21. 应用编程与网络编程（45道）2

2.网络编程（29道）

2.1列举一下OSI协议的各种分层。说说你最熟悉的一层协议的功能。

（1）七层划分为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

（2）五层划分为：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

（3）四层划分为：应用层、传输层、网络层、网络接口层。（TCP/IP协议对应模型）

（4）各层功能：

应用层	在实现多个应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务，比如电子邮件、文件传输、远程登录等。
传输层	为通信双方的主机提供端到端的服务，有两个不同的传输协议TCP和UDP，TCP提供可靠交付，而UDP并不能保证可靠交付。
网络层	处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。
网络接口层	处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

2.2 TCP/IP协议包括？

应用层	Telnet（远程登录服务）、FTP（文件传输，使用TCP）、SMTP（建立于FTP上的邮件服务）、DNS（域名与IP地址相互转换）等
传输层	UDP（无连接、不可靠）、TCP（面向连接、可靠传输）
网络层	IP（为主机提供一种无连接、不可靠、尽力而为的数据服务）、ICMP（主机与路由器之间传递控制信息）、IGMP（主机与路由器之间进行组播成员信息交互）
网络接口层	ARP（IP 地址-> MAC地址）、RARP（MAC地址 -> IP地址）等

2.3 TCP通信建立和释放的过程？端口的作用？

（1）连接是三次握手，释放是四次挥手。

（2）端口是一个软件结构，被客户进程或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口。

2.4 IP地址转换成物理地址的协议？反之？

答案：

（1）将IP地址转换成物理地址的协议是ARP（地址解析协议）。

（2）反之则是RARP（反地址解析协议）。

解读：

（1）ARP协议工作流程：

①首先，每台主机都会在自己的ARP缓冲区( ARP Cache )中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址的对应关系。

②当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时，会首先检查自己ARP列表中是否存在该IP地址对应的MAC地址，如果有﹐就直接将数据包发送到这个MAC地址；如果没有，就向本地网段发起一个ARP请求的广播包，查询此目的主机对应的MAC地址。此ARP请求数据包里包括源主机的IP地址、硬件地址、以及目的主机的IP地址。

③网络中所有的主机收到这个ARP请求后，会检查数据包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包；如果相同，该主机首先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中，如果ARP表中已经存在该IP的信息，则将其覆盖，然后给源主机发送一个ARP响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的MAC地址；

④源主机收到这个ARP响应数据包后，将得到的目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

（2）RARP协议工作流程：

①网络上的每台设备都会有一个独一无二的硬件地址，通常是由设备厂商分配的MAC地址。PC1从网卡上读取MAC地址，然后在网络上发送一个RARP请求的广播数据包，请求RARP服务器回复该PC的IP地址。

②RARP服务器收到了RARP请求数据包，为其分配IP地址，并将RARP回应发送给PC1。

③PC1收到RARP回应后，就使用得到的IP地址进行通讯。

2.5 IP地址的编码分为哪两部分？

IP地址由两部分组成，网络号和主机号。不过是要和“子网掩码”按位与上之后才能区分哪些是网络位哪些是主机位。

2.6应用程序ping发出的是什么报文？

答案：应用程序ping发出的是ICMP请求报文。

解读：ping的原理是利用网络上机器IP地址的唯一性，给目标IP地址发送一个数据包，通过对方回复的数据包来确定两台网络机器是否连接相通，时延是多少。

2.7 socket编程的流程？

（1）服务器端流程：

函数	作用
socket()	创建套接字
bind()	绑定本地IP地址和端口号
listen()	设置监听队列长度
accept()	等待连接
read()	接收信息
close()	关闭套接字

（2）客户端流程：

函数	作用
socket()	创建套接字
connect()	发送连接请求
write()	发送信息
close()	关闭套接字

2.8 epoll是什么？

（1）epoll是Linux网络编程中用于处理大批量文件描述符的机制，是对select/poll的改进。

（2）select监听的fd是有上限的，32位处理器一般为1024；且select/poll每次调用会遍历所有fd，时间复杂度为O(n)，效率太低。而epoll监听的fd数量没有限制，且能在O(1)的时间复杂度内完成操作。

（3）epoll相关的系统调用有：epoll_creat、epoll_ctl、epoll_wait/epoll_pwait（可屏蔽特定信号），分别用来创建一个epoll文件描述符、添加/删除/修改需要侦听的文件描述符及事件、接收被侦听描述符的IO事件。epoll文件描述符用完之后直接close关闭即可。

2.9 TCP、UDP的区别？

（1）TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的。

（2）TCP是面向字节流的，UDP是基于数据报的。

（3）TCP提供可靠服务（正确性、顺序性），UDP提供不可靠服务。

（4）TCP程序结构复杂，占用资源多；UDP程序结构简单，占用资源少。

（5）TCP有拥塞控制；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，适合于实时应用，如IP电话、实时视频会议。

（6）TCP只支持一对一；UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多。

2.10 TCP、UDP分别有什么优点和缺点？

（1）TCP

优点：稳定可靠。在传输数据之前，会有三次握手来建立连接；在数据传输时，有校验和、确认、重传、序列号、窗口、拥塞控制机制；在数据传输结束后，还会有四次挥手来断开连接，节约系统资源。

缺点：效率低、占用系统资源多、易受攻击。建立连接和确认、重传、窗口、拥塞控制机制都会消耗大量时间；每台设备维护连接都会占用CPU、内存等资源；三次握手机制、确认机制导致TCP易受利用和攻击。

（2）UDP