TCP/IP 网络编程面试题及解答

在Qt/C++面试中，若涉及"熟悉TCP/IP网络编程"，面试官通常会结合TCP/IP协议基础、Qt网络编程框架（如Qt Network模块）、C++网络编程实现以及实际场景问题来提问。以下是常见面试题及解答：

一、TCP/IP协议基础

1. TCP和UDP的区别是什么？分别适用于什么场景？

解答：

• 核心区别 ：
  • TCP是面向连接 的协议，通信前需通过"三次握手"建立连接，结束后通过"四次挥手"断开，保证数据可靠传输（有序、无丢失、无重复），但效率较低。
  • UDP是无连接的协议，直接发送数据，不保证可靠传输（可能丢失、无序），但速度快、开销小。
• 适用场景 ：
  • TCP：需要可靠数据传输的场景，如文件传输（FTP）、HTTP通信、登录注册等。
  • UDP：对实时性要求高、可容忍少量数据丢失的场景，如视频通话、语音聊天、游戏实时数据（如位置同步）。

2. 解释TCP的"三次握手"和"四次挥手"过程。

解答：

• 三次握手（建立连接）：

  1. 客户端发送 SYN 报文（请求连接），进入 SYN_SENT 状态。
  2. 服务器收到后，回复 SYN+ACK 报文（同意连接+确认收到），进入 SYN_RCVD 状态。
  3. 客户端收到后，发送 ACK 报文（确认收到服务器的同意），双方进入 ESTABLISHED 状态，连接建立。
     （目的：确保双方"发送"和"接收"能力均正常）

• 四次挥手（断开连接）：

  1. 客户端发送 FIN 报文（请求断开），进入 FIN_WAIT_1 状态。
  2. 服务器收到后，回复 ACK 报文（确认收到请求），进入 CLOSE_WAIT 状态（此时服务器可继续发送剩余数据）。
  3. 服务器数据发送完毕后，发送 FIN 报文（同意断开），进入 LAST_ACK 状态。
  4. 客户端收到后，回复 ACK 报文（确认收到），进入 TIME_WAIT 状态（等待2MSL确保服务器收到确认），最终关闭；服务器收到 ACK 后直接关闭。
     （目的：确保双方数据都已传输完毕，避免数据丢失）

二、Qt网络编程（Qt Network模块）

1. Qt中用于TCP通信的核心类有哪些？分别说明作用。

解答 ：

Qt通过 QTcpSocket 和 QTcpServer 实现TCP通信，核心类及作用：

• QTcpServer：服务器端类，用于监听端口、接收客户端连接请求 。通过 listen() 开始监听，当有客户端连接时，触发 newConnection() 信号，可通过 nextPendingConnection() 获取与客户端通信的 QTcpSocket 对象。
• QTcpSocket：客户端/服务器端通信类，用于发送和接收数据 。客户端通过 connectToHost() 连接服务器；双方通过 write() 发送数据，通过 readyRead() 信号（数据到达时触发）读取数据（read()/readAll()）。
• 辅助类：QHostAddress（表示IP地址）、QNetworkInterface（获取本地网络接口信息）等。

2. 使用Qt实现一个简单的TCP服务器，核心步骤是什么？

解答：

1. 服务器端初始化 QTcpServer 对象，调用 listen(QHostAddress::Any, 端口号) 监听所有IP的指定端口（如8080）。
2. 关联 QTcpServer 的 newConnection() 信号到自定义槽函数（如 onNewConnection()）。
3. 在槽函数中，通过 nextPendingConnection() 获取客户端的 QTcpSocket 对象，保存该对象（如存入列表管理多客户端）。
4. 关联 QTcpSocket 的 readyRead() 信号（接收数据）和 disconnected() 信号（客户端断开）到对应槽函数。
5. 接收数据：在 readyRead() 槽中，用 socket->readAll() 读取数据并处理。
6. 发送数据：通过 socket->write(数据) 向客户端发送数据。

3. Qt中如何处理TCP粘包问题？

解答 ：

TCP粘包是指多次发送的数据被合并成一次接收（因TCP是"字节流"协议），解决核心是定义数据边界。Qt中常用方案：

• 固定长度包头+数据 ：包头存放数据长度（如4字节int），接收时先读包头获取长度，再按长度读取后续数据。
  示例：发送时先写 (int)数据长度，再写数据；接收时先读4字节得到长度，再循环读取对应长度的字节。
• 特殊分隔符：在数据末尾添加约定的分隔符（如"\r\n"），接收时按分隔符拆分数据（需注意数据中不能包含分隔符）。

三、C++网络编程（原生Socket）

1. 用C++原生Socket实现TCP客户端的核心步骤是什么？

解答 ：

基于Linux的socket API（Windows类似，需加WSAStartup初始化）：

1. 创建socket：int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)（AF_INET为IPv4，SOCK_STREAM为TCP）。
2. 初始化服务器地址：填充 struct sockaddr_in（服务器IP、端口、协议族）。
3. 连接服务器：connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr))。
4. 发送/接收数据：send(sockfd, 数据, 长度, 0) 发送；recv(sockfd, 缓冲区, 大小, 0) 接收。
5. 关闭连接：close(sockfd)。

2. 什么是阻塞Socket和非阻塞Socket？Qt中如何设置？

解答：

• 阻塞Socket ：调用 connect()、recv()、send() 等函数时，会等待操作完成才返回（如recv()会一直等数据到达），容易导致程序卡顿（如UI线程中使用）。
• 非阻塞Socket ：函数调用后立即返回，若操作未完成则返回错误（需通过 select/poll 或信号判断状态），适合需要同时处理多个任务的场景（如UI和网络并行）。

Qt中设置：QTcpSocket 默认是非阻塞的（基于事件循环），无需额外设置；若使用原生Socket，可通过 fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK) 设置为非阻塞。

四、实际场景与问题

1. 如何实现TCP服务器同时处理多个客户端连接？

解答 ：

核心是避免单个客户端阻塞服务器，常用方案：

• Qt中 ：通过 QTcpServer 为每个客户端创建独立的 QTcpSocket，利用Qt事件循环（非阻塞）处理所有socket的信号（readyRead()、disconnected()），无需多线程即可并发处理。
• 原生C++ ：
  • 多线程：每接收到一个连接，创建一个线程处理该客户端（需注意线程安全和资源管理）。
  • IO多路复用：用 select/epoll（Linux）/kqueue（BSD）监听多个socket，有事件（数据到达、连接等）时再处理，单线程即可处理多客户端。

2. TCP连接中，客户端突然断开（如断电），服务器如何检测？

解答 ：

TCP本身没有主动检测机制，需通过以下方式：

• 心跳包机制：双方定期发送约定的"心跳数据"（如每隔10秒），若超过一定时间（如30秒）未收到对方心跳，判定连接断开。
• SO_KEEPALIVE选项 ：开启Socket的保活机制（setsockopt 设置），系统会定期发送探测包，若多次无响应则断开连接（缺点：探测间隔较长，默认可能几分钟）。

以上问题覆盖了TCP/IP基础、Qt网络编程核心用法及实际开发中的常见问题，掌握这些内容可应对大部分相关面试场景。