2024/03/06 每日3题

浅谈网络知识

1. TCP vs UDP

什么是TCP？

TCP是传输控制协议（Transmission Control Protocol）的缩写。它是一种在计算机网络中常用的协议，用于在两台计算机之间建立可靠的数据传输连接。

TCP是一种面向连接的协议，它通过三次握手来建立连接，并通过流量控制、拥塞控制和错误恢复机制来确保数据的可靠传输。

TCP提供了可靠的、面向字节流的通信，它将应用层传输的数据划分为以报文段为单位的数据块，并通过序号和确认机制来保证数据的正确传输和接收。

TCP协议是互联网的核心协议之一，常用于传输HTTP、FTP、SMTP等应用层协议等的数据。它在网络中扮演着重要的角色，确保了数据的可靠传输和网络的稳定性。

下面来介绍它的面向连接，可靠性，流量控制，拥塞控制，面向字节流等特点功能

1. 面向连接： TCP在进行数据传输之前，需要在发送端和接受端之间建立连接，然后进行数据传输，最后释放连接。这种面向连接的机制确保了数据传输的可靠性和有序性。

2. 可靠性/有序： TCP提供了可靠的传输数据服务，通过序列号、确认应答、超时重传等机制，可以确保数据包的可靠传输，同时保证数据的有序性。

3. 流量控制： TCP通过滑动窗口机制进行流量控制，他可以动态调整发送端的发送速率，以适应网路的拥塞情况，避免数据丢失和网络拥塞。

4. 拥塞控制： TCP用过拥塞避免算法和拥塞控制机制来避免网络拥塞并提高网络性能，他可以根据网络的拥塞程度调整发送速率，避免网路拥塞和数据丢失。

5. 面向字节流： TCP是一种面向字节流的协议，发送端和接受端之间传输的是一个无结构的字节流，而不是固定长度的消息。

6. 应用场景： 被广泛应用于web浏览、电子邮件、文件传输、远程登录等各种网路片应用中。

三次握手的过程

1. 第一次握手 (SYN)：

· 客户端向服务器端发送一个 TCP 报文段，其中设置 SYN (同步序列编号) 标志位为 1，表示发起连接请求。

· 客户端选择一个初始的序列号 (sequence number) 并将其包含在报文段中。

· 这个报文段没有携带应用层数据，只有 TCP 头部。

2. 第二次握手 (SYN-ACK)：

· 服务器端接收到客户端发送的 SYN 报文段后，会回复一个 TCP 报文段，其中设置 SYN 和 ACK 标志位均为 1，表示确认收到客户端的连接请求。

· 服务器端也会选择一个自己的初始序列号，并将其包含在报文段中。

· 与客户端一样，这个报文段也没有携带应用层数据，只有 TCP 头部。

3. 第三次握手 (ACK)：

· 客户端接收到服务器端发送的 SYN-ACK 报文段后，会向服务器端发送一个确认报文段，其中设置 ACK 标志位为 1，表示确认收到服务器端的确认。

· 这个确认报文段也会包含客户端自己选择的初始序列号。

· 此时，客户端与服务器端之间的连接已经建立，双方都可以开始发送数据。

完成了这三次握手过程之后，TCP 连接就建立起来了。这个过程确保了通信双方都能够正确地识别对方，并且同步初始序列号，从而建立了一个可靠的双向通信通道。

4次挥手

1. 第一次挥手 (FIN)：

　　当一方的应用程序完成数据传输后，它会发送一个 TCP 报文段给对方，其中设置 FIN (结束) 标志位为 1，表示它已经完成数据的发送，希望关闭连接。

在这个报文段中，通常还会包含最后一次数据传输的序列号。

2. 第二次挥手 (ACK)：

接收到第一次挥手的一方，会发送一个确认报文段作为响应，其中设置 ACK 标志位为 1，表示确认收到对方的关闭请求。

这个确认报文段还会包含一个序列号，指示接收方期望接收的下一个序列号。

3. 第三次挥手 (FIN)：

当另一方也完成了数据的传输，它也会发送一个 TCP 报文段给对方，其中设置 FIN 标志位为 1，表示它也希望关闭连接。

这个报文段同样包含最后一次数据传输的序列号。

4. 第四次挥手 (ACK)：

接收到第三次挥手的一方，会发送一个确认报文段作为响应，其中设置 ACK 标志位为 1，表示确认收到对方的关闭请求。

类似于第二次挥手，这个确认报文段还会包含一个序列号，指示接收方期望接收的下一个序列号。

完成了这四次挥手过程之后，TCP 连接就可以安全地关闭了。这个过程确保了双方都能够正确地完成数据传输并关闭连接，从而释放资源并结束通信。

什么是UDP？

UDP是用户数据报协议（User Datagram Protocol）的缩写。它是一种在计算机网络中常用的协议，与TCP类似，用于在两台计算机之间进行数据传输。

UDP是一种无连接的协议，与TCP不同，它不会在发送数据之前建立连接或进行握手。UDP将数据划分为以用户数据报为单位的数据包，通过网络传输，接收方可以直接从数据包中提取数据。

UDP协议更加轻量级，传输速度较快，但无法保证数据的可靠性和顺序性。

下面来介绍它的无连接，不可靠，无序性，应用场景等特点功能

1. 无连接性：UDP 是无连接的，即发送数据前不需要建立连接，也不会维护连接状态。每个数据包都是相互独立的，因此在发送和接收数据时并不需要维护复杂的连接状态信息。

2. 不可靠性：UDP 不提供数据传输的可靠性保证。它没有像 TCP 那样的重传、拥塞控制、顺序传输等机制，因此在网络传输过程中可能会出现丢包、乱序等情况。

3. 低延迟：由于 UDP 没有建立连接的开销，且不需要进行可靠性保证的处理，因此其传输延迟较低。这使得 UDP 在实时性要求较高的应用场景（如音频、视频传输）中得到广泛应用。

4. 适用于广播和多播：UDP 支持向多个目的地发送数据包，这使得它适用于广播和多播等场景。

5. 应用场景：UDP 在实时音视频传输、网络游戏、DNS 解析、SNMP 管理等领域得到广泛应用，特别是对于一些实时性要求高、能够容忍数据丢失的应用场景。

当用户在浏览器中输入一个网址并按下回车键时，浏览器会启动一个请求-响应的过程，以加载并显示所请求的网页。以下是从浏览器发送请求的整个链路过程的详细讲解

1. DNS 解析：

浏览器首先会对输入的域名进行 DNS 解析，将域名转换成对应的 IP 地址。如果浏览器的缓存中已经存在该域名的解析结果，则可以直接使用；否则会向本地 DNS 服务器发送 DNS 请求，如果本地 DNS 服务器也没有缓存该域名的解析结果，则会向根域名服务器发起请求。

2. 建立 TCP 连接：

浏览器通过操作系统的网络协议栈，向目标服务器的 IP 地址发起 TCP 连接。这个过程会经历 TCP 的三次握手，确保客户端和服务器之间建立可靠的双向通信通道。

3. 发送 HTTP 请求：

一旦 TCP 连接建立成功，浏览器就会构建一个 HTTP 请求报文，其中包含了请求的方法 (GET、POST 等)、URL、请求头部信息等，然后通过 TCP 连接将这个请求报文发送给服务器。

4. 服务器处理请求：

服务器接收到浏览器发送的 HTTP 请求报文后，会根据请求的内容进行相应的处理。这可能包括读取请求的资源、执行动态页面的逻辑处理、查询数据库等操作。

5. 服务器发送 HTTP 响应：

服务器处理完请求后，会构建一个 HTTP 响应报文，其中包含了状态码、响应头部信息、响应的内容等。然后通过 TCP 连接将这个响应报文发送给浏览器。

6. 浏览器接收响应：

浏览器接收到来自服务器的 HTTP 响应报文后，会解析其中的内容，并根据响应头部的信息进行相应的处理。如果是 HTML 页面，浏览器会解析并渲染页面内容；如果是其他资源 (如图片、样式表、脚本等)，浏览器会根据响应的内容类型进行相应的处理和显示。

7. 关闭 TCP 连接：

一旦页面中的所有资源都加载完成，或者连接超时，浏览器会关闭 TCP 连接，释放资源。

这个整个过程描述了从用户在浏览器中输入网址开始，到页面内容在浏览器中呈现完成的整个链路过程。在这个过程中，涉及到了 DNS 解析、建立 TCP 连接、发送 HTTP 请求、服务器处理请求、服务器发送 HTTP 响应以及浏览器渲染页面等多个环节。

2. HTTP vs TCP

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 和 TCP (Transmission Control Protocol) 是计算机网络中的两个重要的协议，它们分别属于不同的 OSI 模型层次，承担着不同的功能。下面是它们的主要区别和联系：

定义和功能：

1. TCP 是传输层协议，负责在网络上可靠地传输数据。它提供了可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务，包括连接的建立、数据的可靠传输、连接的终止等功能。

HTTP 是应用层协议，用于在网络上传输超文本文档。它建立在 TCP 协议之上，定义了客户端和服务器之间进行通信的规则，包括请求-响应模式、请求方法、状态码、消息头部等内容。

关系：

2. HTTP 使用 TCP 作为其传输层协议，利用 TCP 提供的可靠的数据传输服务来传输 HTTP 报文。因此，HTTP 报文是封装在 TCP 报文中进行传输的。

由于 TCP 提供了可靠的连接和数据传输服务，因此 HTTP 可以借助 TCP 实现可靠的数据传输。在建立连接、传输数据和关闭连接的过程中，HTTP 借助了 TCP 提供的各种功能。

特点：

3. TCP 是一种面向连接的、可靠的传输协议，它提供了数据的可靠传输、流量控制、拥塞控制等功能。这使得 TCP 适用于要求数据完整性和可靠性的应用场景。

HTTP 是一种无状态的、应用层协议，它主要用于在客户端和服务器之间传输超文本文档。HTTP 本身并不提供数据的可靠性保证，因为它依赖于 TCP 提供的可靠传输服务。

总之，TCP 和 HTTP 是计算机网络中两个不同层次的协议，它们之间存在着协同工作的关系。TCP 提供了可靠的数据传输服务，而 HTTP 则利用 TCP 提供的传输服务来进行超文本文档的传输。

3. HTTP vs HTTPS

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 和 HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) 是用于在客户端和服务器之间传输数据的两种协议，它们之间有以下几个主要区别：

1. 安全性：

HTTP 是一种明文传输协议，它的数据传输是明文的，容易被窃听和篡改。因此，对于一些敏感信息的传输，如用户登录信息、信用卡信息等，使用 HTTP 存在较大的安全风险。

HTTPS 则是在 HTTP 的基础上加入了 SSL/TLS 加密传输层，通过在传输层加密数据，使得传输的数据更加安全，能够抵御窃听和篡改等攻击。

2. 端口：

HTTP 默认使用端口80进行通信，而 HTTPS 默认使用端口443进行通信。

3. 证书：

在使用 HTTPS 进行通信时，服务器需要使用数字证书来证明自己的身份。数字证书通常由经认证的证书颁发机构（CA）颁发，证明了服务器的身份，以确保通信的安全性。

4. 访问方式：

从用户的角度看，用户在浏览器中输入的 URL 中，使用 HTTP 的网站的 URL 以 "http://" 开头，而使用 HTTPS 的网站的 URL 以 "https://" 开头。

总的来说，HTTPS 是在 HTTP 的基础上加入了加密传输层的安全传输协议，适用于对数据传输安全性要求较高的场景，如在线支付、用户登录等。在使用 HTTPS 的情况下，客户端和服务器之间的通信会通过 SSL/TLS 进行加密，从而保障了传输数据的安全性。

4. HTTP1.0 vs 2.0

差异：通信方式，性能优化，头部压缩，服务器推送

HTTP/1.0：

1. 单个连接处理单个请求：每个请求需要建立一个独立的连接来进行处理，这导致了连接的开销较大。

2. 不支持请求的管线化：客户端不能在一个连接上发送多个请求而不等待响应，这导致了部分的阻塞效应。

3. 不支持头部压缩：每个请求和响应的头部信息都需要重复传输，导致了不必要的数据开销。

HTTP/1.1：

1. 支持持久连接 (Persistent Connection)：允许多个请求和响应复用同一个TCP连接，减少了连接的建立和关闭开销。（虽然使用了持久连接，但每个请求/响应仍然需要按照顺序依次进行处理，一个请求的响应必须等待前面请求的响应完成后才能进行。这可能导致效率低下，尤其在高延迟网络环境下。）

2. 支持请求的管线化 (Pipelining)：允许客户端在不等待响应的情况下发送多个请求，提高了请求响应的效率。

3. 引入了头部信息压缩：通过压缩重复的头部信息，减少了不必要的数据传输开销。

HTTP/2.0：

1. 多路复用 (Multiplexing)：允许在同一个连接上并行发送多个请求和响应，避免了头部阻塞，提高了并发性能。

2. 二进制分帧传输：将请求和响应分割为更小的二进制帧进行传输，提高了传输效率。（HTTP/1.1使用文本格式来传输请求和响应，这样虽然易于阅读和调试，但在数据传输时会增加解析和处理的开销。）

3. 头部压缩：引入了头部压缩机制，减少了头部信息的传输开销。

4. 服务器推送 (Server Push)：服务器可以在客户端请求之前主动推送资源，减少了客户端请求的延迟。

总的来说，HTTP/1.1相对于HTTP/1.0引入了持久连接、请求的管线化和头部信息压缩等功能，显著改善了HTTP/1.0存在的性能问题。而HTTP/2.0则在HTTP/1.1的基础上引入了多路复用、二进制分帧传输、头部压缩和服务器推送等功能，进一步提高了性能和效率。