计算机网络核心

1、OSI开放式互联参考模型

• 1、物理层：机械、电子、定时接口通信信道上的原始比特流传输。
• 2、数据链路层：物理寻址，同时将原始比特流转变为逻辑传输线路。
• 3、网络层：控制子网的运行，如逻辑编址、分组传输、路由选择(IP协议)。
• 4、传输层：接受上一层的数据，在必要的时候把数据进行分割，并将这些数据交给网络层，且保证这些数据段有效到达对端(TCP/UDP)。
• 5、会话层：不同机器上的用户之间建立及管理会话。
• 6、表示层：信息的语法语义以及它们的关联，如加密解密、转换翻译、压缩解压缩。
• 7、应用层：（HTTP）

2、TCP/IP

3、TCP报文头

传输控制协议TCP简介

• 面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
• 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，未收到则重传。
• 使用校验和来检验数据在传输过程中是否有误。

套接字(socket)

每个需要发送的数据使用seq进行编号。返回的数据采用ACK来标记的。

TCP报文头：

• Source Port：源端口

• Destination Port：目标端口

• Sequence Number：序号，传输的数据的编号。

• AckNowledgment Number：B期望收到A的下个数据序号。

• Offset：数据便移:TCP报文距离起始报文的距离。

• Reserved：保留域：目前为0；

• TCP Flags：控制位，有8个标志位组成，每个包含单独的控制功能。

  • ACK：确认序号标志(1/0)
  • SYN：同步序号，用于建立连接过程
  • FIN：finish标志，用于释放连接
  • URG：紧急指针标志(1/0)
  • PSH：push标志(1/0)
  • RST：重置链接标志

• Windows：流量控制：滑动窗口大小，告知缓存大小，控制发送数据的速率。(接收方用来通知发送方，自己含有多少缓冲区来接收数据。发送方根据接收方处理能力，来发送数据。不会让接收方处理不过来。)

• Checksum：进行16位计算得到，用于报文头的校验。

• Urgent Pointer：紧急指针，字节数紧急数据

• TCP Options：可选项，定义其它一些可选参数。

4、TCP的三次握手

三次握手的流程图：

1. 在TCP/P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。
2. 第一次握手：建立连接时，客户端发送SY包n=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，必须确认客户的SYN
3. （ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包此时服务器进入 SYN RECV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=k+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。

三次握手的目的：

为了初始化Seq(Sequence Number的初始值)

首次握手的隐患—SYN超时

原因：

• Server B收到 Client A的SYN，回复SYN-ACK的时候未收到ACK确认
• Server B不断重试直至超时，Linux默认等待63秒才断开连接
• 1/2/4/8/16总共31秒钟会请求5次，然后再等待30秒才会断开连接。

针对SYN Flood的防护措施

会有黑客不断的请求你的服务然后断开，占用你的连接对列，造成正常访问也不能使用。

• SYN队列满后，通过 tcp_syncookies参数回发 SYN Cookie。
• 若为正常连接则 Client会回发 SYN Cookie，直接建立连接。

建立连接后，Client出现故障怎么办？

保活机制：

• 向对方发送保活探测报文，如果未收到响应则继续发送。
• 尝试次数达到保活探测数仍未收到响应则中断连接。

5、TCP的四次挥手

"挥手"是为了终止连接，TCP四次挥手的流程图：

由任一方，发出Close进行触发。

• 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FN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FN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。

6、为什么会有TIME_WAIT状态(等待2MSL的时间)

• 确保有足够的时间让对方收到ACK包
• 假如对方没有收到，再进行重发，时间为2MSL的时间(2个请求时间)
• 避免新旧连接混淆()

7、为什么需要四次握手才能断开连接

因为全双工，发送方和接收方都需要FIN报文和ACK报文

8、服务器出现大量 CLOSE_WA状态的原因?

对方关闭 socket连接，我方忙于读或写，没有及时关闭连接。

• 检查代码，特别是释放资源的代码。
• 检查配置，特别是处理请求的线程配置。

服务器会给每个用户提供一定量的连接数(几千)，超过一定量会报错。

会报错：too many open files

9、UDP简介

• Source Port：源端口。
• Destination Port：目标端口。
• Length：数据包长度。
• Checksum：奇偶校验值。
• Data octets：用户数据。

UDP的特点：

• 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。
• 数据包报头只有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接状态表。
• 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。

结论：

TCP用来保证可靠性和有序性

• TCP(面向连接) VS UDP(无连接)
• 可靠性(TCP高)
• 有序性(TCP利用序号)
• 速度(TCP慢)
• 量级(TCP重量级)

10、TCP的滑动窗口

TRR和RTO

• TRR：发送一个数据包到收到对应的ACK，所花费的时间。
• TRO：重传时间间隔。

TCP使用滑动窗口做流量控制与乱序重排

• 保证TCP的可靠性
• 保证TCP的流控特性

Windows窗口：接收方用来通知发送方，自己含有多少缓冲区来接收数据。发送方根据接收方处理能力，来发送数据。不会让接收方处理不过来。

接受方还能接受的数据量：=接收端缓存池大小-已占据的缓存大小

AdvertisedWindow=MaxRcvBuffer-(LastByteRcvd - LastByteRead)

可剩余发送数据大小：=接受方还能接受的数据量-已经准备好并未发送数据量

EffectiveWindow=AdvertisedWindow-(LastByteSent - LastByteAcked)

TCP的滑动窗口

11、HTTP简介

超文本传输协议HTTP主要特点

• 支持客户/服务器模式
• 简单快速(请求方法和路径)
• 灵活(可以任意类型数据结构，使用content-type标注)
• 无连接(使用后则断开连接)
• 无状态(协议对于事务处理，没有记忆)

HTTP 1.1版本：增加了KEEP—alive

HTTP请求数据结构：

HTTP响应报文数据结构

请求/响应的步骤

• 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
• 释放连接TCP连接
• 客户端浏览器解析HTML内容

在浏览器地址栏键入∪RL，按下回车之后经历的流程。

• DNS解析(寻找url地址对应的IP地址)(浏览器缓存，系统缓存，路由器缓存，IPS服务器服务器缓存，根域名服务缓存，顶级域名缓存)
• TCP连接(三次握手)
• 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

5种取值

• 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，过段时间后可能恢复正常。

GET请求和POST请求的区别

三个方面来解答

• Http报文层面：GET将请求信息放在URL，POST放在报文体中。
• 数据库层面：CET符合幂等性和安全性，POST不符合。
• 其他层面：GET可以被缓存、被存储，而POST不行。

Cookie和Session

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。
• 服务器接收到后，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 session id，按需保存状态信息。

Session的是实现方式

• 使用 Cookie来实现(每次请求Cookie带上JESSIONID)
• 使用URL回写来实现(所有连接带上JSSONID,用户点击被带回)

Cookie和Session的区别

• Cookie数据存放在客户的浏览器上。
• Session数据放在服务器上Session相对于。
• Cookie更安全若考虑减轻服务器负担，应当使用 Cookie

12、HTTP和HTTPS的区别

安全版HTTP，增加了一层。

SSL(Security Sockets Layer，安全套接层)

• 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。

加密的方式：

• 对称加密：加密和解密都使用同一个密钥。(效率高)
• 非对称加密：加密使用的密钥和解密使用的密钥是不相同的。(安全性高，效率低)
• 哈希算法：将任意长度的信息转换为固定长度的值，算法不可逆。
• 数字签名：证明某个消息或者文件是某人发出/认同的。

HTTPS数据传输流程

1. 浏览器将支持的加密算法信息发送给服务器
2. 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。
3. 浏览器验证证书合法性，并结合证书公钥加密信息发送给服务器。
4. 服务器使用私钥解密信息，验证哈希，加密响应消息回发浏览器。
5. 浏览器解密响应消息，并对消息进行验真，之后进行加密交互数据。

HTTP和HTTPS的区别

• 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(HTTP Strict Transport Security)优化

13、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

ServerSocket ss = new ServerSocket(6500);
Socket socket = ss.accept();

Socket socket = new Socket("127.0.0.1",65000);
OutputStream os = socket.getOutputStream();