计算机网络

达道者
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OSI模型

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

TCP/IP模型

物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层

网络接口层、网络层、传输层、应用层

TCP 协议特性

最主要的三个特性是：面向连接的可靠流式传输

它提供了基于字节流的、全双工的数据传输，并通过确认应答、重传机制来保证可靠传输

TCP三次握手四次挥手

三次握手

  1. A请求B建立连接，进入待确认状态
  2. B同意并响应A的请求，进入待确认状态
  3. A发送确认包给B，A进入确认状态，B收到A的确认包后，B也进入确认状态

完成上述流程后，双方进入全双工通信。

必要性：

1、避免网络阻塞和历史连接等原因造成的系列号错乱，冗余连接会浪费资源，及时发出RST关闭连接

2、第三次确保了ACK+SYN并未丢失，序列号已同步，方能建立可靠连接

应对SYN攻击：（系统维护SYN队列和ACK队列，SYN队列被撑爆）

1、限制对服务器 SYN 请求的频率和次数

2、限制单个 IP 的 SYN 请求数

3、增大 SYN 队列的容量

4、使用 SYN Cookie 技术，服务端收到客户端的 SYN 请求时不立马分配资源，而是生成一些信息在 SYN+ACK 报文中返回给客户端，再收到客户端的 ACK 报文后才建立连接

四次挥手

  1. A请求B关闭连接，A不再发送新数据，没发完的继续发
  2. B同意并响应A的请求
  3. B不再发送新数据，没发完的继续发，完成后通知A关闭连接
  4. A收到B的关闭后，A的数据也发送完后，A通知B确认关闭，A在2MSL后也关闭连接

完成上述流程后，双方正式关闭连接。

TIME_WAIT为2MSL的作用：（MSL表示报文最大生存时间，而 2MSL 表示报文往返的最大生存时间，这足以让报文在网络中消失）

1、防止历史连接中的数据，被相同地址的新连接接收，造成错误数据。

2、正确关闭，防止最后的ACK报文丢失，B会重新发起 FIN 报文，若此时A已经关闭，收到B重传的 FIN 报文后，会返回 RST 报文。虽然也能关闭，但并不是一个正常的方式。

TCP通过以下机制来保证数据传输的可靠性：

  1. 序列号和确认应答：每个TCP报文段都包含一个序列号，用于标识报文段在数据流中的位置。接收方会发送确认应答，告知发送方已经成功接收到数据。

  2. 数据重传：如果发送方没有收到确认应答，会进行定时重传，确保数据可靠传输。

  3. 滑动窗口：TCP使用滑动窗口机制来控制发送方和接收方之间的数据流量。它允许发送方连续发送多个报文段，而不需要等待确认应答，从而提高传输效率。

  4. 拥塞控制：TCP具有拥塞控制机制，它通过动态调整发送速率来避免网络拥塞。当网络拥塞时，TCP会减少发送速率，确保网络的稳定性。

TCP的机制

HTTP的请求过程

TCP和UDP的区别

TCP是传输控制协议，UDP是用户数据报协议。

TCP是面向连接的可靠数据流传输，UDP是无连接的不可靠报文协议。

TCP注重按照顺序到达目的地，拥有错误检测和重传机制。

UDP注重速度，可能会丢失、重复或乱序。

Http与Https的区别

端口分别是80和443。

HTTPS使用SSL（Secure Socket Layer）或TLS（Transport Layer Security）协议对通信进行加密，添加了加密和认证机制。

HTTPS开销大，但是更安全，采用了对称加密和非对称加密机制。

HTTPS 具备加密通信、校验机制和数字证书三个特性，从而保证了数据传输的安全性。

三次握手后的第四次握手就是加密的过程。

HTTP 2.0比1.0最大的提升大于，多路复用、头部压缩、服务端推送，

HTTPS 非对称加密+对称加密

  1. 服务器拥有非对称加密的公钥和私钥

  2. 服务端将收到请求后，将公钥明文传输给客户端

  3. 客户端随机生成一个对称加密的秘钥S，用公钥加密S后返回给服务器

  4. 服务器用私钥解密后获得对称加密秘钥S

  5. 双方通过秘钥S进行通信

中间人攻击：即中间人冒充了服务器。骗了客户端的数据，同时自己与服务端通信，骗了服务端数据。

为了防止中间人攻击，引入网络世界的“公理”——CA机构，让它给服务端颁发“身份证”——数字证书。

防止数字证书被篡改，需要对数字证书进行签名，再判断签名是否跟证书中的一致即可（就像下载文件校验MD5的原理）。这个签名叫——数字签名。

数字签名的制作过程：

  1. CA机构拥有非对称加密的公钥和私钥
  2. CA机构对证书的明文数据T进行hash
  3. 对hash后的值用私钥加密，得到数字签名S

数字证书 包含了 证书明文和数字签名，颁发给服务端

如何确保CA机构的公钥是可信的？（该公钥是否对应该网站）

客户端（系统、浏览器）会预装一些根证书，以根证书为起点，通过信任链层层信任，可以校验公钥是可信的。有时客户端需要内置证书 或 浏览器会提示需要下载证安装书（风险自己承担），此时客户端就拥有了可信的公钥。

上述可推导出：客户端（浏览器）自带CA机构的公钥。

客户端验证过程：

  1. 客户端拿到服务器返回的证书（带公钥）

  2. 客户端自带CA机构的证书对服务端证书进行校验

  3. 校验通过则证书可信任，否则警告提示不可信任，提示安装证书

安全通信机制流程图：

彻底搞懂HTTPS的加密原理

一篇读懂https的本质、证书验证过程以及数据加密

HTTP的9个请求方法

  • GET，获取数据；无body，有安全、幂等、可缓存的特性，数据在URL中，数据大小限制在浏览器对URL长度的支持，直接请求，有历史记录和缓存。

  • POST，提交数据；有body，无安全、幂等、可缓存的特性，数据不透明，数据大小无限制，需要先校验head，后校验body，所以抓包经常能看到post请求会有两次，其中一次是options验证Header，第二次才是data发送。

  • HEAD，获得报头；类似GET，无Response，用于查询资源是否存在

  • OPTIONS，询问支持的方法；在报文头的Allow字段中返回支持的方法(GET\POST等)

  • PUT，文件上传；类似POST，但PUT指定了资源存放位置，POST由服务端决定

  • PATCH，局部更新文件；对PUT方法的补充，对已知资源进行局部更新

  • DELETE，删除文件；请求服务器删除指定文件

  • TRACE，追踪路径；主要用于测试，客户端可以对请求消息的传输路径进行追踪，让服务端将之前的请求通信还给客户端

  • CONNECT，要求用隧道协议连接代理；实现用隧道协议进行TCP通信。主要使用SSL（安全套接层）和TLS（传输层安全）协议把通信内容加密后经网络隧道传输。

HTTP请求通过TCP套接字，客户端向Web服务器发送一个文本的请求报文，一个请求报文由请求行、请求头部、空行和请求数据4部分组成。

Requet

POST / HTTP1.1
Host:www.wrox.com
User-Agent:Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1; .NET CLR 2.0.50727; .NET CLR 3.0.04506.648; .NET CLR 3.5.21022)
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded
Content-Length:40
Connection: Keep-Alive

name=Professional%20Ajax&publisher=Wiley

第一部分：请求行，第一行明了是post请求，以及http1.1版本。
第二部分：请求头部，第二行至第六行。
第三部分：空行，第七行的空行。
第四部分：请求数据，第八行。

Response

HTTP/1.1 200 OK
Date: Fri, 22 May 2009 06:07:21 GMT
Content-Type: text/html; charset=UTF-8

<html>
      <head></head>
      <body>
            <!--body goes here-->
      </body>
</html>

第一部分：状态行，由HTTP协议版本号， 状态码， 状态消息 三部分组成。

第二部分：消息报头，用来说明客户端要使用的一些附加信息。

第三部分：空行，消息报头后面的空行是必须的。

第四部分：响应正文，服务器返回给客户端的文本信息。

常见状态码

  • 1XX，信息，请求正在处理

  • 2XX，成功，请求正常处理，200成功

  • 3XX，重定向，请求完成，但需要附加操作，301重定向

  • 4XX，客户端错误，服务器无法处理请求，400请求错误，404无法找到资源

  • 5XX，服务器错误，服务器出错，500内部错误，501无法处理请求

DNS流程

  1. 客户机向其本地域名服务器发出DNS请求报文

  2. 本地域名服务器收到请求后，查询本地缓存，假设没有该记录，则以DNS客户的身份向根域名服务器发出解析请求

  3. 根域名服务器收到请求后，判断该域名所属域，将对应的顶级域名服务器的IP地址返回给本地域名服务器

  4. 本地域名服务器向顶级域名服务器发出解析请求报文

  5. 顶级域名服务器收到请求后，将所对应的授权域名服务器的IP地址返回给本地域名服务器

  6. 本地域名服务器向授权域名服务器发起解析请求报文

  7. 授权域名服务器收到请求后，将查询结果返回给本地域名服务器

  8. 本地域名服务器将查询结果保存到本地缓存，同时返回给客户机

Cookie和Session

cookie是客户端状态保持方案，各浏览器大小限制不同，安全性低

session是服务器端状态保持方案，取决于服务端存储空间，常依赖于cookie回传sessionid，安全性高

浏览器中向域名发起请求后的全过程

  1. 浏览器通过DNS解析域名获得IP

  2. 浏览器发起一个到IP的HTTP请求

  3. 通过TCP封装数据包，随机选一个可用端口与服务器指定端口进行数据传输

  4. 网络层通过路由表查找到服务器的路径，期间会使用ARP协议进行查找

  5. 服务器收到数据并作出响应后，按上述流程原路返回给客户端

WebSocket是基于HTTP协议实现的长链接封装，是一种特定的通信协议。

Socket是基于网络层的封装，适应性广泛，用TCP、UDP等协议通信。

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