计算机网络基本知识整理

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　　TCP

　　建立连接和断开连接过程：

 

 

 

　　建立连接：

　　三次握手：

　　1.客户端将标志位SYN置为1，随机产生一个值标志位seq=i，将该数据包发送给服务器，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。

　　2.服务器收到数据包后由SYN=1知道客户端请求建立连接，服务器将SYN和ACK都置为1，ack=i+1，随机产生seq=j，并将数据包发送给客户端，进入SYN_RCVD状态。

　　3.客户端收到确认后，检查ack=i+1,ACK=1,如果正确将ACK置1，ack=j+1,将数据包发送给服务器，服务器检查ack=j+1，ACK=1，如果正确则建立连接。

　　为什么要三次握手：

　　防止客户端已失效的连接请求传到B，产生错误。

　　例如：客户端发送第一个请求，超时后再次发送请求，最后有两个请求到达服务器，如果没有三次握手，则会建立两个连接，而只有一个连接有效，另一个连接则会占用服务器资源。如果采用三次握手，服务器收不到第二个请求确认，则不会建立第二个连接。

　　

　　三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息。

 

　　断开连接：

 

 

　　四次挥手：

　　TCP连接时全双工的，因此每个方向都要单独关闭。

　　1.客户端发送FIN报文，停止发送数据，进入FIN_WAIT_1状态，此时客户端还可以接受数据。

　　2.服务器收到FIN报文后，发送ACK给客户端，服务器进入CLOSE_WAIT状态，客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态。

　　3.当服务器没有数据要发送时，发送FIN报文，服务器进入LAST-ACK状态，等待客户端确认。

　　4.客户端收到FIN报文后，发送ACK报文，客户端进入TIME_WAIT状态，等待2MSL（报文最大生存时间），然后关闭连接。

 　　2MSL意义：

　　1. 保证最后一次握手能到B，能超时重传。

　　2.2MSL后所有报文消失，不会影响下一次连接。

　　TCP和UDP

　　区别：

　　1.TCP是面向连接的传输层协议，在传输数据前要建立好连接

　　  UDP无连接

　　2. TCP是点到点服务，即一条TCP连接只能有两个端点。

　　    UDP支持一对一，一对多，多对一，多对多通信。

　　3. 可靠性

　　TCP可靠交付：无差错，不丢失，不重复，按序到达。

　　UDP尽最大努力交付，不保证可靠交付。

　　4.拥塞控制，流量控制

　　TCP有拥塞控制和流量控制保证数据传输的安全性。

　　UDP没有拥塞控制，网络拥塞不会影响源主机的发送效率（不保证可靠交付）

　　5.报文长度

　　TCP是动态报文长度，TCP报文长度是根据接收方的窗口大小和当前网络拥塞情况决定。

　　UDP面向报文，不合并不拆分，保留上面传下来的报文边界。

　　6.首部开销

　　TCP首部开销大，首部20个字节。

　　UDP首部开销小，8字节（源端口，目的端口，数据长度，校验和）

　　适用场景：

　　TCP可靠传输但速度慢，UDP不可靠但速度快。

　　完整性选择TCP（文件传输、重要状态更新），实时性则UDP（视频传输，实时通信）

 

　　HTTP协议

　　1.协议

　　超文本传输协议。

　　基于TCP/IP通信协议来传输数据（HTML文件，图片等）

　　HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，工作与客户端-服务端架构上，浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求，Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

　　2.特点：

　　1）简单快速：请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户端与服务器联系的类型不同。HTTP协议简单，所以服务器程序规模小，通信速度快。

　　2）灵活：可传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type标记。

　　3）无连接：每次连接只处理一个请求，服务器处理完客户请求，收到应答后即断开连接。这种方式可以节省传输时间。

　　4）无状态：无状态协议。对失误处理没有记忆能力，缺少状态则需要前面信息重传，会导致每次连接传送数据量增大，但不需要先前信息就会很快。

　　5）默认端口80

　　3.过程概述

　　采用请求/响应模型，客户端向服务器发送请求报文，包含请求方法，URL，协议版本，请求头部很请求数据。服务器以一个状态作为响应，响应内容包含协议版本，成功或错误代码，服务器信息，响应头部和响应数据。

　　请求响应步骤如下：

　　1.客户端连接到WEB服务器

　　首先与服务器80端口建立TCP连接。

　　2.发送HTTP请求

　　通过TCP套接字连接，客户端向WEB服务器发送一个文本的请求报文。由请求行，请求头部，空行，请求数据4部分组成。

　　3.服务器接收请求并返回HTTP响应

　　WEB服务器解析请求，定位请求资源，将资源副本写到TCP套接字发送，由客户端读取。响应由状态行，响应头部，空行和响应数据4部分组成

　　4.释放TCP连接

　　如果connection模式为close，则服务器主动关闭TCP连接，客户端被动关闭，释放TCP连接。若为keepalive，则该连接会保持一段时间，该时间内可以继续接受请求。

　　5.客户端解析HTML内容

　　浏览器首先解析状态行，查看请求的状态代码。然后解析每一个响应头，响应头告知以下为若干字节的HTML文档和文档的字符集。客户端浏览器读取响应数据HTML，并对其格式化在浏览器中显示。

　　HTTP和HTTPS

　　区别：

　　1. HTTP以明文在网络中传输数据，HTTPS时经过TLS加密后的，具有更高的安全性。

　　2. HTTPS在TCP三次握手阶段后，需要进行SSL的握手，协商加密使用的对称加密密钥。

　　3. HTTPS需要服务端申请证书，浏览器端安装相应根证书。

　　4.HTTP端口为80，HTTPS端口为443

　　HTTPS优点：

　　传输数据使用密钥加密，安全性更高。

　　可以认证用户和服务器，确保数据发送的正确的用户和服务器。

　　HTTPS缺点：

　　握手延时较高：在对话前需要SSL握手，握手阶段延时增加。

　　HTTPS部署成本高：需要使用证书验证自身安全性，需要购买CA证书。需要加解密计算，CPU占用多，需要服务器配置或数目高。

 

　　HTTP返回码

　　常见代码：

　　200 OK：客户端请求成功。

　　300 multiple choices 可选重定向：被请求资源有一系列可供选择的反馈信息，由浏览器/用户自行选择一个。

　　301 moved permanently 永久重定向：资源已被永久移动，将来任何对资源的访问都要使用本响应返回的若干URL之一。

　　302 move temporarily 临时重定向：请求的资源现在临时从不同的URL获得。

　　403 Forbidden：服务器收到请求，但拒绝提供服务。

　　404 not found：请求资源不存在。

 

　　OSI七层模型和TCP/IP四层模型OSI：

 

 　　

　　OSI七层：

　　应用层：允许访问OSI环境的手段，主要包括 FTP 文件传输协议，HTTP 超文本传输协议、 DNS域名系统 TFTP 简单文件传输协议，SMTP 简单邮件传输协议，DHCP 动态主机配置协议，TELNET TCP/IP终端仿真协议。

　　表示层：对数据进行翻译、加密、压缩，主要包括 JPEG、MPEG、ASII（文件编码）。

　　会话层：建立、管理和终止对话。主要包括：RPC远程过程调用协议,NFS 文件共享协议，SSL安全套接字层协议

　　传输层：提供端到端可靠报文传输和错误恢复，传输段位为报文，主要：TCP、UDP

　　网络层：负责数据包从源到宿的传递和网络互连，传输单位为包，主要为：IP、ICMP互联网控制信息协议、ARP地址解析协议（通过网络地址确定物理地址）、RARP反向地址解析协议（允许局域网查找MAC地址对应的IP地址）

　　数据链路层：将比特组装成帧和点到点的传递，PPP、VLAN（虚拟局域网）、MAC

　　物理层：通过媒介传输。

　　

　　TCP/IP 四层：

　　网络接口层：MAC VLAN

　　网络层： IP ARP ICMP RARP.

　　传输层：TCP,UDP

　　应用层：HTTP,DNS,SMTP,FTP。

 

　　在浏览器中输入网址，会用到计算机网络中什么层，每层干什么的

　　在浏览器中输入URP，首先要将URL解析为IP地址，解析需要用到DNS协议。DNF协议首先查询DNS缓存，如果没有就给本地DNS发送查询请求。DNS查询分为两种方式，一种是递归查询，一种是迭代查询。如果是迭代查询，本地DNS服务器向根域名服务器发送查询请求，根域名告知该域名的一级域名服务器，本地服务器再向一级服务器查询，依次类推查询到该域名IP。DNF基于UDP，使用UDP协议。

　　得到IP地址，浏览器与服务器建立连接，需要http协议。HTTP生成一个get请求报文，将该报文传给传输层处理，需要用到TCP协议。如果采用HTTPS还会用到HTTPS协议对数据进行加密。传输层对报文进行分片，将数据包发送到网络层，用到IP协议。网络层通过路由选路，一跳一跳发送到目的地址。在网段内寻址通过物理层协议（以太网协议）实现，以太网协议需要知道目的IP地址的物理地址，需要ARP协议。

　　1.DNS、HTTP、HTTPS属于应用层

　　直接为用户的应用进程提供服务。

　　2.TCP/UDP 属于传输层

　　负责主机中进程间通信。TCP：面向连接的传输控制协议。UDP：无连接的用户数据包协议，不可靠。

　　3.IP协议，ARP协议属于网络层

　　负责为分组交换网上的不同主机提供通信。网络层将传输层产生的报文段或数据报封装成分组或包传送。另一个任务是选择合适的路由，使分组能交付到目的主机。

　　4.数据链路层

　　将网络层交下来的数据包组装成帧，在两个相邻节点间的链路上以帧为单位传输数据。

　　5.物理层

　　利用物理媒体传送比特流。

　　

　　TCP拥塞控制

　　拥塞窗口cwnd。

　　1.慢开始

　　最开始发送方拥塞窗口为1，由小到大增加发送窗口和拥塞窗口，每经过一轮cwnd翻倍，当超过慢开始门限时，则使用拥塞避免算法，避免cwnd增长过大。

　　2.拥塞避免

　　每经过一个往返时间RTT，cwnd增加1。

　　在慢开始和拥塞避免过程中，一旦发现网络拥塞（超时），就把慢开始门限设为当前值一般，cwnd为1，重新慢启动。

　　3.快速重传

　　接收方每次收到一个时序报文段后就立即发出重复确认（能收到确认说明网络没有拥塞），发送方连续收到三个重复确认就立即重传，执行快速恢复。

　　4.快速恢复

　　将cwnd设为慢开始门限+3（三个重复确认），采用拥塞避免算法。　　

　　

　　TCP如何保证可靠性

　　1. 序列号、确认应答、超时重传

　　数据到达接收方，接收方需要发出确认应答，并且确认序号会说明下一次需要接受的数据序列号。如果发送方未收到确认应答则可能是发送数据丢失或者应答丢失，这时发送方会等待一定时间后重传，时间一般为2*RTT（报文段往返时间）+ 偏差值

　　2. 窗口控制和快速重传

　　在窗口大小内，不需要等到应答就可以发送下一段数据。

　　如果收到失序的数据，则会发送重复确认应答来提醒发送方。

　　3.拥塞控制

　　在通信时，网络吞吐量逐渐上升，并在拥堵时降低吞吐量再慢慢上升，网络不会轻易瘫痪。

 

　　TCP/IP数据链路层交换过程

　　首先到ARP缓存表查找该目标mac地址，如果查到就将目标ip和mac地址封装到链路层数据包包头。如果没找到，则会发起一个广播，所有收到的广播机器看ip是否是自己的，如果是则以单播形式将mac地址回复给请求的机器。

 

　　怎么区分报文该给哪个应用层序，IP层怎么区分UDP还是TCP报文

　　根据端口区分应用程序。

　　根据IP头中协议标识字段，17为udp，6是tcp。

 

　　socket网络编程

　　服务端：socket-bind-listen-accept

　　客户端：socket-connect