KYLO的计算机网络知识总结
计算机网络体系
网络协议是什么
在计算机网络中,我们要进行有条不紊的数据交换,就要遵守一定的规则,这种规则就是网络协议,这种协议一般是规定了交换的数据的格式,是否要返回ACK应答等。
为什么要对网络协议分层
- 把问题简单化,分层可以将复杂的问题分成简单的数个子问题
- 解决问题时只需要针对相应的层数进行修改即可,层间满足接口关系不变,其他层不受影响
- 易于实现和维护
- 可以相对简单的进行描述,促进工作的进行
网络协议分层的缺点:分层协议的缺点是层次划分得过于严密,以致不能越层调用下层所提供的服务,开销太大,降低了协议效率。为了使不同的体系结构的计算机网络都能互联,国际标准化组织 ISO 于1977年提出了一个试图将各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架,即著名的开放系统互连基本参考模型 OSI/RM 简称为OSI.
OSI的七层协议体系结构的概念清楚,理论也比较完整,只不过他既复杂也不实用,TCP/IP体系结构则不同,现在广泛应用的就是TCP/IP体系结构。TCP/IP是一个四层网络协议,分别是:应用层、运输层、网际层、网络接口层。我们在学校进行网络学习使用的是一种折中的方案,一种五层的网络协议。
- TCP/IP : 应用层、运输层、网际层、网络接口层
- 五层协议:应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
- OSI七层协议:应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
TCP/IP 四层体系结构 TCP/IP协议族
物理层
在物理层传输的数据是比特流,物理层的作用是将电磁信号或是光信号转换成比特流,也就是我们所说的数模转换和模数转换,实现两台机器之间比特流的透明传输,尽可能的屏蔽掉传输介质和物理设备的差异,物理层之上的层次不需要去考虑具体的传输介质是什么。
数据链路层
在链路层传输的数据是帧,数据链路层解决了三个问题,封装成帧,把网络层传来的IP数据报加上帧头和帧尾,封装成帧。透明传输,所谓透明传输就是封装成帧的过程中会需要一些不属于IP数据报里的内容,让这些内容好像不存在一样,就是透明传输。差错检测,由于物理层只进行比特流的传输,而出现意外导致比特流出现误差是不可避免的,所以链路层会进行数据的差错检验。
网络层
网络层传输的数据是分组,由于网络使用IP协议所以分组也叫IP数据报,简称数据报。网络层的核心就是路由器的功能比如路由,存储转发,拥塞控制等。路由:链路层只负责将数据从一台机器传到另一台机器,路由就是选择路径,从一台机器传输到另一台机器的选择的过程。存储转发:网络层的传输不是简单的点到点的传输,实际上是由非常多台的路由器之前传输数据,选择路由器传输数据直到到达指定地点,这是转发,当数据无法立即发送,需要路由器进行暂存,这是存储。拥塞控制:从一台机器到另一台机器传输数据,之间路由器提供的路径是多条的,避开拥堵的道路,即为拥塞控制。
运输层:
运输层的主要任务就是负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务,应用进程利用该层的服务传送应用层的报文,运输层主要使用TCP和UDP协议
- TCP 传输控制协议 提供面向连接的可靠的数据传输服务
- UDP 用户数据报协议 提供无连接的,尽最大努力的数据传输服务,不保证数据传输的可靠性。
网络层可以找到目标主机的IP地址,但是他无法确定通信进程的端口号,运输层的协议用来确定机器双方的进程端口,实现进程间的通信。
应用层:
应用层的任务是通过应用进程之间的交互来完成特定的网络应用。应用层协议定义的是应用进程之间的通信和交互的规则。常见协议有 HTTP SMTP DNS
TCP/IP协议族
在互联网使用的各种协议中,重要和著名的就是TCP/IP这两个协议,现在人们经常提到的TCP/IP并不一定是单指这两个具体的协议,而往往是表示互联网所使用的整个TCP/IP协议族
TCP和IP是先定义的两个核心协议,所以才统称为TCP/IP协议族
TCP的三次握手和四次挥手
TCP提供面向连接的,可靠的,基于字节流的传输层控制协议,在发送数据之前,双方要建立一条连接,所谓连接,就是保存双方的信息,如IP地址,端口号等。
TCP可以看成是一种字节流,它会处理IP层或一下层的丢包,重复以及错误问题,在连接的建立过程中,双方需要交换一些连接的参数,这些参数可以放在TCP的头部
一个TCP连接由一个四元组组成,两个IP地址和两个端口号,一次连接的过程可以分为,连接、数据传输、关闭。通过三次握手建立一个连接,通过四次挥手来关闭一个连接。
当一个连接被建立或者被终止时,交换的报文段只包含TCP头部,而没有数据。
TCP报文的头部结构
- 序号:seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。
- 确认序号:ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,ack=seq+1.
- 标志位:六个 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN
- ACK:确认序号有效
- FIN:释放一个连接
- PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
- RST:重置连接
- SYN:发起一个新的连接
- URG:紧急指针
三次握手
三次握手的本质就是为了确认通信双方收发数据的能力是否正常,客户端给服务器端发送数据,服务器可以确认客户端发送能力正常,服务器发送ACK报文,客户端可以确认服务器端发送、接收能力正常。客户端在发送ACK报文,服务器端确认客户端接收能力正常。
- 第一次握手:挥手之前,双方都处于CLOSED状态,客户端发送一条报文,SYN标志位为1,伴随一个随机生成的seq序号(初始序列号ISN),客户端进入SYN_SEND,服务器进入LISTEN
- 第二次握手:服务器接收到客户端发送的SYN报文,进入SYN_REVD,发送一条ACK报文,SYN、ACK标志位都为1,伴随一个随机生成的seq序号(初始序列号ISN)和一个ack确认序号(客户端发送的seq+1)
- 第三次握手:客户端接收到服务器端发送的ACK报文,进入ESTABLISHED,发送一条ACK报文,ACK标志位为1,ack为服务器发送的seq+1,seq为服务器端发送的ack,接收到ACK报文的服务器端进入ESTABLISHED,成功建立TCP连接
四次挥手
四次挥手是为了关闭一个连接,可以有收发的任意一方进行主动关闭。
- 第一次挥手:第一次挥手之前,双发都处于ESTABLISHED状态,我们假设客户端主动提起关闭连接,即向服务器端发送一条FIN报文,FIN标志位为1,seq序号为x,客户端进入FIN_WAIT1状态。
- 第二次挥手:服务器端接收到FIN报文,进入CLOSEWAIT,如果此时服务器端还有数据未发送完,会继续进行数据的发送。接收到数据的客户端会进入FIN_WAIT2
- 第三次挥手:服务器端完成数据的发送,发送一条FIN报文,FIN、ACK标志位为1,服务器端进入LAST_ACK
- 第四次挥手:客户端接收到服务器端的FIN报文,发送一条ACK报文,然后进入TIME_WAIT,接收到此条ACK报文的服务器端立刻进入CLOSED,2msl之后,若服务器端没用在发送FIN报文,客户端进入CLOSED
为什么TCP连接的时候是三次,而不是两次?
- 为了避免已经失效的连接请求报文,发送到了客户端造成没必要的错误和资源浪费
- TCP三次握手连接本质上是为了确认收发双发的收发信息的能力,一发一收,没有办法,让双发都知道对方的收发能里是否正常。
为什么TCP连接的时候是三次,而关闭的时候是四次?
因为关闭连接时,大概率不会出现,双方的数据正好都发送完了的情况,客户端发起关闭,此时服务器数据未发送完,服务器会先返回一条ACK报文对客户端进行应答,然后继续进行未发完数据的发送,数据发送完成时,才发送一条FIN报文进行连接关闭,所以是四条。
为什么客户端发出第四次挥手的确认报文需要等2MSL的时间才能释放TCP连接?
因为在网络中很可能会出现丢包的情况,服务器端很可能没有收到客户端发送的第四次挥手,这个时候服务器会重新发送第三次挥手,如果没有等待2MSL也就是客户端已经关闭了,那么服务器这个连接就无法关闭了,重发一次第三次挥手最长需要的时间是2MSL所有,客户端会等待2MSL时间,确保服务器端确实收到了客户端的第四次挥手。(若没有收到,发送第三次挥手到达后,客户端会重置2MSL时间,直到连接成功关闭)
如果已经建立了连接,但是客户端突然出现故障了怎么办?
TCP设置有一个保活计时器,两小时后客户端若还没有发送任何数据,服务器就会发送一个探测报文段,每隔75秒钟发送一次,发送10次之后,服务器就会认为客户端出了故障,接着关闭连接(每次服务器接收到客户端的数据之后,这个保活计时器的时间会被重置)。
什么是HTTP,HTTP与HTTPS的区别
HTTP(超文本传输协议),是一个应用层的协议,运行在TCP协议之上,是用于互联网上两台机器之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约束和规范。
区别 | HTTP | HTTPS |
协议 | 运行于TCP协议之上,明文传输,客户端和服务器端都无法确认对方的身份 | 是包装在SSL协议内的HTTP协议,运行在SSL协议之上,SSL协议运行在TCP协议上,是添加了认证和加密的HTTP |
端口 | 80 | 443 |
资源消耗 | 较少 | 由于加密处理,会需要更多的资源消耗 |
开销 | 无需证书 | 需要证书,证书需要购买 |
加密机制 | 无 | 对称加密和非对称加密并用的混合加密机制 |
安全性 | 弱 | 强 |
常用HTTP状态码
HTTP状态码的作用,是告知客户端当此请求的处理是否正常,表明出现的错误
类别 | 原因 |
1xx | 接收的请求正在处理 |
2xx | 请求正常处理完毕 |
3xx | 重定向,需要进行附加操作以完成请求 |
4xx | 客户端错误,服务器无法处理请求 |
5xx | 服务器错误,服务器处理请求错误 |
GET和POST的区别
get和post是HTTP协议中的两种发放,比较常用的四种是GET、POST、PUT、DELETE
get的作用主要是向服务器端获取数据,也就是所谓的查
post的作用是向服务器提交数据,一般涉及到数据的更新,也就是改
- get请求是不安全的,get请求的数据直接写在请求的URL里面,对用户可见,post写在请求体里,对用户来说是不可见的。
- get请求的长度是收到限制的,一般是2048字节,这个限制不是HTTP协议的限制,而是浏览器给到的限制,为了保证浏览器可以正常的运行,防止有人恶意发送请求,post请求没有大小限制。
- get限制数据必须得是ASCII字符,而post支持整个ISO10646字符集
- get的执行效率比post好,get是form提交的默认方法
- get发送一个TCP数据包,post发送两个TCP数据包,get会把header和data一起发送出去,而post会先发送header,收到100响应码之后在发送data服务器响应200。
什么是对称加密与非对称加密
对称加密,指的是加密和解密都用同一个密钥的加密方式,这种方式最关键的问题是密钥的发送问题,非对称加密,值的是加密使用公钥,解密使用私钥的一种加密方式,这种加密方式非常安全,但是效率比较低。
常见对称加密(DES, AES,3DES,RC4)
常见非对称加密(RSA,ECC,DSA/DSS)
常见HASH算法(MD5,SHA1,SHA256)
非对称加密的性能比起对称加密要差很多,所以现在加密一般使用对称加密和非对称加密混合的方法,例如用非对称加密的方式,发送对称加密的公钥,这样这个公钥就是安全的了。
什么是HTTP2
HTTP1中浏览器限制同一个域名下访问的请求数量有限,而HTTP2采用了多路复用技术,绕过浏览器限制同一个域名下请求数量的问题。提高了网页的性能。
Session、Cookie、Token的主要区别
HTTP是一个无状态的协议,无状态,指协议对事务处理没有记忆能力,即无法保存之前请求留下的信息,每一次HTTP请求都是一个全新的请求,为了解决HTTP无状态的问题,出现了Cookie和Session
Cookie是一种存储在浏览器中的key-value格式的小文件,实际上就是在请求头中的一段数据,服务器想要保存某些数据的时候,在响应中设置SetCookie属性,浏览器就会保存Cookie信息,之后发起的请求的请求头中就会带有该Cookie信息。
Session
session是浏览器和服务器会话过程中,服务器分配的一块存储空间。一个用户只会有一个session。
session是基于cookie实现的,一个用户多次请求服务器要从同一个session中存取数据,就会需要对该session做一个标记,这个标记称为JsessionId,JsessionId会在session创建出来的那次请求中以cookie的形式发给浏览器,之后浏览器再次发起请求会根据这个JsessionId找到session。
cookie和session的区别
- cookie存储在浏览器,而session存储在服务器上。
- cookie安全性差,session安全性相对更高
- cookie的存储有限制,最多只允许4k的数据,session没有限制
- cookie在浏览器上默认存活时间为-1,即不会过期,当浏览器关闭时,cookie过期,而session默认过期时间时20分钟,二十分钟内没有请求,服务器就会删除session对象。
token 令牌
token产生是因为,客户端频繁向服务器请求数据,服务器需要频繁的进行账号密码的验证,这个步骤需要访问数据库,非常消耗性能,为了解决这个问题,针对性的设计出token,一个用户一个token,token以cookie的形式发给客户端,之后客户端发起请求会带上token,服务器端进行token的校验,当这个token是正确的token时,即登录成功了,无需访问数据库。
Servlet是线程安全的吗
Servlet不是线程安全的,因为Servlet是单例多线程对象,也就是服务器创建Servlet对象,只会创建一个,当同时有多个线程来访问服务器时,就是该单例对象多线程的去处理请求,如果存在全局的可变变量,就会出现数据的并发错误。所在我们在Servlet类中不定义全局可变变量,就算定义全局变量,也是不可变的,至于方法中的局部变量,他们是安全的。因为我们需要调用方法的进程是在栈中的,而在栈中想要使用堆里(servlet实例)的方法,是在栈中自己的线程里复制一个,所以调用方法时互不干扰的。用到那个复制哪个,这种方式调用快,用完后消失快,而且很安全。
Servlet接口中有那些方法及Servlet生命周期
Servlet接口定义了五个方法
- init
- service
- destory
- getServletInfo
- getServletConfig
生命周期
Web容器加载Servlet并将其实例化后,Servlet生命周期开始,容器运行init()方法进行Servlet的初始化,请求到达时调用Servlet的service方法,service方法会根据需要调用与请求对应的doGet和doPost方法,当服务器关闭或者项目被卸载时,会将Servlet实例销毁,此时会调用Servlet的的destory方法。
init和destory只会执行一次,service方法每次请求都会被Servlet执行。
HTTP报文内容
HTTP请求报文和HTTP响应报文
HTTP报文是面向文本的,报文中的每一个字段都是一些ASCII码串,各个字段的长度是不确定的。HTTP有两类报文:请求报文和响应报文。
HTTP请求报文
一个HTTP请求报文由请求行、请求头部、空行和请求数据四个部分组成。
1、请求行
请求头由请求方法字段、URL字段、HTTP协议版本字段三个字段组成,他们用空格分隔。例如
GET /index.html HTTP/1.1
HTTP协议的请求方法有GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT
GET方法传输数据一般将数据放到URL中,也就是请求行中以?***&****&形式连接
HEAD方法就像GET,只不过服务端收到HEAD请求后只会返回响应头,而不会返回响应内容。当我们只需要查看某个页面的状态的时候,使用HEAD是非常高效的,因为在传输过程中省去了页面部分。
2、请求头部
请求头部的数据是key:value格式的数据,请求头部通知服务器有关客户端请求的信息,有
User_Agent:产生请求的浏览器类型
Accept:客户端可识别的内容类型列表
Host:请求的主机名,允许多个域名同处于一个IP地址,即虚拟主机。
Cookie:。。
3、空行
最后一个请求头之后是空行,发送回车符和换行符,通知服务器以下不在有请求头
4、请求数据(请求体)
请求数据不在GET方法中使用,而是在POST方法中使用,POST方法使用于需要客户填写表单的场合,与请求数据有关的请求头是Content-Type,Content-Length。
HTTP响应报文
HTTP响应报文有三个部分组成,状态行、响应报头、空行、响应正文
1、状态行
状态行由 HTTP版本号,响应状态码。以及状态码文本描述组成例如
HTTP/1.1 200 ok
2、响应报头
key:value格式和请求头一致,常见数据有
Content-Type:text/html;charset=ISO-8859-1
Content-Length: 122
说说访问http://www.taobao.com,经历了怎样的过程
访问http://www.taobao.com过程
访问http://www.taobao.com第一步要先进行域名解析,将域名转为IP地址,首先先查找浏览器缓存,浏览器会保存一段时间之前你访问过的一些网址的DNS信息,如果没有相应记录,则会去调用系统缓存继续查找该网站对应的DNS信息,如果依然没有,会继续到路由器上查找DNS缓存信息,如果还没有,这个请求会被发送到ISP(网络服务提供商),也就是联通电信等,他们会有相应的DNS服务器,如果还是没有的话,你的ISP的DNS服务器会将请求发往根域名服务器进行搜索,根域名服务器即为面向全球的顶级DNS服务器。这也就是为什么访问一个新的网页会需要等待一段时间。DNS解析完成,得到目标服务器的IP地址,将请求发往该ip地址,至于在网络上请求怎么发送,请求到达服务器怎么分配,在客户端看来都是透明的。请求到达服务器,服务器根据请求中的信息,返回一个响应,这个响应会根据你请求中的地址,将响应发回去,浏览器得到响应之后,会先根据发来的响应状态码做出反应,比如404,500等,如果状态码为200,则将响应体里的内容渲染到页面中,如果是静态页面,到这一步就结束了,但是一般都不是静态页面,渲染页面的过程中,会继续向服务器发起请求请求数据展示到页面中。
HTTP协议、HTTPS协议、SSL协议及完整交互过程
HTTPS协议SSL协议及完整交互过程
SSL
安全套接字协议是Web浏览器与Web服务器之间交换信息的协议
SSL协议的三个特性
- 保密:在握手协议中定义了会话密钥后,所有的消息都被加密。
- 鉴别:可选的客户端认证,和强制的服务器端认证
- 完整性:传送的消息包括完整性检查
简单描述一下SSL如何进行加密:
首先你要知道SSL如何加密你要知道对称和非对称加密,上文有。SSL加密使用的非对称加密,即客户端向服务器端起请求,服务器端会像客户端发一个公钥,之后客户端会给客户端发送用公钥加密过了的数据,这个数据只可以用服务器端的密钥进行解密。这个加密过程其实是不可靠的,我们假设服务器端像客户端发送公钥时被截取,公钥被窜改,那个窃取者就可以使用他自己的密钥解密你用他的公钥加密的数据,就会造成数据的泄露。
要解决这个问题,我们需要一个第三方来证明,服务器端的密钥是服务器端的密钥(哈,这个证明方即是CA组织,CA组织会给客户端发送一个解密的公钥(这个发送并不是CS模式的发送,不然又绕回之前那个证明我是我的问题上了。)这个公钥在机器操作系统初始化的时候就内置在机器上了。服务器端向CA组织,发送公钥和HASH算法,CA组织会用这个HASH算法算法一个唯一值,也就是只有这个公钥才能算出来的HASH值,这里依然是不安全的,窃取者可以伪造这个HASH值,所以CA组织会用他的私钥进行加密,这个加密之后的数据即为证书。这之后,客户端向服务器发送请求,服务端就像客户端发送这个证书,证书中又公钥以及HASH值(唯一),客户端利用内置的公钥进行解密,即可得到服务器端的公钥,确认数据有没有被窜该,看该HASH值有没有被改过即可。
https://blog.csdn.net/sullivan_jia/article/details/124535950?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165858578316782388098863%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=165858578316782388098863&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-2-124535950-null-null.142^v33^new_blog_pos_by_title,185^v2^tag_show&utm_term=SSL%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%8A%A0%E5%AF%86&spm=1018.2226.3001.4187
客户端在使用HTTPS方式与Web服务器通信时有以下几个步骤
- 客户端建立SSL连接,并将自己支持的一套加密规则发送给服务器。
- 服务器从中选出一组加密算法与HASH算法,并将自己的身份信息以证书的形式发回给浏览器。
- 获得网站证书之后客户端
- 验证证书的合法性
- 生成一串随机数的密码,用公钥加密
- 用约定好的HASH计算握手消息
- 使用生成好的随机数对消息进行加密,发送给服务器
4.服务器接收浏览器发来的数据
- 使用私钥将信息解密取出密码
- 使用密码解密握手消息,验证HASH是否一致
- 使用密码加密一段握手消息发送给浏览器
5.浏览器验证Hash,握手结束
6.进行数据传输
ARP协议和RARP协议
ARP:地址解析协议
*以太网是一种总线型局域网,所以以太网就是局域网
对于以太网,数据链路层上是根据48bit的以太网地址来确定目的接口,设备驱动程序从不检查IP数据报中的目的地址,ARP协议为IP地址到对应的硬件地址之间提供的动态映射。
工作过程
在以太网(ARP协议只适用于局域网)中,如果本地主机想要向某一个IP地址的主机发包,但是并不知道其硬件地址,此时利用ARP协议提供的机制来获取硬件地址:
- 如果交换机中的MAC表中有对应的端口信息,直接找到对应的mac地址转发即可
- 若没有,本地主机在局域网中广播APR请求,APR请求中包含目的主机的IP地址,即,告知如果你的ip地址是这个,告知我你的MAC地址
- 目的主机的APR层解析这份广播报文,发送ARP应答包,里面包含IP地址及其对应的MAC地址
- 目的主机收到应答后,即可发送数据包。
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