Linux网络编程面试高频题-编程阁

1. 什么是高可靠通信？

高可靠通信是指在通信过程中，数据能够无丢失、无重复、无乱序、无损坏地从发送方传递到接收方，并且能够应对网络丢包、延迟、乱序等异常情况。

典型实现：TCP 协议，通过确认应答、超时重传、序号机制、校验和等方式保证可靠性。

2. TCP 与 UDP 的区别有哪些？

对比项	TCP	UDP
连接性	面向连接（三次握手建立连接）	无连接
可靠性	可靠传输（确认、重传、校验）	不可靠传输（不保证到达）
有序性	保证数据按序到达	不保证有序
流量控制	支持滑动窗口流量控制	不支持
拥塞控制	支持拥塞控制	不支持
适用场景	文件传输、网页浏览、邮件	直播、语音通话、游戏

3. 简述三种超时检测的办法

固定超时重传：设置固定的超时时间，超时未收到 ACK 则重传。实现简单，但无法适应网络变化，容易出现过早或过晚重传。
自适应超时重传（RTO）：基于往返时间（RTT）动态计算超时时间，公式：RTO = SRTT + 4 * RTTvar，能更好地适应网络波动。
** Karn 算法 **：不使用重传报文的 RTT 样本，避免 RTT 测量不准导致的超时计算错误，配合自适应 RTO 使用。

4. 什么是粘包？如何解决粘包问题？

粘包：TCP 是字节流协议，没有消息边界，多个独立的数据包可能被合并成一个发送，导致接收方一次读取多个消息，造成数据 “粘在一起”。
解决方法：
1. 定长消息：每个消息固定长度，不足部分填充占位符。
2. 特殊分隔符：在消息末尾添加约定的分隔符（如\r\n），接收方按分隔符拆分。
3. 消息头 + 消息体：消息头包含消息总长度，接收方先读头再按长度读体（工业界最常用）。

5. OSI 七层协议模型及各层功能

物理层：传输比特流，定义物理介质的电气、机械特性。
数据链路层：成帧、差错检测、MAC 寻址，如以太网、PPP 协议。
网络层：路由选择、IP 寻址、拥塞控制，如 IP、ICMP 协议。
传输层：端到端通信、流量控制、可靠性保证，如 TCP、UDP 协议。
会话层：建立、管理和终止会话连接。
表示层：数据格式转换、加密解密、压缩解压缩。
应用层：为应用程序提供网络服务，如 HTTP、FTP、DNS 协议。

6. TCP/IP 四层协议族及各层协议

网络接口层：以太网、PPP、ARP、RARP
网络层：IP、ICMP、IGMP
传输层：TCP、UDP
应用层：HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet、SSH

7. TCP 服务器与客户端代码框架（仅函数名）

服务器：socket()→bind()→listen()→accept()→recv()/send()→close()
客户端：socket()→connect()→send()/recv()→close()

8. TCP 如何判断对方异常断电？

异常断电：对方主机突然断电，不会发送 FIN 包。
判断方法：
1. 超时重传失败：发送方多次重传数据后仍未收到 ACK，判定连接断开。
2. 保活机制（SO_KEEPALIVE）：开启 TCP 保活，定时发送探测包，多次无响应则判定连接失效。
3. 应用层心跳包：应用层定时发送心跳，超时未收到则判定断开。

9. 二层交换机的工作原理

学习：收到数据帧时，记录源 MAC 地址和对应端口，构建 MAC 地址表。
转发：根据目的 MAC 地址查找 MAC 地址表，转发到对应端口。
广播：如果目的 MAC 不在地址表中，向除接收端口外的所有端口广播。
过滤：同一端口收到的帧不转发，避免环路。

10. 两种并发服务器设计及优缺点

多进程服务器：
- 原理：每来一个连接，fork()一个子进程处理。
- 优点：进程隔离，一个连接崩溃不影响其他连接。
- 缺点：进程创建 / 切换开销大，连接数多时性能差。
多线程服务器：
- 原理：每来一个连接，创建一个线程处理。
- 优点：线程开销比进程小，切换快。
- 缺点：线程共享地址空间，一个线程崩溃会导致整个进程退出；需处理同步问题。

11. 三种 IO 多路复用方法及特点

select：
- 特点：支持跨平台，监听的文件描述符数量有限（默认 1024），每次调用需遍历所有描述符，效率低。
poll：
- 特点：无文件描述符数量限制，但同样需要遍历，效率和 select 相近。
epoll：
- 特点：Linux 独有，基于事件驱动，仅返回就绪的文件描述符，支持水平 / 边缘触发，高并发场景效率极高。

12. 五种 IO 模型及同步 / 异步

阻塞 IO：同步 IO，recv()会一直阻塞直到数据到达。
非阻塞 IO：同步 IO，调用recv()立即返回，数据未就绪则返回错误，需轮询。
IO 多路复用（select/poll/epoll）：同步 IO，由内核监听多个文件描述符，数据就绪后通知用户进程。
信号驱动 IO：同步 IO，内核数据就绪时发送信号通知进程。
异步 IO（AIO）：异步 IO，用户进程发起 IO 请求后立即返回，内核完成 IO 后通知进程。

13. 路由器的工作原理及数据包发送流程

工作原理：路由器根据路由表，选择最佳路径转发数据包，实现不同网络间的通信。
数据包发送流程：
1. 主机判断目标 IP 是否在同一网段，若不在则发送给默认网关（路由器）。
2. 路由器收到数据包，根据目标 IP 查找路由表，选择下一跳。
3. 将数据包转发到下一跳路由器，重复步骤 2，直到到达目标网络。
4. 目标路由器将数据包转发给目标主机。

14. TCP 三次握手与四次挥手

三次握手（建立连接）

客户端发送 SYN 包（seq=x）到服务器，进入 SYN_SENT 状态。
服务器收到 SYN，回复 SYN+ACK 包（seq=y, ack=x+1），进入 SYN_RCVD 状态。
客户端收到 SYN+ACK，回复 ACK 包（ack=y+1），双方进入 ESTABLISHED 状态。

四次挥手（断开连接）

客户端发送 FIN 包（seq=u），进入 FIN_WAIT1 状态。
服务器收到 FIN，回复 ACK 包（ack=u+1），进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端进入 FIN_WAIT2 状态。
服务器发送完数据后，发送 FIN 包（seq=v），进入 LAST_ACK 状态。
客户端收到 FIN，回复 ACK 包（ack=v+1），进入 TIME_WAIT 状态，服务器收到 ACK 后进入 CLOSED 状态。

编写 epoll 多路复用 TCP 服务器代码（完整示例）

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/epoll.h> #define MAX_EVENTS 1024 #define LISTEN_PORT 8888 int main() { int listen_fd, epoll_fd, nfds; struct sockaddr_in server_addr; struct epoll_event events[MAX_EVENTS], event; // 1. 创建监听socket listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (listen_fd < 0) { perror("socket"); exit(1); } // 2. 绑定地址 server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; server_addr.sin_port = htons(LISTEN_PORT); if (bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) { perror("bind"); exit(1); } // 3. 监听 if (listen(listen_fd, 128) < 0) { perror("listen"); exit(1); } // 4. 创建epoll实例 epoll_fd = epoll_create1(0); if (epoll_fd < 0) { perror("epoll_create1"); exit(1); } // 5. 注册监听socket事件 event.events = EPOLLIN; event.data.fd = listen_fd; if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event) < 0) { perror("epoll_ctl add listen"); exit(1); } printf("Server listening on port %d...\n", LISTEN_PORT); // 6. 事件循环 while (1) { nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1); if (nfds < 0) { perror("epoll_wait"); break; } for (int i = 0; i < nfds; i++) { int fd = events[i].data.fd; // 处理新连接 if (fd == listen_fd) { struct sockaddr_in client_addr; socklen_t len = sizeof(client_addr); int client_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len); if (client_fd < 0) { perror("accept"); continue; } printf("New connection: %s:%d\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port)); // 将客户端fd加入epoll event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发 event.data.fd = client_fd; epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &event); } // 处理客户端数据 else { char buf[1024] = {0}; ssize_t ret = recv(fd, buf, sizeof(buf)-1, 0); if (ret <= 0) { // 客户端断开或错误 printf("Client disconnected, fd=%d\n", fd); epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL); close(fd); } else { printf("Recv from fd=%d: %s\n", fd, buf); send(fd, buf, ret, 0); // 回显数据 } } } } close(listen_fd); close(epoll_fd); return 0; }