前言
网络协议为什么如此重要呢？又为什么“计算机组成与系统结构”“数据结构与算法”“操作系统”“计算机网络”“编译原理”，会成为大学计算机的核心课程呢？这些课程看起来没有如今那些流行的框架发展的快，看似在你找工作中的过程中对你的帮助不大，但事实真的是这样的么。在实际工作中我发现，这些课程更加注重“内功”的修炼，表面对你的工作没有直接的影响，但是如果你没有了这些“内功”的修炼，会潜移默化地影响你对工作中某些问题的看待。网络协议早已默默地渗透到了计算机世界中的方方面面，无论你是做开发例如后端、前端、测试，又或者是运维，网络协议都是我们必须要过的一道坎，它把网络世界的不同模块都有机地联系到了一起。所以，接下来就跟随我一起走进网络协议的世界吧。
网络分层
1. OSI七层模型
ISO为了更好的使网络应用更为普及，推出了OSI参考模型。
（1）应用层
OSI参考模型中最靠近用户的一层，是为计算机用户提供应用接口，也为用户直接提供各种网络服务。我们常见应用层的网络服务协议有：HTTP，HTTPS，FTP，POP3、SMTP等。
- 在客户端与服务器中经常会有数据的请求，这个时候就是会用到
http(hyper text transfer protocol)(超文本传输协议)或者https.在后端设计数据接口时，我们常常使用到这个协议。 FTP是文件传输协议，在开发过程中，个人并没有涉及到，但是我想，在一些资源网站，比如百度网盘``迅雷应该是基于此协议的。SMTP是simple mail transfer protocol（简单邮件传输协议）。在一个项目中，在用户邮箱验证码登录的功能时，使用到了这个协议。
（2）表示层
表示层提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据格式转换成通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。
（3）会话层
会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
（4）传输层
传输层建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。我们通常说的，TCP UDP就是在这一层。端口号既是这里的“端”。
（5）网络层
本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。就是通常说的IP层。这一层就是我们经常说的IP协议层。IP协议是Internet的基础。我们可以这样理解，网络层规定了数据包的传输路线，而传输层则规定了数据包的传输方式。
（6）数据链路层
将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址 (以太网使用MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。
网络层与数据链路层的对比，通过上面的描述，我们或许可以这样理解，网络层是规划了数据包的传输路线，而数据链路层就是传输路线。不过，在数据链路层上还增加了差错控制的功能。
（7）物理层
实际最终信号的传输是通过物理层实现的。通过物理介质传输比特流。规定了电平、速度和电缆针脚。常用设备有（各种物理设备）集线器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆。这些都是物理层的传输介质。 对等通信，为了使数据分组从源传送到目的地，源端OSI模型的每一层都必须与目的端的对等层进行通信，这种通信方式称为对等层通信。在每一层通信过程中，使用本层自己协议进行通信。
2. TCP/IP五层协议
TCP协议
TCP的全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP 是面向连接的、可靠的流协议。三次握手TCP协议位于传输层，作用是提供可靠的字节流服务，为了准确无误地将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略。
1、三次握手：
（1）客户端发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且将报文中的SYN字段置为1，表示需要建立TCP连接。（SYN=1，seq=x，x为随机生成数值）；
（2）服务端回复客户端发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号，是由回复端随机生成的，并且将SYN置为1，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发送过来的序列号seq的基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到验证。（SYN=1，ACK=x+1，seq=y，y为随机生成数值）这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接；
（3）客户端收到服务端发送的TCP建立验证请求后，会使自己的序列号加1表示，并且再次回复ACK验证请求，在服务端发过来的seq上加1进行回复。（SYN=1，ACK=y+1，seq=x+1）。
2、四次挥手
（1）客户端发送断开TCP连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中的FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接。（FIN=1，seq=x，x由客户端随机生成）
（2）服务端会回复客户端发送的TCP断开请求报文，其包含seq序列号，是由回复端随机生成的，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。（FIN=1，ACK=x+1，seq=y，y由服务端随机生成）
（3）服务端在回复完客户端的TCP断开请求后，不会马上进行TCP连接的断开，服务端会先确保断开前，所有传输到A的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕，就会将回复报文的FIN字段置1，并且产生随机seq序列号。（FIN=1，ACK=x+1，seq=z，z由服务端随机生成）
（4）客户端收到服务端的TCP断开请求后，会回复服务端的断开请求，包含随机生成的seq字段和ACK字段，ACK字段会在服务端的TCP断开请求的seq基础上加1，从而完成服务端请求的验证回复。（FIN=1，ACK=z+1，seq=h，h为客户端随机生成）
3、特点
（1）面向连接
面向连接，是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”，这样能建立可靠的连接。建立连接，是为数据的可靠传输打下了基础。
（2）仅支持单播传输
每条TCP传输连接只能有两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。
（3）面向字节流
TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。
（4）可靠传输
对于可靠传输，判断丢包、误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。
（5）提供拥塞控制
当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞。
（6）提供全双工通信
TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）
UDP协议
UDP在传输数据之前不需要先建立连接，远地主机的运输层在接收到UDP报文后，不需要确认，提供不可靠交付。特点：
- 不保证消息交付：不确认，不重传，无超时
- 不保证交付顺序：不设置包序号，不重排，不会发生队首阻塞
- 不跟踪连接状态：不必建立连接或重启状态机
- 不进行拥塞控制：不内置客户端或网络反馈机制
对比
| UDP | TCP | |
|---|---|---|
| 是否连接 | 无连接 | 面向连接 |
| 是否可靠 | 不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制 | 可靠传输（数据顺序和正确性），使用流量控制和拥塞控制 |
| 连接对象个数 | 支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信 | 只能是一对一通信 |
| 传输方式 | 面向报文 | 面向字节流 |
| 首部开销 | 首部开销小，仅8字节 | 首部最小20字节，最大60字节 |
| 适用场景 | 适用于实时应用，例如视频会议、直播 | 适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输 |
HTTP协议
HTTP协议（超文本传输协议）是一种网络通信协议，它允许将超文本标记语言(HTML)文档从Web服务器传送到客户端的浏览器。默认端口：80
特点
1、支持客户/服务器模式。
2、简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
3、灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。
4、无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
5、无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。
报文格式
请求行（URL） :
请求行由请求方法字段（GET/POST）、URL字段和HTTP协议版本字段3个字段组成。
请求头部（header）：
请求头部由关键字/值对组成，每行一对，关键字和值用英文冒号 “ : ” 分隔。
请求头部通知服务器有关于客户端请求的信息，典型的请求头有：
User-Agent：产生请求的浏览器类型。
Accept：客户端可识别的内容类型列表。
Host：请求的主机名，允许多个域名同处一个IP地址，即虚拟主机。
Content-Type：请求体的MIME类型，MIME类型：描述消息内容类型的因特网标准，常见的有application/json、image/jpeg、application/octet-stream等
请求体：
请求正文向服务器提交的请求数据，GET请求的参数一般是放在请求行后的键值对，post请求的参数类型多样（表单、json、xml、图片等）
状态码
200 - 请求成功，已经正常处理完毕
301 - 请求永久重定向，转移到其它URL
302 - 请求临时重定向
304 - 请求被重定向到客户端本地缓存
400 - 客户端请求存在语法错误
401 - 客户端请求没有经过授权
403 - 客户端的请求被服务器拒绝，一般为客户端没有访问权限
404 - 客户端请求的URL在服务端不存在
500 - 服务端永久错误
503 - 服务端目前无法使用（由于超载或停机维护）
响应头：
响应头用于描述服务器的基本信息，以及数据的描述，服务器通过这些数据的描述信息，可以通知客户端如何处理等一会儿它回送的数据。
常见的响应头有：
Content-Length：表示内容长度
Content- Type：表示后面的文档属于什么MIME类型
Server：服务器通过这个头告诉浏览器服务器的类型
响应体：
响应正文就是响应的消息体，如果是纯数据就是返回纯数据，如果请求的是HTML页面，那么返回的就是HTML代码，如果是图片就是图片等
HTTPS协议
超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure，简称：HTTPS）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，利用SSL/TLS来加密数据包。HTTPS的主要目的是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。
（1）对称加密
对称加密的方法是，双方使用同一个秘钥对数据进行加密和解密。但是对称加密的存在一个问题，就是如何保证秘钥传输的安全性，因为秘钥还是会通过网络传输的，一旦秘钥被其他人获取到，那么整个加密过程就毫无作用了。 这就要用到非对称加密的方法。
常见的对称加密算法有AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM等。相同的秘钥可以用于信息的加密和解密。掌握秘钥才能获取信息，防止信息窃听，其通讯方式是一对一。
特点：对称加密的优势就是信息传输使用一对一，需要共享相同的密码，密码的安全是保证信息安全的基础，服务器和N个客户端通信，需要维持N个密码记录且不能修改密码。
（2）非对称加密
非对称加密的方法是，我们拥有两个秘钥，一个是公钥，一个是私钥。公钥是公开的，私钥是保密的。用私钥加密的数据，只有对应的公钥才能解密，用公钥加密的数据，只有对应的私钥才能解密。我们可以将公钥公布出去，任何想和我们通信的客户， 都可以使用我们提供的公钥对数据进行加密，这样我们就可以使用私钥进行解密，这样就能保证数据的安全了。但是非对称加密有一个缺点就是加密的过程很慢，因此如果每次通信都使用非对称加密的方式的话，反而会造成等待时间过长的问题。
常见的非对称加密算法有RSA、ECC、DH等。秘钥成对出现，一般称为公钥（公开）和私钥（保密）。公钥加密的信息只有私钥可以解开，私钥加密的信息只能公钥解开，因此掌握公钥的不同客户端之间不能相互解密信息，只能和服务器进行加密通信，服务器可以实现一对多的的通信，客户端也可以用来验证掌握私钥的服务器的身份。
特点：非对称加密的特点就是信息一对多，服务器只需要维持一个私钥就可以和多个客户端进行通信，但服务器发出的信息能够被所有的客户端解密，且该算法的计算复杂，加密的速度慢。
综合上述算法特点，TLS/SSL的工作方式就是客户端使用非对称加密与服务器进行通信，实现身份的验证并协商对称加密使用的秘钥。对称加密算法采用协商秘钥对信息以及信息摘要进行加密通信，不同节点之间采用的对称秘钥不同，从而保证信息只能通信双方获取。这样就解决了两个方法各自存在的问题。
（3）数字证书
现在的方法也不一定是安全的，因为没有办法确定得到的公钥就一定是安全的公钥。可能存在一个中间人，截取了对方发给我们的公钥，然后将他自己的公钥发送给我们，当我们使用他的公钥加密后发送的信息，就可以被他用自己的私钥解密。然后他伪装成我们以同样的方法向对方发送信息，这样我们的信息就被窃取了，然而自己还不知道。为了解决这样的问题，可以使用数字证书。
首先使用一种 Hash 算法来对公钥和其他信息进行加密，生成一个信息摘要，然后让有公信力的认证中心（简称 CA ）用它的私钥对消息摘要加密，形成签名。最后将原始的信息和签名合在一起，称为数字证书。当接收方收到数字证书的时候，先根据原始信息使用同样的 Hash 算法生成一个摘要，然后使用公证处的公钥来对数字证书中的摘要进行解密，最后将解密的摘要和生成的摘要进行对比，就能发现得到的信息是否被更改了。
这个方法最要的是认证中心的可靠性，一般浏览器里会内置一些顶层的认证中心的证书，相当于我们自动信任了他们，只有这样才能保证数据的安全。
