计算机网络概论｜青训营笔记

1. 计算机网络基础

1.1 网络组成部分

• 主机：客户端、服务端
• 路由器
• 网络协议

1.2 网络结构：网络的网络

• 本地网络
• 本地网络节点的网络
• 本地网络的网络
• 区域网络、城域网和广域网

1.3 信息交换

• 电路交换：线路接受需要建立连接
• 分组交换：传真，不需要建立连接；分组进入输出队列

1.4 网络分层

• 协议
  • 协议的存在依赖于连接
  • 协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和顺序
  • 以及报文发送或接收一条报文或其他事件所采取的动作
• 标头和载荷
  • header
  • payload
• 分层
  • 物理层
  • 链路层-本地帧头部
  • 链路层-IP协议头部
  • 网络层
  • 运输层-TCP协议头部
  • 应用层-HTTP协议头部

1.5 TCP协议格式

• 头部和载荷划分依靠data offset
• HTTP对报文做解析\r\n

2. Web中的网络

2.1 HTTP协议

2.1.1 请求

• 请求 URL 协议 （GET / HTTP/1.1）
• Host
• optional header
  • 头部名称：头部值

2.1.2 响应

• 协议 状态码 状态文
• Headers
• Payload

2.2 HTTP连接模型

• 请求响应模型：发起请求后需要等到响应在进行下一个请求
• 头部会重复发送，无法被压缩
• HTTP1.0 每个请求需要创建一个连接
• HTTP1.1 Persistent，默认持续一段时间
  • 队头堵塞：头请求耗时长，其余请求需要等待
  • 无法多路复用
• HTTP1.2 Pipelining：用户发送请求pipeline，服务器按需反馈
• HTTP2 帧：将数据拆分到帧中，实现流式处理方式
  • 帧长度、类型、状态、流id、载荷
  • 通过头部信息分辨流，在服务器中重组
  • 返回：3-帧长度 1类型 1状态 1id -载荷
  • 带来额外好处
    • 调整响应传输优先级
    • 头部压缩
    • server push
  • 问题 不够快
    • 队头堵塞 TCP上丢包
    • HTTPS下 响应不够快
  • 3RTT启动
    • HTTP客户端发起请求
    • TCP客户端发起请求
    • TCP服务端响应
    • TCP客户端请求密钥
    • TCP服务端发送密钥
    • HTTP客户端发起请求
• HTTP3： QUIC
  • Quick UDP internet connection
  • 现存网络设备对TCP UDP支持僵化
  • UDP不靠谱，QUIC靠谱
    • UDP无控制 无顺序 无保证
  • QUIC可以为除HTTP协议以外的应用层协议提供支持
  • 1RTT
    • HTTP客户端发起请求
    • QUIC客户端发起钥匙请求
    • QUIC服务端发送证书和钥匙
    • HTTP客户端发起请求
    • QUIC发送钥匙
  • 再次请求 0RTT
    • HTTP客户端发起请求
    • QUIC客户端发起请求 直接请求HTTP需要的内容
    • QUIC发起回复 直接回复HTTP请求需要的内容

2.3 CDN

• 极限
  • 物理极限决定通信极限
  • 价格
  • 服务器承载量不足 发生崩溃
• CDN服务器
  • 在全国访问不同的服务器
• DNS劫持
  • 域名解析由网站自己处理
  • 加速的域名重定向到CDN厂商域名解析服务处理
  • CDN厂商根据来源确定最近的CDN服务器IP
  • 用户直接访问最近的CDN服务器
• 影响速度
  • 负载
  • 具体地点
  • 假DNS
• 只在CDN服务器维护部分策略
• LRU 清除使用最少的内容

2.4 WebSocket

• 特点
  • 有状态的持久连接
  • 服务端主动推送消息
  • websocket发送消息延迟比HTTP低
• Websocket升级 101 switching protocols 然后建立连接
• 发送消息：payload

3.网络安全

3.1 网络安全三要素

• 机密性：攻击者无法获知通信内容
• 完整性：攻击者对内容进行篡改时能被发现
• 身份验证：无法伪装成通信双方的任意一方与另一方通信

3.2 加密

• 对称加密：加解密使用同样的密钥
• 非对称加密：加解密使用不同密钥，公钥只能私钥解密，私钥只能公钥解密

3.3 密码散列函数 hash函数

• 输入任意长度内容
• 输出固定长度哈希值
• 两个不同的输入使其计算后值相同是不可能的

3.4 机密性

• 秘密信息：加密算法、密钥
• 网络明文
• 通信双方需要提前有秘密信息

3.5 完整性

• 明文m 哈希函数H 密钥S
• H(m+s)=h
• m+h发送到接收方 H(m+s)->h' 对比h h'
• 双方需要先有秘密信息

3.6 身份验证

• 签名：鉴别身份防止伪造
• 保证机密性、完整性、身份验证
• 发送方使用自己的私钥加密
• 接收方使用自己的公钥解密
• 数字签名：对明文内容的哈希值进行私钥加密，验证者使用公钥验证
  • 用于对公开内容解密
  • 根证书-证书链验证
  • Public key infrastructure：需要根证书公钥

3.7 HTTPS

• 把HTTP明文换成谜文 在验证身份
  • HTTP+TLS
  • TLS=身份验证+加解密
  • 身份验证靠PKI
  • 服务端验证靠PKI，客户端身份靠HTTP协议