前端面试题进阶

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3.如何理解 UDP 和 TCP? ​

1.UDP 协议 ​

UDP（User Datagram Protocol）是一种简单的面向数据报的通信协议。是一个无连接、不保证可靠性的传输层协议。（你让我发什么就发什么！发出去就不管了）应用层交下来的报文，不进行合并与拆分，只是在其上面加上首部后就交给下层网络层。

udp

特点 ​

  • 无连接性： 不需要在通信开始前建立连接。它以数据报为单位进行通信，每个数据报都是独立的，不依赖于其他数据报。通信的双方之间不会维护连接状态。

  • 不提供可靠性： 如果在传输过程中发生数据包丢失或损坏，UDP 不负责重发丢失的数据包，也不会检测或处理重复的数据包。在网络不稳定或拥塞的情况下可能会导致数据包丢失。

  • 无流量控制： 发送方可以以任何速度发送数据，而不会根据网络拥塞情况进行调整。在网络拥塞时产生更多的数据包丢失。

  • 无序处理： UDP 不提供数据包的有序处理机制。如果数据包的到达顺序发生乱序，不会对其进行重新排序，而是将它们按照原样传递给应用程序。

  • 低开销： UDP 的报头相对较小，在通信时的开销较低，适用于需要低时延和快速通信的应用，如实时音频和视频传输。

DHCP协议、DNS协议、QUIC协议等 都是基于UDP的 (场景：处理速度快，可以丢包的情况)

server.js

js
var dgram = require("dgram");
var socket = dgram.createSocket("udp4");
socket.on("message", function (msg, rinfo) {
  console.log(msg.toString());
  console.log(rinfo);
  socket.send(msg, 0, msg.length, rinfo.port, rinfo.address);
});
socket.bind(41234, "localhost");
var dgram = require("dgram");
var socket = dgram.createSocket("udp4");
socket.on("message", function (msg, rinfo) {
  console.log(msg.toString());
  console.log(rinfo);
  socket.send(msg, 0, msg.length, rinfo.port, rinfo.address);
});
socket.bind(41234, "localhost");

client.js

js
var dgram = require("dgram");
var socket = dgram.createSocket("udp4");
socket.on("message", function (msg, rinfo) {
  console.log(msg.toString());
  console.log(rinfo);
});
socket.send(
  Buffer.from("helloworld"),
  0,
  5,
  41234,
  "localhost",
  function (err, bytes) {
    console.log("发送了个%d字节", bytes);
  }
);
socket.on("error", function (err) {
  console.error(err);
});
var dgram = require("dgram");
var socket = dgram.createSocket("udp4");
socket.on("message", function (msg, rinfo) {
  console.log(msg.toString());
  console.log(rinfo);
});
socket.send(
  Buffer.from("helloworld"),
  0,
  5,
  41234,
  "localhost",
  function (err, bytes) {
    console.log("发送了个%d字节", bytes);
  }
);
socket.on("error", function (err) {
  console.error(err);
});

udp.dstport==41234

2.TCP ​

TCP 传输控制协议 Transimision Control Protocal 可靠、面向连接的协议,传输效率低 (在不可靠的IP层上建立可靠的传输层)。 TCP 提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传播。

TCP

  • 源端口号、目标端口号，指代的是发送方随机端口，目标端对应的端口
  • 序列号：32 位序列号是用于对数据包进行标记，方便重组
  • 确认序列号：期望发送方下一个发送的数据的编号
  • 4 位首部长度：单位是字节，4 位最大能表示 15，所以头部长度最大为 60
  • URG:紧急信号、ACK:确认信号、PSH:应该从 TCP 缓冲区读走数据、 RST：断开重新连接、SYN:建立连接、FIN:表示要断开
  • 窗口大小： 当网络通畅时将这个窗口值变大加快传输速度，当网络不稳定时减少这个值。在 TCP 中起到流量控制作用。
  • 校验和：用来做差错控制，看传输的报文段是否损坏
  • 紧急指针：用来发送紧急数据使用

TCP 对数据进行分段打包传输，对每个数据包编号控制顺序。TCP 报文首部有 20 个字节，额外开销大。

特点 ​

  • 可靠性： TCP 通过使用确认、重发控制和校验和等机制，确保了数据的可靠传输。如果一个数据包丢失或损坏，TCP 会负责重发该数据包，以确保它最终到达目的地。

  • 顺序控制： TCP 确保数据包按照正确的顺序到达目的地，并将它们以正确的顺序交付给应用程序。这是因为 TCP 使用序列号来标识每个数据包，接收方可以根据序列号对数据包进行排序，从而提供有序的数据传输。

  • 流量控制：TCP 通过窗口控制机制来管理通信流量，以避免过度拥塞。发送方会根据接收方的能力来控制发送速率，以确保网络不会超负荷。

3.TCP 与 UDP 对比 ​

特点TCPUDP
可靠性可靠不可靠
连接性面向连接无连接
报文面向字节流面向报文
效率传输效率低传输效率高
双工性全双工一对一、一对多、多对一、多对多
流量控制滑动窗口无
拥塞控制慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复无
传输效率慢快

4.TCP 中的核心概念 ​

1.滑动窗口 ​

TCP 的滑动窗口是一种用于控制发送方和接收方之间数据流量的机制。发送方维护一个发送窗口，而接收方维护一个接收窗口。窗口实际上是缓冲区，用于存储待发送或待接收的数据。

  • 发送窗口：发送方的缓冲区，用于存储待发送的数据。发送窗口的大小取决于多个因素，包括网络延迟、接收方的接收窗口大小等。
  • 接收窗口：接收方的缓冲区，用于存储已接收但尚未交付给应用程序的数据。接收窗口的大小由接收方确定。
  • 每次接收端收到数据后都会再次确认（rwnd）大小，如果值为 0，停止发送数据。 （并发送窗口探测包，持续监测窗口大小）

通过调整发送窗口的大小，TCP 可以实现流量控制。会产生队头阻塞的问题。

1.求数组中连续 k 项最大的和

js
let arr = [1, 3, 10, -2, 9, 8, -4];
function subSum(arr, k = 3) {
  let max = 0;
  for (let i = 0; i < k; i++) {
    max += arr[i];
  }
  let win = max;
  for (let i = k; i < arr.length; i++) {
    win += arr[i] - arr[i - k]; // 出一个进一个, 滑动窗口
    max = Math.max(win, max);
  }
  return max;
}
console.log(subSum(arr));
let arr = [1, 3, 10, -2, 9, 8, -4];
function subSum(arr, k = 3) {
  let max = 0;
  for (let i = 0; i < k; i++) {
    max += arr[i];
  }
  let win = max;
  for (let i = k; i < arr.length; i++) {
    win += arr[i] - arr[i - k]; // 出一个进一个, 滑动窗口
    max = Math.max(win, max);
  }
  return max;
}
console.log(subSum(arr));

2.无重复字符的最长字符串长度

js
let str = "abcbde";
function findStr(str) {
  // 滑动窗口边界
  let left = 0;
  let right = 0;
  // 用于存储当前滑动窗口内的字符
  let set = new Set();
  // 最大不重复字符串的长度
  let maxLen = 0;
  while (right < str.length) {
    while (set.has(str[right])) {
      // 遇到重复则滑动左侧
      set.delete(str[left++]);
    }
    // 字符添加到集合中
    set.add(str[right]);
    maxLen = Math.max(maxLen, set.size);
    // 像右滑动
    right++;
  }
  return maxLen;
}
console.log(findStr(str));
let str = "abcbde";
function findStr(str) {
  // 滑动窗口边界
  let left = 0;
  let right = 0;
  // 用于存储当前滑动窗口内的字符
  let set = new Set();
  // 最大不重复字符串的长度
  let maxLen = 0;
  while (right < str.length) {
    while (set.has(str[right])) {
      // 遇到重复则滑动左侧
      set.delete(str[left++]);
    }
    // 字符添加到集合中
    set.add(str[right]);
    maxLen = Math.max(maxLen, set.size);
    // 像右滑动
    right++;
  }
  return maxLen;
}
console.log(findStr(str));

2.TCP拥塞处理 ​

reno

  • TCP 维护一个拥塞窗口cwnd （congestion window）变量，设置ssthresh慢启动阈值 ，在传输过程中没有拥塞就将cwnd值增大。
  • cwnd < ssthresh 使用慢开始算法
  • cwnd > ssthresh使用拥塞避免算法
  • ROT(Retransmission TimeOut) 时更新 ssthresh值为当前窗口的一半，更新cwnd = 1
  • 快重传，可能在发送的过程中出现丢包情况。此时不要立即回退到慢开始阶段，而是对已经收到的报文重复确认，如果确认次数达到 3 次，则立即进行重传 快恢复算法 (减少超时重传机制的出现)，同时重置cwnd的的值。

3.粘包 ​

发送方发送的数据包很小，而发送频率较高时，希望合并多个数据包以减少网络开销和提高效率（一次性发送，以减少数据包的数量）。

  • Nagle算法的基本定义是任意时刻，最多只能有一个未被确认的小段 (TCP 内部控制)

  • Cork算法当达到MSS(Maximum Segment Size )值时统一进行发送（此值就是帧的大小 - ip头 - tcp头 = 1460 个字节）理论值

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