TCP/IP面試一覽

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前言

最近和一同學聊天，他想換工作，然后去面了一家大廠。當時，他在簡歷上寫着精通 TCP/IP，本着對 TCP 協議稍有了解，面試官也不會深問的想法，就寫了精通二字。沒想到，大意了

開場

朋友約的是十點半的面試，提前了十分鍾到，然后安靜地坐在沙發等待，順便回憶下之前看的資料。快到十點半時，一個高瘦，穿着格子衫的男子推開門而進，說了句 “你好，我們來開始面試吧！”，朋友不失禮貌地笑着回了句 “行”

面試官：看你簡歷說精通 TCP 和 IP，那我們來討論下網絡模型和 TCP、IP 協議，講下你的理解先

• 朋友（怎么一上來就問 TCP，不按套路出牌啊，不該問問 java 基礎嗎？不過常規題，我還行）

• 朋友：網絡模型一般分七層：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。應用層的協議包括 HTTP、FTP、SMTP，而 TCP 屬於傳輸層，IP 協議則屬於網絡層

• 朋友：TCP/IP 網絡模型層次由上到下，層層包裝，每一層都對應不同的協議解析，我來畫個圖

  

面試官：看你畫的圖，TCP 有自己的首部結構，這都有哪些字段，最好說說它們的作用

• 朋友（什么鬼！當我百度詞典，這怎么記得住？等等，昨天晚上好像看過，有印象）

• 朋友：繼續畫個圖，直觀點

  

• 朋友：TCP 首部結構先是 16 位的源端口號和目標端口號、接着是 32 位的序列號和確認號。再下面就是 4bit 的頭部長度和 6 個 bit 的保留位及 6bit 的標志位

• 朋友：16 位的屬性則有窗口大小（控制發送窗口），檢驗和（校驗數據段是否未被修改）及緊急指針。最后是選項，其長度由頭部長度決定

• 朋友：詳細說下序列號，它是 TCP 報文段的一數字編號，為保證 TCP 可靠連接，每一個發送的數據段都要加上序列號。建立連接時，兩端都會隨機生成一個初始序列號。而確認號是和序列號配合使用的，應答某次請求時，則返回一個確認號，它的值等於對方請求序列號加 1

• 朋友：而 6 個標志位分別是，URG：這是條緊急信息，ACK: 應答消息，PSH: 緩沖區尚未填滿，RST: 重置連接，SYN: 建立連接消息標志，FIN：連接關閉通知信息

• 朋友：窗口大小是接收端用來控制發送端的滑動窗口大小

面試官：那 TCP 和 UDP 有什么區別

• 朋友（松了一口氣）

• 朋友：1）連接方面: TCP 面向連接。UDP 是無連接的，發送數據之前不需要建立連接

• 朋友：2）安全方面: TCP 提供可靠的服務，保證傳送的數據，無差錯，不丟失，不重復，且按序到達。UDP 則是盡最大努力交付，不保證可靠交付

• 朋友：3）傳輸效率：TCP 傳輸效率相對較低，UDP 傳輸效率高

面試官：剛才你說 TCP 是可靠的連接，它是怎么實現的

• 朋友：TCP 的連接是基於三次握手，而斷開則是四次揮手

• 朋友：為了保障數據不丟失及錯誤（可靠性），它有報文校驗、ACK 應答、超時重傳 (發送方)、失序數據重傳（接收方）、丟棄重復數據、流量控制（滑動窗口）和擁塞控制等機制

面試官：具體說一說三次握手和四次揮手機制

• 朋友（又是常規題，曬曬水啦）

• 朋友：TCP 是可靠的雙向通道，所以需要三次握手和四次揮手，我來畫個圖

• 三次握手

  

• 四次揮手

  

• 朋友：提前搶答下，關閉連接時需要四次揮手，比建立時多一次，是因為被動關閉端或許還有數據沒被送出去，不能像握手時一樣，第二次握手既是發起握手也是響應握手

面試官：如果沒有三次握手會有什么問題呢

• 朋友：如果只有兩次握手，client 發連接請求后不會再 ACK 服務端的 SYN

• 朋友：此時若客戶端因為自身原因判斷建立連接失敗，可能會重復建立 TCP 連接，而服務端卻會認為那些被 client 丟棄的 TCP 還是有效，會白白浪費資源

面試官：TIME_WAIT 和 CLOSE_WAIT 的區別在哪

• 朋友：CLOSE_WAIT 是被動關閉形成的；當對方 close socket 而發送 FIN 報文過來時，回應 ACK 之后進入 CLOSE_WAIT 狀態。隨后檢查是否存在未傳輸數據，如果沒有則發起第三次揮手，發送 FIN 報文給對方，進入 LAST_ACK 狀態並等待對方 ACK 報文到來

• 朋友：TIME_WAIT 是主動關閉連接方式形成的；處於 FIN_WAIT_2 狀態時，收到對方 FIN 報文后進入 TIME_WAIT 狀態；之后再等待兩個 MSL(Maximum Segment Lifetime: 報文最大生存時間)

面試官：TIME_WAIT 的作用呢，還有為啥狀態時間要保持兩個 MSL

• 朋友 (這問得太深了吧，老哥。還好昨天偷偷補課了)

• 朋友：1）TIME_WAIT 的作用是為了保證最后一次揮手的 ACK 報文能送達給對方，如果 ACK 丟失，對方會超時重傳 FIN，主動關閉端會再次響應 ACK 過去；如果沒有 TIME_WAIT 狀態，直接關閉，對方重傳的 FIN 報文則被響應一個 RST 報文，此 RST 會被動關閉端被解析成錯誤

• 朋友：2）存在兩個連接，第一個連接正常關閉，第二相同的連接緊接着建立；如果第一個連接的迷路報文到來，則會干擾第二連接，等待兩個 MSL 則可以讓上次連接的報文數據消逝在網絡

面試官：剛才你還有提到擁塞控制，TCP 協議用什么方式去解決擁塞的

• 朋友：第一方式是慢啟動和擁塞避免

• 朋友：1）慢啟動，TCP 發送端會維護一個擁塞窗口（congestionwindow）, 簡稱為 cwnd。擁塞窗口初始為 1 個報文段，每經過一次 RTT（數據完全發送完到確認的時間），窗口大小翻倍（指數增長，只是前期慢）

• 朋友：2）擁塞避免，它思路是讓擁塞窗口 cwnd 緩慢增大，發送方的 cwnd 達到閥值 ssthresh(初始值由系統決定的) 之后，每經過一個 RTT 就把擁塞窗口加一，而不是加倍（收到兩個或四個確認，都是 cwnd+1），cwnd 呈線性增加（加法增大）

• 朋友：（畫個圖好解析）

  

• 朋友：如果遇到網絡擁塞，擁塞窗口閥值 ssthresh 減半，cwnd 設置為 1，重新進入慢啟動階段

面試官：那擁塞控制還有其他什么方式呢

• 朋友：快重傳和快恢復

• 朋友：1）快重傳是當接收方收到了一個失序的報文，則立馬報告給發送方，趕緊重傳

• 朋友：假如接收方 M1 收到了，M2 沒有收到，之后的 M3、M4、M5 又發送了，此時接收方一共連續給發送方反饋了 3 個 M1 確認報文。那么快重傳規定，發送方只要連續收到 3 個重復確認，立即重傳對方發來的 M2（重復確認報文的后一個報文）

  

• 朋友：2）快恢復

• 朋友：當發送方連續收到三個重復確認，ssthresh 減半；由於發送方可能認為網絡現在沒有擁塞，因此與慢啟動不同，把 cwnd 值設置為 ssthresh 減半之后的值，然后執行擁塞避免算法，cwnd 線性增大

• 朋友：（再來一圖）

  

面試官：知道滑動窗口不，客戶端和服務端控制滑動窗口的過程是怎樣的

• 朋友：接收端將自己可以接收的緩沖區大小放入 TCP 首部中的 “窗口大小” 字段，通過 ACK 報文來通知發送端，滑動窗口是接收端用來控制發送端發送數據的大小，從而達到流量控制

• 朋友：其實發送方的窗口上限，是取值擁塞窗口和滑動窗口兩者的最小值

面試官：那你知道滑動窗口和擁塞窗口有什么區別不

• 朋友：相同點都是控制丟包現象，實現機制都是讓發送方發得慢一點

• 朋友：不同點在於控制的對象不同

• 朋友：1）流量控制的對象是接收方，怕發送方發的太快，使得接收方來不及處理

• 朋友：2）擁塞控制的對象是網絡，怕發送方發的太快，造成網絡擁塞，使得網絡來不及處理

面試官：TCP 的粘包和拆包問題，你怎么看

• 朋友：程序需要發送的數據大小和 TCP 報文段能發送 MSS（Maximum Segment Size，最大報文長度）是不一樣的

• 朋友：大於 MSS 時，而需要把程序數據拆分為多個 TCP 報文段，稱之為拆包；小於時，則會考慮合並多個程序數據為一個 TCP 報文段，則是粘包；其中 MSS = TCP 報文段長度 - TCP 首部長度

• 朋友：在 IP 協議層或者鏈路層、物理層，都存在拆包、粘包現象

面試官：那解決粘包和拆包的方法都有哪些？

• 朋友：1）在數據尾部增加特殊字符進行分割

• 朋友：2）將數據定為固定大小

• 朋友：3）將數據分為兩部分，一部分是頭部，一部分是內容體；其中頭部結構大小固定，且有一個字段聲明內容體的大小

面試官：SYN Flood 了解嗎

• 朋友：SYN Flood 偽造 SYN 報文向服務器發起連接，服務器在收到報文后用 SYN_ACK 應答，此應答發出去后，不會收到 ACK 報文，造成一個半連接

• 朋友：若攻擊者發送大量這樣的報文，會在被攻擊主機上出現大量的半連接，耗盡其資源，使正常的用戶無法訪問，直到半連接超時

面試官：對 TCP 的掌握挺不錯的，下面問下 HTTP 的知識。你知道一次 HTTP 請求，程序一般經歷了哪幾個步驟？

• 朋友：1）解析域名 -> 2）發起 TCP 三次握手，建立連接 -> 3）基於 TCP 發起 HTTP 請求 -> 4）服務器響應 HTTP 請求，並返回數據 -> 5）客戶端解析返回數據

  

面試官：HTTP 有哪幾種響應狀態碼，列舉幾個你熟悉的

• 朋友：大概有以下幾種

• 200：表示成功正常請求

• 400：語義有誤，一般是請求格式不對

• 401：需求用戶驗證權限，一般是證書 token 沒通過認證

• 403：拒絕提供服務

• 404：資源不存在

• 500：服務器錯誤

• 503：服務器臨時維護，過載；可恢復

面試官：不錯，再考考你，session 和 cookie 有什么區別

• 朋友：1）存儲位置不同，cookie 是保存在客戶端的數據；session 的數據存放在服務器上

• 朋友：2）存儲容量不同，單個 cookie 保存的數據小，一個站點最多保存 20 個 Cookie；對於 session 來說並沒有上限

• 朋友：3）存儲方式不同，cookie 中只能保管 ASCII 字符串；session 中能夠存儲任何類型的數據

• 朋友：4）隱私策略不同，cookie 對客戶端是可見的；session 存儲在服務器上，對客戶端是透明對

• 朋友：5）有效期上不同，cookie 可以長期有效存在；session 依賴於名為 JSESSIONID 的 cookie，過期時間默認為 - 1，只需關閉窗口該 session 就會失效

• 朋友：6）跨域支持上不同，cookie 支持跨域名訪問；session 不支持跨域名訪問

面試官：不錯，那你了解什么是 HTTP 分塊傳送嗎

• 朋友：分塊傳送是 HTTP 的一種傳輸機制，允許服務端發送給客戶端的數據分成多個部分，該協議在 HTTP/1.1 提供

面試官：HTTP 分塊傳送有什么好處

• 朋友：HTTP 分塊傳輸編碼允許服務器為動態生成的內容維持 HTTP 持久連接

• 朋友：分塊傳輸編碼允許服務器在最后發送消息頭字段。對於那些頭字段值在內容被生成之前無法知道的情形非常重要，例如消息的內容要使用散列進行簽名

• 朋友：HTTP 服務器有時使用壓縮 （gzip 或 deflate）以縮短傳輸花費的時間。分塊傳輸編碼可以用來分隔壓縮對象的多個部分。在這種情況下，塊不是分別壓縮的，而是整個負載進行壓縮。分塊編碼有利於一邊進行壓縮一邊發送數據

面試官：HTTP 的長連接你怎么理解

• 朋友：長連接是指客戶端和服務建立 TCP 連接后，它們之間的連接會持續存在，不會因為一次 HTTP 請求后關閉，后續的請求也是用這個連接

• 朋友：長連接可以省去 TCP 的建立和關閉操作，對於頻繁請求的客戶端適合使用長連接，但是注意惡意的長連接導致服務受損（建議內部服務之間使用）

面試官：HTTP 是安全的嗎？怎么做到安全的 HTTP 協議傳輸

• 朋友：並非安全，HTTP 傳輸的數據都是明文的，容易被第三方截取；要做安全傳輸數據，可以使用 HTTP 的升級版 HTTPS 協議

面試官：HTTPS 和 HTTP 的區別，你是怎么理解的

• 朋友：1）http 協議的連接是無狀態的，明文傳輸

• 朋友：2）HTTPS 則是由 SSL/TLS＋HTTP 協議構建的有加密傳輸、身份認證的網絡協議

面試官：SSL/TLS 是什么，HTTPS 的安全性是怎樣實現的？

• 朋友：SSL(Secure Socket Layer 安全套接層) 是基於 HTTPS 下的一個協議加密層，保障數據私密性。TLS(Transport Layer Security) 則是升級版的 SSL

• 朋友：https 在 http 基礎加了一層安全認證及加密層 TLS 或者 SSL，它首先會通過安全層進行 ca 證書認證，正確獲取服務端的公鑰

• 朋友：接着客戶端會通過公鑰和服務端確認一種加密算法，后面的數據則可以使用該加密算法對數據進行加密

參考資料

[1]

騰訊面試 HTTP 與 TCP/IP20 連問，你能答出多少: https://blog.csdn.net/weixin_48182198/article/details/107611341

[2]

什么是 TCP/IP 協議？: https://blog.csdn.net/bjweimengshu/article/details/79214572

[3]

太厲害了，終於有人能把 TCP/IP 協議講的明明白白了！: https://developer.51cto.com/art/201906/597961.htm

[4]

TCP 的滑動窗口與擁塞窗口: https://blog.csdn.net/ligupeng7929/article/details/79597423