计网模型

  • OSI七层

    物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、网络层

  • TCP/IP四层

    网络接口层、网络层（IP）、传输层（TCP、UDP）、应用层

  • 五层协议

    物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层

TCP三次握手

握手流程

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A作为客户端，B作为服务端。SYN是同步序列编号，ACK是确认标志位。

  • B处于LISTEN，等待客户端的连接请求，A向B发送请求报文，SYN=1、ACK=0，并选择一个初始序号x，代表这是一个同步请求。
  • B收到请求报文，若同意建立连接，则B向A发送连接确认报文，SYN=1、ACK=1，且确认号是x+1，并选择一个初始序号y，这一步是对第一次握手的SYN同步进行确认。
  • A收到B的来连接确认报文后，还需A向B发出确认报文，ACK=1，确认号是y+1，序号是x+1，然后B收到A的确认报文后，连接成功建立。

为什么要三次握手

三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器，让服务器错误打开连接。

客户端发送的连接请求若在网络中长时间滞留，那么间隔很长的时间才收到服务端的连接确认。但客户端在等待一个超时重传时间后，会重新请求连接。最后这个滞留的请求还是会到达服务器。若不进行三次握手，那么服务器会打开两个连接，若进行三次握手，客户端会忽略服务器后续发来对滞留连接请求的确认报文，于是不进行对该请求的第三次握手，因此不会打开多个连接。

为什么第二次握手除了回传ACK，还要回传SYN？

回传SYN代表服务端收到了客户端的请求，证明客户端到服务端的通信是正常的，现在返回一个SYN来建立并确认服务端到客户端的通信是否正常。

回传ACK代表服务端告诉客户端收到了它的请求。

客户端发出SYN请求，服务端使用SYN–ACK进行应答这个请求，最后客户端再以ACK进行连接的最后确认，于是客户端和服务端间建立了可靠的TCP连接。

TCP四次挥手

挥手流程

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A作为客户端，B作为服务端。FIN代表结束。

  • A向B发送连接释放报文，FIN=1。
  • B收到A的释放请求，随后B向A发出确认连接释放报文，ACK=1，此时TCP处于半关闭状态，B可以向A发送数据，但A不可以向B发送数据。
  • 此时A到B的连接关闭，然后我们要关闭B到A的连接，B向A发送连接释放报文，FIN=1，由于现在是半关闭状态，服务器可能又发送了一些数据，此时B进入LAST–ACK（最后确认状态），然后B向A发送确认，ACK=1，等待关闭。
  • A收到B的连接关闭请求和最后确认请求后，A进入TIME–WAIT状态，A向B发送确认报文，ACK=1，再等待2MSL后释放连接。
  • B收到A的确认连接，释放连接。

为什么四次挥手

客户端先发送FIN连接释放报文，服务端收到报文后就进入CLOSE–WAIT状态。该状态是为了让服务端发送还未传输完毕的数据，待数据传输完毕后，服务器会发送FIN连接释放报文。

而客户端收到服务器的连接释放请求后，进入TIME–WAIT状态，然后等待2MSL的时间后，进入CLOSED状态。等待的原因有两点：

  • 确保客户端的最后一个确认报文可以到达服务端。若B没有收到A的确认报文，那么A会重新发送确认连接释放报文，A等待一段时间就是为了处理这种情况。

  • 等待一段时间，是为了等待本连接持续时间内产生的所有报文从网络中消失，使下一次新连接不会出现旧连接的请求报文。

TCP与UDP的区别

  • UDP
    • 无连接
    • 传输不可靠
    • 传输形式：数据报文端
    • 传输效率快
    • 耗资源少
    • 首部字节：8字节
    • 一般用于通信速度要求高的场景，即时通信，如QQ语音、视频直播等
  • TCP
    • 面向连接
    • 可靠传输
    • 传输形式：字节流
    • 传输效率慢
    • 耗资源多
    • 首部字节：20-60
    • 多用于要求通信可靠的场景，如文件传输、发送接收邮件、远程登录等场景

TCP协议如何保证可靠传输

  • 校验和：TCP校验和覆盖TCP首部与TCP数据，这是一个发送端到接收端的校验和。目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若收到的校验和有差错，TCP会丢弃和不确认接收这个报文段。
  • 流量控制：流量控制是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。当接收方来不及处理发送方数据时，接收方发送的确认报文中的窗口字段可用来控制发送方窗口大小，进而影响发送方的发送速率。（TCP利用滑动窗口实现流量控制）
  • 拥塞控制：网络拥塞时，减少数据的发送，降低网络拥塞程度。（维护拥塞窗口，其大小取决于网络的拥塞程度）
  • ARQ协议：实现可靠传输，基本原理是每次发送完一个分组就停止发送，等待对方进行确认后，再进行下一个分组的发送。
  • 超时重传：TCP发送报文后会启动一个定时器，等待接收端确认这个报文。若在限制时间内没有收到接收端的确认返回，TCP会重新发送这个报文段。

浏览器从输入url到展示网页发生了什么

  • 解析URl：也就是分析我们网址的请求路径

  • 浏览器封装HTTP请求报文：对URL进行分析后，浏览器确定了目标服务器以及请求路径对应的文件。随后浏览器就将这些信息封装成一个HTTP请求报文发送出去。

  • DNS域名解析获取IP地址：域名并不是目标服务器的详细地址，所以我们还要解析获取其详细的IP地址。而DNS获取地址是先去缓存查找，没有则去查询，具体步骤如下，注意DNS使用UDP协议，以下请求的转发都是基于UDP。

    • 搜索浏览器DNS缓存
    • 搜索操作系统DNS缓存
    • 缓存中都没有找到，操作系统会将域名发送到本地域名服务器，通过本地域名服务器查询DNS缓存，找到则返回（主机与本地域名服务器之间查询方式是递归查询）
    • 若本地域名服务器DNS缓存没有命中，则本地域名服务器向上级域名服务器进行迭代查询。（本地域名服务器与其他域名服务器之间迭代查询，防止根域名服务器压力过大）
      • 本地域名服务器向根域名服务器发起请求，根域名是最高层次的，它不会直接指明一个IP地址，而是返回顶级域名服务器地址，逐层查询
      • 本地域名服务器向顶级域名服务器发起请求，获取权限域名服务器地址
      • 本地域名服务器向权限域名服务器发起请求，得到域名的IP地址
    • 本地域名服务器获取IP后返回给操作系统，同时自己也会缓存IP地址，方便后续查找
    • 操作系统将IP地址返回给浏览器，同时自己也会将IP地址缓存起来
    • 浏览器得到域名对应IP地址，同时把IP地址缓存起来

  • 建立TCP连接（三次握手）：获取IP地址后，浏览器知道要转发的对象了，此时需要发送HTTP请求报文，这时要先通过TCP的三次握手建立浏览器与服务器间的可靠连接，保证双方都具有可靠的发送与接收能力

  • 浏览器发送HTTP请求：TCP三次握手后，浏览器与服务器间建立可靠连接，浏览器可以发送HTTP请求报文，由于这些报文较大，TCP会将HTTP报文按序号分割成若干报文段并加上TCP首部，分别进行传输。接收方在收到报文段后，按序号以原来顺序重组HTTP报文

    • 负责传输的IP协议：TCP传输报文段时，通过IP协议进行传输，IP协议在传输时，会给报文段添加IP首部封装成IP数据报然后再传输。IP首部包含源IP地址与目标IP地址。

  • 服务器响应请求：服务器收到报文段后，按序号重组一个HTTP请求报文，然后处理并返回一个HTTP响应，HTTP响应的返回过程和HTTP请求一致。

  • 断开TCP连接：浏览器与服务器不需要发送数据，TCP四次挥手断开连接。

  • 浏览器渲染界面：浏览器接收服务器返回的数据包，根据浏览器的渲染机制对数据渲染。

Cookie与Session

Cookie将数据保存在客户端（浏览器），Session将数据保存在服务器。

Session相对来说安全性更高。Cookie常用于我们网站保存账号密码或一些基本信息，Session常用于购物车，在不同页面间跟踪信息。

HTTPS（应用层）

HTTP1.0与HTTP1.1区别

长连接与短连接。HTTP1.0默认使用短连接，HTTP1.1默认使用长连接。短链接即每次客户端与服务端进行HTTP操作都要建立连接，任务结束就关闭，开销大。长连接则是在响应头中加入Connection:keep-alive的标识，在规定时间内客户端与服务端的连接都不会关闭。

缓存处理。HTTP1.0主要使用header里的 If-Modified-Since，Expires 来做缓存判断的标准，HTTP1.1引入更多的缓存控制策略如 Entity tag，If-Unmodified-Since，If-Match，If-None-Match 等更多可选择的缓存头来控制缓存策略。

带宽优化及网络连接使用。HTTP1.0存在带宽浪费现象，如客户端只需要某对象的部分内容，但服务器却送来了整个对象，并且不支持端点续传功能。HTTP1.1在请求头加入了range头域，它允许只请求某个资源的部分内容，对应返回码206，这样就方便了开发者进行选择，并充分利用带宽和连接。

HTTP与HTTPS的区别

  • 端口：HTTP的URL由 “http://“ 起始，其默认端口是80，HTTPS的URL由 “https://“ 起始，其默认端口是443。

  • 安全性与资源消耗：HTTP协议运行在TCP上，是明文传输，客户端和服务器无法验证对方身份。HTTPS是运行在SSL/TLS上的HTTP协议，SSL/TLS运行在TCP上，所有传输内容是加密过的，采用的是对称加密，但对称加密的密钥对服务器方的证书今次行了非对称加密。

    总结就是HTTP的安全性没有HTTPS高，但HTTPS会比HTTP消耗更多的服务器资源。

对称加密

采用单钥进行加密的方法，同一个密钥可以进行加密与解密。

优点：算法公开，加密速度快、效率高，适合长数据使用。

缺点：密钥传输不安全，易破解，且密钥管理麻烦。

非对称加密

加密与解密时分别使用两个密钥，即加密使用公钥，解密使用私钥。

优点：密钥分配简单，密钥保存量少，安全，即使传输密文被拦截，若只获取公钥，没有私钥时无法破解密文的。

缺点：算法复杂，加密效率低，速度慢。

非对称加密可以保证数据传输过程的安全，因为拦截只能获取部分密钥，无法解密，除非获取一来一回的两个加密密钥。

常用HTTP请求方法

  • GET：从服务器获取请求
  • HEAD：从服务器获取请求首部信息
  • POST：向服务器发送需要处理的数据
  • PUT：将请求的主体存储到服务器上
  • DELETE：从服务器上删除数据
  • TRACE：对可能经过代理服务器传送到服务器的报文进行追踪
  • OPTIONS：决定在服务器上可执行哪些方法