这真的是你了解的网络吗？

前言

无论是 C/S 开发还是 B/S 开发，无论是前端开发还是后台开发，网络总是无法避免的，数据如何传输，如何保证正确性和可靠性，如何提高传输效率，如何解决会话管理问题，如何在网络拥堵环境下采取措施。这些都是需要了解的。

今天总结下与网络相关的知识，不是那么详细，但是包含了我认为重要的所有点。如果想深入了解的可以参考《图解HTTP[上野 宣]》、《图解TCP／IP（第5版）[竹下隆史]》以及计算机网络相关教材。

概要

网络知识我做了 8 个方面的总结，包括DNS协议，HTTP协议，HTTPS协议，TCP协议，IP协议，TCP/IP，Web攻击，其他协议。以下对这些内容做一些简单的总结。

网络知识大纲

细节

1. DNS 协议

作用：提供域名到IP地址之间的解析服务。或逆向从IP地址反查域名的服务

2. HTTP协议

2.1 特点

• 无状态
• 使用URI定义互联网资源
• HTTP方法
  • GET：获取资源
  • POST:传输实体主体
  • PUT：传输文件
  • HEAD：获得报文首部
  • DELETE：删除文件
  • OPTIONS：询问支持的方法
  • TRACE：追踪路径
  • CONNECT：要求用隧道协议连接代理
• 持久连接节省通信量
• 管线化实现并行发送多个请求，而不需要一个接一个等响应

2.2 HTTP1.1 和HTTP1.0的区别

• 可扩展性：定义Via头域，增加版本号的支持
• 缓存
  • 增加对缓存的重激活机制：使用ETag头域描述一个资源
  • 增加Cache-Control头域支持可扩展的指令集
• 带宽优化：允许请求资源的某部分，而不是整个资源
• 长连接
  • HTTP/1.0只支持浏览器与服务器保持短暂的连接，浏览器的每次请求都要建立一个新的连接。
  • 而HTTP/1.1允许在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应。HTTP/1.1协议的持续连接有两种方式，即非流水线方式和流水线方式。
    • 非流水线方式的特点是，客户在收到前一个响应后才能发出下一个请求；
    • 流水线方式的特点是，客户在收到HTTP的响应报文之前就能接着发送新的请求报文

2.3 Cookie与Session的区别

• 存取方式的不同
  • Cookie中只能保管ASCII字符串，假如需求存取Unicode字符或者二进制数据，需求先进行编码。Cookie中也不能直接存取Java对象。若要存储略微复杂的信息，运用Cookie是比较艰难的。
  • Session中能够存取任何类型的数据，包括而不限于String、Integer、List、Map等。Session中也能够直接保管Java Bean乃至任何Java类，对象等，运用起来十分便当。能够把Session看做是一个Java容器类。
• 隐私策略的不同
  • Cookie存储在客户端阅读器中，对客户端是可见的，客户端的一些程序可能会窥探、复制以至修正Cookie中的内容。
  • Session存储在服务器上，对客户端是透明的，不存在敏感信息泄露的风险。
• 有效期上的不同
  • Cookie的过期时间指定
  • Session依赖于名为JSESSIONID的Cookie，而Cookie JSESSIONID的过期时间默许为–1，只需关闭了浏览器该Session就会失效，因而Session不能完成信息永世有效的效果。
• 服务器压力的不同
  • Cookie保管在客户端，不占用服务器资源。假如并发阅读的用户十分多，Cookie是很好的选择。关于Google、Baidu、Sina来说，Cookie或许是唯一的选择。
  • Session是保管在服务器端的，每个用户都会产生一个Session。假如并发访问的用户十分多，会产生十分多的Session，耗费大量的内存。因而像Google、Baidu、Sina这样并发访问量极高的网站，是不太可能运用Session来追踪客户会话的。
• 浏览器支持的不同
  • Cookie是需要客户端浏览器支持的。
  • 假如客户端浏览器不支持Cookie，需要运用Session以及URL地址重写。
• 跨域支持上的不同
  • Cookie支持跨域名访问，例如将domain属性设置为“.biaodianfu.com”，则以“.biaodianfu.com”为后缀的一切域名均能够访问该Cookie。跨域名Cookie如今被普遍用在网络中，例如Google、Baidu、Sina等。
  • Session则不会支持跨域名访问。Session仅在他所在的域名内有效。

2.4 电脑访问网页的过程

• 用到的协议：DNS、HTTP、OSPF、IP、ARP
• 过程描述

1. DNS把域名解析成对应的IP
2. 发送一次请求，服务器返回一个永久重定向响应，这样浏览器就知道要访问的正确网址
3. 发送请求html的请求，这个连接过程基于TCP/IP三次握手四次挥手的，建立连接
4. 服务器返回一个html响应
5. 浏览器根据渲染引擎解析返回的html响应，呈现内容
6. 继续发送内嵌在html文件其他资源的请求，比如css、js、图片资源等
7. 加载整个页面

2.5 Ping

• 同网段

1. 主机A要去Ping主机B， 主机A会封装两层报文，主机A先检查自己MAC地址中是否有B的MAC地址，如果没有就向外发送一个ARP广播包
2. 交换机收到这个ARP后，会检查在交换机中是否包含B的MAC地址，如果有就直接返回给A；如果没有就向所有端口发送ARP，该网段的主机的MAC如果与B的MAC地址不同就丢弃，如果主机B收到了该ARP就马上返回相同格式的ARP
3. 这时主机A已经有了B的MAC地址，就把B的MAC地址封装到ICMP报中，向主机B发送一个回显请求
4. 主机B收到该报文后，知道是主机A的一个回显请求，就会返回一个相同格式的报文。这样就完成了同一个网段的Ping的过程

• 不同网段

1. 主机A要去Ping一个不同网段的主机C，主机A会去找网关转发
2. 如果主机A不知道网关的MAC地址，就会发送一个ARP广播一下，这样就知道了网关的MAC地址
3. 网关收到主机A的ICMP报文，根据上面的目的IP，会去查找路由表，找到一个出口指针，给主机C发送一个ICMP报文
4. 如果网关不知道主机C的MAC地址，就会给网关内所有的主机发送一个ARP，从而找到主机C的MAC地址
5. 主机C收到主机A的报文就会给主机A发送一个回显请求。这样就完成了不同网段的Ping的请求

2.6 路由器与交换机的区别

路由器包含了交换机的功能，交换机主要的作用是扩展接口

2.7 websocket

• 全双工通信
• 特点
  • 推送功能：支持服务器向客户端推送数据的推送功能
  • 减少通信量：一直保持连接
  • HTTP连接建立后，需要完成一次握手动作
    • 握手—请求：用到HTTP的upgrade字段告知服务器通信协议发生变化
    • 握手—响应：对于之前的请求返回状态码101 switching protocols
  • 成功握手确立WebSocket连接之后，通信不再使用HTTP的数据帧，而采用WebSocket独立的数据帧

3. HTTPS协议

3.1 HTTP缺点

• 通信使用明文可能会被窃听
  • 解决方式
    • 通信加密。SSL和TLS组合使用
    • 内容加密
• 不验证通信方身份就可能遭遇伪装
  • 解决方式：查明对手的证书
• 无法证明报文完整性，可能已遭篡改
  • 数字签名，MD5并不可靠，应用HTTPS
  • HTTP+加密+认证+完整性保护=HTTPS

4. TCP协议

4.1 三次握手

1. 发送端发带SYN标志的数据包给对方。
2. 接收端收到后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包以示传达确认信息。
3. 最后，发送端再回传一个带ACK标志的数据包，代表“握手”结束

握手某个阶段中断，TCP会以相同的顺序发送相同的数据包

4.2 四次挥手

1. 客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。
2. 服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
3. 服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。
4. 客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

4.3 流量控制

• TCP接收端对发送端发送多少字节的数据进行控制，防止接收端处理不及而丢失数据
• 发送窗口的大小是受到接收窗口的控制的。
• 发送窗口必须根据接收端的大小及时调整发送窗口的大小，这个机制保证了每次TCP传输的数据量都是接收端可以及时处理的。

4.4 差错控制

• 保证接收端接收的数据是完整未受损伤的，是可靠性的重要保证。
• 主要使用校验和、确认、超时重传这三个工具进行差错控制。

4.5 拥塞控制

• 拥塞窗口
  • 发送方的窗口大小是接收窗口与拥塞窗口中的较小值。
  • 拥塞窗口的大小又取决于网络的拥塞状况。
• 拥塞策略
  • 慢开始
  • 拥塞避免
  • 拥塞检测
• 拥塞控制流程

1. 由于刚开始不清楚网络的拥塞情况，所以会首先采用慢开始算法，开始阶段，窗口大小由1指数增大，直到窗口大小到达门限值。
2. 窗口大小到达门限值后，就开始执行拥塞避免算法，之后窗口值按照线性规律增大，直到出现超时或者到达最大的窗口大小值。
3. 这个时候，会开始执行拥塞检测算法，也就是把门限值变为窗口大小的一半，之后继续执行拥塞避免算法，窗口大小按照线性规律增大。

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