Android 面試必備 - 計算機網絡基本知識(TCP,UDP,Http,https)

簡介

HTTP協議(超文本傳輸協議)和 UDP(用戶數據包協議),TCP 協議(傳輸控制協議)

TCP/IP是個協議組,可分爲四個層次:網絡接口層、網絡層、傳輸層和應用層。
在網絡層有IP協議、ICMP協議、ARP協議、RARP協議和BOOTP協議。
在傳輸層中有TCP協議與UDP協議,arq協議。
在應用層有FTP、HTTP、TELNET、SMTP、DNS等協議。

TCP 與 UDP

TCP與UDP基本區別

UDP與TCP的區別與聯繫

一:UDP是面向無連接的協議,TCP 是面向連接的協議
UDP發出請求後,即發送數據之前不需要先連接,TCP 發送數據之前需要先連接
二:UDP 相對TCP來說是不可靠的
因爲 UDP 在發送數據以後,沒有采用超時重發,停止等待機制,擁塞控制
三:TCP 面向流,UDP 面向報文

TCP優缺點:

優點:可靠,穩定

TCP的可靠體現在TCP在傳遞數據之前,會有三次握手來建立連接,而且在數據傳遞時,有確認、窗口、重傳、擁塞控制機制,在數據傳完後,還會斷開連接用來節約系統資源。

缺點:

  • 慢,效率低,佔用系統資源高,易被攻擊
    TCP在傳遞數據之前,要先建連接,這會消耗時間,而且在數據傳遞時,確認機制、重傳機制、擁塞控制機制等都會消耗大量的時間,而且要在每臺設備上維護所有的傳輸連接,事實上,每個連接都會佔用系統的CPU、內存等硬件資源。
  • 而且,因爲TCP有確認機制、三次握手機制,這些也導致TCP容易被人利用,實現DOS、DDOS、CC等攻擊。

UDP優缺點:

優點:

  • 快,比TCP稍安全
  • UDP沒有TCP的握手、確認、窗口、重傳、擁塞控制等機制,UDP是一個無狀態的傳輸協議,所以它在傳遞數據時非常快。沒有TCP的這些機制,UDP較TCP被攻擊者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是無法避免攻擊的,比如:UDP Flood攻擊……

缺點:

  • 不可靠,不穩定 。因爲UDP沒有TCP那些可靠的機制,在數據傳遞時,如果網絡質量不好,就會很容易丟包。

三次握手與四次揮手

三次握手

第一次握手:第一次連接時,客戶端向服務器端發送SYN(syn=j),等待服務器端的確認,此時客戶端進入SYN_SEND狀態,SYN:同步序列號

第二次握手:服務器端收到客戶端發來的SYN,必須向客戶端發送ACK包(ack=j+1=k),同時自己必須發送一個SYN包,即syn+ack,此時進入SYN_REC狀態

第三次握手:客戶端收到服務器端發來的syn+ack包,向服務器發送ack包(ack=k+1),發送完畢,此時進入ESTABLISH狀態,連接成功,完成第三次連接。

發送                  確認


第一次:SYN=1       SEQ=X               ACK=0(客)
第二次:SYN=1       SEQ=Y               ACK=X+1(服)
第三次:            SEQ=X+1             ACK=Y+1(客)

4次揮手

  1. 當主機A完成數據傳輸後,將控制位FIN置1,提出停止TCP連接的請求
    A進入終止等待1(FIN-WAIT-1)狀態
  2. 主機B收到FIN後對其作出響應,確認這一方向上的TCP連接將關閉,將ACK置1
    tcp處於半關閉狀態(half-close)
    a收到b端的確認後,就進入終止等待2狀態
  3. 由B 端再提出反方向的關閉請求,將FIN置1
    進入last-wait狀態
  4. 主機A對主機B的請求進行確認,將ACK置1,雙方向的關閉結束.
    進入時間等待狀態(time-wait)
    時間等待計數器設置的時間過了2msl以後,進入closed狀態

三次握手的原因

如果只有兩次握手的話,比如說失效的報文段,突然發送到服務端,服務端收到失效報文段的請求後,會發送確認報文,新的連接就建立起來了。但現在由於客戶端並沒有發出請求,所以並不會理睬服務端的確認,也不會像服務端發送數據。而服務端以爲已經連接起來了,一直在等待,浪費資源。

四次揮手的原因

TCP建立連接要進行3次握手,而斷開連接要進行4次,這是由於TCP的半關閉造成的,因爲TCP連接是全雙工的(
即數據可在兩個方向上同時傳遞)所以進行關閉時每個方向上都要單獨進行關閉,這個單方向的關閉就叫半關閉.

關閉的方法是一方完成它的數據傳輸後,就發送一個FIN來向另一方通告將要終止這個方向的連接.當一端收到一個FIN,它必須
通知應用層TCP連接已終止了這個方向的數據傳送,發送FIN通常是應用層進行關閉的結果.

名詞解釋

ACK TCP報頭的控制位之一,對數據進行確認.確認由目的端發出,用它來告訴發送端這個序列號之前的數據段
都收到了.比如,確認號爲X,則表示前X-1個數據段都收到了,只有當ACK=1時,確認號纔有效,當ACK=0時,確認號無效,這時會要求重傳數據,保證數據的完整性.
SYN 同步序列號,TCP建立連接時將這個位置1
FIN 發送端完成發送任務位,當TCP完成數據傳輸需要斷開時,提出斷開連接的一方將這位置1


Http 與 https

Http 是在應用層上的傳輸協議,底層是 TCP 協議實現的,
它一種面向無狀態的連接,短連接,
之所以說他無狀態,是因爲在每一次請求完成之後,都會把連接關了,不會記住是哪一個客戶端連接。

四種請求方式
get,post,pull,delete

請求信息有請求行,請求頭,請求正文

請求行:請求方式,請求地址,請求協議
請求頭:頭名稱,頭值
請求正文:(只有post請求纔會有)

響應信息有相應行,響應頭,響應正文

響應行:響應協議,狀態碼,狀態信息
響應 頭:頭名稱和頭值
響應正文

Http1.0與Http1.1,Http2.0的區別

http 2.0採用二進制的格式傳送數據,不再使用文本格式傳送數據
http2.0對消息頭採用hpack壓縮算法,http1.x的版本消息頭帶有大量的冗餘消息
http2.0 採用多路複用,即用一個tcp連接處理所有的請求,真正意義上做到了併發請求,流還支持優先級和流量控制
http2.0支持server push,服務端可以主動把css,jsp文件主動推送到客戶端,不需要客戶端解析HTML,再發送請求,當客戶端需要的時候,它已經在客戶端了。

  • Http1.0一次只能處理一個請求和響應,Http1.1一次能處理多個請求和響應
  • 多個請求和響應過程可以重疊
  • 增加了更多的請求頭和響應頭,比如Host、If-Unmodified-Since請求頭等

http和https的區別

https相當於http加上安全套接字,採用ssl加密技術

主要的區別

  1. 在osi模型中,http工作於應用層,https工作與傳輸層
  2. http傳輸的時候採用明文傳輸,https採用加密傳輸
  3. http不需要證書,https需要響應額證書
  4. http以http開頭,默認端口是80,https 以https開頭,默認的端口是243

上傳視頻的時候爲什麼不用 Http 協議?

因爲上傳視頻的時候文件一般比較長,如果我們採用 post 請求的話,寫到輸出流中,它並不會直接寫到服務器中,而是會緩存在內存中,會影響我們的執行效率


擴展補充

停止等待機制:是指每發送完一個分組,就會停止發送,必須受到對這個分組的確認纔會繼續發送下一個分組

超時重傳:是指每發送一個分組,就會爲這個分組啓動一個超時計數器,在規定的時間內沒有受到確認,就會再次發送這個分組。

在連續ARQ協議中,爲提高信道利用率,通常採取的做法是發送方維持一個發送窗口,凡是位於該窗口內的分組都可以發送出去,無需等待確認,在接收方是採用累積確認,即對按需到達的分組後一個分組發送確認,表明在這個分組以前的所有分組都已正確接收到

擁塞控制與流量控制

流量控制是一個端到端的過程,是值接收方限制發送方的速率不要太快,使接收方來得及接收;擁塞控制是一個全局的過程,是隻不要向網絡注入太多的數據,導致鏈路或者路由器損壞;

擁塞控制採用四種算法:慢開始和擁塞控制,快重傳和快恢復

慢開始是cwnd(擁塞窗口)每次回從1開始,每經過一個往返時間,cwnd的值就會加倍;
擁塞避免是指每經過一個往返時間,cwnd的值會加一,是一個線性的過程。
慢開始和擁塞避免:會設置一個慢開始門限,當cwnd《sshreh的時候,會採用滿開始算法,當超過這個值的時候,會採用擁塞避免的算法,當出現擁塞的時候,會把sshreh的值取爲發送方窗口值當前的一半,再把cwnd取爲1,從1開始使用滿開始算法。

快重傳和快恢復收到三個重複確認的時候,會把sshreh的值置爲當前值的一半,與慢開始不同的是,它會把擁塞窗口的值取爲當前慢開始門限的一半,執行擁塞避免算法

快重傳要求接收方沒收到一段失序的報文段,就要向發送方發送一個確認

洪水攻擊

向服務器端發送大量的僞TCP連接請求,這時候服務器端會進入syn_receive半連接狀態,服務器端會嘗試發送多次包來確認,因爲這些連接時假冒的,所以並不會完成第三次握手,導致服務器端保持大量的半連接狀態,耗費資源,是TCP連接隊列被塞滿。

解決方法:

  1. 做一些應急處理,對這些IP地址的特徵來禁止響應的IP地址字段的訪問。
  2. 應急處理畢竟太被動,因爲本機房的F5比較空閒,運維利用F5來擋攻擊,採用方式:讓客戶端先和F5三次握手,連接建立之後F5才轉發到後端業務服務器。

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