计算机网络复习自用

凌星晓
370 阅读11分钟

题干参考自： www.nowcoder.com/discuss/573…
然后自己填充了答案以及有价值的好文链接

1 OSI七层协议、TCP/IP四层协议

www.runoob.com/w3cnote/sum…
7层模型是最细化的模型。4层模型是TCP/IP实际使用的模型。5层模型常用于教学。

2 各层对应的网络设备和协议

应用层协议
  • FTP(21端口(控制))：文件传输协议
  • SSH(22端口)：远程登陆
  • TELNET(23端口)：远程登录
  • SMTP(25端口)：发送邮件
  • POP3(110端口)：接收邮件
  • HTTP(80端口)：超文本传输协议
  • DNS(53端口)：运行在UDP上，域名解析服务
传输层（TCP/UDP）
  • TCP
    • 建立连接。三次握手四次挥手。
    • 端到端可靠字节流。
    • 保证正确，有序，不丢包。有拥塞控制等机制。
  • UDP
    • 无连接。UDP支持多播广播。
    • 端到端不可靠数据报。
    • 头部短。系统资源占用少。
网络层
数据链路层
  • 以太网协议（交换式以太网 / 传统同轴电缆以太网）
  • 交换机、网桥：根据MAC地址将帧转运到正确的端口（交换机就是多端口网桥）（划分冲突域）
物理层
  • 集线器（hub）、中继器(repeater)：类似导线互通，在同一冲突域

3 数据链路层的CSMA/CD协议

802.11协议精读3：CSMA/CD与CSMA/CA - 徐方鑫的文章 - 知乎

  • CSMA/CA
    • 未必信道空闲就传输（0/1/p-坚持）
    • 避免冲突，不能检测到冲突的发生
    • 使用ACK判断传输成功
  • CSMA/CD
    • 只要信道空闲就传输
    • 检测到冲突立即止损
    • 没有检测到冲突或JAM信号判断传输成功

5 TCP三次握手和四次挥手

三次握手

三次握手

为什么不能两次握手？

两次握手 = 就是只要 server 发出确认，新的连接就建立了。

  • 这不能验证client接收到了server第二次握手的报文，不能保证双方成功交换了序列号。
  • 网络中可能流窜着已失效的“第一次握手”报文段。如果两次握手，server会傻傻地建立连接，等待 client 发来数据，浪费计算资源。而在三次握手协议下，server在重发五次之后自动关闭连接进入CLOSED状态。
四次挥手

四次挥手

不辞而别？

服务器若2小时还没有收到客户端的任何数据，就会发送最多10个探测报文，若客户端仍没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

6 TCP首部

zhuanlan.zhihu.com/p/108822858

  • 序号seq：用于对字节流进行编号，例如序号为 301，表示第一个字节的编号为 301，如果携带的数据长度为 100 字节，那么下一个报文段的序号应为 401。
  • 确认号：期望收到的下一个报文段的序号。例如 B 正确收到 A 发送来的一个报文段，序号为 501，携带的数据长度为 200 字节，因此 B 期望下一个报文段的序号为 701，B 发送给 A 的确认报文段中确认号就为 701。
  • 窗口：接受窗口（通告窗口）的大小是根据自己的资源情况动态调整的，在返回ACK时将接受窗口大小放在TCP报文中的窗口字段告知发送方。
  • 控制位：八位从左到右分别是 CWR，ECE，URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。
  • ACK：该位设为 1，确认应答的字段有效，TCP规定 除了最初建立连接时的 SYN 包 之外该位必须设为 1
  • SYN：用于建立连接，该位设为 1，表示希望建立连接，并在其序列号的字段进行序列号初值设定
  • FIN：该位设为 1，表示今后不再有数据发送，希望断开连接。当通信结束希望断开连接时，通信双方的主机之间就可以相互交换 FIN 位置为 1 的 TCP 段。

7 差错控制

主要使用校验和、确认、超时重传这三个工具进行差错控制

  • 数据正确：校验和
  • 顺序正确：用序列号对失序数据包重新排序
  • 发包重复：丢弃重复数据
  • 发包缺失：确认号(ACK) + 超时重发

7.1停止等待协议、连续ARQ协议

  • 停等ARQ协议（stop-and-wait）
  • 连续ARQ协议（Continuous ARQ）
    • 回退N帧ARQ协议（Go-Back-N）
    • 选择性重传ARQ协议（Selective Repeat）
回退N帧ARQ协议

如果前一个帧在超时时间内未得到确认，就认为丢失或被破坏，需要重发出错帧及其后面的所有数据帧。这样有可能有把正确的数据帧重传一遍，降低了传送效率。

发送窗口为n，接收窗口为1. In Go-Back-N ARQ, the maximum size of the send window is 2^n -1, the size of the receiver window is always 1. (n:序号位数)

选择性重传ARQ协议

接收端只把出错的的帧丢弃，其后面的数据帧保存在缓存中，并向发送端回复NAK(非确认帧)。发送端接收到NAK时，只发送出错的帧。选择重传协议可以避免重复传送那些正确到达接收端的数据帧。但是接收端要设置具有相当容量的缓存空间，这在许多情况下是不够经济的。

In Selective Repeat ARQ, the maximum size of the send window is 2^(n-1)!!! 同样大小的window，SR要使用Go-Back-N两倍的序号空间！

8 流量控制

处理拥塞

  • cwnd: 拥塞窗口。发送方能发的余量。不能超过rwnd.
  • ssthresh: 慢启动门限
  • 最终数据发送的字节数，将根据通告窗口和拥塞窗口的较小值作为上限
  • 很多时候，丢包是出现网络波动的意外情况，此时网络并没有拥塞。因此不必重新回到慢启动状态。这就是快恢复。
  • 快恢复是配合快重传使用的。收到三个连续的ack后，设置ssthresh为当前的一半。然后设置cwnd = ssthresh. (有的快重传是把开始时的拥塞窗口cwnd值再增大一点，即等于 ssthresh + 3 * MSS，因为之前已经接收到了3个ACK)
  • 快重传是相对于超时重传来说的。因为超时确认引起的数据包丢失，那网络怕是真的拥塞了。那么cwnd将会被初始化为1个报文段，开始慢启动。

相关窗口

  • 发送窗口
    • 发送端的发送窗口swnd不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值
    • 包括待确认和待发送的报文段

  • 接收窗口
    • 大小为rwnd
    • 有时被简称滑动窗口

9 从浏览器输入url到加载出页面发生了什么

当你在浏览器输入 baidu.com 并按下回车后发生了什么？ - Aceyclee的文章 - 知乎

  • DNS 得到 IP (本地,递归查询,迭代查询)
  • 浏览器获得域名对应的IP地址以后，浏览器向服务器请求建立TCP连接；
  • 客户端对服务器发出HTTP请求（HTTPS的话还需提前商议密匙）
  • 服务器接收到这个请求，并根据路径参数,映射到特定的请求处理器,将处理结果及相应的视图返回给浏览器；
  • 浏览器解析HTML,若遇到对js文件、css文件及图片等静态资源的引用，则重复上述步骤向服务器请求这些资源；
  • 浏览器完成渲染页面

10 HTTP的版本

10.1 HTTP1.0和1.1

  • HTTP1.1支持长连接（HTTP Multiplexing）：在一个TCP链接上可以传送多个http请求和响应.这样就不用多次建立和关闭TCP连接了
  • http协议http1.0_http1.1_http2.0的区别 - 我要鹿鹿鹿的文章 - 知乎
  • 在HTTP 1.0中，客户端的每一个HTTP请求都必须通过独立的TCP连接进行处理，而在HTTP 1.1中，对这种方式进行了改进。
  • 客户端可以在一个TCP连接中发送多个HTTP请求，这种技术叫做HTTP复用（HTTP Multiplexing）。
  • 它与TCP连接复用最根本的区别在于
    • TCP连接复用是将多个客户端的HTTP请求复用到一个服务器端TCP连接上，
    • 而HTTP复用则是一个客户端的多个HTTP请求通过一个TCP连接进行处理。
    • 前者是负载均衡设备的独特功能；
    • 而后者是HTTP 1.1协议所支持的新功能，目前被大多数浏览器所支持。

10.2 从HTTP1到HTTP2

  • HTTP1的解析是基于文本协议的各式解析,而HTTP2.0的协议解析是二进制格式.
  • HTTP2支持多路复用(Mutiplexing) : 一个连接上可以有多个request,使用每个request不同的request_id来辨别.
  • 多路复用的优势：在HTTP/2中，客户端向服务器请求页面的过程中，只会创建一条TCP连接，即使这页面可能包含上百个资源。而之前的HTTP/1.x一般会创建6-8条TCP连接来请求这上百个资源。单一的连接应该是HTTP2的主要优势。
  • HTTP 2 的新特性你 get 了吗？ - 贺嘉的文章 - 知乎

11 GET和POST区别

GET 和 POST 到底有什么区别？ - 大宽宽的回答 - 知乎

  1. GET是幂等的，即读取同一个资源总是得到相同的数据，POST不是幂等的；
  2. GET一般用于从服务器获取资源，而POST有可能改变服务器上的资源；
  3. GET请求（包括参数）可被保存到收藏夹，POST则不可以
  4. GET请求的数据明文附在URL之后；POST请求的数据在HTTP body中；
  5. GET只允许ASCII字符，POST对数据类型没有要求，也允许二进制数据；
  6. GET的长度有限制（操作系统或者浏览器），而POST数据大小无限制

12 DNS解析的过程

递归 迭代

13 HTTPS

  • http协议运行在TCP协议之上,传输的内容都是明文传送,安全性较差
  • HTTPS实际上就是HTTP穿上了SSL/TLS的外套.
  • SSL（安全套接字）与TLS（运输层安全）是运行在TCP层之上的。可以认为是在应用层的下方插了一个“安全层”
  • 一般情况下，我们只单向SSL（client验证server身份），server之间的交流会使用 two-way ssl.

一文带你了解HTTPS - 杨素的文章 - 知乎
让面试官膜拜你的HTTPS运行流程（超详细） - 噜噜呀的文章 - 知乎
SSL Handshake explained

  • 明文传输问题：非对称算法传播对称密匙
  • 中间人攻击：使用CA证书验证身份
    • 比如说Google需要向用户证明自己是Google，就找一家靠谱的CA为Google签发一张数字证书（Certificate）。在证书上,记载着Google的所有身份信息，和一个CA签下的数字签名（Signature）。CA的私钥（Private Key）就是CA手里的那根签字笔。（Gh0u1L5: CA 机构是如何保护自己私钥的？）
  • 数据篡改问题：使用数字签名验证Hash值
连接过程
  1. 客户端向服务器发送请求，同时发送客户端支持的一套加密规则（包括对称加密、非对称加密、摘要算法）；
  2. 服务器从中选出一组加密算法与Hash算法，并将自己的证书和加密公钥发送给客户端；
  3. 客户端验证服务器的证书，包括：证书是否过期，CA 是否可靠，发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”，服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配；
  4. 客户端生成一个随机密钥（用于对称算法），使用Hash算法对握手消息进行摘要计算，并将随机密钥和摘要一起用服务器提供的公钥加密发送给服务器；
  5. 服务器使用自己的私钥解密，得到对称加密的密钥，用这个密钥解密出Hash摘要值，并验证握手消息是否一致；如果一致，服务器使用对称加密的密钥加密握手消息发给客户端；
  6. 客户端解密并验证摘要，若一致，则握手结束。之后的数据传送都使用对称加密的密钥进行加密
从HTTP自动切换到HTTPS
  1. 原始的302跳转：服务器把所有的HTTP流量跳转到HTTPS。但中间人可能在第一次访问站点的时候就劫持。
  2. 引入HSTS机制：在服务器返回给浏览器的响应头中，增加Strict-Transport-Security这个HTTP Header，告诉浏览器，在接下来1年内，对于当前域名及其子域名的后续通信应该强制性的只使用HTTPS。
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