嵌入式Linux网络编程 相关面试题整理
这份整理将涵盖 OSI模型/TCP-IP模型、TCP/UDP协议细节、HTTP/HTTPS/MQTT应用层协议、Socket编程实战、网络调试 等核心板块。
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📂 第一板块：网络模型与基础协议
这部分是计算机网络的基石，考察对分层架构的理解。
| 问题 | 级别 | 详细解答 |
|---|---|---|
| OSI七层模型，哪七层，分别有什么作用 | 重点 | 1. 物理层：传输比特流（网线、集线器、中继器）。 2. 数据链路层：MAC地址寻址、帧传输（交换机、网卡驱动）。 3. 网络层：IP选址与路由选择（路由器、IP协议）。 4. 传输层：端到端连接与可靠传输（TCP/UDP）。 5. 会话层：建立、管理会话。 6. 表示层：数据格式转换、加密解密。 7. 应用层：为应用程序提供服务（HTTP, FTP）。 |
| TCP/IP四层模型，哪四层，分别有什么作用 | 必问 | 1. 应用层：负责具体应用逻辑（HTTP, FTP, DNS, SMTP）。 2. 传输层：负责端到端的数据传输（TCP, UDP）。 3. 网络层：负责寻址和路由（IP, ICMP）。 4. 数据链路层：负责物理信号与数字信号转换（驱动程序、网卡）。 |
| 网络7层协议,TCP属于哪一层 | 了解 | TCP属于 传输层。 |
| 应用层有哪些协议 | 必问 | 1. HTTP (超文本传输协议) 2. FTP (文件传输协议) 3. DNS (域名解析) 4. SMTP (发送邮件) 5. POP3 (接收邮件) 6. Telnet (远程终端) 7. SSH (安全外壳) 8. MQTT (物联网消息协议) |
| 传输层有哪些协议 | 必问 | TCP (传输控制协议) 和 UDP (用户数据报协议)。 |
| 端口与socket的区别 | 重点 | 端口：标识主机上应用的逻辑接口号（如80端口）。 Socket：操作系统提供的编程接口（句柄），由 IP + 端口 + 协议 唯一确定一个网络连接端点。 |
| 子网掩码有什么用 | 重点 | 用于区分 IP 地址的 网络部分 和 主机部分，确定设备是否在同一个子网内，从而决定是直接通信还是通过网关路由。 |
| ICMP协议与ping命令的工作原理 | 了解 | ICMP：封装在 IP 包中，用于传递网络控制信息（如报错、不可达）。 ping原理：利用 ICMP 协议发送 Echo Request (回显请求) 报文，目标主机收到后回复 Echo Reply (回显应答)，从而判断网络连通性。 |
| 访问www.baidu.com，在以太网中的第一个数据包 | 了解 | ARP请求包。 请求发生在数据链路层和网络层之间 电脑要把数据发出去，需要先知道网关（路由器）的 MAC 地址才能封装以太网帧，因此先广播发送 ARP 请求查询网关对应的 MAC 地址。 |
📂 第二板块：TCP 协议详解 (核心重灾区)
TCP 是面试中问得最细的部分，必须掌握握手、挥手及可靠性机制。
| 问题 | 级别 | 详细解答 |
|---|---|---|
| 简述TCP协议 | 必问 | TCP 是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。在通信前需三次握手建立连接，通过校验和、序列号、确认应答、重传控制、滑动窗口、拥塞控制等机制保证数据可靠性。 |
| TCP三次握手过程以及作用 | 必问 | 以两个陌生人打电话举例 1. 第一次：客户端发送 SYN (seq=x)，进入 SYN_SENT。（客户端给服务端说：你好，是服务器吗？你能听到我说话吗？） 2. 第二次：服务端收到后回复 SYN+ACK (seq=y, ack=x+1)，进入 SYN_RCVD。（服务器回答说：能听到，请问客户端你能听到我吗？） 3. 第三次：客户端回复 ACK (ack=y+1)，双方进入 ESTABLISHED。（客户端回答说：是的，我也可以听到，线路确定，可以开始交流了） 作用：确认双方的接收和发送能力都正常，交换初始序列号 (ISN)。 |
| TCP三次握手中syn为什么有两个 | 了解 | 连接是双向的，双方都需要发起自己的连接请求 (SYN) 来同步序列号。 |
| TCP三次握手中，第二步中，为什么是ack+syn | 了解 | 服务端将“确认客户端的请求 (ACK)”和“发起服务端的请求 (SYN)”合并在一个包发送，提高效率。 |
| 第三次握手，ack确认应答哪个 | 重点 | 应答第二步服务端发来的 SYN。 |
| 三次握手过程中可以携带数据吗 | 重点 | 第三次握手可以。前两次不行（防止泛洪攻击），第三次时客户端已认为连接建立，可携带数据。 |
| 什么是半连接队列 | 了解 | 服务端收到第一次 SYN 后，连接处于 SYN_RCVD 状态，此时连接放入 半连接队列。当收到第三次 ACK 后，移入 全连接队列。若队列满，可能导致丢包。 |
| TCP为什么是三次握手，而不是两次 | 重点 | 防止失效的连接请求突然到达服务端。若只有两次，服务端收到旧的 SYN 就会建立连接并一直等待，浪费资源。三次握手要求客户端再次确认，能避免此问题。 |
| TCP四次挥手过程 | 必问 | 1. 第一次：主动方发 FIN，进入 FIN_WAIT_1。A说完了，A不会给B发任何新数据了 2. 第二次：被动方回 ACK，进入 CLOSE_WAIT；主动方进 FIN_WAIT_2。B说：ok，我知道A说完了，但我还没说完 （此时半关闭） 3. 第三次：被动方发 FIN，进入 LAST_ACK。B说：好了，现在我也说完了 4. 第四次：主动方回 ACK，进入 TIME_WAIT；被动方关闭。A说：好的，可以完全结束了 |
| TCP结束时为什么要四次握手 | 重点 | TCP 是全双工的。主动方发 FIN 只是说“我不发数据了，但我还能收”。被动方收到后回 ACK，但可能还有数据没发完，等发完了再发自己的 FIN。所以中间的 ACK 和 FIN 分两次发，共四次。 |
| 为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL | 重点 | 1. 确保最后一个ACK能到达：若丢失，被动方会重传 FIN，主动方需在 2MSL 内再次发送 ACK。2. 防止旧报文干扰：等待 2MSL 可让网络中所有残留报文过期消失，避免干扰新连接。 |
| TIME_WAIT过多有什么危害及优化 | 了解 | 危害：占用端口资源（客户端）和内存资源（服务端），导致无法建立新连接。 优化：1. 调整内核参数（如 tcp_tw_reuse）。2. 改用长连接。 |
| TCP如何保证数据传输的可靠性 | 必问 | 1. 确认应答 (ACK)：每发数据需收到确认。 2. 超时重传：没收到 ACK 则重发。 3. 序列号：解决乱序和重复问题。 4. 校验和：检测数据是否损坏。 5. 流量控制 (滑动窗口)：防止发太快把接收方撑死。 6. 拥塞控制：防止网络拥堵 (慢启动、拥塞避免)。 |
| TCP滑动窗口机制 | 了解 | 允许发送方在收到 ACK 前连续发送多个包。窗口大小决定了无需等待确认可发送的最大数据量，提高吞吐率。 |
| TCP流量控制机制 | 了解 | 接收方通过 ACK 报文中的 窗口大小 字段告诉发送方自己还能收多少数据。若接收区满了，窗口置 0，发送方停止发送。 |
| TCP超时重传机制 | 了解 | 若超过 RTO 时间未收到 ACK，认为丢包并重传。RTO 通常基于 RTT (往返时间) 动态计算。Linux 默认重传间隔指数递增 (500ms, 1s, 2s…)。 |
| 如何处理TCP粘包问题 | 必问 | 本质：TCP 是流式协议，无边界。 解决方法： 1. 定长发送：每包固定长度。 2. 特殊分隔符：如尾部加 \r\n。3. 头部加长度字段 (最常用)：包头存数据长度，先读头，再读对应长度的数据。 |
| TCP建立连接之后怎么保持长连接 | 必问 | 1. TCP Keepalive：开启内核保活机制，定时发空包探测。 2. 应用层心跳包：程序定时发自定义心跳包 (HeartBeat)，若超时无响应则断开重连。 |
| 当关闭连接最后一个ACK丢失怎么办 | 了解 | 被动方收不到 ACK 会重传 FIN。主动方在 TIME_WAIT 状态下收到重传的 FIN，会再次发送 ACK 并重置 2MSL 计时器。 |
| TCP连接发生错误的异常处理(1004/1006) | 了解 | 1004：连接被重置或异常关闭。 1006：WebSocket 非正常关闭。 处理：捕获错误，释放资源，尝试重连。 |
📂 第三板块：UDP 协议与对比
UDP 虽简单，但考察重点在于“如何让它变得可靠”以及与 TCP 的对比。
| 问题 | 级别 | 详细解答 |
|---|---|---|
| 简述UDP协议及应用场景 | 必问 | 定义：无连接、不可靠、面向报文的传输协议。 场景：音视频通话 (允许丢包但求快)、游戏 (实时性)、DNS (包小)、广播/组播、物联网 (省电)。 |
| TCP与UDP的区别 | 必问 | 1. 连接：TCP 面向连接；UDP 无连接。 2. 可靠性：TCP 可靠 (重传/排序)；UDP 不可靠 (丢包不负责)。 3. 速度：UDP 快，头部开销小 (8字节 vs TCP 20字节)。 4. 传输方式：TCP 是字节流；UDP 是数据报。 5. 通信：TCP 是一对一；UDP 支持一对一、一对多 (广播/组播)。 |
| 如何让UDP变得可靠 (RUDP) | 重点 | 在 应用层 实现可靠性机制： 1. 添加 Seq/Ack 机制。 2. 添加 超时重传 机制。 3. 添加 滑动窗口 控制流量。 例如：QUIC 协议。 |
| UDP点播、组播、广播的区别 | 重点 | 单播 (Unicast)：一对一。 广播 (Broadcast)：一对所有 (局域网内)。需设置 SO_BROADCAST。组播 (Multicast)：一对一组 (特定组播组)。需设置组播地址 (D类 IP)。 |
| TCP和UDP一次性最多传输多少个字节 | 了解 | MTU 通常是 1500 字节。 TCP：1500 - 20 (IP头) - 20 (TCP头) = 1460 字节 (MSS)。 UDP：1500 - 20 (IP头) - 8 (UDP头) = 1472 字节。 |
📂 第四板块：应用层协议 (HTTP/MQTT/Modbus)
应用层协议考察实际开发中的数据交互格式。
| 问题 | 级别 | 详细解答 |
|---|---|---|
| HTTP协议及GET/POST区别 | 必问 | HTTP：无状态的超文本传输协议。 GET：获取资源，参数在 URL 中，不安全，长度受限。 POST：提交数据，参数在 Body 中，相对安全，适合上传/修改。 HTTPS：HTTP + SSL/TLS，加密传输。 |
| HTTPS如何加密 | 了解 | 混合加密： 1. 非对称加密 (RSA)：握手阶段交换 Session Key。 2. 对称加密 (AES)：数据传输阶段使用 Session Key 加密内容。 |
| MQTT协议及关键词 | 必问 | 定义：轻量级发布/订阅消息协议，基于 TCP，适合物联网。 关键词： 1. Broker (代理/服务器) 2. Topic (主题) 3. Publish/Subscribe (发布/订阅) 4. QoS (0:至多一次, 1:至少一次, 2:只有一次) 5. Keep Alive (保活) |
| 了解MODBUS协议么 | 重点 | 定义：工业控制标准协议 (PLC/传感器)。 特点：主从模式 (Master/Slave)。 模式：Modbus-RTU (串口二进制)、Modbus-TCP (以太网)。 |
| HTTP请求发送到后端需要做什么 | 了解 | DNS解析 → 建立 TCP 连接 → (HTTPS握手) → 构建请求头/体 → 发送 → 等待响应 → 关闭/复用连接。 |
| 客户端与服务器通信采用什么格式 | 重点 | 常用：JSON (易读)、XML (繁琐)、Protobuf (二进制高效)、CSV。 |
| 文件断点续传原理 | 重点 | 核心：记录传输位置 (Range)。 下次连接时，客户端请求头带上 Range: bytes=1024-，告诉服务器从 1024 字节开始传，而非重头开始。 |
📂 第五板块：Socket 编程与 IO 模型
这是代码实操部分，必须掌握 API 调用流程。
| 问题 | 级别 | 详细解答 |
|---|---|---|
| 使用bind等函数写出TCP建立连接的流程 | 必问 | Server端：socket() → bind() (绑端口) → listen() (监听) → accept() (阻塞等待) → recv/send() → close()。Client端： socket() → bind() (可选) → connect() (发SYN) → send/recv() → close()。顺序：先起 Server 阻塞在 accept，再起 Client 调 connect。 |
| 使用TCP/UDP时,客户端是否要使用bind函数 | 重点 | 不是必须的。若不绑定，内核会自动分配一个临时端口。通常服务端必须 Bind 固定端口，客户端随意。 |
| 使用TCP协议如何获取IP地址及端口号 | 了解 | 使用 struct sockaddr_in 结构体。1. sin_addr.s_addr 存 IP (用 inet_addr / inet_ntoa 转换)。2. sin_port 存端口 (用 htons / ntohs 转换)。3. getpeername() 可获取对端 IP/端口。 |
| 服务器IO设计模型 | 重点 | 1. 同步阻塞 IO：普通 read/write，没数据卡死。 2. 同步非阻塞 IO：O_NONBLOCK，没数据返回错误，需轮询。 3. IO 多路复用 (Select/Poll/Epoll)：一个线程监控多个 Socket，效率高 (Reactor模式)。 4. 异步 IO (AIO)：系统读完通知你 (Proactor模式)。 |
| 多路复用机制 (Select/Epoll) | 必问 | 定义：单线程同时监听多个文件描述符 (FD) 的可读/可写状态。 Select：轮询所有的 FD，有数量限制 (1024)，效率随连接数增加下降。（服务员询问每桌客人是否需要服务） Epoll：事件驱动，无上限，只有活跃的 FD 会触发回调，效率极高。（给每个客人加个铃铛，客人摇铃铛来让服务员服务） |
| mcu下tcp协议如何保证有序? | 了解 | 即使在单片机 (MCU) 上，TCP 协议栈 (如 LwIP) 内部依然通过 序列号 (Seq) 和 重排序队列 来保证应用层读到的数据是有序的。 |
| 网络如何调试 | 重点 | 1. 抓包：Wireshark (PC端), tcpdump (Linux端)。 2. 连通性：ping, telnet (测端口)。 3. 路由：traceroute。 4. 状态：netstat -anp (查连接状态)。 |
