必备网络基础知识（持续补充）

网络基础知识

OSI七层参考模型

数据发送接收过程：先自上而下，后自下而上

每一层的功能以及实现的协议

TCP/IP数据处理流程:先自上而下，再自下而上处理头部

TCP（传输控制协议）简介

• 面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通讯协议
• 将应用层的数据流分割成报文段并发送给目标节点的TCP层
• 数据包都有序号，对方收到则发送ACK确认
• 使用校验和函数来检验数据在传输过程中是否有误

TCP报文头

1、端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。

（1）源端口：源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。

（2）目的端口：端口指明接收方计算机上的应用程序接口。

TCP报头中的源端口号和目的端口号同IP数据报中的源IP与目的IP唯一确定一条TCP连接。

2、序号和确认号：是TCP可靠传输的关键部分。序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。在TCP传送的流中，每一个字节一个序号。e.g.一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400。所以序号确保了TCP传输的有序性。确认号，即ACK，指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。确认号只有当ACK标志为1时才有效。比如建立连接时，SYN报文的ACK标志位为0。

3、数据偏移／首部长度：4bits。由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，报头不包含任何任选字段则长度为20字节，4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，15*32/8 = 60，故报头最大长度为60字节。首部长度也叫数据偏移，是因为首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。

4、保留：为将来定义新的用途保留，现在一般置0。

5、TCP Flags：URG  ACK  PSH  RST  SYN  FIN，共6个，每一个标志位表示一个控制功能。

URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。

ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。

PSH：push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。

RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。

SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。

FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

6、窗口：滑动窗口大小，用来告知发送端接受端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。窗口大小时一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535。

7、校验和：奇偶校验，此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。

8、紧急指针：只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

9、选项和填充：最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志为1的那个段）中指明这个选项，它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是32位的整数倍，所以要加填充位，即在这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是32的整数倍。

10、数据部分： TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。

TCP三次握手

 

 在TCP/IP协议中,TCP协议提供可靠的连接服务,采用三次握手建立一个连接.

第一次握手：建立连接时,客户端发送syn包(syn=x)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认； 
第二次握手：服务器收到syn包,必须确认客户端的SYN（ack=x+1）,同时自己也发送一个SYN包（syn=y）,即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RCVD状态； 
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=y+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手.

SYC超时原因以及解决措施？

Client出现故障怎么办？

TCP四次挥手

MSL：最长报文段寿命，30s(linux)

第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

为什么要有TIEM-WAIT状态？

为什么需要四次挥手才断开连接？

UDP报文结构

UDP特点

• 面向非连接
• 不维护连接状态，支持同时向多个客户端传输相同的消息
• 数据包报文只有8个字节，额外开销较小
• 吞吐量只受限于数据生成速率、传输速率以及机器性能
• 尽最大努力交付，不保证可靠交付，不需要维持复杂的链路状态表
• 面向报文，不对应用程序提交的报文信息进行拆分或者合并

TCP和UDP区别

TCP：面向连接，可靠性，有序性，重量级

UDP：无连接，速度快，轻量级

TCP的滑动窗口

TCP使用滑动窗口做流量控制与乱序重排

• 保证TCP的可靠性（源于确认重传机制）
• 保证TCP的流控特性

窗口数据计算过程

• 发送端：LastByteAcked表示已发送，已收到ACK，LastByteSent表示已发送，未收到ACK，LastByteWritten指向上层应用正在写的位置。

 

• 接收端：LastByteRead指向上层应用读完的最后一个字节的位置，NextByteExpected指向的收到的连续包的最后一个位置，LastByteRcved指向的是已收到的最后一个字节的位置，我们可以看到中间有些数据还没有到达，所以有数据空白区。

• 接收端在给发送端回ACK中会汇报自己的AdvertisedWindow = MaxRcvBuffer – (LastByteRcvd – LastByteRead)。

• 而发送方会根据这个窗口来控制剩余可发送数据的大小，以保证接收方可以处理，计算方式：EffectiveWindow = AdvertisedWindow - (LastByteSent– LastByteAcked)。

TCP会话发送方

发送方的发送缓存内的数据都可以被分为4类:

1. 已发送，已收到ACK
2. 已发送，未收到ACK
3. 未发送，但允许发送
4. 未发送，但不允许发送

其中类型2和3都属于发送窗口。

TCP发送方滑动原理

当收到接收方对新的ACK对于发送窗口后续字节的确认时，窗口就会进行滑动，前提是还有未发送，但运行发送的数据以及是连续确认之后。

如果32没有被确认，而34被确认了，窗口也不会向右滑动，只有等到32到34都被确认了之后，以及连续被确认之后，滑动窗口才会移动，那在此时没有被移动之前，大于51的数据以及窗口外的数据是不能被发送的。

如果从32到35都被确认了，则滑动窗口，回向又移动四位，到36这个位置，进而我们的程序就能够发送52到55的数据了。

TCP会话接收方

接收方的缓存数据分为3类：
1. 已接收
2. 未接收但准备接收
3. 未接收而且不准备接收

其中类型2属于接收窗口。

HTTP（超文本传输协议）特点（补充）

• 支持客户/服务器模式
• 简单快速
• 灵活
• 无连接
• 无状态

HTTP请求结构

HTTP响应结构

HTTP请求/响应步骤（补充）

• 客户端连接到Web服务器
• 发送HTTP请求
• 服务器接收请求并返回HTTP响应
• 释放TCP连接
• 客户端浏览器解析HTML内容

在浏览器输入URL,按下回车之后经历的流程（补充）

• DNS解析
• TCP连接
• 发送HTTP请求
• 服务器处理请求并返回HTTP报文
• 浏览器解析渲染页面
• 连接结束

HTTP状态码

状态代码有三位数字组成，第一个数字定义了响应的类别，且有五种可能取值：

• 1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理
• 2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受
• 3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作
• 4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现
• 5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求

常见状态码

• 200 OK ：正常返回信息
• 400 Bad Request：客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解
• 401 Unauthorized ：请求未经授权，这个状态代码必须和WWW-Authenticate报头域一起使用 
• 403 Forbidden：服务器收到请求，但是拒绝提供服务
• 404 Not Found：请求资源不存在，eg：输入了错误的URL
• 500 Internal Server Error：服务器发生不可预期的错误
• 503 Server Unavailable ：服务器当前不能处理客户端的请求，一段时间后可能恢复正常

GET和POST请求区别

• HTTP报文层面：GET将请求信息放在URL，POST在报文体中
• 数据库层面：GET符合幂等性和安全性，POST不符合（幂等性：对数据库的多次操作获得结果一致；安全性：不会改变数据库原有数据）
• 其他层面：GET可以被缓存、被存储，而POST不行

Cookie简介

• 是由服务器发给客户端的特殊信息，以文本的形式存放在客户端
• 客户端再次请求的时候，会把Cookie回发
• 服务器收到后，会解析Cookie生成与客户端相对应的内容

Cookie的设置以及发送过程

Session简介

• 服务器端的机制，在服务器上保存的信息
• 解析客户端请求并操作jsession id,按需保存状态信息

Session的实现方式

• 使用Cookie来实现（Cookie头中携带jessionid）
• 使用URL回写来实现（链接携带jessionid）

Cookie和Session区别

• Cookie数据存放在客户的浏览器上，Session数据放在服务器上
• Seesion相对于Cookie更安全（可以分析存放在本地的Cookie并进行欺骗）
• 若考虑减轻服务器负担，应当使用Cookie

HTTPS简介

SSL（安全套接层协议）

• 为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议
• 是操作系统对外的API,SSL3.0后更名为TLS
• 采用身份验证和数据加密保证网络通信的安全和数据的完整性

HTTPS数据传输流程（补充）

• 浏览器将支持的加密算法信息发给服务器
• 服务器选择一套浏览器支持的加密算法，以证书的形式回发浏览器
• 浏览器验证证书合法性，并结合证书公钥加密信息发给服务器
• 服务器使用私钥解密信息，验证哈希，加密响应信息回发浏览器
• 浏览器解密响应信息，并对消息进行验真，之后进行加密交互数据

HTTP和HTTPS区别

• HTTPS需要到CA申请证书，HTTP不需要
• HTTPS密文传输，HTTP明文传输
• 连接方式不同，HTTPS默认使用443端口，HTTP使用80端口
• HTTPS=HTTP+加密+认证+完整性保护，较HTTP安全

HTTPS真的很安全吗？

• 浏览器默认填充http://，请求需要进行跳转，有被劫持的风险
• 可以使用HSTS优化

Socket简介

Socket是对TCP/IP协议的抽象，是操作系统对外开放的接口

Socket通信流程