计算机网络基础知识归纳总结整理

2023-11-09

计算机网络基础：

基础知识

1. 网络模型：

OSI分层（7层）：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分层（4层）：网络接口层、网际层、运输层、应用层。
五层协议（5层）：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层。
每一层的协议如下：
物理层：RJ45、CLOCK、IEEE802.3 （中继器，集线器）
数据链路：PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC （网桥，交换机）
网络层：IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF、IPX、RIP、IGRP、（路由器）
传输层：TCP、UDP、SPX
会话层：NFS、SQL、NETBIOS、RPC
表示层：JPEG、MPEG、ASII
应用层：FTP、DNS、Telnet、SMTP、HTTP、WWW、NFS

每一层的作用如下：

1.物理层:主要定义物理设备标准，他的主要作用是传输比特流，这一层的数据叫做比特

2.数据链路层:主要将从物理层接收到的数据进行mac地址的封装与解封装，这一层的数据叫做帧

3.网络层:主要将从下层接收到的数据进行IP地址的封装与解封装,常把这一层的数据叫做数据包

4.传输层:定义了一些传输数据的协议和端口号,主要是讲从下层接收的数据进行分段传输，这一层叫段

5.会话层:通过传输层(端口号:传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。

6.表示层:主要进行对接收的数据进行解释，加密与解密，压缩与解压缩等

7.应用层:终端应用

2. 常见状态码

200：请求成功

204：No Content：表示客户端发送给客户端的请求得到了成功处理，但在返回的响应报文中不包含实体的主体部分

206：表示客户端进行了范围请求，并且服务器执行了这部分GET请求，响应报文中包含Content-Range指定范围的实体内容

301：永久性重定向，表示请求的资源被分配了新的URL，之后应使用更改后的URL

302：临时重定向，表示请求的资源被分配了新的URL，希望本次使用更改后的URL

303：表示请求的资源被分配了新的URL，并明确表示使用GET方式获取资源

304：服务端已经执行了GET，但文件未变化。

307：临时重定向，与303有着相同的含义，307会遵守浏览器标准，不会从POST编程GET

400：表示请求报文中有语法错误

401：未经许可，需要http认证

403：服务器拒绝该访问（访问权限出现问题）

404：找不到

500：表示服务器在执行请求时发生错误

503：服务器暂时处于超负荷或正在停机的状态

3. 输入url后执行的流程

1.URL地址解析

2.DNS域名解析

3.客户端与服务端建立TCP 连接（三次握手）

4.把客户端信息（携带cookies）传递给服务端（发送HTTP请求）

5.服务端得到并处理请求（HTTP响应内容）

6.客户端渲染服务器返回的内容

7.和服务端断开TCP连接（四次挥手）

4. DNS解析过程

1.首先在本地域名服务器中查询IP地址

2.如果没有找到的情况下，本地域名服务器会向根域名服务器发送一个请求

3.如果根域名服务器也不存在该域名时，本地域名会向com顶级域名服务器发送一个请求，依次类推下去。

4.直到最后本地域名服务器得到google的IP地址并把它缓存到本地，供下次查询使用。

DNS缓存：

浏览器缓存，系统缓存，路由器缓存，IPS服务器缓存，根域名服务器缓存，顶级域名服务器缓存，主域名服务器缓存。

关于http

Http原理

介绍：无状态（客户机和服务器之间不需要建立持久的连接），请求->响应->关闭

4.4.1输入url后的解析：http://localhost.com:8080/index.html

1.从中分解出：协议号，主机名，端口，对象路径等部分

协议号：http 主机名：localhost 端口：8080 对象路径：/index.html

需要DNS解析域名localhost.com，得到主机的IP地址

2.封装HTTP请求数据包

把以上部分结合本机信息，封装成一个HTTP请求的数据包

3.封装成TCP包，建立TCP连接包

封装成TCP包，建立TCP连接（TCP的三层握手）

4.客户机发送请求命令

建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求格式为：

统一资源标识符，协议版本号，MIME信息(请求修饰符，客户机信息和可内容)

5.服务器响应

服务器给予响应信息，其格式为一个状态行，包括：

信息的协议版本号，一个成功或错误的代码，MIME（服务器信息，实体信息，可能的内容）

6.服务器关闭TCP连接

服务器关闭TCP连接后，如果浏览器或者服务器在其头信息加入了Connection:keep-alive，TCP连接在发送后仍然将仍然保持打开状态，这样浏览器可以继续通过相同的连接发送请求。保持连接节省了每个请求建立新连接所需要的时间，还节约了带宽

HTTPS的原理

介绍：以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP安全版。既在HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，其所用的端口号是443

特点：主要依赖于三类基本算法：散列函数、对称加密和非对称加密，其利用非对称加密实现身份认证和密钥协商，对称加密算法采用协商的密钥对数据加密，基于散列函数验证信息的完整性。

过程：

1.客户端先发起一个https请求，端口是443

2.服务器端把实现配置好的公钥证书返回给客户端

3.客户端验证公钥证书:比较是否在有效期内，证书的用户是不是匹配Client请求的站点，是不是在CRL吊销列表里面，他的上一级证书是否有效，这是一个递归过程，知道验证到根证书（操作系统内置的root证书或者client内置的root证书）。如果验证通过则继续，不通过则显示警告信息

4.客户端使用伪随机数生成器生成加密所使用的对称密钥，然后用证书的公钥加密这个对称密钥，发给服务端

5.服务端使用自己的私钥解密这个信息，得到对称密钥。

6.服务端使用对称密钥加密“明文内容A”，发送给客户端

7.客户端使用对称密钥解密响应密文，得到“明文内容A”

8.Client再次发起HTTPS的请求，使用对称密钥加密请求的“明文内容B”，然后Server使用对称密钥解密密文，得到“明文内容B”。

http和https有什么区别？

https协议需要到ca申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。
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。
http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。所以说，HTTP 安全性没有 HTTPS高，但是 HTTPS 比HTTP耗费更多服务器资源。
HTTP协议运行在TCP之上，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。

关于tcp

tcp的原理

tcp协议是端到端的传输控制协议，之所以"端对端"的协议，是因为路由是由IP协议负责的，TCP协议负责为两个通信端点提供可靠性保证

三次握手四次挥手

客户端–发送带有 SYN 标志的数据包–一次握手–服务端
服务端–发送带有 SYN/ACK 标志的数据包–二次握手–客户端（确认序号为收到的序号加1 ）
客户端–发送带有带有 ACK 标志的数据包–三次握手–服务端（确认序号为收到的序号加1 ）
客户端-发送一个 FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送
服务器-收到这个 FIN，它发回一个 ACK，确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号
服务器-关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端
客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1

为什么连接关闭的时候是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

握手失败后的操作

1.首先查看tcp状态机变化

2.当失败时服务器会根据设定的重传定时器，重传ack报文

3.但是之后客户端的第三次握手的ack报文还是失败，超过了可允许重传的时间了

4.那么服务端就发送RTS报文段，自身进入CLOSED状态。

5.当客户端接收到RTS报文段后，也由established状态进入closed状态。这样做的目的是为了防止SYN洪泛攻击。

TCP 协议如何保证可靠传输

应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
校验和： TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。（TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。
ARQ协议：也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
超时重传：当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

可靠性通过以下方式来保证：

1.超时重传：TCP每发送出一个报文段后，都会启动一个定时器,对目的端传回的确认信息进行确认计时，超时后便重传。

2.确认信号：当TCP收到一个来自TCP的报文段后，便会发送回一个确认信号。

3.校验和：TCP将始终保持首部和数据的检验和,如果收到的报文段的检验和有差错，便将其丢弃，希望发送端超时重传。

4.重新排序：由于IP数据报的达到可能失序，因此TCP将会数据进行重新排序，以正确的顺序交给应用层。

5.丢弃重复：由于IP数据报有可能重复，因此TCP将会丢弃重复的数据。

6.流量控制：TCP连接的两端都有固定大小的缓冲区空间，TCP接受端只允许对端发送本端缓冲区能容纳的数据。

拥塞控制算法

慢启动算法
1. 设定一个慢启动阀值：ssthresh
2. 在刚加入网络开始传输数据的时候，cwnd=mss
3. 每当收到一个新的ack确认报文段cwnd+=mss
4. 每当过了一个RRT（发送接收的一个来回时间），cwnd=cwnd*2，成指数增长；
5. 当cwnd超过ssthresh的时候，进入拥塞避免算法。
拥塞避免算法
1. cwnd按线性增长，每经过一个RTT，cwnd+=mss；
快重传（这里第三节里已经讲过）
快恢复（配合快重传使用）
1. 设置cwnd = sshthresh + 3 * MSS
2. 重传Duplicated ACKs指定的数据包
3. 如果再收到 duplicated Acks，那么cwnd = cwnd +1 （继续慢增长，等待是否有新的ack或者超时）
4. 如果收到了新的Ack，那么，cwnd= sshthresh ，然后就进入了拥塞避免的算法了(说明已经进入网络正常阶段了)

简述 tcp 和 udp的区别？

tcp 和 udp 是 OSI 模型中的运输层中的协议。tcp 提供可靠的通信传输，而 udp 则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。

两者的区别大致如下：

tcp 面向连接，udp 面向非连接即发送数据前不需要建立链接；
tcp 提供可靠的服务（数据传输），udp 无法保证；
tcp 面向字节流，udp 面向报文；
tcp 数据传输慢，udp 数据传输快；

关于 socket：

socket

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

WebSocket

WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。

现在，很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是 Ajax 轮询。轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。

HTML5 定义的 WebSocket 协议，能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯。

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