计算机网络

TCP三次握手和四次挥手

三次握手

1. 客户端发送带有SYN的标志的数据包
2. 服务端发送带有SYN/ACK标志的数据包
3. 客户端发送带有ACK标志的数据包

为什么三次握手缺一不可

1. 客户端发送SYN数据包，如果服务端收到会给客户端回复SYN/ACK数据包，如果客户端收到服务端回复的SYN/ACK数据包，客户端就可以确定自己的发送和接收功能正常；
2. 客户端收到服务端发送的SYN/ACK数据包之后，会给服务端回复ACK数据包，服务端如果收到客户端回复的ACK数据包，说明服务端的发送和接收功能正常；
3. 双方收发功能都正常才可以进行通信，所以三次握手缺一不可。

四次挥手

1. 客户端发送一个FIN（客户端告诉服务端想要结束连接，没有要发送的数据了）
2. 服务端收到FIN，发回一个ACK（服务端告诉客户端好的，我知道了）
3. 服务端关闭与客户端的连接，发回一个FIN（服务端关闭连接，告诉客户端我也没有要发送的数据了）
4. 客户端发回ACK确认（客户端告诉服务器端我知道了，断开连接）

TCP和UDP

TCP和UDP的区别

UDP在传输数据前不需要连接，接收端接收UDP报文后，不需要发回确认。UDP不提供可靠交付，但传输效率快，所需资源少。
TCP在传输数据前需要进行连接，数据传输结束后需要释放连接。TCP不提供广播和多播服务。TCP提供可靠交付，所以增加了开销，使得协议数据单元的首部增大，还要占用处理机资源。一般用于文件传输、收发邮件等。

TCP如何保证可靠传输？

1. 数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块；
2. TCP对发送的每个数据包进行编号，接收方根据编号将数据包排序，然后将有序的数据传给应用层；
3. 校验和：TCP会保持首部和数据的校验和，用来检测传输过程中数据是否发生了变化，如果收到数据的校验和有差错，TCP将丢弃该报文段且不确认收到该报文段；
4. TCP接收端会丢弃重复的数据；
5. 流量控制： TCP连接的双方都有固定大小的数据缓冲区，接收端只允许发送端发送缓冲区能接纳的数据。如果发送过快，接收方来不及处理，接收方可以给发送方提示降低发送的速度，防止丢包；
6. 拥塞控制： 当网络拥塞时，减少数据发送；
7. ARQ协议：每发完一个分组就停止发送，等待接收方确认，收到确认之后再发送下一个分组；
8. 超时重传： TCP发出一个报文段之后，会启动一个定时器，等待接收方确认接收该报文段。如果没有即使收到确认，将会重发该报文段。

ARQ协议

自动重传请求是OSI模型中数据链路层和传输层的错误纠正协议之一。通过使用确认和超时机制，在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输。
ARQ包括停止等待ARQ协议和连续ARQ协议：

• 停止等待ARQ协议
  每发完一个分组就停止发送，等到接收方确认再发送下一个分组。
  • 无差错情况
  • 出现差错情况（超时重传）
  • 确认丢失和确认迟到
• 连续ARQ协议
  连续ARQ协议可以提高信道利用率。发送方维持一个发送窗口，只要在发送窗口中的分组可以连续发送出去，而不需要等待接收方确认。接收方一般累计确认，对按序到达的最后一个分组发送确认，表示这个分组以及之前的分组全部收到。

滑动窗口和流量控制

TCP利用滑动窗口来实现流量控制。流量控制是为了控制发送方的发送速率，保证接收方来得及接收。
接收方发送的确认报文中的窗口字段可以控制发送方窗口的大小。

拥塞控制

为了进行拥塞控制，TCP发送方需要维持一个拥塞窗口的状态变量。控制拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。
TCP的拥塞控制采用了四种算法：慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复。

• 慢开始：由小到大逐渐增大发送窗口，即由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。发送窗口大小初始值为1，每收到一次确认，发送窗口大小翻倍；当发送窗口大小达到慢启动门限值时，执行拥塞避免算法；
• 拥塞避免：发送窗口大小每次加1；

接收方接收到一个失序的报文就立刻发出重复确认，接收方收到三次重复确认后就会知道是数据包丢失，会立刻执行快重传，重新发送丢失的数据包，然后执行快恢复算法；如果接收方超过一定时间还没有收到确认回复，则出现了网络超时，此时将慢开始门限值设置为当前发送窗口大小的一半，然后将发送窗口大小初始化为1，执行慢开始算法；

• 快恢复：将慢开始门限设置为当前发送窗口大小的一半，然后将发送窗口大小也设置为当前发送窗口大小的一半，执行拥塞避免算法。

在浏览器输入url到显示主页的过程

1. 浏览器查找域名对应的IP地址：DNS解析
2. 浏览器向web服务器发送一个HTTP请求：TCP连接
3. 服务器处理请求
4. 服务器发回一个HTML响应
5. 浏览器开始显示HTML

IP

IP在TCP/IP参考模型中处于第三层----网络层。
网络层作用：实现主机与主机之间的通信，也叫点对点通信

网络层（IP）与数据链路层（MAC）的区别

IP负责两个「没有直连」的设备之间通信，MAC负责两个「直连」的设备通信。

在网络传输中，源IP地址和目标IP地址不会发生变化，只有源MAC地址和目标MAC地址一直在变化。

IP地址

分类

IP地址分为5类，A、B、C、D、E五类

• 广播地址（主机号全为1）用于在同一个链路中相互连接的主机之间发送数据包。
• D类地址常用于多播，多播用于将包发送给特定组内所有主机，广播无法穿越路由器，如果想给其他网段发送同样的包，可以使用多播
  • 224.0.0.0 ~224.0.0.255 是预留的组播地址，只能在局域网内，路由器不能转发；
  • 224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 是用户可用的组播地址，可以在Internet上使用；
  • 239.0.0.0 ~ 239.255.255.255 是本地管理的组播地址，供内部网在内部使用
• E类地址是预留地址，还未使用

IP分类的优缺点

• 优点：
  可以通过判断IP地址的首位是否为0来判断IP地址所属分类，从而快速找到网络地址和主机地址。
• 缺点：
  • 同一网络下没有地址层次
  • 不能很好的与现实网络匹配：每一类网络的主机数量

无分类地址CIDR

没有分类地址的概念，将32位地址分为两部分：网络号+主机号

如何划分

• a.b.c.d/x 其中/x表示前x位属于网络号。
• 子网掩码和IP地址按位AND，可以得到网络号

子网划分

子网划分是将主机地址分为两个部分：子网网络地址和子网主机地址

IP地址与路由控制

路由器中有路由控制表，查找与目标IP网路地址相同的路由器进行转发。

IPV6

• IPv4 地址长度共 32 位，是以每 8 位作为一组，并用点分十进制的表示方式。
• IPv6 地址长度是 128 位，是以每 16 位作为一组，每组用冒号 「:」 隔开。

IPV6比IPV4改进

• 取消了首部校验和字段
• 取消了分片/重新组装相关字段
• 取消了选项字段

HTTP

GET和POST

GET

GET的语义是从服务器获取指定的资源。GET请求参数一般写在URL中，URL只支持ASCII，浏览器对URL长度有限制。

POST

POST的语义是根据请求负荷（报文body）对指定的资源作出处理。POST请求携带数据的位置一般写在报文body中，body可以是任意格式，只要客户端和服务端一致就行，浏览器不会对body大小做限制。

GET和POST方法都是安全和幂等的吗？

• 安全是指请求不会破坏服务器上的资源；
• 幂等是多次执行的结果相同。
  GET是安全且幂等的，但POST不安全且不幂等。

HTTP缓存技术

对于一些具有重复性的HTTP请求，可以将请求响应的数据都缓存在本地。HTTP实现缓存有两种方式：强制缓存和协商缓存。

强制缓存

只要浏览器判断缓存没过期，就直接使用本地缓存，使用缓存的主动性在浏览器这边。

协商缓存

请求响应码304，服务端告诉浏览器可以使用本地缓存，服务端告知客户端是否可以使用缓存的这种方式称为协商式缓存。