[网络协议]Java面试题（三）

计算机网络

• 网络七层模型（OSI七层模型）

第一层：物理层
??规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。所以物理层以二进制数据形式在物理媒体上传输数据。在这一层，数据的单位称为比特（bit），数据流也称为比特流。
第二层：数据链路层
??在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的单位称为帧（frame）。
第三层：网络层
??在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。
第四层：传输层
??第4层的数据单元也称作数据包（packets）。第4层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中 传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。
第五层：会话层
??这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，而是统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。
第六层：表示层
??这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。
第七层：应用层
??应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

• TCP/IP 五层模型的协议
  TCP/IP参考模型是计算机网络的祖父ARPANET和其后继的因特网使用的参考模型

• 7层模型和5层模型对比图
  

• TCP/UDP协议?区别？
  ?TCP即传输控制协议（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通讯协议。
  ?UDP是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是OSI参考模型中的传输层协议，它是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。
  ?区别： UDP 与 TCP 的主要区别在于 UDP 不一定提供可靠的数据传输。事实上，该协议不能保证数据准确无误地到达目的地。UDP 在许多方面非常有效。当某个程序的目标是尽快地传输尽可能多的信息时（其中任意给定数据的重要性相对较低），可使用 UDP。ICQ 短消息使用 UDP 协议发送消息。许多程序将使用单独的TCP连接和单独的UDP连接。重要的状态信息随可靠的TCP连接发送，而主数据流通过UDP发送。

• TCP协议三次握手四次挥手
  三次握手（建立连接）：
  ??第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。
  ??第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
  ??第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。
  
  四次挥手（释放连接）：
  ?（1） 关闭客户端到服务器的连接：首先客户端A发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送，然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1，序列号seq=u。
  ?（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认号ack为收到的序号加1。
  ?（3） 关闭服务器到客户端的连接：也是发送一个FIN给客户端。
  ?（4） 客户段收到FIN后，并发回一个ACK报文确认，并将确认序号seq设置为收到序号加1。 首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

• HTTP/HTTPS区别？
  ?HTTP：超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息，HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密。
  ?HTTPS：安全套接字层超文本传输协议HTTPS，为了数据传输的安全，HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL协议，SSL依靠证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。
  区别：
  （1）https协议要申请证书到ca，需要一定经济成本；
  （2） http是明文传输，https是加密的安全传输；
  （3） 连接的端口不一样，http是80，https是443；
  （4）http连接很简单，没有状态；https是ssl加密的传输，身份认证的网络协议，相对http传输比较安全。

• SSL四次握手
  1、 客户端发出请求
  ??首先，客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。
  2、服务器回应
  ??服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做SeverHello。
  3、客户端回应
  ??客户端收到服务器回应以后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。
  4、服务器的最后回应
  ??服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"。然后，向客户端最后发送下面信息。
  （1）编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
  （2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。
  ??至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容。

• HTTP常见状态码以及含义
  100 （继续） 请求者应当继续提出请求。 服务器返回此代码表示已收到请求的第一部分，正在等待其余部分。
  101 （切换协议） 请求者已要求服务器切换协议，服务器已确认并准备切换。
  200 成功处理了请求，一般情况下都是返回此状态码；
  205 服务器成功处理了请求，但没有返回任何内容；
  301 （永久移动） 请求的网页已永久移动到新位置。 服务器返回此响应（对 GET 或 HEAD 请求的响应）时，会自动将请求者转到新位置。
  302 （临时移动） 服务器目前从不同位置的网页响应请求，但请求者应继续使用原有位置来进行以后的请求。
  400 服务器不理解请求的语法。
  401 请求要求身份验证。 对于需要登录的网页，服务器可能返回此响应。
  403 服务器拒绝请求。
  404 服务器找不到请求的网页。
  405 禁用请求中指定的方法。
  408 服务器等候请求时发生超时。
  410 如果请求的资源已永久删除，服务器就会返回此响应。
  414 请求的 URI（通常为网址）过长，服务器无法处理。
  415 请求的格式不受请求页面的支持。
  500 （服务器内部错误） 服务器遇到错误，无法完成请求。
  501 （尚未实施） 服务器不具备完成请求的功能。 例如，服务器无法识别请求方法时可能会返回此代码。
  502 （错误网关） 服务器作为网关或代理，从上游服务器收到无效响应。
  503 （服务不可用） 服务器目前无法使用（由于超载或停机维护）。 通常，这只是暂时状态。
  504 （网关超时） 服务器作为网关或代理，但是没有及时从上游服务器收到请求。
  505 （HTTP 版本不受支持） 服务器不支持请求中所用的 HTTP 协议版本。

• 浏览器从接收到一个URL，到最后展示出页面，经历了哪些过程
  1.DNS解析
  2.TCP连接
  3.发送HTTP请求
  4.服务器处理请求并返回HTTP报文
  5.浏览器解析渲染页面

• 路由器和交换机的区别？
  1、工作层次不同：交换机比路由器更简单，路由器比交换器能获取更多信息，交换机工作在数据链路层，而路由器工作在网络层
  2、数据转发所依据的对象不同：交换机的数据转发依据是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址
  而路由器是依据ip地址进行工作的
  3、传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域;而路由器可以分割广播域

• DNS的寻址过程？
  （1）在浏览器中输入www.xxx.com域名，检查浏览器缓存、检查本地hosts文件是否有这个网址的映射，如果有，就调用这个IP地址映射，解析完成。
  （2）如果hosts里没有这个域名的映射，则查找本地DNS解析器缓存，是否有这个网址映射关系，如果有，直接返回，完成域名解析。
  （3）如果没有，则查找填写或分配的首选DNS服务器，称为本地DNS服务器。服务器接收到查询时：如果要查询的域名包含在本地配置区域资源中，返回解析结果，查询结束，此解析具有权威性。如果要查询的域名不由本地DNS服务器区域解析，但服务器缓存了此网址的映射关系，返回解析结果，查询结束，此解析不具有权威性。
  （4）如果本地DNS服务器也失效：如果未采用转发模式（迭代），本地DNS就把请求发至13台根DNS，根DNS服务器收到请求后，会判断这个域名（如.com）是谁来授权管理，并返回一个负责该顶级域名服务器的IP，本地DNS服务器收到顶级域名服务器IP信息后，继续向该顶级域名服务器IP发送请求，该服务器如果无法解析，则会找到负责这个域名的下一级DNS服务器（如http://baidu.com）的IP给本地DNS服务器，循环往复直至查询到映射，将解析结果返回本地DNS服务器，再由本地DNS服务器返回解析结果，查询完成。如果采用转发模式（递归），则此DNS服务器就会把请求转发至上一级DNS服务器，如果上一级DNS服务器不能解析，则继续向上请求。最终将解析结果依次返回本地DNS服务器，本地DNS服务器再返回给客户机，查询完成。

• 负载均衡 反向代理模式的优点、缺点
  （1）反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。
  （2）反向代理负载均衡技术是把将来自internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。
  （3）反向代理负载均衡能以软件方式来实现，如apache mod_proxy、netscape proxy等，也可以在高速缓存器、负载均衡器等硬件设备上实现。反向代理负载均衡可以将优化的负载均衡策略和代理服务器的高速缓存技术结合在一起，提升静态网页的访问速度，提供有益的性能；由于网络外部用户不能直接访问真实的服务器，具备额外的安全性（同理，NAT负载均衡技术也有此优点）。
  （4）其缺点主要表现在以下两个方面
  反向代理是处于OSI参考模型第七层应用的，所以就必须为每一种应用服务专门开发一个反向代理服务器，这样就限制了反向代理负载均衡技术的应用范围，现在一般都用于对web服务器的负载均衡。
  针对每一次代理，代理服务器就必须打开两个连接，一个对外，一个对内，因此在并发连接请求数量非常大的时候，代理服务器的负载也就非常大了，在最后代理服务器本身会成为服务的瓶颈。
  一般来讲，可以用它来对连接数量不是特别大，但每次连接都需要消耗大量处理资源的站点进行负载均衡，如search等。

操作系统

• 你怎么理解操作系统里的内存碎片？
  内存碎片分为：内部碎片和外部碎片。
  ??内部碎片就是已经被分配出去（能明确指出属于哪个进程）却不能被利用的内存空间；内部碎片是处于区域内部或页面内部的存储块。占有这些区域或页面的进程并不使用这个存储块。而在进程占有这块存储块时，系统无法利用它。直到进程释放它，或进程结束时，系统才有可能利用这个存储块。
  ??单道连续分配只有内部碎片。多道固定连续分配既有内部碎片，又有外部碎片。
  ??外部碎片指的是还没有被分配出去（不属于任何进程），但由于太小了无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲区域。外部碎片是出于任何已分配区域或页面外部的空闲存储块。这些存储块的总和可以满足当前申请的长度要求，但是由于它们的地址不连续或其他原因，使得系统无法满足当前申请。
• 什么是页式存储？
  主存被等分成大小相等的片，称为主存块，又称为实页。
  当一个用户程序装入内存时，以页面为单位进行分配。页面的大小是为2^n ,通常为1KB、2KB、2^nKB等
• 系统如何提高并发性？
  1、提高CPU并发计算能力
  （1）多进程&多线程
  （2）减少进程切换，使用线程，考虑进程绑定CPU
  （3）减少使用不必要的锁，考虑无锁编程
  （4）考虑进程优先级
  （5）关注系统负载
  2、改进I/O模型
  （1）DMA技术
  （2）异步I/O
  （3）改进多路I/O就绪通知策略，epoll
  （4）Sendfile
  （5）内存映射
  （6）直接I/O

数据结构与算法

• Java中的HashMap的工作原理是什么？
  ?HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。 每当往hashmap里面存放key-value对的时候，都会为它们实例化一个Entry对象，这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。Entry具体存在table的那个位置是 根据key的hashcode()方法计算出来的hash值（来决定）。
• 常见的数据结构？分别介绍一下？
  （1）数组：存放着一组相同类型的数据，需要预先指定数组的长度，有一维数组、二维数组、多维数组等。
  （2）链表：链表是C语言中一种应用广泛的结构，它采用动态分配内存的形式实现，用一组任意的存储单元存放数据元素链表的，一般为每个元素增设指针域，用来指向后继元素。
  （3）栈：栈是一种特殊的线性表，仅能在线性表的一端操作，栈顶允许操作，栈底不允许操作。栈的特点是：先进后出，或者说是后进先出，从栈顶放入元素的操作叫入栈，取出元素叫出栈。
  （4）队列：队列与栈一样，也是一种线性表，不同的是，队列可以在一端添加元素，在另一端取出元素，也就是：先进先出。从一端放入元素的操作称为入队，取出元素为出队。
  （5）树：树是一种数据结构，它是由n（n>=1）个有限节点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做 “树” 是因为它看起来像一棵倒挂的树，也就是说它是根朝上，而叶朝下的。
  （6）散列表：散列表，也叫哈希表，是根据关键码和值 (key和value) 直接进行访问的数据结构，通过key和value来映射到集合中的一个位置，这样就可以很快找到集合中的对应元素。
  （7）堆：堆是一种比较特殊的数据结构，可以被看做一棵树的数组对象，具有以下的性质：堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值；堆总是一棵完全二叉树。将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。常见的堆有二叉堆、斐波那契堆等。
  （8）图：图是由结点的有穷集合V和边的集合E组成。其中，为了与树形结构加以区别，在图结构中常常将结点称为顶点，边是顶点的有序偶对，若两个顶点之间存在一条边，就表示这两个顶点具有相邻关系。
• TreeMap和TreeSet在排序时如何比较元素？
  ?TreeSet要求存放的对象所属的类必须实现Comparable接口，该接口提供了比较元素的compareTo()方法，当插入元素时会回调该方法比较元素的大小。TreeMap要求存放的键值对映射的键必须实现Comparable接口从而根据键对元素进行排序。
• 归并排序原理？
  ?先把n个元素的局部数组“分割成两个局部数组，每个数组各包含n/2个元素，然后将前一半后一半各自排序，把两半归并到一个新的有序数组里，再拷贝回原数组，排序完成。
• 你知道哪些排序算法，这些算法的时间复杂度分别是多少？
  

设计模式

• 如何实现动态代理？
  Java实现动态代理的大致步骤如下：
  ?1.定义一个委托类和公共接口。
  ?2.自己定义一个类（调用处理器类，即实现 InvocationHandler 接口），这个类的目的是指定运行时将生成的代理类需要完成的具体任务（包括Preprocess和Postprocess），即代理类调用任何方法都会经过这个调用处理器类（在本文最后一节对此进行解释）。
  ?3.生成代理对象（当然也会生成代理类），需要为他指定(1)委托对象(2)实现的一系列接口(3)调用处理器类的实例。因此可以看出一个代理对象对应一个委托对象，对应一个调用处理器实例。
  ?4.Java 实现动态代理主要涉及以下几个类：
  ??①java.lang.reflect.Proxy: 这是生成代理类的主类，通过 Proxy 类生成的代理类都继承了 Proxy 类，即 DynamicProxyClass extends Proxy。
  ??②java.lang.reflect.InvocationHandler: 这里称他为"调用处理器"，他是一个接口，我们动态生成的代理类需要完成的具体内容需要自己定义一个类，而这个类必须实现 InvocationHandler 接口。
• 请你介绍一下单例模式？懒汉式和饿汉式
  ?保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。优点：单例类只有一个实例、共享资源，全局使用节省创建时间，提高性能。
  ?懒汉式默认不会实例化，外部什么时候调用什么时候new。饿汉式在类加载的时候就实例化，并且创建单例对象。饿汉式线程安全 (在线程还没出现之前就已经实例化了，因此饿汉式线程一定是安全的)。懒汉式线程不安全( 因为懒汉式加载是在使用时才会去new 实例的）