Java面试题-day08网络

网络

1) 常用网络通信协议

TCP/IP协议
TCP传输控制协议:TCP协议是一种可靠的端对端协议，重发一切没有收到的数据，进行数据内容准确性检查并保证分组的正确顺序。
IP网际协议:规定数据传输格式
HTTP协议/HTTPS
HTTP超文本传输协议,基于请求和响应模式。
FTP协议
文件传输协议
SMTP协议
简单邮件传输协议
POP3/IMAP协议
POP3邮局协议版本3
IMAP:Internet消息访问协议

2) SOCKET中有几中连接方式，各有什么区别？

Sockets有两种主要的操作方式:面向连接(TCP/IP)的和无连接(UDP)的。
无连接的操作使用数据报协议，无连接的操作是快速的和高效的,但是数据安全性不佳.
面向连接的操作使用TCP协议.面向连接的操作比无连接的操作效率更低,但是数据的安全性更高

二者最大区别:TCP是面向连接的,而UDP是无连接的.区别大致如下:

1）UDP传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报,TCP传送的数据单	位协议是TCP报文段。

2）UDP发送数据之前不需要建立连接,因此减少了开销和发送之前的时延。
	TCP提供面向连接的服务,不提供广播或多播服务。
	
3）对方的运输层在收到UDP报文后,不需要给出任何确认。TCP则需要确认。

4）UDP没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低,	也不保证可靠交付,因此主机不需要维持
具有许多参数的、复杂的连接状	态表。TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务,因此不可避免地增加了许多的开销,
这不仅使协议数据单元的首部增大很多,还要占用许多的处理机	资源。

5）UDP用户数据报只有8个字节的首部开销,比TCP的20个字节的首部要短。

3) OSI七层模型

应用层：就是应用软件使用的协议，如邮箱使用的POP3，SMTP、远程登录使用的Telnet、获取IP地址的DHCP、域名解析的DNS、网页浏览的http协议等；这部分协议主要是规定应用软件如何去进行通信的。

表示层：决定数据的展现（编码）形式，如同一部电影可以采样、量化、编码为RMVB、AVI，一张图片能够是JPEG、BMP、PNG等。

会话层：为两端通信实体建立连接（会话），中间有认证鉴权以及检查点记录（供会话意外中断的时候可以继续，类似断点续传）。

传输层：将一个数据/文件斩件分成很多小段，标记顺序以被对端接收后可以按顺序重组数据，另外标记该应用程序使用的端口号及提供QOS。（不同的应用程序使用不同计算机的端口号，同样的应用程序需要使用一样的端口号才能正常通信）

网络层：路由选路，选择本次通信使用的协议（http、ftp等），指定路由策略及访问控制策略。（IP地址在这一层）

数据链路层：根据端口与MAC地址，做分组（VLAN）隔离、端口安全、访问控制。（MAC地址在这一层）处理VLAN内的数据帧转发，跨VLAN间的访问，需要上升到网络层。
物理层：将数据最终编码为用0、1标识的比特流，然后传输。（例如将题主头像的图片，变为一串01100111100这样的数字来表示）。

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基础理论说完,看个实例
两主机通信的过程，从发送者（以下简称A）到接收者（以下简称B），属于从7层（应用层）->1层（物理层）封装，然后传输到远端，再从1层（物理层）->7层（应用层）解封装的过程。

当A打开了QQ这个软件，相当就到达应用层了；因为软件会根据你的操作调动机器底层的硬件工作了。
当A往QQ这个软件的聊天窗口里面输入信息，发出后，QQ会将这个信息保存在本地聊天记录文件MSGEX.db（一般就保存在QQ目录下以你的QQ号码为文件夹里）。以某种格式编码/保存某种信息，这可以理解为表示层了。
当A打开与B的聊天窗口，输入信息，按下“输入”按钮，用户的操作就完结了，剩下都是机器自己的操作了。实际传输之前QQ会先建立A与B的会话连接，才真正开始传输信息/数据（你可以理解借传输文件理解：你发送文件给对方，要等待对方按下接收，才算建立了会话，然后才开始传输。）这算会话层了。
会话建立后，会将A发的信息斩件，如A发送“你吃了饭没有”？传输层将这句话斩成“你”“吃”“了”“饭”“没”“有”6个数据段，标记号使用的端口号，然后准备发出去。
接上一层，信息还未发出去，这时候在网络层做路由选路，可以理解为，从A家出去，可以分别经“联通”“电信”“移动”3个网络中的一个再到B家。
网络层根据路由协议负责选路（根据链路质量、带宽、开销等方法论）。假设最后选了2条，可能就A->联通->B发送“你”“吃”“了”3个数据段，A->电信->B发送“饭”“没”“有”3个数据段。
选路后，这一层要标记IP包头，包头主要内容是源IP地址，目的IP地址，使用什么协议。其中源、目的IP相当于你寄信的时候的收发的地址与邮政编码，标记出发送者与接收者。而协议相当于这封信到底用什么语言书写。（只有保证2端使用同种语言，才能确保通信起来，否则你用英文写信给大妈，大妈怎么看得懂呢？）
然后再到数据链路层，数据链路层主要是负责同一个子网内的通信的。例如A、B连接在同一台二层交换机，就属于同一个子网，那么数据帧的通信室是不需要通过网络层的（即三层交换机或者路由器），直接在这台二层交换机就过去了。这一层打的是MAC地址的帧头，对于上述通信过程来说，就是为数据帧打上A的机器的MAC与A的网关的MAC。这一层的工作就完成了。
最后一层了，经过上述斩件、打完各层标签后的6个数据帧，物理层将他们翻译文6段0、1表示的比特流，然后通过光纤、铜缆进行传输。
当比特流传输到了远端，接着B的机器按照上述的1~7的步骤反方向运行一次即可（即有物理层到应用层）。就是一层层读取标签，传输给标签标记着的相应对象，然后摘除标签，再读取上一层标签，直到最后B的应用程序能够读到A往应用程序输入的数据为止。

4) TCP的三次握手过程和四次挥手

TCP报文格式

上图中有几个字段需要重点介绍下：

    （1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
    （2）确认序号：Ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。
    （3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，

具体含义如下：
（A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
（B）ACK：确认序号有效。
（C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
（D）RST：重置连接。
（E）SYN：发起一个新连接。
（F）FIN：释放一个连接。

三次握手

所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：

TCP三次握手
（1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。

（2）第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

（3）第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

四次挥手

所谓四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：

TCP四次挥手
由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。
（1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
（2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
（3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
（4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。
上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况，具体流程如下图：

5) 什么是长连接、短连接？

在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接。也就是说，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的 Web页中包含有其他的Web资源，如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等；当浏览器每遇到这样一个Web资源，就会建立一个HTTP会话。
但从 HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这行代码：

Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的 TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。

长连接和短连接的优点和缺点

由上可以看出，长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接。不过这里存在一个问题，存活功能的探测周期太长，还有就是它只是探测TCP连接的存活，属于比较斯文的做法，遇到恶意的连接时，保活功能就不够使了。在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭它们之间的连接，Client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候，这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接，这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大长连接数，这样可以完全避免某个客户端连累后端服务。

短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。
长连接和短连接的产生在于client和server采取的关闭策略，具体的应用场景采用具体的策略，没有十全十美的选择，只有合适的选择。