【面试】计算机网络总结1（OSI七层协议+TCP与UDP简介）
5 HTTP
5.1 HTTP基本概念
HTTP 是超文本传输协议，也就是HyperText Transfer Protocol。是互联网上应用最为广泛的一种网络通信协议，它允许将超文本标记语言（HTML）文档从Web服务器传送到客户端的浏览器。目前我们使用的是HTTP/1.1 版本。所有的WWW文件都必须遵守这个标准。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。
HTTP 是一个在计算机世界里专门在「两点」之间「传输」文字、图片、音频、视频等「超文本」数据的「约定和规范」。
5.1.1 HTTP状态码
（1）1xx
1xx 类状态码属于提示信息，是协议处理中的一种中间状态，实际用到的比较少。
（2）2xx
2xx 类状态码表示服务器成功处理了客户端的请求，也是我们最愿意看到的状态。
「200 OK」是最常见的成功状态码，表示一切正常。如果是非 HEAD 请求，服务器返回的响应头都会有 body 数据。
「204 No Content」也是常见的成功状态码，与 200 OK 基本相同，但响应头没有 body 数据。
「206 Partial Content」是应用于 HTTP 分块下载或断点续传，表示响应返回的 body 数据并不是资源的全部，而是其中的一部分，也是服务器处理成功的状态。
（3）3xx
3xx 类状态码表示客户端请求的资源发送了变动，需要客户端用新的 URL 重新发送请求获取资源，也就是重定向。
「301 Moved Permanently」表示永久重定向，说明请求的资源已经不存在了，需改用新的 URL 再次访问。
「302 Found」表示临时重定向，说明请求的资源还在，但暂时需要用另一个 URL 来访问。
301 和 302 都会在响应头里使用字段 Location ，指明后续要跳转的 URL，浏览器会自动重定向新的URL。
「304 Not Modified」不具有跳转的含义，表示资源未修改，重定向已存在的缓冲文件，也称缓存重定向，用于缓存控制。
（4）4xx
4xx 类状态码表示客户端发送的报文有误，服务器无法处理，也就是错误码的含义。
「400 Bad Request」表示客户端请求的报文有错误，但只是个笼统的错误。
「403 Forbidden」表示服务器禁止访问资源，并不是客户端的请求出错。
「404 Not Found」表示请求的资源在服务器上不存在或未找到，所以无法提供给客户端。
（5）5xx
5xx 类状态码表示客户端请求报文正确，但是服务器处理时内部发生了错误，属于服务器端的错误码。
「500 Internal Server Error」与 400 类型，是个笼统通用的错误码，服务器发生了什么错误，我们并不知道。
「501 Not Implemented」表示客户端请求的功能还不支持，类似“即将开业，敬请期待”的意思。
「502 Bad Gateway」通常是服务器作为网关或代理时返回的错误码，表示服务器自身工作正常，访问后端服务器发生了错误。
「503 Service Unavailable」表示服务器当前很忙，暂时无法响应服务器，类似“网络服务正忙，请稍后重试”的意思。
5.1.2 HTTP常见字段
（1）Host 字段
客户端发送请求时，用来指定服务器的域名。
【例如：Host:www.A.com】
有了 Host 字段，就可以将请求发往「同一台」服务器上的不同网站。
（2）Content-Length 字段
服务器在返回数据时，会有 Content-Length 字段，表明本次回应的数据长度。
【例如：Content-Length: 1000】
（3）Connection 字段
Connection 字段最常用于客户端要求服务器使用 TCP 持久连接，以便其他请求复用。
HTTP/1.1 版本的默认连接都是持久连接，但为了兼容老版本的 HTTP，需要指定 Connection 首部字段的值为 Keep-Alive 。
【例如：Connection: keep-alive】
（4）Content-Type 字段
Content-Type 字段用于服务器回应时，告诉客户端，本次数据是什么格式。
【例如：Content-Type: text/html; charset=utf-8】 ——即为html格式，编码格式为UTF-8
客户端请求的时候，可以使用 Accept 字段声明自己可以接受哪些数据格式。
【例如：Accept: */*】——表示自己可以接受任何格式的数据
（5）Content-Encoding 字段
Content-Encoding 字段说明数据的压缩方法。表示服务器返回的数据使用了什么压缩格式
【例如：Content-Encoding: gzip】
客户端在请求时，用 Accept-Encoding 字段说明自己可以接受哪些压缩方法。
【例如：Accept-Encoding: gzip, deflate】
5.2 GET 与 POST
Http协议定义了很多与服务器交互的方法，最基本的有4种，分别是GET,POST,PUT,DELETE. 一个URL地址用于描述一个网络上的资源，而HTTP中的GET, POST, PUT, DELETE就对应着对这个资源的查，改，增，删4个操作。我们最常见的就是GET和POST了。GET一般用于获取/查询资源信息，而POST一般用于更新资源信息。
- GET
- HEAD
- PUT
- POST
- TRACE
- OPTIONS
- DELETE
5.2.1 GET 与 POST 的区别
Get 方法的含义是请求从服务器获取资源，这个资源可以是静态的文本、页面、图片视频等。
而 POST 方法则是相反操作，它向 URI 指定的资源提交数据，数据就放在报文的 body 里。
GET与POST是我们常用的两种HTTP Method，二者之间的区别主要包括如下五个方面：
1. 从功能上讲，GET一般用来从服务器上获取资源，POST一般用来更新服务器上的资源；
2. 从REST服务角度上说，GET是幂等的，即读取同一个资源，总是得到相同的数据，而POST不是幂等的，因为每次请求对资源的改变并不是相同的；进一步地，GET不会改变服务器上的资源，而POST会对服务器资源进行改变；
3. 从请求参数形式上看，
GET请求的数据会附在URL之后，即将请求数据放置在HTTP报文的请求头中，以?分割URL和传输数据，参数之间以&相连。特别地，如果数据是英文字母/数字，原样发送；否则，会将其编码为 application/xwwwformurlencoded MIME 字符串(如果是空格，转换为+，如果是中文/其他字符，则直接把字符串用BASE64加密，得出如：%E4%BD%A0%E5%A5%BD，其中％XX中的XX为该符号以16进制表示的ASCII)；
而POST请求会把提交的数据则放置在是HTTP请求报文的请求体中。
4. 就安全性而言，POST的安全性要比GET的安全性高，因为GET请求提交的数据将明文出现在URL上，而且POST请求参数则被包装到请求体中，相对更安全。
5. 从请求的大小看，GET请求的长度受限于浏览器或服务器对URL长度的限制，允许发送的数据量比较小，而POST请求则是没有大小限制的。
HTTP请求结构：请求方式 + 请求URI + 协议及其版本
HTTP响应结构：状态码 + 原因短语 + 协议及其版本
5.2.2 GET 和 POST 方法都是安全和幂等的吗？
- 在 HTTP 协议里，所谓的「安全」是指请求方法不会「破坏」服务器上的资源。
- 所谓的「幂等」，意思是多次执行相同的操作，结果都是「相同」的。
那么很明显 GET 方法就是安全且幂等的，因为它是「只读」操作，无论操作多少次，服务器上的数据都是安全的，且每次的结果都是相同的。
POST 因为是「新增或提交数据」的操作，会修改服务器上的资源，所以是不安全的，且多次提交数据就会创建多个资源，所以不是幂等的。
5.3 HTTP特性
5.3.1 HTTP优点
HTTP 最凸出的优点是「简单、灵活和易于扩展、应用广泛和跨平台」。
1. 简单
HTTP 基本的报文格式就是 header + body ，头部信息也是 key-value 简单文本的形式，易于理解，降低了学习和使用的门槛。
2. 灵活和易于扩展
HTTP协议里的各类请求方法、URI/URL、状态码、头字段等每个组成要求都没有被固定死，都允许开发人员自定义和扩充。
同时 HTTP 由于是工作在应用层（ OSI 第七层），则它下层可以随意变化。
HTTPS 也就是在 HTTP 与 TCP 层之间增加了 SSL/TLS 安全传输层，HTTP/3 甚至把 TCP 层换成了基于 UDP 的 QUIC。
3. 应用广泛和跨平台
互联网发展至今，HTTP 的应用范围非常的广泛，从台式机的浏览器到手机上的各种 APP，从看新闻、刷贴吧到购物、理财、吃鸡，HTTP 的应用片地开花，同时天然具有跨平台的优越性。
5.3.2 HTTP缺点
HTTP 协议里有优缺点一体的双刃剑，分别是「无状态、明文传输」，同时还有一大缺点「不安全」。
（1）无状态双刃剑
无状态的好处，因为服务器不会去记忆 HTTP 的状态，所以不需要额外的资源来记录状态信息，这能减轻服务器的负担，能够把更多的 CPU 和内存用来对外提供服务。
无状态的坏处，既然服务器没有记忆能力，它在完成有关联性的操作时会非常麻烦。
例如登录->添加购物车->下单->结算->支付，这系列操作都要知道用户的身份才行。但服务器不知道这些请求是有关联的，每次都要问一遍身份信息。
这样每操作一次，都要验证信息，这样的购物体验还能愉快吗？别问，问就是酸爽！
对于无状态的问题，解法方案有很多种，其中比较简单的方式用 Cookie 技术。
Cookie 通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。
相当于，在客户端第一次请求后，服务器会下发一个装有客户信息的「小贴纸」，后续客户端请求服务器的时候，带上「小贴纸」，服务器就能认识了。
（2）明文传输双刃剑
明文意味着在传输过程中的信息，是可方便阅读的，通过浏览器的 F12 控制台或 Wireshark 抓包都可以直接肉眼查看，为我们调试工作带了极大的便利性。
但是正是这样，HTTP 的所有信息都暴露在了光天化日下，相当于信息裸奔。在传输的漫长的过程中，信息的内容都毫无隐私可言，很容易就能被窃取。
（3）不安全
HTTP 比较严重的缺点就是不安全：
- 通信使用明文（不加密），内容可能会被窃听。比如，账号信息容易泄漏，那你号没了。
- 不验证通信方的身份，因此有可能遭遇伪装。比如，访问假的淘宝、拼多多，那你钱没了。
- 无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改。比如，网页上植入垃圾广告，视觉污染，眼没了。
【HTTP 的安全问题，可以用 HTTPS 的方式解决，也就是通过引入 SSL/TLS 层，使得在安全上达到了极致。】
5.3.3 HTTP/1.1 性能
HTTP 协议是基于 TCP/IP，并且使用了「请求 - 应答」的通信模式，所以性能的关键就在这两点里。
（1）长连接
早期 HTTP/1.0 性能上的一个很大的问题，那就是每发起一个请求，都要新建一次 TCP 连接（三次握手），而且是串行请求，做了无谓的 TCP 连接建立和断开，增加了通信开销。
为了解决上述 TCP 连接问题，HTTP/1.1 提出了长连接的通信方式，也叫持久连接。这种方式的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载。
持久连接的特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。
（2）管道网络传输
HTTP/1.1 采用了长连接的方式，这使得管道（pipeline）网络传输成为了可能。
即可在同一个 TCP 连接里面，客户端可以发起多个请求，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。
举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送 A 请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出 B 请求。管道机制则是允许浏览器同时发出 A 请求和 B 请求。
但是服务器还是按照顺序，先回应 A 请求，完成后再回应 B 请求。要是前面的回应特别慢，后面就会有许多请求排队等着。这称为「队头堵塞」
（3）队头阻塞
「请求 - 应答」的模式加剧了 HTTP 的性能问题。
因为当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一同被阻塞了，会招致客户端一直请求不到数据，这也就是「队头阻塞」。好比上班的路上塞车。
总之 HTTP/1.1 的性能一般般，后续的 HTTP/2 和 HTTP/3 就是在优化 HTTP 的性能。
5.4 HTTP 与 HTTPS
5.4.1 HTTP 与 HTTPS区别
1. HTTP 是超文本传输协议，信息是明文传输，存在安全风险的问题。HTTPS 则解决 HTTP 不安全的缺陷，在 TCP 和 HTTP 网络层之间加入了 SSL/TLS 安全协议，使得报文能够加密传输。
2. HTTP 连接建立相对简单， TCP 三次握手之后便可进行 HTTP 的报文传输。而 HTTPS 在 TCP三次握手之后，还需进行 SSL/TLS 的握手过程，才可进入加密报文传输。
3. HTTP 的端口号是 80，HTTPS 的端口号是 443。
4. HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字证书，来保证服务器的身份是可信的。
5.4.2 HTTPS 解决了 HTTP 的哪些问题？
HTTP 由于是明文传输，所以安全上存在以下三个风险：
- 窃听风险，比如通信链路上可以获取通信内容，用户号容易没。
- 篡改风险，比如强制植入垃圾广告，视觉污染，用户眼容易瞎。
- 冒充风险，比如冒充淘宝网站，用户钱容易没。
HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加入了 SSL/TLS 协议，可以很好的解决了上述的风险：
- 信息加密：交互信息无法被窃取，但你的号会因为「自身忘记」账号而没。
- 校验机制：无法篡改通信内容，篡改了就不能正常显示，但百度「竞价排名」依然可以搜索垃圾
- 广告。
- 身份证书：证明淘宝是真的淘宝网，但你的钱还是会因为「剁手」而没。
5.4.3 HTTPS 原理
- 混合加密的方式实现信息的机密性，解决了窃听的风险。
- 摘要算法的方式来实现完整性，它能够为数据生成独一无二的「指纹」，指纹用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。
- 将服务器公钥放入到数字证书中，解决了冒充的风险。
（1）混合加密
HTTPS 采用的是对称加密和非对称加密结合的「混合加密」方式：
- 在通信建立前采用非对称加密的方式交换「会话秘钥」，后续就不再使用非对称加密。
- 在通信过程中全部使用对称加密的「会话秘钥」的方式加密明文数据。
采用「混合加密」的方式的原因：
- 对称加密只使用一个密钥，运算速度快，密钥必须保密，无法做到安全的密钥交换。
- 非对称加密使用两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发而私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢。
（2）摘要算法
摘要算法用来实现完整性，能够为数据生成独一无二的「指纹」，用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。
客户端在发送明文之前会通过摘要算法算出明文的「指纹」，发送的时候把「指纹 + 明文」一同加密成密文后，发送给服务器，服务器解密后，用相同的摘要算法算出发送过来的明文，通过比较客户端携带的「指纹」和当前算出的「指纹」做比较，若「指纹」相同，说明数据是完整的。
（3）数字证书
客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。
借助第三方权威机构 CA （数字证书认证机构），将服务器公钥放在数字证书（由数字证书认证机构颁发）中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。
通过数字证书的方式保证服务器公钥的身份，解决冒充的风险。
5.4.4 HTTPS 建立连接
SSL/TLS 协议基本流程：
- 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥。
- 双方协商生产「会话秘钥」。
- 双方采用「会话秘钥」进行加密通信。
前两步也就是 SSL/TLS 的建立过程，也就是握手阶段。
SSL/TLS 的「握手阶段」涉及四次通信：
SSL/TLS 协议建立的详细流程：
1. ClientHello
首先，由客户端向服务器发起加密通信请求，也就是 ClientHello 请求。
在这一步，客户端主要向服务器发送以下信息：
（1）客户端支持的 SSL/TLS 协议版本，如 TLS 1.2 版本。
（2）客户端生产的随机数（ Client Random ），后面用于生产「会话秘钥」。
（3）客户端支持的密码套件列表，如 RSA 加密算法。
2. SeverHello
服务器收到客户端请求后，向客户端发出响应，也就是 SeverHello 。服务器回应的内容有如下内容：
（1）确认 SSL/ TLS 协议版本，如果浏览器不支持，则关闭加密通信。
（2）服务器生产的随机数（ Server Random ），后面用于生产「会话秘钥」。
（3）确认的密码套件列表，如 RSA 加密算法。
（4）服务器的数字证书。
3.客户端回应
客户端收到服务器的回应之后，首先通过浏览器或者操作系统中的 CA 公钥，确认服务器的数字证书的真实性。
如果证书没有问题，客户端会从数字证书中取出服务器的公钥，然后使用它加密报文，向服务器发送如下信息：
（1）一个随机数（ pre-master key ）。该随机数会被服务器公钥加密。
（2）加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。
（3）客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供服务端校验。
上面第一项的随机数是整个握手阶段的第三个随机数，这样服务器和客户端就同时有三个随机数，接着就用双方协商的加密算法，各自生成本次通信的「会话秘钥」。
4. 服务器的最后回应
服务器收到客户端的第三个随机数（ pre-master key ）之后，通过协商的加密算法，计算出本次通信的「会话秘钥」。然后，向客户端发生最后的信息：
（1）加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。
（2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供客户端校验。
至此，整个 SSL/TLS 的握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的 HTTP 协议，只不过用「会话秘钥」加密内容。
5.5.5 HTTPS的优缺点
优点：
尽管HTTPS并非绝对安全，掌握根证书的机构、掌握加密算法的组织同样可以进行中间人形式的攻击，但HTTPS仍是现行架构下最安全的解决方案，主要有以下几个好处：
1. 使用HTTPS协议可认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；
2. 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，要比http协议安全，可防止数据在传输过程中不被窃取、改变，确保数据的完整性。
3. HTTPS是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对安全，但它大幅增加了中间人攻击的成本。
4. 谷歌曾在2014年8月份调整搜索引擎算法，并称“比起同等HTTP网站，采用HTTPS加密的网站在搜索结果中的排名将会更高”。
缺点：
虽然说HTTPS有很大的优势，但其相对来说，还是存在不足之处的：
1. HTTPS协议握手阶段比较费时，会使页面的加载时间延长近50%，增加10%到20%的耗电；
2. HTTPS连接缓存不如HTTP高效，会增加数据开销和功耗，甚至已有的安全措施也会因此而受到影响；
3. SSL证书需要钱，功能越强大的证书费用越高，个人网站、小网站没有必要一般不会用。
4. SSL证书通常需要绑定IP，不能在同一IP上绑定多个域名，IPv4资源不可能支撑这个消耗。
5. HTTPS协议的加密范围也比较有限，在黑客攻击、拒绝服务攻击、服务器劫持等方面几乎起不到什么作用。最关键的，SSL证书的信用链体系并不安全，特别是在某些国家可以控制CA根证书的情况下，中间人攻击一样可行。
5.5.6 HTTP切换到HTTPS
如果需要将网站从http切换到https到底该如何实现呢？
这里需要将页面中所有的链接，例如js，css，图片等等链接都由http改为https。例如：http://www.baidu.com改为https://www.baidu.com
BTW，这里虽然将http切换为了https，还是建议保留http。所以我们在切换的时候可以做http和https的兼容，具体实现方式是，去掉页面链接中的http头部，这样可以自动匹配http头和https头。例如：将http://www.baidu.com改
为//www.baidu.com。然后当用户从http的入口进入访问页面时，页面就是http，如果用户是从https的入口进入访问页面，页面即https的
注：文章内容来自谢希仁《计算机网络第六版》 与 微信公众号：小林coding图解系列 与 多来源 计网ppt