1.简述osi七层模型和TCP/IP五层模型
在制定计算机网络标准方面，起着重大作用的两大国际组织是：国际电信联盟电信标准化部门，与国际标准组织（ISO），虽然它们工作领域不同，但随着科学技术的发展，通信与信息处理之间的界限开始变得比较模糊，这也成了国际电信联盟电信标准化部门和ISO共同关心的领域。1984年，ISO发布了著名的OSI(Open System Interconnection)标准，它定义了网络互联的7层框架，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），即OSI开放系统互连参考模型。
虽然OSI是国际标准，但是它并没有成功通用的，TCP/IP协议较为常用
OSI七层模型
OSI定义了网络互联的七层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层），如下图所示：
第7层 应用层
应用层（Application Layer）提供为应用软件而设的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。例如:HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3、MySQL等
第6层 表示层
主条目：表示层（Presentation Layer）把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式
第5层 会话层
会话层（Session Layer）负责在数据传输中设置和维护电脑网络中两台电脑之间的通信连接。
第4层 传输层
传输层（Transport Layer）把传输表头（TH）加至数据以形成数据包。传输表头包含了所使用的协议等发送信息。例如:传输控制协议（TCP）等。
第3层 网络层
网络层（Network Layer）决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成报文。网络表头包含了网络数据。例如:互联网协议（IP）等。
第2层 数据链接层
数据链路层（Data Link Layer）负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时，会形成信息框（Data Frame）。数据链表头（DLH）是包含了物理地址和错误侦测及改错的方法。数据链表尾（DLT）是一串指示数据包末端的字符串。例如以太网、无线局域网（Wi-Fi）和通用分组无线服务（GPRS）等。分为两个子层：逻辑链路控制（logical link control，LLC）子层和介质访问控制（Media access control，MAC）子层
第1层 物理层
物理层（Physical Layer）在局部局域网上传送数据帧（Data Frame），它负责管理电脑通信设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机接口卡等
TCP/IP五层模型
Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议
TCP/IP是一个Protocol Stack，包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等许多协议
最早发源于1969年美国国防部（缩写为DoD）的因特网的前身ARPA网项目，1983年1月1日，TCP/IP取代了旧的网络控制协议NCP，成为今天的互联网和局域网的基石和标准,由互联网工程任务组负责维护 TCP/IP是一组协议的代名词，它包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。它是把OSI七层模型简化成了五层模型。每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。
TCP/IP和OSI模型的比较
相同点
两者都是以协议栈的概念为基础
协议栈中的协议彼此相互独立
下层对上层提供服务
不同点
OSI是先有模型；TCP/IP是先有协议，后有模型
OSI是国际标准，适用于各种协议栈；TCP/IP实际标准，只适用于TCP/IP网络
层次数量不同
2.总结描述TCP三次握手四次挥手
TCP包头结构
源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个,即65536
序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始
确认号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号数据偏移：表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位），4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就
是TCP首部最大60字节
URG：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效
ACK：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段
PSH：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中
RST：如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段
SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段
FIN：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段
窗口大小：表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value *Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到）得出此值
校验和：提供额外的可靠性
紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置
选项部分：其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节
SYN ,ACK,Seq的关系
SYN(synchronous): 建立连接
ACK(acknowledgement): 确认
SEQ(sequence):顺序编号
TCP连接的建立（三次握手）
最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。
1）TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
2）TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
3）TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
4）TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
5)当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
TCP连接的释放（四次挥手）
数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。
1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
常见面试题
【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。
【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？
答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。
现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。
【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接
3.描述TCP和UDP区别
TCP特性
工作在传输层
面向连接协议
全双工协议
半关闭
错误检查
将数据打包成段，排序
确认机制
数据恢复，重传
流量控制，滑动窗口
拥塞控制，慢启动和拥塞避免算法
更多关于tcp的内核参数，可参看man 7 tcp
TCP的特点
1）
TCP不提供广播或多播服务。每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，
每一条TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
2）
TCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应
包含多少个字节（UDP 发送的报文长度是应用进程给-出的）。
3）
TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。
TCP也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。
4）
在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。
5）
分组和确认分组都必须进行编号。
6）
超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。
7）
这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。
ARQ 表明重传的请求是自动进行的。接收方不-需要请求发送方重传某个出错的分组 。
8）
累积确认。
接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认，
而是对按序到达的最后一个分组发送确认，这样就表示：到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。累积确认有的优点是：容易实现，即使确认丢失也不必重传。
缺点是：不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。
9）
TCP中发送缓存和接收缓存的作用
发送缓存存放：发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据；
TCP已发送出但尚未收到确认的数据。
接收缓存存放：按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据；
不按序到达的数据。
UDP特性
工作在传输层
提供不可靠的网络访问
非面向连接协议
有限的错误检查
传输性能高
无数据恢复特性
更多关于udp的内核参数，可参看man 7 udp
UPD的特点
1）
UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
2）
UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。
3）
UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。
4）
UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
5）
UDP 的首部开销小，只有 8个字节。
6）
发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。应用层交给UDP多长的报文，UDP 就照样发送，即一次发送一个报文。接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程，一次交付一个完整的报文。应用程序必须选择合适大小的报文。
TCP与UDP区别
1）
TCP面向连接;
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。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
DP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
