1. 课程介绍
- 通过一个示例建立对计算机网络的整体认识
- 建立对网络协议分层的认知
- 分析HTTP1、2、3的关系
- 介绍CDN运行的基本原理
- 了解网络安全的最基本准则
分析方法
- 自底向上
- 从简单开始，逐步变复杂
- 将模块逐步拼凑成一个系统
- 自顶向下
- 从复杂开始，逐渐变简单
- 从复杂的系统问题入手，拆分为模块问题
2. 蟹堡王帝国
三步走战略
- 在比奇堡开通外卖
- 在北京上海开分店
- 在全国开分店并开通外卖
最重要的管理基础设施：通信网络
小结
- 蟹堡王顾客：客户端
- 蟹煲王分店：服务端
- 小区转发点/蟹堡王城市转发分店：路由器
- 转发表格：网络协议
3.计算机网络基础
网络组成部分
-
主机：提供、接收信息
- 客户端
- 服务端
-
路由器：转发信息
-
网络协议：提供格式方便路由器和主机对于信息编码和解码
网络结构：网络的网络
- 比奇堡和小区网络：本地网络
- 北京和上海分店+比奇堡：三个本地网络节点的网络
- 全国通信网络：本地网络的网络
本地网络（LAN）：每个店，每个小区
区域网络（MAN）：小区的本地网络+蟹堡王分店
城域网络（CAN）：城市分店之间
广域网络（WAN）：城域网组成的网络
信息交换方式
- 电话交换
- 分组交换
网络分层
OSI网络模型，一般来说是七层，但是五层在实际应用中更常见，因为它更加简洁。每一层是相互独立的存在，从低到高分别是：物理层、链路层、网络层、运输层、应用层
协议
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，以及报文发送和/或接受一条报文或其他事件所采取的动作。
标头和载荷（
- 标头：开头部分，用于处理和传输的控制信息
- 载荷：主体部分，实际传输数据
4. Web中的网络
HTTP协议
一种用于传输超媒体文档（例如HTML）的应用层协议，是浏览器与服务端之间最主要的通信协议，也是互联网上应用最广泛的协议之一，所有的www文件都必须遵守这个标准。
HTTP 1.1
-
高延迟——队头阻塞
-
无状态特性——阻碍交互
- 对连接状态没有记忆能力，没有cookie等机制，每个连接都是一个新的连接，会掉登录态
-
明文传输——不安全性
-
不支持服务端推送
队头堵塞
- 建立多个TCP连接，将请求分散，但建立成本巨大，同时需要控制数量
HTTP2
将多个请求响应拆分为帧（frame），每个帧都有唯一的标识符，实现多路复用
- 流（stream）：判断每个帧在哪个流，每个请求响应都有独立的流，帧根据流在服务器重组为完整的服务器响应
- 好处：通过不同类型的帧来实现调整响应传输的优先值，头部压缩，Server Push
- 弊端：在TCP上还是会队头堵塞
HTTP 3
基于UDP 协议的 QUIC （Quick UDP Internet Connection）协议。
-
改进的拥塞控制、可靠传输
-
快速握手
- 可以实现 0-RTT 或者 1-RTT 来建立连接，可以大大提升首次打开页面的速度。
-
集成了 TLS 1.3 加密
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多路复用
- QUIC 原生实现了多路复用功能，并且传输的单个数据流可以保证有序交付且不会影响其它数据流，这样的技术就解决了前边提到的 TCP 多路复用（HTTP2）存在的问题。
-
连接迁移
http3有QUIC（Quick UDP Internet Connection）协议：
- 现存网络设备对TCP和UDP支持已经僵化
- UDP不靠谱但是QUIC靠谱
- QUIC可以为除HTTP协议以外的应用层协议提供支持
CDN：DNS劫持
- 域名解析一般由网站自己处理
- 要加速的域名则重定向到CDN厂商的域名解析服务处理
- CDN厂商根据来源确定最近的CDN服务器的IP
- 用户直接访问最近的CDN服务器
WebSocket协议
一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议，通常用于实时Web应用程序，例如在线游戏、聊天应用程序和股票报价应用程序等。
- 有状态的持久连接，允许在客户端和服务器之间进行实时通信，而无需使用轮询或其他技术。
- 服务端可以主动推送消息
- 用WebSocket发送消息延迟比HTTP低
5.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:攻击者无法伪装成通信双方的任意一方与另一方通信
对称加密与非对称加密
对称加密:加密、解密用同样的密钥
非对称加密:加密、解密使用不同的密钥(公钥和私钥):而且公钥加密只能用私钥解密、私钥加密只能用公钥解密
密码散列函数（哈希函数）
输入:任意长度的内容
输出:固定长度的哈希值
性质:找到两个不同的输入使之经过密码散列函数后有相同的哈希值，在计算上是不可能的
机密性
加密需要加密算法和密钥等信息(统称为秘密信息)
网络是明文的,不安全
如何实现机密性
- 已知：网络是明文的
- 如果双方可以通过明文通信商量出秘密信息，那么攻击者也可以
- 所以想要通过明文通信交换秘密信息，通信双方需要先有秘密信息
如何实现身份验证
- 签名：用于鉴别身份和防止伪造
- 数字签名：对明文内容的哈希值使用私钥加密，验证者使用公钥验证
- 数字签名（指纹）=私钥加密（密码散列函数（原文））
- 消息=原文+数字签名
- 一般用于对公开内容（如包含公钥的证书）进行数字签名，防止篡改
4.4 HTTPS
把HTTP的明文换成密文，再验证身份，即HTTPS。
HTTPS = HTTP +TLS
TLS =身份验证＋加解密
身份验证靠PKI
服务端身份验证靠PKI,客户端身份验证靠HTTP协议。
