面试常问网络协议

字节一面中，被问http和https的区别以及加密流程，ARP协议以及寻址过程，当时也都回答了，小问题还是很多。小米的面试中，也被问到ICMP协议的流程。大厂对于网络协议方面的拷打还是比较严格的，值得引起关注。直接总结以防下次被狂问。

HTTP 1.1 / HTTPS / HTTP 2.0 / HTTP 3.0

HTTP 1.1
优点：1.简单，其基本的报文格式为header+body。
2.其协议里的各类请求方法、状态码等各组成部分没有被固定，可自定义扩展。例如HTTPS就是在HTTP层和TCP层之间增加了SSL/TLS层。
缺点：1.无状态，服务器不会去记录HTTP的状态。
2.明文传输，信息容易被窃取。
3.请求/响应头部未经压缩就发送，只能压缩Body部分。
4.请求只能从客户端开始，服务端只能被动响应。
特点：1.基于TCP/IP，使用了[请求-应答]的通信模式。
2.长连接，持久连接，相较于HTTP 1.0的短链接，此方式减少了TCP连接的重复性。
3.管道网络传输，一个TCP连接中，客户端可以发送多个请求，第一个请求出去了，不等其返回就可以发送第二个。但是服务器必须按照接受请求的顺序发送对这些管道化请求的响应。
4.解决了请求的队头阻塞，但是没有解决响应的队头阻塞。

HTTPS
HTTPS在HTTP层与TCP层之间加入SSL/TLS层。
利用混合加密的方式实现信息机密性，利用摘要算法实现完整性，并将服务器公钥加入到数字证书中。
大致流程为：客户端向服务器索要并验证服务器的公钥，双方协商生产会话密钥，双方采用会话密钥进行加密通信。

TLS四次握手阶段

1.客户端向服务器发起加密请求，客户端生成随机数（Random1）发送给服务器。
2.服务器收到请求后，向客户端响应，同时生成随机数（Random2）连同服务器数字证书发送给客户端。
3.客户端收到回应，会验证数字证书真实性，若没有问题，从数字证书中取出服务器公钥，用此公钥加密报文，并向服务器发送以下信息：一个随机数（key），客户端结束通知。此时，客户端与服务端都拥有了三个随机数，各自生成本次通信的会话密钥。
4.服务端收到客户端发送的随机数（key）后，计算出本次通信的会话密钥，然后向客户端发送信息：服务端握手结束通知。接下来，双方进入加密通信。

HTTP 2的优化
HTTP 2协议基于HTTPS，相较于HTTP 1.1，其性能提升集中于以下几个方面：
1.头部压缩
如果同时发出多个请求，或许头部相似，那么协议会消除重复部分。例如HPACK算法。
2.二进制格式
HTTP 2不再像HTTP 1.1中纯文本形式的报文，而是采用二进制格式，头部信息与数据体都是二进制，统称为帧：头信息帧和数据帧。
3.并发传输
引入了Stream概念，多个Stream复用一条TCP连接，一个Stream包含多个Message，Message对应HTTP 1中的请求或者响应。Message中包含一个或者多个Frame，Frame是HTTP 2最小单位，以二进制压缩格式存放HTTP 1中的内容。
4.服务器推送
一定程度改善了[请求-应答]工作模式，服务器可以主动向客户端发送信息，双方都可以建立Stream。

缺点：
HTTP 2基于TCP协议传输数据，TCP是字节流协议，必须保证收到字节数据是完整且连续，只要一个字节的数据没有到达，那么内核就不会将缓存区的数据返回给HTTP应用。那么数据就只能存在于内核缓存区中。因此，HTTP 2还是存在队头阻塞问题。

HTTP 3的优化
HTTP 3把HTTP下层的TCP协议换成UDP，UDP发送不管顺序，也不管丢包，基于UDP的QUIC协议可以实现类似TCP的可靠传输。
QUIC特点：
1.无队头阻塞
QUIC 协议也有类似 HTTP/2 Stream 与多路复用的概念，也是可以在同一条连接上并发传输多个 Stream。QUIC 有自己的一套机制可以保证传输的可靠性的。当某个流发生丢包时，只会阻塞这个流，其他流不会受到影响，不存在队头阻塞问题。
2.更快连接建立
在HTTP 2中TCP和TLS是分层的，需要分批次握手，先TCP握手，再TLS握手。但是QUIC内部包含了TLS，仅需1个RTT就可以同时完成建立连接与密钥协商。
3.连接迁移
基于TCP的HTTP协议，通过四元组确定一条TCP连接，当移动设备的网络从 4G 切换到 WIFI 时，意味着 IP 地址变化了，那么就必须要断开连接，然后重新建立连接。而QUIC通过连接ID标记通信的两个端点，达到连接迁移功能。

DNS

查询服务器域名对应的IP地址。DNS中域名通过句号来分隔，越靠右的位置层级越高。域名的层级关系类似一个树状结构：根DNS服务器(.)–>顶级域DNS服务器(.com)–>权威DNS服务器(xxx.com)。
每次域名解析会先查询缓存，首先查询的是浏览器，其次查询操作系统，再去hosts文件查询，若都没有，再去本地DNS服务器查询。

ARP

地址解析协议，通过目的IP地址得到目的MAC地址。ARP协议在以太网中以广播形式，获得MAC地址。考虑每次都广播获取，比较麻烦。操作系统会将查询结果放到ARP缓存的内存空间中。每次发包之前，先查询ARP缓存，若不存在目的MAC地址，则发送ARP广播查询。

ICMP

告知网络包传送过程中产生的错误以及各种控制信息。像常用的命令ping等都体现了ICMP。
ping命令的作用以及流程：
其作用为查询某个网络节点的连通性。通过返回的差错信息来判断哪个环节出现问题。
1.向目的服务器发送回显请求
向目的服务器上执行ping命令，主机会构建一个 ICMP 回显请求消息数据包。
2. 目的服务器发送回显应答
目的服务器收到回显请求数据包后，会向发送方发送回显请求。
3.发送方服务器显示相关数据
如果发送方服务器可以接收到回显应答数据包，可以认为目的服务器正常工作。

主要来源：小林coding

文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/184540.html