网络编程面试题整理(一)

1:tcp和udp的区别

首先,了解网络经典的五层协议体系结构:物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。信号的传输总要符合一定的协议(protocol),而计算机之间的通信也要遵循不同层次的协议,来实现计算机的通信。在网络层有IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议和BOOTP协议。在传输层中有TCP协议与UDP协议。在应用层有FTP、HTTP、TELNET、SMTP、DNS等协议。

而本问的tcp和udp就是工作在传输层的两个重要协议。其中TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是基于连接的协议,也就是说,在正式收发数据前,必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来,简单概况就是:

1. 主机A向主机B发出连接请求数据包:“我想给你发数据,可以吗?”,这是第一次对话;

2. 主机B向主机A发送同意连接和要求同步(同步就是两台主机一个在发送,一个在接收,协调工作)的数据包:“可以,你什么时候发?”,这是第二次对话;

3. 主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步:“我现在就发,你接着吧!”,这是第三次对话。

三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步,经过三次“对话”之后,主机A才向主机B正式发送数据。

而UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是面向非连接的协议,它不与对方建立连接,而是直接就把数据包发送过去!

TCP与UDP区别总结:

1、TCP面向连接(如打电话要先拨号建立连接);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,有验证重发机制。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保证可靠交付;

3、TCP面向字节流,实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的。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IP电话,实时视频会议等);

4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信;

5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小,只有8个字节;

6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道,UDP则是不可靠信道。

2:tcp连接建立的时候3次握手,断开连接的4次挥手的具体过程

建立连接采用的3次握手协议,具体是指:
       第一次握手是客户端connect连接到server;server accept client的请求之后,向client端发送一个消息,相当于说我都准备好了,你连接上我了,这是第二次握手;第3次握手就是client向server发送的,就是对第二次握手消息的确认。之后client和server就开始通讯了。
断开连接的4次握手,具体如下:
       断开连接的一端发送close请求是第一次握手(一般是客户端);另外一端接收到断开连接的请求之后需要对close进行确认,发送一个消息,这是第二次握手,发送了确认消息之后还要向对端发送close消息,要关闭对对端的连接,这是第3次握手,而在最初发送断开连接的一端接收到消息之后,进入到一个很重要的状态time_wait状态,这个状态也是面试官经常问道的问题,最后一次握手是最初发送断开连接的一端接收到消息之后。对消息的确认。

具体的三次握手和四次挥手参看收藏里面的对应博客!

3:流量控制和拥塞控制

进行拥塞控制的原因:为了方便,我们假设主机A给主机B传输数据。我们知道,两台主机在传输数据包的时候,如果发送方迟迟没有收到接收方反馈的ACK,那么发送方就会认为它发送的数据包丢失了,进而会重新传输这个丢失的数据包。然而实际情况有可能此时有太多主机正在使用信道资源,导致网络拥塞了,而A发送的数据包被堵在了半路,迟迟没有到达B。这个时候A误认为是发生了丢包情况,会重新传输这个数据包。结果就是不仅浪费了信道资源,还会使网络更加拥塞。因此,我们需要进行拥塞控制。所谓的拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中去,这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。

流量控制:一般来说,总是希望数据传输得更快一点。但如果发送方把数据发送得太快,接收方就可能来不及接收,这就会造成数据的丢失。所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快,要让接收方来得及接收。

TCP 的流量控制与拥塞控制可以说是一体的。主要区别如下:

流量控制:

(1)是通过滑动窗口来实现的。 滑动窗口分为发送端窗口和接收端窗口。窗口有大小限制,窗口大小是接收端用来告诉发送端目前接收端能接收的最大字节数。窗口的大小在TCP协议头里,大小为16位。然而在TCP协议的可选项里,还可以定义窗口的比例因子,因此实际的窗口大小可以超过64KB。窗口的含义实际上就是接收缓冲区的大小。
(2)发送窗口维护了发送端发送的已被接收端ACK的序号,以及已经发送的最大序号,这样就可以知道还能发送多少的新数据。
(3)接收窗口维护了已经ACK的序号,以及所有接收到的包序号。
(4)窗口大小在特定的一次连接通信过程中,大小是不变的。而滑动窗口是一种机制,滑动窗口的大小在发送端代表的是可发送的数据大小,在接收端代表的是可接收的数据大小,它们是动态变化的。


拥塞控制:

(1)是通过拥塞窗口来实现的。

(2)拥塞控制一般包括慢启动、拥塞避免两个阶段。

(3)慢启动阶段是从1开始指数增长到限定大小的过程。

(4)拥塞避免阶段时超过限定大小之后线性增加的过程,以及发现丢包后将拥塞窗口改为1,并把限定大小减半的过程。

4:多线程如何同步

通常面试中常会涉及到多线程,那么什么是多线程的同步和异步?多线程的同步:相当于多个线程去同时访问同一块资源,但是每次只能有一个线程去访问,也就是会阻塞。解决线程同步的方法有(这也是常问的)临界区、互斥区、事件、信号量四种方式

临界区(Critical Section)、互斥量(Mutex)、信号量(Semaphore)、事件(Event)的区别
1)、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问,如果有多个线程试图访问公共资源,那么在有一个线程进入后,其他试图访问公共资源的线程将被挂起,并一直等到进入临界区的线程离开,临界区在被释放后,其他线程才可以抢占。
2)、互斥量:采用互斥对象机制。 只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限,因为互斥对象只有一个,所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享,还能实现不同应用程序的公共资源安全共享 .互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享,而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
3)、信号量:它允许多个线程在同一时刻访问同一资源,但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同,信号允许多个线程同时使用共享资源,这与操作系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源,但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量S是一个整数,S大于等于零时表示可供并发进程使用的资源实体数,但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。
   P操作申请资源:
  (1)S减1;
  (2)若S减1后仍大于等于零,则进程继续执行;
  (3)若S减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转入进程调度。
  
  V操作 释放资源:
  (1)S加1;
  (2)若S大于零,则进程继续执行;
  (3)若S小于等于零,则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程,然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。

4)、事 件: 通过通知操作的方式来保持线程的同步,还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作 .

总结:
  1) 互斥量与临界区的作用非常相似,但互斥量是可以命名的,也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多,所以如果只为了在进程内部使用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建,就可以通过名字打开它。
  2) 互斥量(Mutex),信号量(Semaphore),事件(Event)都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作,而其他的对象与数据同步操作无关,但对于进程和线程来讲,如果进程和线程在运行状态则为无信号状态,在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。
  3) 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用,但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理,比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统,可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作,这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求,信号量对象可以说是一种资源计数器。

5:进程和线程的区别

线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。与进程的区别:

(1)调度:线程作为调度和分配的基本单位,进程作为拥有资源的基本单位。

(2)并发性:不仅进程之间可以并发执行,同一个进程的多个线程之间也可并发执行。

(3)拥有资源:进程是拥有资源的一个独立单位,线程不拥有系统资源,但可以访问隶属于进程的资源.

(4)系统开销:在创建或撤消进程时,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。

6:进程间通讯的方式有哪些,各有什么优缺点。

1)管道:管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程之间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

2)有名管道(FIFO):有名管道也是半双工的通信方式,但是允许在没有亲缘关系的进程之间使用,管道是先进先出的通信方式。

3)信号量:信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

4)消息队列:消息队列是有消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

5)信号 ( sinal ) :信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。

6)共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号量,配合使用,来实现进程间的同步和通信。
7)套接字( socket ) :套接字也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同机器间的进程通信。

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