网络编程-复习

1. OSI模型

层数	层名	英文	核心作用	典型设备 / 协议	PDU (数据单元)
7	应用层	Application	给应用程序提供网络接口，提供用户服务	HTTP、HTTPS、FTP、DNS、SMTP	数据 (Data)
6	表示层	Presentation	数据格式转换、加密解密、压缩解压	JPEG、ASCII、SSL/TLS	数据 (Data)
5	会话层	Session	建立、管理、断开会话连接	RPC、NetBIOS	数据 (Data)
4	传输层	Transport	端到端传输，流量控制、差错校验	TCP、UDP	段 (Segment) / 数据报 (Datagram)
3	网络层	Network	路由选择、IP 寻址、跨网段转发	IP、ICMP、ARP	包 (Packet)
2	数据链路层	Data‑Link	帧封装、MAC 寻址、相邻节点传输	以太网、PPP、交换机	帧 (Frame)
1	物理层	Physical	传输比特流，硬件信号、线缆标准	网线、光纤、集线器、网卡	比特 (Bit)

2. TCP/IP模型

层级	名称	核心功能	典型协议	PDU	对应 OSI 七层
4	应用层	为应用程序提供网络服务，数据生成	HTTP、HTTPS、FTP、DNS、SMTP、SSH	数据	OSI‑7 应用层 + 6 表示层 +5 会话层
3	传输层	端‑到‑端进程通信、流量控制、差错校验	TCP（可靠）、UDP（不可靠）	段 (Segment) / 数据报 (Datagram)	OSI‑4 传输层
2	网际层 (互联网层 / IP 层)	IP 寻址、路由选择、跨网络转发	IP、ICMP、ARP、IGMP	数据包 (Packet)	OSI‑3 网络层
1	网络接口层 (链路层)	帧封装、MAC 寻址、物理比特传输	以太网 Ethernet、PPP	帧 (Frame)、比特 Bit	OSI‑2 数据链路层 +1 物理层

3. 常用TCP/IP族的网络协议和应用场合

4. 交换机和路由器工作在TCP/IP的哪一层，主要工作区别是什么

二层交换机

OSI：第 2 层‑数据链路层
TCP/IP 模型：网络接口层
识别地址：MAC 地址（物理地址）

路由器

OSI：第 3 层‑网络层
TCP/IP 模型：网际层（互联网层 / IP 层）
识别地址：IP 地址（逻辑地址）

核心区别

对比项目	二层交换机	路由器
工作层级	数据链路层（网络接口层）	网络层（网际层）
依据什么转发	MAC 地址	IP 地址
作用范围	同一个局域网（同一网段）内部	不同网段、跨网络之间通信
能否隔离广播	不能，转发广播帧；所有端口在同一个广播域	可以隔离广播，每个接口单独一个广播域
寻址表	MAC 地址表	路由表
分割冲突域	✅每个端口是独立冲突域	✅每个接口独立冲突域 + 独立广播域
典型场景	宿舍、公司内网，多台电脑网线相连	家里光猫后接路由器，内网访问互联网

5. IP地址的表现形式和组成

表现形式：点分十进制------192.168.1.100

由4 个十进制数组成
数字之间用英文小数点 . 隔开
每一段取值范围：0‑255

底层本质是二进制数，IPv4 一共 32 位二进制比特，分成 4 组，每组 8 位即为1 字节。

IP 地址的两大部分组成：网络号 + 主机号

需要配合子网掩码划分哪几位是网络号、哪几位是主机号

网络号（网络地址） 标识这台设备属于哪一个网段、哪个局域网。同一网段内所有设备网络号必须相同。
主机号（主机地址） 标识网段内一台唯一的主机；同一个网段主机号不能重复。

IPv6：长度 128 位二进制，冒分十六进制，用 `:` 分隔，解决 IPv4 地址枯竭。例：`2001:0db8::1`

6.网络设备字节序和主机字节序

主机字节序（Host Byte‑Order）就是你这台电脑 CPU 存储多字节数据的顺序。

网络字节序（Network Byte‑Order）网络传输的时候，一律使用【大端序 Big‑Endian】

小端序（Little‑Endian）：低字节存低地址，高字节存高地址
- x86、AMD、Intel CPU（PC、虚拟机）默认小端
- ARM 芯片很多也是小端
- 这是最常见的主机序
大端序（Big‑Endian）：高字节存低地址，低字节存高地址

7.端口号的作用，端口号的长度，常用网络协议的端口号

一、端口号的作用

IP 地址：定位网络上哪一台主机 端口号：定位主机上哪一个应用进程

一台电脑可以同时开多个网络程序（浏览器、QQ、ssh），IP 只能找到这台电脑；端口用来区分发给哪个程序 。传输层（TCP/UDP）通过端口号完成端到端、进程到进程的数据交付。

二、端口号长度

16 位无符号整数
取值范围：0 ~ 65535

端口三大分区：

公认端口（知名端口）：0‑1023 系统服务、标准协议占用，普通程序不能随便占用。
注册端口：1024‑49151 用户程序、第三方软件可以使用。
动态 / 临时端口：49152‑65535 客户端发起连接时，操作系统随机分配给客户端。

常用协议端口对照表

TCP协议：

协议	端口号	功能
HTTP	80	网页浏览
HTTPS	443	加密网页
FTP	21	控制端口，文件传输
SSH	22	远程安全登录 Linux
Telnet	23	明文远程登录
SMTP	25	发送邮件
POP3	110	接收邮件
IMAP	143	邮箱服务器在线管理邮件

UDP协议：

协议	端口号	功能
DNS	53	域名解析（优先 UDP）
DHCP	67 (服务器)、68 (客户端)	自动分配 IP
TFTP	69	简单文件传输

8.TCP和UDP的区别

对比项	TCP（传输控制协议）	UDP（用户数据报协议）
连接特性	面向连接，通信前先建立连接（三次握手），结束四次挥手断开	无连接，不用建立连接，发完就走
可靠性	可靠传输。超时重传、确认应答、丢包重发	不可靠传输。没有确认，丢包不会重传
流量 & 拥塞控制	✅ 流量控制、拥塞控制，防止发太快淹没对方网络	❌ 没有流量、拥塞控制
报文边界	字节流，无报文边界，数据是一串连续字节	数据报，保留报文边界，一次发一个完整 UDP 包
头部开销	头部最小 20 字节，开销大	头部固定 8 字节，开销很小
传输速度	较慢	速度快、延迟低
端口	16 位端口号	16 位端口号
适用场景	文件下载、网页 HTTP/HTTPS、SSH 远程登录、数据库、邮件要求数据不能丢	视频通话、直播、语音、游戏、DNS 查询、流媒体允许少量丢包，优先低延迟

9.三次握手和四次挥手

三次握手（建立连接）

客户端→服务器：SYN 请求连接
服务器→客户端：SYN+ACK 同意连接
客户端→服务器：ACK 确认，连接成功

四次挥手（断开连接）

客户端→服务器：FIN 我发完了，要断开
服务器→客户端：ACK 收到，我还有数据要发
服务器→客户端：FIN 我也发完了，可以断开
客户端→服务器：ACK 确认断开

10.TCP 保证可靠传输的机制

确认应答 (ACK) 收到数据后，接收方返回确认报文，告诉发送方数据已收到。
超时重传 发送数据后，超过时间没收到 ACK，就重新发送这份数据，解决丢包。
序列号 给每一字节数据编上序号，解决数据包乱序、重复的问题。
流量控制（滑动窗口） 接收方告诉发送方自己还能接收多少数据，不让发送方发太快，接收不过来。
拥塞控制 发送方根据网络拥堵情况，自动减慢发送速度，防止网络过载丢包。

11.Wireshark简介

开源免费的网络数据包捕获 & 协议分析软件，俗称抓包工具Wireshark。

捕获数据包：抓取经过网卡的网络流量（TCP、UDP、HTTP、DNS 等数据包）CSDN博...
分层解析数据包：把原始二进制数据包拆开，展示 OSI 每一层的详细字段，比如 IP 地址、端口、序列号、SYN/ACK 标志位CSDN
过滤数据包：筛选出你想看的流量（指定 IP、端口、协议）
追踪会话 ：查看一条完整 TCP 连接全过程，观察三次握手、四次挥手
排查网络故障：定位丢包、延迟、连接失败问题
学习网络协议：最常用的学习 TCP/IP 可视化工具

详细使用由HTTP协议篇写了

12.ip协议头中的ttl和mtu是什么

MTU全称：最大传输单元（Maximum Transmission Unit）

含义：一条链路单次能够发送的最大数据包大小（字节）
以太网默认：1500 字节（最常考）
MTU 指的是IP 数据包的数据部分 + IP 头部 ，不含帧头、帧尾
如果发送的 IP 包＞MTU，路由器就会对数据包进行分片，拆成多个小包再传输

TTL（IP 头部字段）全称：生存时间（Time‑To‑Live）

长度：8 位，取值范围 0‑255
作用：限制数据包最多可以经过多少个路由器，防止数据包在网络里无限循环
规则：数据包每经过一台路由器，TTL‑1；当 TTL 减到 0，路由器直接丢弃该包，并返回 ICMP 超时报文
Windows 默认 TTL：128；Linux 默认 TTL：64
ping 命令就能看到 TTL 值

13.TCP，ip协议头大小，以及常用字段有哪些

一、IP 首部（IPv4）

长度：最小 20 字节，最多 60 字节（可选选项字段最多 40 字节）

常用字段

版本 (4bit)：IPv4 / IPv6
首部长度 (4bit)：IP 头一共多长
TTL(8bit)：生存时间，每过一个路由器‑1
协议 (8bit)：上层是什么协议；6=TCP，17=UDP，1=ICMP
源 IP 地址 (32bit)：发送方 IP
目的 IP 地址 (32bit)：接收方 IP
标识、标志、片偏移：数据包分片用

二、TCP 首部

长度：最小 20 字节，最多 60 字节（选项字段最多 40 字节）

常用字段

源端口 (16bit)
目的端口 (16bit)
序列号 seq (32bit)：字节流编号
确认号 ack (32bit)：期望收到下一字节序号
数据偏移 (4bit)：TCP 头部长度
6 个标志位（重点！）
- SYN：请求建立连接
- ACK：确认应答
- FIN：断开连接
- RST：重置连接
- PSH：推送数据
- URG：紧急指针
窗口大小 (16bit)：流量控制、滑动窗口
校验和
紧急指针

14.什么是IO多路复用，处理任务过程中与多线程有什么不同

IO 多路复用 (I/O Multiplexing) ：一个线程，通过系统提供的函数，同时监视多个文件描述符 (fd)，哪个 fd 就绪（可读 / 可写 / 异常），就去处理哪个 IO 事件。

IO 多路复用：1 个线程，把 1000 个 socket 交给内核监控，有数据来了再去读。
多线程模型：开 1000 个线程，每个线程阻塞等待一个客户端的数据。

对比项	多线程 (阻塞 IO)	IO 多路复用 (epoll 单线程)
线程数量	一个连接 ≈ 一个线程	1 个线程管理成千上万个连接
等待 IO 方式	线程阻塞，内核休眠该线程	线程阻塞在 epoll_wait，内核监控一堆 fd
并发上限	受线程数量限制，几千就瓶颈	受文件描述符限制，可支持十万级长连接
CPU 切换开销	大，大量线程频繁切换	极小，只有少量线程
阻塞影响	一个连接阻塞，只卡住自己那条线程	一段代码阻塞，卡住所有连接
编程模型	同步顺序，简单直观	事件驱动，回调 / 非阻塞，复杂度高
擅长场景	并发少、CPU 重业务、耗时任务	高并发网络 IO、短业务处理

select、poll、epoll 三者都是 IO 多路复用，作用都是监视多个文件描述符，等待 IO 就绪；主要差异在内核实现、性能、上限。

特性	select	poll	epoll
最大 fd 上限	1024	无限制	无限制
内核检测方式	轮询 O (n)	轮询 O (n)	事件回调 O (1)
数据拷贝	每次调用全量拷贝	每次调用全量拷贝	只需一次拷贝
返回结果	所有 fd，需遍历查找就绪	所有 fd，需遍历查找就绪	直接返回就绪列表
触发模式	水平触发 LT	水平触发 LT	LT / ET 两种
高并发性能	差	一般	优秀

15.服务器和客户端模型有哪些，cs、bs模型的区别

1. C/S 模型 (Client / Server，客户端‑服务器)

定义：需要安装独立客户端程序，客户端主动和服务器通信。例子：QQ、微信 PC 版、游戏客户端、MySQL 客户端、FTP、Netty/TCP 自定义服务。典型网络架构实现方案：

单线程阻塞模型：一次只能处理 1 个客户端，几乎淘汰
一连接一线程（多线程阻塞 IO）：accept 之后每个客户端新建线程，并发一般
IO 多路复用单线程 Reactor：epoll 单线程处理所有 IO，Redis,Nginx
主从 Reactor 多线程模型：Nginx、Netty；主线程监听 accept，子线程处理 IO、线程池执行业务

2. B/S 模型 (Browser / Server，浏览器‑服务器)

属于 C/S 的一个子集 ，客户端 = 浏览器，不用安装专用软件 。例子：网页、后台管理系统、各大网站。通信协议：HTTP/HTTPS（短连接为主，无状态） 浏览器就是通用客户端。

3. P2P 模型 (Peer‑to‑Peer 对等模型)

没有严格区分客户端和服务器，每台机器既当客户端也当服务端。例子：迅雷下载、BT、部分直播。

对比维度	C/S（客户端服务器）	B/S（浏览器服务器）
客户端	需要下载安装专属软件	不需要，浏览器即可访问
通信协议	TCP/UDP、WebSocket、自定义私有协议	HTTP/HTTPS
连接特点	常为长连接，持续双向通信	默认短连接，请求‑响应后断开
状态	可本地保存大量状态数据	无状态，靠 Cookie/Session/JWT 维持会话
运算压力	客户端分担一部分计算	绝大部分运算都放在服务器，客户端只负责渲染页面
升级维护	客户端、服务器两边都要更新；升级麻烦	只更新后端服务器代码，浏览器刷新即可，维护简单
跨平台	需要开发 Windows、Linux、Mac 多个版本	一次开发，任意浏览器都能用，天然跨平台
性能	传输快，交互流畅，可以做高实时性（游戏、聊天）	受 HTTP、网络延迟限制，实时性偏弱
安全	私有协议，安全性相对可控	开放 HTTP 协议，需要额外做防攻击

16.服务器并发模型有哪些

1. 多进程模型（一连接一进程）

每 accept 到一个客户端，fork() 创建新进程。

优点：进程隔离，一个客户端崩溃不会影响主服务；编程简单
缺点：进程开销极大；进程间通信麻烦；并发上限低例子：早期 Apache prefork 模式

2. 多线程模型（一连接一线程，C/S 最经典）

accept 之后创建子线程服务客户端。

优点：线程比进程轻量，代码共享；同步阻塞写法简单
缺点：线程栈内存、上下文切换开销；上万连接压力巨大；线程数有上限
瓶颈：连接数 ≈ 线程数

3. IO 多路复用模型（事件驱动，单 Reactor）

单线程 + select/poll/epoll，一个线程管理成千上万个连接 。典型：Reactor 单线程模型 流程：epoll_wait 等待事件 → 就绪就读取数据 → 执行业务 → 返回 epoll_wait

优点：极少线程，切换开销低，高并发长连接性能好
致命缺点：同一个线程，任何耗时阻塞操作，所有连接全部卡住 例子：Redis（单线程 Reactor）
解决阻塞方案：业务丢进线程池 → 引出多线程 Reactor

17.Linux中io有哪些io模型，如何给文件设置非阻塞

阻塞 IO（Blocking‑IO）

默认模式。调用read/recv，缓冲区没数据，线程直接休眠阻塞，直到数据到达

绝大多数文件、socket 默认都是阻塞。

非阻塞 IO（Non‑Blocking‑IO）

read 没有数据时不会阻塞，立刻返回‑1，errno = EAGAIN/EWOULDBLOCK。需要循环轮询，不断调用 read 去查有没有数据，CPU 空耗高，很少单独使用。

IO 多路复用（I/O Multiplexing）

select / poll / epoll，一个线程监视一堆 fd。等待 IO 就绪之后再去读写。读写的时候一般配合非阻塞 fd使用。

信号驱动 IO (SIG‑IO)

内核数据就绪时，给进程发送信号SIGIO，进程收到信号再读取数据。几乎很少用。

异步 IO (AIO)

发起 read 之后函数立刻返回；内核把数据拷贝到用户缓冲区完成之后，再通知你 。前面 4 种都属于同步 IO（进程需要自己参与数据拷贝）；只有 AIO 是真正异步。

简单区分：

同步 IO：程序需要等待数据
异步 IO：你发请求就可以干别的，内核全部干完通知你

给文件描述符设置非阻塞

方法 1：打开文件时直接设置 O_NONBLOCK

方法 2：已经打开的 fd，用 fcntl 设置非阻塞

18.HTTP的url的作用，长链接接和短链接的区别

URL（统一资源定位符） ：用来定位互联网上某一份资源的完整地址。

复制代码

http://www.xxx.com:8080/index.html?name=123#top

拆分：

http://：协议，规定客户端和服务器怎么通信
www.xxx.com：域名（服务器 IP 别名）
8080：端口号，找到服务器上对应的服务程序
/index.html：资源路径，服务器上哪个文件 / 接口
?name=123：查询参数，发给服务器的数据（GET 参数）
#top：锚点，浏览器本地跳转，不会发给服务器

长链接和短链接

对比项	短连接	HTTP 长连接 (keep‑alive)
TCP 生命周期	1 次请求 = 1 次 TCP 连接	一条 TCP 连接，多次请求响应复用
头部字段	`Connection: close`	`Connection: keep‑alive`
开销	每次都握手挥手，开销大	减少频繁建立断开 TCP，降低开销
服务器资源	请求完就释放，压力小	连接空闲时仍然占用服务器资源
适用场景	请求次数少、一次性访问（静态页面）	网页含有大量图片、多个接口请求，频繁通信

http请求方式、状态码详见https://blog.csdn.net/2401_82879595/article/details/164288617?spm=1001.2014.3001.5501