网络综合知识1

 1.DHCP 协议 操作流程

 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),动态主机配置协议，是一个应用层协议。当我们将客户主机ip地址设置为动态获取方式时，DHCP服务器就会根据DHCP协议给客户端分配IP，使得客户机能够利用这个IP上网。

 DHCP的实现

DHCP的实现分为4步，分别是： 
主机新加入网络时，获取IP的流程 

1. 新的client加入网络时，会使用0.0.0.0作为源地址，发送discover广播报文，查询网络上有哪些DHCP server，以及这些DHCP server 能Offer哪些IP地址 

2. DHCP服务器接收到DHCP Discover报文后，回应Offer报文，提供IP地址（可能包含DNS等其他信息）给client 

3. client 根据收到的Offer报文，选择一个DHCP server，并选择它提供的IP地址。然后广播Request报文，向DHCP Server请求该IP地址，同时向本地网络（尤其是其他DHCP Server）公告自己已经选择了某个DHCP Server的某个IP地址。 

4. DHCP Server 回应ACK报文，将IP地址分配给Client端 （特殊情况：DHCP Server在发送Offer报文和接收到Request的短暂时间内把IP分配给了其他主机） 

5. DHCP Client 收到ACK报文后，会针对获得的IP地址发送ARP Request，进行IP地址冲突检测。 

6. 如果IP地址已经被其他主机使用，则Client放弃该IP地址，并向Server发送DHCP DECLINE报文告诉Server该地址不能使用。然后一段时间后（一般10s）再此尝试获取该IP地址 

7. 如果Client仍然无法使用该IP地址，则发送DHCP RELEASE报文，放弃该地址。

2.IP协议的转发流程

仅从网络层去看这整个数据传输的过程

1. A发出目的地为C的IP数据报，查询本地路由表发现下一跳为E
2. A将数据报发送给E
3. E查询本地路由表发现下一跳为F，将数据报发送给F
4. F查询本地路由表发现目的地C，是和自己直接连接的，然后将数据报发送给C

结合数据链路层和网络层
    第一步：
        A发出目的地为C的IP数据报，查询路由表发现下一跳为E
        A将IP数据报交给数据链路层，并告知下一跳IP地址是E
        数据链路层就会查找ARP表，寻找E对应的MAC地址E1，如果没有找到则会发送ARP请求获取E的MAC地址E1
        数据链路层填充源MAC地址A和目的MAC地址E1
        数据链路层通过物理层将数据发送给E1
    第二步：
        E的数据链路层接收到数据帧，把数据帧传输给网络层
        E查询路由表，发现下一跳为F
        E把数据交给数据链路层并告知下一跳的IP地址为F
        E的数据链路层就去查找E的ARP表，寻找F对应的MAC地址F1,如果没有找到则会发送ARP广播请求获取F的MAC地址F1
        E的数据链路层封装数据帧并发送（此时源MAC地址和目的MAC地址就会发生变化，源MAC地址为E，目的MAC地址为F1）
     第三步：
        F的数据链路层接收到数据帧，把数据帧交给网络层
        F查询路由表，发现下一跳为C
        F把数据交给数据链路层，并告知目的IP地址为C
        数据链路层查找本地ARP缓存表，寻找C对应的MAC地址C1,如果没有找到则发送ARP广播请求获取C的MAC地址C1
        F的数据链路层封装数据帧并发送给C     
   
   从上边的整个过程中可以发现
        数据帧每一跳的MAC地址都在变化（源MAC地址和目的MAC地址）
        IP数据报每一跳的IP地址始终不变     

3.TCP/IP四层模型

1.网络接口层

1).物理层（Physical Layer）

 物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称，中继器（Repeater，也叫放大器）和集线器。

 2).数据链路层（Data Link Layer）

 该层的作用包括：物理地址寻址、封装成帧、透明传输、差错检验等。    两个重要设备名称：网桥和交换机。

2.网际层(网络层(Network Layer))

路径选择、路由及逻辑寻址。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术

重要的设备：路由器。

主要协议：IP、ICMP、IGMP、RIP和OSPF等

3.运输层(传输层(Transport Layer))

传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；

重要设备：网关

主要协议：TCP和UDP

4.应用层

    为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口，如：发送文件传输和电子邮件等。主要协议：Telnet、FTP、e-mail和HTTP等

4.TCP三次握手

第一次握手

客户主动（active open）去connect服务器，并且发送SYN 假设序列号为J,服务器是被动打开(passive open)

第二次握手

服务器在收到SYN后，它会发送一个SYN以及一个ACK（应答）给客户，ACK的序列号是 J+1表示是给SYN J的应答，新发送的SYN K 序列号是K

第三次握手

客户在收到新SYN K, ACK J+1 后，也回应ACK K+1 以表示收到了，然后两边就可以开始数据发送数据了

5.TCP四次挥手

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2*MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

6.HTTP协议

转载：https://zhuanlan.zhihu.com/p/45173862

HTTP协议(超文本传输协议HyperText Transfer Protocol)，它是基于TCP协议的应用层传输协议，简单来说就是客户端和服务端进行数据传输的一种规则。

注意：客户端与服务器的角色不是固定的，一端充当客户端，也可能在某次请求中充当服务器。这取决与请求的发起端。HTTP协议属于应用层，建立在传输层协议TCP之上。客户端通过与服务器建立TCP连接，之后发送HTTP请求与接收HTTP响应都是通过访问Socket接口来调用TCP协议实现。

HTTP 是一种无状态 (stateless) 协议, HTTP协议本身不会对发送过的请求和相应的通信状态进行持久化处理。这样做的目的是为了保持HTTP协议的简单性，从而能够快速处理大量的事务, 提高效率。

然而，在许多应用场景中，我们需要保持用户登录的状态或记录用户购物车中的商品。由于HTTP是无状态协议，所以必须引入一些技术来记录管理状态，例如Cookie。

HTTP请求

由上图可以看到，http请求由请求行，消息报头，请求正文三部分构成。

HTTP请求状态行

请求行由请求Method, URL 字段和HTTP Version三部分构成, 总的来说请求行就是定义了本次请求的请求方式, 请求的地址, 以及所遵循的HTTP协议版本例如：

GET /example.html HTTP/1.1 (CRLF)

 HTTP协议的方法有： 

GET： 请求获取Request-URI所标识的资源 

POST： 在Request-URI所标识的资源后增加新的数据 

HEAD： 请求获取由Request-URI所标识的资源的响应消息报头 

PUT： 请求服务器存储或修改一个资源，并用Request-URI作为其标识 

DELETE： 请求服务器删除Request-URI所标识的资源 

TRACE： 请求服务器回送收到的请求信息，主要用于测试或诊断 

CONNECT： 保留将来使用 

OPTIONS： 请求查询服务器的性能，或者查询与资源相关的选项和需求

HTTP请求头

消息报头由一系列的键值对组成，允许客户端向服务器端发送一些附加信息或者客户端自身的信息，主要包括：

HTTP请求正文

只有在发送POST请求时才会有请求正文，GET方法并没有请求正文。

HTTP get方式请求报文

HTTP响应

与HTTP请求类似，先上一张图：

HTTP响应也由三部分组成，包括状态行，消息报头，响应正文。

HTTP响应状态行

状态行也由三部分组成，包括HTTP协议的版本，状态码，以及对状态码的文本描述。例如：

HTTP/1.1 200 OK （CRLF）

 HTTP响应状态码

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

常见状态代码、状态描述、说明： 

200： OK - 客户端请求成功 

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

HTTP响应状态码说明

HTTP响应报文

HTTP的五大特点

1. 支持客户/服务器模式。
2. 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
3. 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。
4. 无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。早期这么做的原因是请求资源少，追求快。后来通过Connection: Keep-Alive实现长连接
5. 无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

非持久连接和持久连接

在实际的应用中，客户端往往会发出一系列请求，接着服务器端对每个请求进行响应。对于这些请求/响应，如果每次都经过一个单独的TCP连接发送，称为非持久连接。

反之，如果每次都经过相同的TCP连接进行发送，称为持久连接。

非持久连接在每次请求|响应之后都要断开连接，下次再建立新的TCP连接，这样就造成了大量的通信开销。例如前面提到的往返时间(RTT) 就是在建立TCP连接的过程中的代价。

非持久连接给服务器带来了沉重的负担，每台服务器可能同时面对数以百计甚至更多的请求。持久连接就是为了解决这些问题，其特点是一直保持TCP连接状态，直到遇到明确的中断要求之后再中断连接。持久连接减少了通信开销，节省了通信量。

7.HTTPS

HTTP的不足

• 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
• 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
• 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改

HTTPS介绍

HTTP 协议中没有加密机制,但可以通 过和 SSL(Secure Socket Layer, 安全套接层 )或 TLS(Transport Layer Security, 安全层传输协议)的组合使用,加密 HTTP 的通信内容。

属于通信加密，即在整个通信线路中加密。

HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护 = HTTPS（HTTP Secure ）

 

 HTTPS 采用共享密钥加密（对称）和公开密钥加密（非对称）两者并用的混合加密机制。若密钥能够实现安全交换,那么有可能会考虑仅使用公开密钥加密来通信。但是公开密钥加密与共享密钥加密相比,其处理速度要慢。

所以应充分利用两者各自的优势, 将多种方法组合起来用于通信。 在交换密钥阶段使用公开密钥加密方式,之后的建立通信交换报文阶段 则使用共享密钥加密方式。

HTTPS握手过程的简单描述如下：

1. 浏览器将自己支持的一套加密规则发送给网站。
   服务器获得浏览器公钥
2. 网站从中选出一组加密算法与HASH算法，并将自己的身份信息以证书的形式发回给浏览器。证书里面包含了网站地址，加密公钥，以及证书的颁发机构等信息。 浏览器获得服务器公钥
3. 获得网站证书之后浏览器要做以下工作：
   (a). 验证证书的合法性（颁发证书的机构是否合法，证书中包含的网站地址是否与正在访问的地址一致等），如果证书受信任，则浏览器栏里面会显示一个小锁头，否则会给出证书不受信的提示。
   (b). 如果证书受信任，或者是用户接受了不受信的证书，浏览器会生成一串随机数的密码（接下来通信的密钥），并用证书中提供的公钥加密（共享密钥加密）。
   (c) 使用约定好的HASH计算握手消息，并使用生成的随机数对消息进行加密，最后将之前生成的所有信息发送给网站。 浏览器验证 -> 随机密码 服务器的公钥加密 -> 通信的密钥 通信的密钥 -> 服务器
4. 网站接收浏览器发来的数据之后要做以下的操作：
   (a). 使用自己的私钥将信息解密取出密码，使用密码解密浏览器发来的握手消息，并验证HASH是否与浏览器发来的一致。
   (b). 使用密码加密一段握手消息，发送给浏览器。
   服务器用自己的私钥解出随机密码 -> 用密码解密握手消息（共享密钥通信）-> 验证HASH与浏览器是否一致（验证浏览器）
   HTTPS的不足
5. 加密解密过程复杂，导致访问速度慢
6. 加密需要认向证机构付费
7. 整个页面的请求都要使用HTTPS