身为前端，你不得不懂的一些HTTP知识(附赠3道面试题)

时间 2019-12-28

标签身为前端不得不懂的一些 http 知识附赠面试栏目 HTTP/TCP 繁體版

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全文阅读大体3分钟，学习本文能够掌握如下知识：html

netcat、ss、lsof命令的使用
tcp协议的三次握手和四次挥手
udp协议的基本表现过程以及icmp报文发送的缘由
tcpdump、nc命令的使用
三道关于TCP/IP协议的面试题答案

一、从查看系统端口监据说起

在平时的开发中，出现listen EADDRINUSE: address already in use :::3000这种错误的频率很高，尤为在windows系统下，杀死个进程都杀不完全。当遇到这种问题的时候，咱们第一反应就是查看系统是哪一个进程也在监听一样的端口。因而引出了咱们要介绍的如下三个命令。node

如下三个命令只在类UNI*系统上，系统之间的命令参数有一些细微差别，以系统提示为准，下面说的都是指在linux系统上linux

1.一、netstat

netstat命令提供了一些关于网络链接的信息，能够用它来罗列全部监听的TCP端口或UDP端口，以及对应的套接字状态，以下：nginx

netstat -tunlp
复制代码

-t 显示TCP端口
-u 显示UDP端口
-n 显示IP地址而不是域名
-l 只显示正在监听的端口
-p 显示监听端口的进程ID

输出大体以下：面试

Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:27017           0.0.0.0:*               LISTEN      1889/mongod
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      786/nginx -g daemon
tcp        0      0 0.0.0.0:22              0.0.0.0:*               LISTEN      884/sshd
tcp        0      0 0.0.0.0:443             0.0.0.0:*               LISTEN      786/nginx -g daemon
tcp6       0      0 :::8080                 :::*                    LISTEN      23087/node
tcp6       0      0 :::10000                :::*                    LISTEN      4988/node
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      786/nginx -g daemon
tcp6       0      0 :::8054                 :::*                    LISTEN      11915/node
udp        0      0 172.16.179.237:123      0.0.0.0:*                           750/ntpd
udp        0      0 127.0.0.1:123           0.0.0.0:*                           750/ntpd
udp        0      0 0.0.0.0:123             0.0.0.0:*                           750/ntpd
udp6       0      0 :::123                  :::*                                750/ntpd
复制代码

netstat命令现在已通过时了，由于有新的命令替换-ss。windows

1.二、ss

ss命令没有了netstat的一些特性，不过它暴露出更多的TCP状态而且它更加轻量快速。该命令的选项和netstat大体同样，因此很容易上手：bash

ss -tunlp
复制代码

输出大体以下：服务器

Netid  State      Recv-Q Send-Q           Local Address:Port                          Peer Address:Port
udp    UNCONN     0      0               172.16.179.237:123                                      *:*                   users:(("ntpd",pid=750,fd=19))
udp    UNCONN     0      0                    127.0.0.1:123                                      *:*                   users:(("ntpd",pid=750,fd=18))
udp    UNCONN     0      0                            *:123                                      *:*                   users:(("ntpd",pid=750,fd=17))
udp    UNCONN     0      0                           :::123                                     :::*                   users:(("ntpd",pid=750,fd=16))
tcp    LISTEN     0      128                          *:27017                                    *:*                   users:(("mongod",pid=1889,fd=7))
tcp    LISTEN     0      128                          *:80                                       *:*                   users:(("nginx",pid=11173,fd=10),("nginx",pid=786,fd=10))
tcp    LISTEN     0      128                          *:22                                       *:*                   users:(("sshd",pid=884,fd=3))
tcp    LISTEN     0      128                          *:443                                      *:*                   users:(("nginx",pid=11173,fd=9),("nginx",pid=786,fd=9))
tcp    LISTEN     0      128                         :::8080                                    :::*                   users:(("node",pid=23087,fd=10))
tcp    LISTEN     0      128                         :::10000                                   :::*                   users:(("node",pid=4988,fd=10))
tcp    LISTEN     0      128                         :::80                                      :::*                   users:(("nginx",pid=11173,fd=11),("nginx",pid=786,fd=11))
tcp    LISTEN     0      128                         :::8054                                    :::*                   users:(("node",pid=11915,fd=12))
复制代码

1.三、lsof

lsof是一个强大的命令行工具，提供了进程打开的文件的一些信息。由于在Linux，一切皆文件。因此一个打开的套接字也能够认为是一个文件。网络

罗列全部监听的TCP端口：ssh

lsof -nP -iTCP -sTCP:LISTEN
复制代码

-n 不要转换端口号为端口名称
-p 不要解析域名，显示其IP地址
-iTCP -sTCP:LISTEN 显示TCP状态为LISTEN的网络文件

输出以下：

COMMAND   PID     USER   FD   TYPE  DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
nginx     786     root    9u  IPv4   13574      0t0  TCP *:443 (LISTEN)
nginx     786     root   10u  IPv4   13575      0t0  TCP *:80 (LISTEN)
nginx     786     root   11u  IPv6   13576      0t0  TCP *:80 (LISTEN)
sshd      884     root    3u  IPv4   14458      0t0  TCP *:22 (LISTEN)
mongod   1889     root    7u  IPv4   21178      0t0  TCP *:27017 (LISTEN)
node     4988     root   10u  IPv6   40123      0t0  TCP *:10000 (LISTEN)
nginx   11173 www-data    9u  IPv4   13574      0t0  TCP *:443 (LISTEN)
nginx   11173 www-data   10u  IPv4   13575      0t0  TCP *:80 (LISTEN)
nginx   11173 www-data   11u  IPv6   13576      0t0  TCP *:80 (LISTEN)
node    11915     root   12u  IPv6 7200966      0t0  TCP *:8054 (LISTEN)
node    23087     root   10u  IPv6 5497007      0t0  TCP *:8080 (LISTEN)
复制代码

查找指定端口能够这样：lsof -nP -iTCP:8054 -sTCP:LISTEN

COMMAND   PID USER   FD   TYPE  DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
node    11915 root   12u  IPv6 7200966      0t0  TCP *:8054 (LISTEN)
复制代码

好了，三个命令介绍到此为止。这个时候问一下你们一个问题：

上述过滤的状态都是LISTEN，那么TCP有多少种状态？状态与状态之间的变化是怎样的？你能从某个状态中就能推断出当前TCP链接处于什么阶段吗？

这个问题你本身心中有数的话，能够跳过下一小节

二、TCP状态的转移

下图是从wiki上引用的TCP状态转移图：

图片来自： wiki

看着有点复杂，咱们将其拆分红最热门的两个步骤：三次握手、四次挥手。后面附赠面试题答案哦~

2.一、三次握手

图片来自： wiki

客户端向服务器发送TCP链接请求数据包，客户端状态从CLOSED变为SYN_SENT，其中包含主机A的初始序列号seq(A)=x。（其中报文中同步标志位SYN=1，ACK=0，表示这是一个TCP链接请求数据报文；序号seq=x，代表传输数据时的第一个数据字节的序号是x）；
服务端收到请求后，会发回链接确认数据包。服务端状态从LISTEN变为SYN_RECEIVED，（其中确认报文段中，标识位SYN=1，ACK=1，表示这是一个TCP链接响应数据报文，并含服务端的初始序列号seq(B)=y，以及服务端对客户端初始序列号的确认号ack(B)=seq(A)+1=x+1）
客户端收到服务端的确认报文后，还需做出Ack(此时这个数据包能够携带数据报文了)，即发送一个序列号seq(A)=x+1；确认号为ack(A)=y+1的报文，此时客户端状态转为ESTABLISHED，服务端收到这个ACK后，状态也转为ESTABLISHED；

2.二、面试题：为何须要三次握手？

此题须要从两个点回答：

首要缘由是为了解决客户端屡次发起请求的问题，你想一想看，在网络情况很差的状况下，客户端发起一个链接请求没收到响应的话会继续发送请求，若是最早发送的请求到服务端了，在用两次握手的前提下，服务端就会用这个已通过期的请求的序列号创建链接，而客户端却认为这个序列号是过时的，就会忽略掉，这样双方形成了很大的误解。而若是用三次握手的话，客户端就还有机会告诉服务端你的这个响应是过时的仍是正常的，若是是过时的就能够发送RST消息告诉服务端断掉这个链接，若是不是的话，就返回ACK创建链接。
第二个缘由是为了同步双方的序列号，两次握手是作不到同步双方的序列号的。

关于第一个缘由能够参考下图(截图自RFC793的3.4节)：

2.三、四次挥手

第一次挥手(FIN=1，seq=x) 假设客户端想要关闭链接，客户端发送一个FIN标志位置为1的包，表示本身已经没有数据能够发送了，可是仍然能够接受数据。发送完毕后，客户端进入FIN_WAIT_1状态
第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1) 服务器端确认客户端的FIN包，发送一个确认包，代表本身接受到了客户端关闭链接的请求，但尚未准备好关闭链接。发送完毕后，服务器端进入CLOSE_WAIT状态，客户端接收到这个确认包以后，进入FIN_WAIT_2状态，等待服务器端关闭链接。
第三次挥手(FIN=1，seq=y) 服务器端准备好关闭链接时，向客户端发送结束链接请求，FIN置为1。发送完毕后，服务器端进入LAST_ACK状态，等待来自客户端的最后一个ACK。
第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1) 客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的ACK包。服务器端接收到这个确认包以后，关闭链接，进入CLOSED状态。客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）以后，没有收到服务器端的ACK，认为服务器端已经正常关闭链接，因而本身也关闭链接，进入CLOSED状态。

为何是2MSL？由于TCP/IP协议规定了超过这个时间的数据包都是会被废弃掉的，也就是一个数据包在网络中存活的最大时间

2.四、面试题：为何须要四次挥手？

答：第二次和第三次没法整合起来变成三次挥手是由于服务端接收到FIN报文以后，手上可能还有数据须要发送给客户端，因此ACK和FIN不能同时发送。

三、UDP协议探析

探究UDP咱们使用netcat这个工具，咱们先用netcat来新建一个UDP服务器：

nc -u -l 0.0.0.0 3000
复制代码

而后使用nc来新建一个客户端：

nc -u -p 3001 localhost 3000
复制代码

-u 指定udp协议
-l 指定监听的端口和ip
-p 指定客户端的源端口

咱们还须要使用tcpdump工具来dump数据包，或者可使用wireshark来抓包：

─$ sudo tcpdump -ni lo0 'udp port 3001 or icmp'                                                       1 ↵
Password:
tcpdump: data link type PKTAP
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on pktap, link-type PKTAP (Apple DLT_PKTAP), capture size 262144 bytes
复制代码

-n 不用将Ip地址解析为域名
-i 指定抓包的网卡，咱们这里指定抓的是回环口

由于UDP是无链接的，因此这会看不到任何的数据包

可是真的彻底没有“链接”吗？其实并非彻底正确的，至少在客户端这边有这么一个链接存在，

咱们使用上面提到的命令lsof：

╰─$ lsof -nP -iUDP | grep 3000
nc        60738 linxiaowu    3u  IPv4 0x8ea59d14b13d38bf      0t0  UDP *:3000
nc        60744 linxiaowu    6u  IPv4 0x8ea59d14b13d208f      0t0  UDP 127.0.0.1:3001->127.0.0.1:3000
复制代码

从上面能够看出，客户端已经有了链接的概念，服务端尚未意识有这么一个链接存在。接着咱们从客户端发送一条消息：hi，此时咱们再使用lsof能够看到服务端也有此链接了：

❯ lsof -nP -iUDP | grep 3000
nc        60738 linxiaowu    3u  IPv4 0x8ea59d14b13d38bf      0t0  UDP 127.0.0.1:3000->127.0.0.1:3001
nc        60744 linxiaowu    6u  IPv4 0x8ea59d14b13d208f      0t0  UDP 127.0.0.1:3001->127.0.0.1:3000
复制代码

因此从这里能够看到UDP的链接彻底创建是在第一个数据包发送以后。tcpdump能够看到数据包：

17:18:17.419352 IP 127.0.0.1.3001 > 127.0.0.1.3000: UDP, length 3
复制代码

这个时候咱们关掉服务器，若是是TCP，那么会有一系列的协商报文发送出去，而UDP就不会，再看端口：

lsof -nP -iUDP | grep 3000
nc        60744 linxiaowu    6u  IPv4 0x8ea59d14b13d208f      0t0  UDP 127.0.0.1:3001->127.0.0.1:3000
复制代码

客户端此时并不知道服务器down掉了，接着咱们从客户端发送消息hi?，此时netcat命令会自动退出，这个时候，它才知道链接断开了，而且咱们发现有个ICMP报文从服务端发送出来：

ICMP报文提示端口不可达，也就是服务端的端口关掉监听了。

根据TCP/IP协议的规定，若是对应的服务不可用，那么系统内核根据协议类型发送对应的响应报文，对于UDP应该发送一个“端口不可达”的ICMP报文，对于TCP应该发送一个TCP RST消息

因此UDP的链接断开会延迟到其中一方发送报文收到端口不可达的时候：

17:22:05.710012 IP 127.0.0.1.3001 > 127.0.0.1.3000: UDP, length 4
17:22:05.710047 IP 127.0.0.1 > 127.0.0.1: ICMP 127.0.0.1 udp port 3000 unreachable, length 36
复制代码

3.一、面试题：为何DNS使用UDP协议？

这个问题实际上是个伪命题。使用udp协议是之前旧有的规范定义的，如今的RFC是将TCP协议也一块儿写进去的。由于之前的网络带宽不高，使用UDP协议会比TCP协议的数据包小不少，而且之前的DNS包体通常都很小，不多超过512字节的，可是如今的DNS支持Ipv六、https，包体也变大了，这个时候若是仍是使用udp协议，很容易由于mtu之类的限制致使传输失败，由于tcp能够分包传输，因此对于大的包体，就大部分都是使用tcp协议。