計算機網絡通信總結

OSI參考模型

物理層
①定義物理設備的標準，比如網線的類型、光纖接口的類型、各種傳輸介質的傳輸速率；②傳輸比特流，將比特流（二進制數據）轉換爲電信號、光信號進行傳輸，到達目的地後再轉換爲比特流，即模數轉換、數模轉換。網卡就是工作在這一層的

數據鏈路層
①傳輸比特流時可能會發生錯傳、數據傳輸不完整的問題，數據鏈路層定義瞭如何格式化數據、如何訪問物理機，提供錯誤檢測、糾正的功能，確保傳輸的可靠性；②將比特數據組裝成幀進行傳輸，交換機工作在這一層，交換機收到後對幀解碼，根據幀中包含的物理機信息把幀發送給正確的接收方

網絡層
①將網絡地址（ip地址）翻譯成對應的物理地址（mac地址），並決定數據如何從發送方路由到接收方，通過綜合考慮發送優先權、網絡擁塞程度、服務質量以及可選路由的時間花費，選擇從發送方到接收方的最佳路徑，路由器屬於這一層，這一層的數據稱爲數據包，這一層的主要協議是tcp/ip中的ip協議

傳輸層
傳輸層是OSI7層模型中最重要的一層，解決了主機將的數據傳輸、傳輸質量問題。①基於流量控制、接收方可接收數據的快慢程度規定適當的發送速率，②按照網絡傳輸的最大尺寸（帶寬），將數據強制切割爲較小的數據片，並對數據片編號，接收方收到數據片後根據編號排序，組裝數據片得到完整數據。這一層的主要協議是tcp/ip中的tcp、udp協議

會話層
管理應用程序之間的通信，自動收發包、自動尋址

表示層
進行數據的格式化、編碼解碼、加密解密、壓縮解壓

應用層
規定發送方、接收方必須使用固定長度的消息頭，消息頭必須含有指定部分，消息頭必須記錄消息體的數據長度等信息，以使應用更加方便地使用接收到的數據。這一層的主要協議是tcp/ip中的http協議

發送方是自上而下，接收方是自下而上。

TCP/IP

TCP/IP是一個協議簇，不僅僅是TCP、IP協議。OSI相當於網絡通信的規範，側重於理論設計，TCP/IP相當於具體實現，側重於實現。

處理頭部數據：發送方自上而下，接收方自下而上。

ip協議負責將數據包路由到目的地，但ip協議沒有確認數據包是否按順序發送、是否被破壞，ip協議是不可靠的，需要由上層協議來做出控制。

TCP

TCP是一種傳輸控制協議

TCP的報文結構

ip唯一標識主機，port唯一標識主機上的程序，ip、port共同組成套接字（socket）。

序號即數據包的編號，用於確認數據包是否丟失。滑動窗口用於控制流量、數據發送速率。校驗和用於確認數據包中的數據是否無誤。

TCP的特點

面向連接、可靠、基於字節流，將應用層的數據流分割爲報文段，通過ip協議路由到目的地
區分客戶端、服務端
支持滑動窗口，通過滑動窗口來控制流量、數據發送速率
支持錯誤重傳。tcp將數據包編號，對方收到則返回ack確認，如果在指定時間內未返回ack確認，則認爲傳輸失敗自動重傳，以此保證數據包不丟失（完整性）
使用奇偶校驗和來檢驗數據是否有誤，保證數據的正確性。發送、接收時都要計算校驗和，比較發送、接收的奇偶校驗和是否一致

TCP的3次握手

爲什麼需要3次握手才能建立起連接？

爲了初始化Sequence Number，通信雙方都要告知對方自己的Sequence Number值，這個值要作爲後續數據通信的序號，tcp用這個值來拼接數據、保證接收到的數據不會亂序。

TCP的4次揮手

4次揮手由客戶端、服務端任一方的close()觸發。

爲什麼需要4次揮手才能斷開連接？
因爲tcp是全雙工的，發送方、接收方都需要FIN報文、ACK報文，2*2=4。全雙工：雙方都可以發送數據、接收數據，半雙工：只能一方發送、一方接收。

爲什麼會有TIME_WAIT狀態？

確保有足夠的時間讓對方收到ack包
避免新舊連接混淆

查看TIME_WAIT、CLOSE_WAIT、FIN_WAIT、ESTABLISHED"的數量

netstat -n | awk '/^tcp/{++S[$NF]}END{for(a in S) print a,S[a]}'

服務器出現大量TIME_WAIT狀態的原因？

客戶端關閉socket，服務器忙於讀、寫，沒有及時關閉連接。解決方式：

檢查釋放資源部分的代碼
檢查處理請求的線程配置

UDP

UDP的報文結構

UDP特點

不面向連接，不維護連接狀態，可以同時向多個主機發送同一條消息
數據包小，不支持滑動窗口、錯誤重傳，傳輸速度更快
不區分客戶端、服務端
是不可靠傳輸，盡最大努力交付，不保證交付成功

TCP、UDP的區別

tcp面向連接、要維護連接狀態，區分客戶端、服務端；UDP不面向連接、不維護連接狀態，不區分客戶端、服務端
tcp提供可靠傳輸，udp不可靠，只是盡最大努力交付
tcp接收報文無序，但最終要報頭攜帶的序號進行組裝，udp無序
tcp報頭體積大，udp報頭體積小
tcp速度慢，udp速度快

HTTP

http是超文本傳輸協議

HTTP的請求結構

HTTP的響應結構

HTTP 請求-響應過程

客戶端連接到web服務器
客戶端發送http請求
服務器接收http請求並返回響應
釋放tcp連接
客戶端解析響應

瀏覽器地址欄輸入url，按下Enter以後的過程

dns解析，獲取域名對應的ip地址
建立tcp連接
瀏覽器發送http請求
服務器處理請求並返回http報文
瀏覽器解析響應
連接結束

HTTP狀態碼

1xx：服務器已接收請求，正在處理
2xx：成功
3xx：重定向
4xx：客戶端錯誤
5xx：服務端錯誤

HTTP的特點

使用客戶端/服務器模式
簡單快速、靈活
無連接、無狀態（不維護連接狀態）

GET、POST的區別

http報文層面：get將請求參數放在url中，不安全，攜帶的數據有限制；post放在請求體中，安全，攜帶的數據量無限制
數據庫層面：get冪等、安全，post非冪等、不安全
緩存：get請求可以被緩存、收藏，post則不能

Session、Cookie

http不能保持連接狀態，用會話保存用戶信息，常用的會話技術有2種：Cookie、Session。

Cookie
當用戶訪問某個網站時，服務器用cookie存儲用戶信息，把cookie放在響應頭中傳給瀏覽器，瀏覽器把cookie存儲到本地計算機上。當用戶再次訪問該網站時，瀏覽器自動在請求頭中加上該網站的cookie，cookie隨http請求一起發送給該網站的服務器，服務器解析請求頭中的cookie，獲取用戶信息。

Session
使用session對象存儲會話信息，保存在服務器內存中，使用SessionId來唯一標識一個session對象，SessionId通過Cookie技術進行存儲。服務器自動把SessionId放到cookie中保存到瀏覽器上，瀏覽器訪問網站時自動在http請求頭中攜帶該網站的cookie，服務器自動從請求頭的cookie中獲取SessionID，確定對應的session對象。

session超時：如果客戶端、服務器在指定時間（默認30min）內未進行過通信，服務器會自動刪除內存中對應的session對象。如果session中可能有需要持久化的數據，應該設置監聽，session超時時自動持久化session中的數據到數據庫。

Cookie、Sessio的比較

cookie把會話信息保存在瀏覽器上，session把會話信息保存在服務器上內存中
cookie把數據存儲在用戶計算機上，不安全；session把數據存儲在服務器上，更加安全，但會加大服務器的內存開銷
如果考慮減輕服務器負擔，使用cookie

HTTP、HTTPS

http請求發送的數據、http響應返回的數據很容易被截獲，https是安全版的http，在http的基礎上增加了安全防護。

ssl （安全套接層）是爲網絡通信安全、數據完整性提供的一種協議，是操作系統對外提供的API，ssl3.0後更名爲tls，ssl採用身份驗證、數據加密保證網絡通信的安全、數據的完整性。

加密方式

對稱加密：加密、解密使用同一個祕鑰。安全性低但性能高
非對稱加密：加密、解密使用的祕鑰不相同，分爲公鑰、私鑰，使用其中一個來加密，另一個來解密。安全性高但性能低。
哈希算法：將任意長度的數據轉換爲固定長度的值，算法不可逆，常見的比如md5加密
數字簽名：在原數據的末尾添加一段加密後的哈希值，以確保數據不被修改，證明數據、文件的身份

單一使用某種加密算法不安全，https使用加密算法+證書的方式。

https的數據傳輸過程

http、https的區別

https比http安全很多，但不是絕對安全。

計算機網絡通信 總結

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