebSocket 使用 ws:// 或 wss://(使用 SSL/TLS 加密后的协议,类似于 HTTP 和 HTTPS 的关系) 作为协议前缀,HTTP 使用 http:// 或 https:// 作为协议前缀。
    • WebSocket 可以支持扩展,用户可以扩展协议,实现部分自定义的子协议,如支持压缩、加密等。
    • WebSocket 通信数据格式比较轻量,用于协议控制的数据包头部相对较小,网络开销小,而 HTTP 通信每次都要携带完整的头部,网络开销较大(HTTP/2.0 使用二进制帧进行数据传输,还支持头部压缩,减少了网络开销)。

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