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网络基础

网络组成部分

主机：客户端和服务器
路由器
网络协议

网络分层

为什么

首先是为什么计算机网络要分层呢？因为计算机网络是一个复杂的程序，需要对复杂的程序进行分层管理，一层解决一类事情。分层有很多好处：

各层之间是独立的，某一层并不需要知道它的下一层或上一层是如何实现的，仅仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。将复杂的系统拆分成一个一个小的系统，使得整个问题的复杂程度就降低了；
灵活性好，某一层的内部发生了变化，只要它提供的接口是不变的，就不会影响上层或者下层的使用；
能促进标准化工作

怎么分

那么什么是分层呢？放在计算机网络中是这样一种分层结构

OSI七层模型：
pen SystemsInterconnection Reference Model 开放系统互连参考模型这是法律上的国际标准OSI参考模型

物理层： 利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，传递的数据是比特流。
数据链路层： 定义通过通信媒介互连的设备之间传输的规范；首先，把比特流封装成数据帧的格式，对0、1进行分组。电脑连接起来之后，数据都经过网卡来传输，而网卡上定义了全世界唯一的MAC地址。然后再通过广播的形式向局域网内所有电脑发送数据，再根据数据中MAC地址和自身对比判断是否是发给自己的。
网络层： 寻址和路由；IP ; 广播的形式太低效，为了区分哪些MAC地址属于同一个子网，网络层定义了IP和子网掩码，通过对IP和子网掩码进行与运算就知道是否是同一个子网，再通过路由器和交换机进行传输。
传输层： 为上层协议提供端到端的可靠传输；TCP、UDP 有了网络层的MAC+IP地址之后，为了确定数据包是从哪个进程发送过来的，就需要端口号，通过端口来建立通信。
会话层： 建立、断开和维护通信链接。
表示层： 数据格式转换、数据压缩和数据加密。
应用层： 最高层，面对用户，提供计算机网络与最终呈现给用户的界面（各种应用程序协议 HTTP、FTP、SMTP、POP3）为应用程序提供网络服务。

TCP/IP四层模型：
由于OSI的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现，而且过于庞大、复杂招致了许多批评。其实在OSI模型之前，TCP/IP协议簇就已经在运行，并逐步演变成TCP/IP参考模型，而TCP/IP被称为是事实上的国际标准，因为它占领了市场。

网络接口层： 也有称作网络访问层、数据链路层。包含了OSI模型的物理层和数据链路层。
网际层： 也叫做IP层，是OSI模型的网络层，负责处理IP数据包的传输、路由，建立主机间的通信。
运输层： 也叫传输层，就是为两台主机设备提供端到端的通信。TCP、UDP
应用层： 包含OSI的会话层、表示层和应用层，提供了一些常用的协议规范，比如FTP、SMPT、HTTP、DNS等。

在学习计算机网络原理时往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的原理体系结构

物理层： 通过物理手段把电脑连接起来
数据链路层： 对比特流的数据进行分组
网络层： 建立主机到主机的通信
传输层： 建立端口到端口的通信
应用层： 最终负责建立连接，数据格式转换，呈现给用户

HTTP协议

HTTP 的基本概念

http: 是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，是一个客户端和服务器端请求和应答的标准（TCP），用于从 WWW 服务器传输超文本到本地浏览器的超文本传输协议。

HTTP工作原理

HTTP协议定义Web客户端如何从Web服务器请求Web页面，以及服务器如何把Web页面传送给客户端。客户端向服务器发送一个请求报文，服务器以一个状态行作为响应。

HTTP请求/响应的步骤

客户端连接到Web服务器
发送HTTP请求
服务器接受请求并返回HTTP响应
释放TCP连接
客户端（浏览器）解析HTML内容

HTTP 的 5 种方法

GET---获取资源
POST---传输资源
PUT---更新资源
DELETE---删除资源
HEAD---获取报文首部

HTTP报文的组成成分

请求报文{ 请求行、请求头、空行、请求体 } 请求行：{http方法、页面地址、http协议、http版本} 响应报文{ 状态行、响应头、空行、响应体 }

Request Header:

GET /sample.Jsp HTTP/1.1 //请求行
Host: //请求的目标域名和端口号
Origin: //请求的来源域名和端口号（跨域请求时，浏览器会自动带上这个头信息）
Referer://请求资源的完整URI
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/67.0.3396.99 Safari/537.36 //浏览器信息
Cookie: BAIDUID=FA89F036:FG=1; BD_HOME=1; sugstore=0 //当前域名下的Cookie
Accept: text/html,image/apng //代表客户端希望接受的数据类型是html或者是png图片类型
Accept-Encoding: gzip, deflate //代表客户端能支持gzip和deflate格式的压缩
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9 //代表客户端可以支持语言zh-CN或者zh(值得一提的是q(0~1)是优先级权重的意思，不写默认为1，这里zh-CN是1，zh是0.9)
Connection: keep-alive //告诉服务器，客户端需要的tcp连接是一个长连接

Response Header:

HTTP/1.1 200 OK // 响应状态行
Date: Mon, 30 Jul 2018 02:50:55 GMT //服务端发送资源时的服务器时间
Expires: Wed, 31 Dec 1969 23:59:59 GMT //比较过时的一种验证缓存的方式，与浏览器（客户端）的时间比较，超过这个时间就不用缓存（不和服务器进行验证），适合版本比较稳定的网页
Cache-Control: no-cache // 现在最多使用的控制缓存的方式，会和服务器进行缓存验证。
etag: "fb8ba2f80b1d324bb997cbe188f28187-ssl-df" // 一般是Nginx静态服务器发来的静态文件签名，浏览在没有“Disabled cache”情况下，接收到etag后，同一个url第二次请求就会自动带上“If-None-Match”
Last-Modified: Fri, 27 Jul 2018 11:04:55 GMT //是服务器发来的当前资源最后一次修改的时间，下次请求时，如果服务器上当前资源的修改时间大于这个时间，就返回新的资源内容
Content-Type: text/html; charset=utf-8 //如果返回是流式的数据，我们就必须告诉浏览器这个头，不然浏览器会下载这个页面，同时告诉浏览器是utf8编码，否则可能出现乱码
Content-Encoding: gzip //告诉客户端，应该采用gzip对资源进行解码
Connection: keep-alive //告诉客户端服务器的tcp连接也是一个长连接

https 的基本概念

https：以安全为目标的 HTTP 通道，即 HTTP 下加入 SSL 层进行加密。
https 协议的作用：建立一个信息安全通道，来确保数据的传输，确保网站的真实性。

http 和 https 的区别？

http 是超文本传输协议，信息是明文传输，https 则是具有安全性的 ssl 加密传输协议。
Https 协议需要 ca 证书，费用较高。
使用不同的链接方式，端口也不同，一般，http 协议的端口为 80，https 的端口为 443。
http 的连接很简单，是无状态的。

HTTP1、HTTP2、HTTP3

HTTP/2 相比于 HTTP/1.1，可以说是大幅度提高了网页的性能，只需要升级到该协议就可以减少很多之前需要做的性能优化工作，虽如此但HTTP/2并非完美的，HTTP/3 就是为了解决 HTTP/2 所存在的一些问题而被推出来的。

发展历程

HTTP/0.9 1990年
HTTP/1.0 1996年5月
HTTP/1.1 1997年1月是目前主流的HTTP协议版本

HTTP1.1 的缺陷

高延迟 — 队头阻塞(Head-Of-Line Blocking)
队头阻塞是指当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一并被阻塞，会导致客户端迟迟收不到数据。
针对队头阻塞的解决办法:
- 将同一页面的资源分散到不同域名下，提升连接上限。
- 合并小文件减少资源数，使用精灵图。
- 内联(Inlining)资源是另外一种防止发送很多小图请求的技巧，将图片的原始数据嵌入在CSS文件里面的URL里，减少网络请求次数。
- 减少请求数量，合并文件。
无状态特性 — 阻碍交互
无状态是指协议对于连接状态没有记忆能力。纯净的 HTTP 是没有 cookie 等机制的，每一个连接都是一个新的连接。
Header里携带的内容过大，在一定程度上增加了传输的成本。且请求响应报文里有大量字段值都是重复的。
明文传输 — 不安全性
HTTP/1.1在传输数据时，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份，无法保证数据的安全性。
不支持服务端推送

SPDY 协议与 HTTP/2 简介

HTTP/2 简介
HTTP/2是现行HTTP协议（HTTP/1.x）的替代，但它不是重写。HTTP/2基于SPDY，专注于性能，最大的一个目标是在用户和网站间只用一个连接（connection）。

HTTP/2 新特性

二进制传输
HTTP/2传输数据量的大幅减少,主要有两个原因:以二进制方式传输和Header压缩。我们先来介绍二进制传输,HTTP/2 采用二进制格式传输数据，而非HTTP/1.x 里纯文本形式的报文，二进制协议解析起来更高效。HTTP/2 将请求和响应数据分割为更小的帧，并且它们采用二进制编码。
Header 压缩
HTTP/2并没有使用传统的压缩算法，而是开发了专门HPACK算法，在客户端和服务器两端建立“字典”，用索引号表示重复的字符串，还采用哈夫曼编码来压缩整数和字符串，可以达到50%~90%的高压缩率。
多路复用
在 HTTP/2 中引入了多路复用的技术。多路复用很好的解决了浏览器限制同一个域名下的请求数量的问题，同时也更容易实现全速传输。
Server Push
HTTP2还在一定程度上改变了传统的“请求-应答”工作模式，服务器不再是完全被动地响应请求，也可以新建“流”主动向客户端发送消息。减少等待的延迟，这被称为"服务器推送"（ Server Push，也叫 Cache push）
提高安全性
出于兼容的考虑，HTTP/2延续了HTTP/1的“明文”特点，可以像以前一样使用明文传输数据，不强制使用加密通信，不过格式还是二进制，只是不需要解密。
但由于HTTPS已经是大势所趋，而且主流的浏览器Chrome、Firefox等都公开宣布只支持加密的HTTP/2，所以“事实上”的HTTP/2是加密的。也就是说，互联网上通常所能见到的HTTP/2都是使用"https”协议名，跑在TLS上面。HTTP/2协议定义了两个字符串标识符：“h2"表示加密的HTTP/2，“h2c”表示明文的HTTP/2。
防止对头阻塞
http1.1如果第一个文件阻塞，第二个文件也就阻塞了。 http2.0的解决，把3个请求打包成一个小块发送过去，即使第一个阻塞了，后面2个也可以回来；相当于3个文件同时请求，就看谁先回来谁后回来，阻塞的可能就后回来，对带宽的利用是最高的；但没有解决TCP的对头阻塞，如果TCP发过去的一个分包发丢了，他会重新发一次；http2.0的解决了大文件的阻塞。一个分包请求3个文件，即使第一个阻塞了，第二个也能返回

HTTP/2 的缺点
虽然 HTTP/2 解决了很多之前旧版本的问题，但它还是存在一个巨大的问题，主要是底层支撑的 TCP 协议造成的。HTTP/2的缺点主要有以下几点：

TCP 以及 TCP+TLS 建立连接时延时
TCP 的队头阻塞并没有彻底解决
多路复用导致服务器压力上升也容易 Timeout

HTTP/3 新特性

HTTP/3简介
Google 在推SPDY的时候就搞了个基于 UDP 协议的“QUIC”协议，让HTTP跑在QUIC上而不是TCP上。而“HTTP over QUIC”就是HTTP/3，真正“完美”地解决了“队头阻塞”问题。
QUIC 虽然基于 UDP，但是在原本的基础上新增了很多功能，接下来我们重点介绍几个QUIC新功能。

QUIC新功能
QUIC基于UDP，而UDP是“无连接”的，根本就不需要“握手”和“挥手”，所以就比TCP来得快。此外QUIC也实现了可靠传输，保证数据一定能够抵达目的地。它还引入了类似HTTP/2的“流”和“多路复用”，单个“流"是有序的，可能会因为丢包而阻塞，但其他“流”不会受到影响。具体来说QUIC协议有以下特点：

实现了类似TCP的流量控制、传输可靠性的功能
虽然UDP不提供可靠性的传输，但QUIC在UDP的基础之上增加了一层来保证数据可靠性传输。它提供了数据包重传、拥塞控制以及其他一些TCP中存在的特性。
实现了快速握手功能
由于QUIC是基于UDP的，所以QUIC可以实现使用0-RTT或者1-RTT来建立连接，这意味着QUIC可以用最快的速度来发送和接收数据，这样可以大大提升首次打开页面的速度。0RTT 建连可以说是 QUIC 相比 HTTP2 最大的性能优势。
集成了TLS加密功能
多路复用，彻底解决TCP中队头阻塞的问题
和TCP不同，QUIC实现了在同一物理连接上可以有多个独立的逻辑数据流。实现了数据流的单独传输，就解决了TCP中队头阻塞的问题。
连接迁移
TCP 是按照 4 要素（客户端 IP、端口, 服务器 IP、端口）确定一个连接的。而 QUIC 则是让客户端生成一个 Connection ID （64 位）来区别不同连接。只要 Connection ID 不变，连接就不需要重新建立，即便是客户端的网络发生变化。由于迁移客户端继续使用相同的会话密钥来加密和解密数据包，QUIC 还提供了迁移客户端的自动加密验证。

言外之音——WebSocket

WebSocket是由http升级而来，相比http，它有以下特点：

有状态的持久连接
服务器可以主动推送消息
用WebSocket发送消息延迟比HTTP低

总结

HTTP/1.1有两个主要的缺点：安全不足和性能不高。
HTTP/2完全兼容HTTP/1，是“更安全的HTTP、更快的HTTPS"，二进制传输、头部压缩、多路复用、服务器推送等技术可以充分利用带宽，降低延迟，从而大幅度提高上网体验；
QUIC 基于 UDP 实现，是 HTTP/3 中的底层支撑协议，该协议基于 UDP，又取了 TCP 中的精华，实现了即快又可靠的协议。

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