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Java工程师面试计算机网络八股文面试题集合

1. OSI七层模型

理论标准，指导协议设计

层名	核心作用	功能	典型协议/设备
物理层	传输原始比特流（0/1）	定义物理介质特性（电压、光信号、接口形状等）；控制数据传输速率、同步、信号衰减补偿	双绞线、光纤、WI-FI无线电波、集线器（Hub）、中继器（Repeater）
数据链路层	确保同一局域网（LAN）内节点之间的可靠传输	成帧（封装比特为帧，添加MAC地址头尾标识）；差错控制（CRC校验）；流量控制（滑动窗口）	MAC地址、以太网、交换机、PPP协议
网络层	跨网络（如互联网）的端到端数据路由	逻辑寻址（IP地址）；路由选择（路由器）；分片与重组（适应不同网络MTU）	IP协议、ICMP（ping）、路由器、OSPF/BGP路由协议
传输层	确保端到端（应用程序之间）的可靠/不可靠传输	端寻址（端口标识应用，如HTTP=80）；流量控制（TCP滑动窗口）；可靠性保障（重传、确认、排序）	TCP（可靠）、UDP（不可靠）、滑动窗口协议
会话层	管理通信会话（建立、维护、终止）	会话控制（全双工/半双工模式，如RPC）；断点恢复（断点续传，如文件下载工具）	NetBIOS、RPC（远程过程调用）、PPTP（VPN）
表示层	数据格式转换与安全处理	数据编码（ASCII/Unicode、JPEG）；加密/解密（SSL/TLS）；压缩/解压（GZIP）	SSL/TLS、MIME（邮件编码）、ASCII/JSON/XML
应用层	为应用程序提供网络服务接口	定义用户可见协议（HTTP访问网页、SMTP发邮件）；用户身份验证（OAuth）；服务请求/响应	HTTP、FTP、DNS、SMTP、SSH、MQTT

2. TCP/IP四层模型

工程实践，驱动互联网发展

TCP/IP层名	功能描述	对应OSI层
应用层	为应用程序提供网络服务（如HTTP、FTP、SMTP）	会话层、表示层、应用层
传输层	端到端可靠/不可靠传输（TCP/UDP）	传输层
互联网层	跨网络路由与逻辑寻址（IP协议、路由选择）	网络层
网络接口层	物理介质传输与数据链路控制（以太网、WiFi、MAC地址）	物理层、数据链路层

3. TCP与UDP的区别及使用场景

特性	TCP	UDP
连接性	面向连接（三次握手）	无连接
可靠性	可靠（校验和、重传、拥塞控制）	不可靠（无重传机制）
头部开销	20字节（固定首部）	8字节（仅基础字段）
典型应用	HTTP/HTTPS、FTP、SMTP	DNS、视频流、实时游戏

4. TCP三次握手与四次挥手流程

三次握手：可靠传输，同步双方序列号，避免旧连接干扰。
1. 客户端发送SYN（seq=x）。
2. 服务器回复SYN+ACK（seq=y, ack=x+1）。
3. 客户端发送ACK（seq=x+1, ack=y+1）。
四次挥手： TCP半关闭特性，允许一方发送完数据后继续接收。
1. 客户端发送FIN。
2. 服务器回复ACK。
3. 服务器发送FIN。
服务端启动重传定时器（初始超时时间通常为 RTO，Retransmission Timeout，默认值约为 1~3 秒，具体取决于系统实现）一般远小于1MSL。

如果服务端在 RTO 时间内收到客户端的 ACK（ACK=1, ack=y+1），则立即进入 CLOSED 状态，连接释放。

如果未收到 ACK**（即 ACK 丢失或延迟），服务端会 **重传 FIN，并重新启动定时器（超时时间通常按指数退避策略递增，如 2×RTO、4×RTO 等）。

4.客户端回复ACK。

回复ACK后客户端连接依旧保留两个周期（2MSL，Maximum Segment Lifetime），原因如下

(1) 确保最后一个 ACK 到达服务器
- 网络中可能存在丢包或乱序问题。如果客户端的最后一个 ACK 丢失，服务器会因未收到确认而重传 FIN。
- 客户端在 TIME_WAIT 期间保持连接状态，可以重新发送 ACK，确保服务器最终能收到确认并关闭连接。
- MSL 是报文在网络中的最大生存时间，2MSL 覆盖了 ACK 和可能的 FIN 重传的往返时间（RTT）。
(2) 防止旧连接的报文干扰新连接
- TCP 连接由四元组（源 IP、源端口、目标 IP、目标端口）唯一标识。如果客户端立即关闭并复用端口，新连接可能与旧连接的残留报文冲突。
- 例如：
  - 客户端在 TIME_WAIT 前发送的某个数据段（如 seq=z）因网络延迟滞留，在 2MSL 后才到达服务器。
  - 如果此时客户端已用相同端口建立新连接，旧数据段可能被误认为新连接的数据，导致协议错误。
- 2MSL 确保所有旧报文在网络中过期，避免干扰后续连接。
为什么是 2MSL 而不是 1MSL？
- 1MSL：报文从客户端到服务器（或反向）的最大生存时间。
- 2MSL：覆盖报文的往返时间（RTT），包括：
  1. 客户端的最后一个 ACK 到达服务器（1MSL）。
  2. 如果 ACK 丢失，服务器的 FIN 重传到达客户端（再 1MSL）。
- 因此，2MSL 是理论上的最小安全时间，确保所有可能的重传和延迟报文都能被处理。

5. HTTP与HTTPS

安全性：HTTPS通过SSL/TLS加密传输，防止数据窃听。
端口：HTTP（80），HTTPS（443）。
性能：HTTPS有额外握手开销，但HTTP/2优化后性能接近HTTP。

HTTP请求方法及状态码

常见方法：
- GET：获取资源（幂等）。
- POST：提交数据（非幂等）。
- PUT：更新资源（幂等）。
- DELETE：删除资源。
状态码：
- 200 OK：请求成功。
- 301 Moved Permanently：永久重定向。
- 404 Not Found：资源不存在。
- 500 Internal Server Error：服务器内部错误。

6. websocket代码实现

服务端

const WebSocket = require("ws");
const fs = require("fs");
const path = require("path");

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

// 模拟流式数据（如视频帧、传感器数据）
let counter = 0;
setInterval(() => {
  const data = `数据块 ${counter++} - ${new Date().toISOString()}\n`;
  wss.clients.forEach((client) => {
    if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {
      client.send(data);
    }
  });
}, 1000); // 每秒发送一次

console.log("WebSocket 服务器运行在 ws://localhost:8080");

客户端

<body>
  <h1>实时数据流</h1>
  <pre id="output"></pre>
  <script>
    const output = document.getElementById("output");
    const ws = new WebSocket("ws://localhost:8080");
 
    ws.onmessage = (event) => {
      output.textContent += event.data;
    };
 
    ws.onclose = () => {
      console.log("WebSocket 连接关闭");
    };
  </script>
</body>

7. DNS解析过程

本地缓存查询：浏览器→操作系统→本地DNS服务器。
递归查询：本地DNS服务器向根服务器、顶级域名服务器、权威服务器逐级查询。
迭代查询：服务器返回下一级地址，客户端自行查询。
最终：获取IP地址并缓存。

8. Java Socket编程步骤

服务器端：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
// 读写数据
clientSocket.close();

客户端：

Socket socket = new Socket("localhost", 8080);
// 读写数据
socket.close();

9. TCP粘包/拆包问题及解决方案

**粘包（Sticky Packet）：**一个消息被拆分为多个数据包接收。如发送方发送 "HelloWorld"（10字节），接收方可能先收到 "Hello"，再收到 "World"。

**拆包（Fragmented Packet）：**一个消息被拆分为多个数据包接收。发送方发送 "HelloWorld"（10字节），接收方可能先收到 "Hello"，再收到 "World"。

触发场景：

Nagle算法：TCP默认启用Nagle算法，合并小数据包以减少网络拥塞。
MSS（最大分段大小）：TCP分段时可能将大消息拆分为多个段。
接收缓冲区：接收方未及时读取数据，导致缓冲区堆积，后续数据覆盖前序数据边界。

解决方案：

分隔符（Delimiter）

原理：
在消息末尾添加特殊分隔符（如\n、\0或自定义符号），接收方通过分隔符拆分消息。
实现步骤：
1. 发送方：
  - 在每条消息末尾追加分隔符（如"Hello\n"）。
2. 接收方：
  - 读取数据直到遇到分隔符，将分隔符前的部分作为完整消息。
  - 需处理缓冲区中可能存在的部分消息（如上一次读取到"Hel"，本次读取到"lo\nWorld"，需合并后拆分）。
优点：
- 无需记录消息长度，适合文本协议（如HTTP头部以\r\n分隔）。
缺点：
- 分隔符不能出现在消息内容中（需转义，如将\n替换为\\n）。
- 二进制数据需额外编码（如Base64），增加复杂度。

消息头+长度字段（Header + Length Field）

原理：
在消息头部定义长度字段（如4字节），接收方先读取头部获取长度，再读取完整数据。
实现步骤：
1. 消息格式：
  - [长度字段（4字节）][数据体（N字节）]
  - 示例：发送 "Hello" 时，构造消息 [0x00, 0x00, 0x00, 0x05][H,e,l,l,o]。
2. 发送方：
  - 计算数据体长度，填充到头部。
  - 发送完整消息（头部+数据体）。
3. 接收方：
  - 读取4字节头部，解析出数据体长度。
  - 根据长度读取数据体，确保完整性。
优点：
- 灵活支持任意长度数据，带宽利用率高。
- 广泛用于二进制协议（如Protobuf、gRPC）。
缺点：
- 实现稍复杂，需处理字节序（如网络字节序为大端）。
- 需处理消息过长时的缓冲区分配问题（如动态扩容）。

10. BIO、NIO、AIO的区别

模式	特点
BIO	同步阻塞，适合连接数少的场景（如传统Web服务器）。
NIO	同步非阻塞，通过`Selector`多路复用，适合高并发（如Netty框架）。
AIO	异步非阻塞，基于事件和回调，适合I/O密集型场景（如文件处理）。

11. HTTP/1.1与HTTP/2的主要区别

HTTP/1.1：
- 长连接（Keep-Alive）。
- 管线化（Pipelining，但存在队头阻塞）。
HTTP/2：
- 多路复用（单连接并行请求）。
- 头部压缩（HPACK算法）。
- 二进制分帧（提高传输效率）。

12. TCP拥塞控制算法

慢启动：初始发送速率低，指数增长。
拥塞避免：达到阈值后线性增长。
快速重传/恢复：检测到丢包时快速重传，避免网络拥塞。
算法：Reno（经典）、Cubic（Linux默认）、BBR（谷歌优化）。

13. ARP协议的作用

功能：将IP地址解析为MAC地址。
流程：主机发送ARP请求广播，目标主机回复ARP响应，缓存映射关系。

14. 浏览器输入URL到页面加载完成的流程

DNS解析 → 2. TCP三次握手 → 3. HTTP请求 → 4. 服务器处理 → 5. 响应渲染 → 6. 四次挥手断开连接。

15. 如何设计一个高并发网络服务？

连接池管理：复用TCP连接，减少握手开销。
异步处理：使用NIO/AIO避免阻塞。
负载均衡：分发请求到多台服务器（如Nginx）。
缓存机制：Redis缓存热点数据。
CDN加速：静态资源就近访问。

16. 长连接与短连接的选择依据

长连接：实时性要求高（如直播、游戏），减少频繁握手开销。
短连接：偶发性请求（如网页浏览），避免资源占用。

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1. OSI七层模型

2. TCP/IP四层模型

3. TCP与UDP的区别及使用场景

4. TCP三次握手与四次挥手流程

(1) 确保最后一个 `ACK` 到达服务器

(2) 防止旧连接的报文干扰新连接

为什么是 2MSL 而不是 1MSL？

5. HTTP与HTTPS

6. websocket代码实现

7. DNS解析过程

8. Java Socket编程步骤

9. TCP粘包/拆包问题及解决方案

10. BIO、NIO、AIO的区别

11. HTTP/1.1与HTTP/2的主要区别

12. TCP拥塞控制算法

13. ARP协议的作用

14. 浏览器输入URL到页面加载完成的流程

15. 如何设计一个高并发网络服务？

16. 长连接与短连接的选择依据

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(2) 防止旧连接的报文干扰新连接

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7. DNS解析过程

8. Java Socket编程步骤

9. TCP粘包/拆包问题及解决方案

10. BIO、NIO、AIO的区别

11. HTTP/1.1与HTTP/2的主要区别

12. TCP拥塞控制算法

13. ARP协议的作用

14. 浏览器输入URL到页面加载完成的流程

15. 如何设计一个高并发网络服务？

16. 长连接与短连接的选择依据

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