1. 计算机网络体系结构
1.1 简介
定义 计算机网络的各层 + 其协议的集合
作用 定义该计算机网络的所能完成的功能
1.2 结构介绍
计算机网络体系结构分为3种：OSI体系结构、TCP / IP体系结构、五层体系结构
- OSI体系结构：概念清楚 & 理念完整，但复杂 & 不实用
- TCP / IP体系结构：含了一系列构成互联网基础的网络协议，是Internet的核心协议 & 被广泛应用于局域网 和 广域网
- 五层体系结构：融合了OSI 与 TCP / IP的体系结构，目的是为了学习 & 讲解计算机原理
低三层为通信子网，负责数据传输 高三层为资源子网，相当于计算机系统，完成数据处理； 传输层承上启下 - OSI 的体系结构
- TCP/IP的结构体系
2. TCP协议
1 定义
Transmission Control Protocol，即 传输控制协议
- 属于 传输层通信协议
- 基于TCP的应用层协议有HTTP、SMTP、FTP、Telnet 和 POP3
2 特点
- 面向连接、面向字节流、全双工通信、可靠
- 具体介绍如下：
3. 优缺点
- 优点：数据传输可靠
- 缺点：效率慢（因需建立连接、发送确认包等）
4. 应用场景（对应的应用层协议）
要求通信数据可靠时，即 数据要准确无误地传递给对方
如：传输文件：HTTP、HTTPS、FTP等协议；传输邮件：POP、SMTP等协议
- 万维网：HTTP协议
- 文件传输：FTP协议
- 电子邮件：SMTP协议
- 远程终端接入：TELNET协议
5. 报文段格式
TCP虽面向字节流，但传送的 数据单元 = 报文段
报文段 = 首部 + 数据 2部分
TCP的全部功能体现在它首部中各字段的作用，故下面主要讲解TCP报文段的首部
首部前20个字符固定、后面有4n个字节是根据需而增加的选项
故 TCP首部最小长度 = 20字节
6. 建立连接过程
- TCP建立连接需 三次握手
- 具体介绍如下：
- 成功进行TCP的三次握手后，就建立起一条TCP连接，即可传送应用层数据
- 因 TCP提供的是全双工通信，故通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据
- 三次握手期间，任何1次未收到对面的回复，则都会重发
为什么TCP建立连接需三次握手？
防止服务器端因接收了早已失效的连接请求报文，从而一直等待客户端请求，最终导致形成死锁、浪费资源
SYN洪泛攻击：
从上可看出：服务端的TCP资源分配时刻 = 完成第二次握手时；而客户端的TCP资源分配时刻 = 完成第三次握手时
这就使得服务器易于受到SYN洪泛攻击，即同时多个客户端发起连接请求，从而需进行多个请求的TCP连接资源分配
7. 释放连接过程
- 在通信结束后，双方都可以释放连接，共需 四次挥手
- 具体如下
特别说明：为什么TCP释放连接需四次挥手？
为了保证通信双方都能通知对方 需释放 & 断开连接
即释放连接后，都无法接收 / 发送消息给对方
延伸疑问：为什么客户端关闭连接前要等待2MSL时间？
即 TIME - WAIT 状态的作用是什么；
MSL = 最长报文段寿命（Maximum Segment Lifetime）
- 原因1：为了保证客户端发送的最后1个连接释放确认报文 能到达服务器，从而使得服务器能正常释放连接
- 原因2：防止 上文提到的早已失效的连接请求报文 出现在本连接中；客户端发送了最后1个连接释放请求确认报文后，再经过2MSL时间，则可使本连接持续时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。即 在下1个新的连接中就不会出现早已失效的连接请求报文
8. 无差错传输
对比于UDP，TCP的传输是可靠的、无差错的
那么，为什么TCP的传输为什么是可靠的、无差错的呢？
8.1 含义
- 无差错：即 传输信道不出差错
- 发送 & 接收效率匹配：即 无论发送方以多快的速度发送数据，接收方总来得及处理收到的数据
8.2 基础：滑动窗口 协议
- 先理解2个基础概念：发送窗口、接收窗口
- 工作原理
对于发送端：
每收到一个确认帧，发送窗口就向前滑动一个帧的距离
当发送窗口内无可发送的帧时（即窗口内的帧全部是已发送但未收到确认的帧），发送方就会停止发送，直到收到接收方发送的确认帧使窗口移动，窗口内有可以发送的帧，之后才开始继续发送
具体如下图：
- 对于接收端：当收到数据帧后，将窗口向前移动一个位置，并发回确认帧，若收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律丢弃。
滑动窗口 协议的重要特性
只有接收窗口向前滑动、接收方发送了确认帧时，发送窗口才有可能（只有发送方收到确认帧才是一定）向前滑动
停止-等待协议、后退N帧协议 & 选择重传协议只是在发送窗口大小和接收窗口大小上有所差别：
-
停止等待协议：发送窗口大小=1，接收窗口大小=1；即 单帧滑动窗口 等于 停止-等待协议
-
后退N帧协议：发送窗口大小>1，接收窗口大小=1。
-
选择重传协议：发送窗口大小>1，接收窗口大小>1。
-
当接收窗口的大小为1时，可保证帧有序接收。
-
数据链路层的滑动窗口协议中，窗口的大小在传输过程中是固定的（注意要与TCP的滑动窗口协议区别）
8.3 实现无差错传输的解决方案
核心思想：采用一些可靠传输协议，使得
- 出现差错时，让发送方重传差错数据：即 出错重传
- 当接收方来不及接收收到的数据时，可通知发送方降低发送数据的效率：即 速度匹配
针对上述2个问题，分别采用的解决方案是：自动重传协议 和 流量控制 & 拥塞控制协议
解决方案1：自动重传请求协议ARQ（针对 出错重传）
即 Auto Repeat reQuest，具体介绍如下：
类型1：停等式ARQ（Stop-and-Wait）
原理：（单帧滑动窗口）停止 - 等待协议 + 超时重传
即 ：发送窗口大小=1、接收窗口大小=1
停止 - 等待协议的协议原理如下：
- 发送方每发送一帧，要等到接收方的应答信号后才能发送下一帧
- 接收方每接收一帧，都要反馈一个应答信号，表示可接下一帧
- 若接收方不反馈应答信号，则发送方必须一直等待
类型2：后退N帧协议
也称：连续ARQ协议
原理：多帧滑动窗口 + 累计确认 + 后退N帧 + 超时重传
即 ：发送窗口大小>1、接收窗口大小=1
具体描述
-
a. 发送方：采用多帧滑动窗口的原理，可连续发送多个数据帧 而不需等待对方确认
-
b. 接收方：采用 累计确认 & 后退N帧的原理，只允许按顺序接收帧。具体原理如下：
类型3：选择重传ARQ（Selective Repeat）
原理
多帧滑动窗口 + 累计确认 + 后退N帧 + 超时重传
即 ：发送窗口大小>1、接收窗口大小>1
类似于类型2（后退N帧协议），此处仅仅是接收窗口大小的区别，故此处不作过多描述
特点 -
a. 优：因连续发送数据帧而提高了信道的利用率
-
b. 缺：重传时又必须把原来已经传送正确的数据帧进行重传（仅因为这些数据帧前面有一个数据帧出了错），将导致传送效率降低
由此可见，若信道传输质量很差，导致误码率较大时，后退N帧协议不一定优于停止-等待协议
解决方案2：流量控制 & 拥塞控制（针对 速度匹配）
3. UDP协议
3.1 定义
User Datagram Protocol，即 用户数据报协议
属于 传输层通信协议
基于UDP的应用层协议有 TFTP、SNMP 与 DNS
3.2 特点
无连接的、不可靠的、面向报文、无拥塞控制，具体介绍如下：
3.3 应用场景（对应应用层协议）
要求通信速度高
如： 域名转换：DNS协议 文件传输：FTP协议 网络管理：SNMP协议 远程文件服务器：NFS协议
3.4 报文段格式
UDP的报文段共有2个字段：数据字段 & 首部字段
下面主要介绍首部（8字节、4个字段）
3.5 TCP、UDP区别
4 HTTP协议
HTTP协议 属于 最高层的应用层
4.1 请求方式
HTTP协议采用 请求 / 响应 的工作方式
4.2 HTTP报文详解
- HTTP在 应用层 交互数据的方式 = 报文
- HTTP的报文分为：请求报文 & 响应报文
- 分别用于 发送请求 & 响应请求时
4.2.1 请求报文
报文结构
HTTP的请求报文由 请求行、请求头 & 请求体 组成，如下图
请求行的组成 = 请求方法 + 请求路径 + 协议版本
请求头
- 作用：声明 客户端、服务器 / 报文的部分信息
- 使用方式：采用”header（字段名）：value（值）“的方式
常用请求头
- 请求和响应报文的通用Header
- 常见请求Header
请求体
- 作用：存放 需发送给服务器的数据信息
示例
4.2.2 HTTP响应报文
HTTP的响应报文包括：状态行、响应头 & 响应体
- 其中，响应头、响应体 与请求报文的请求头、请求体类似
- 这2种报文最大的不同在于 状态行 & 请求行
状态行 - 作用:声明 协议版本，状态码，状态码描述
- 组成:状态行有协议版本、状态码 &状态信息组成
响应头 - 作用：声明客户端、服务器 / 报文的部分信息
- 使用方式：采用”header（字段名）：value（值）“的方式
1. 请求和响应报文的通用Header
- 常见响应Header
响应体
- 作用：存放需返回给客户端的数据信息
- 使用方式：和请求体是一致的，同样分为：任意类型的数据交换格式、键值对形式和分部分形式
4.2.3 区别
4.3 补充
HTTP 与HTTPS的区别
HTTP处理长连接的方式
5. Socket
5.1 简介
套接字，是应用层 与 TCP/IP 协议族通信的中间软件抽象层，表现为一个封装了 TCP / IP协议族 的编程接口（API）
-
Socket不是一种协议，而是一个编程调用接口（API），属于传输层（主要解决数据如何在网络中传输）
-
即：通过Socket，我们才能在Andorid平台上通过 TCP/IP协议进行开发
-
对用户来说，只需调用Socket去组织数据，以符合指定的协议，即可通信
成对出现，一对套接字：Socket ={(IP地址1:PORT端口号)，(IP地址2:PORT端口号)}
-
一个 Socket 实例 唯一代表一个主机上的一个应用程序的通信链路
6. 其他知识
6.1 在浏览器中输入url地址 ->> 显示主页的过程
6.2 IP地址（IPv4地址）
定义
连接在Internet中的每一台主机（或 路由器）的全球唯一的标识符
组成
IP地址 = 32位 = 网络号 + 主机号；即IP地址::={<网络号>，<主机号>}
其中：
- 网络号：标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。
- 主机号：标志该主机（或路由器）。一个主机号在它面前的网络号所指明的网络范围必须是唯一的。
不同类型的IP地址，其主机号 & 网络号所占字节数不同；故：一个IP地址在整个网络范围内是唯一的
6.3 路由器与交换机的区别
6.4 Cookie 与 Session
6.5 Cookie 与 Token
- 基于Cookie的身份验证 & 验证流程
- 基于Token的身份验证 & 验证流程
