计算机网络

体系结构

OSI 网络体系结构与 TCP/IP 体系结构

原理体系结构

  1. 应用层
  2. 运输层
  3. 网络层
  4. 数据链路层
  5. 物理层

OSI

  1. 应用层
  2. 表示层
  3. 会话层
  4. 传输层
  5. 网络层
  6. 数据链路层
  7. 物理层

TCP/IP

  1. 应用层
  2. 传输层
  3. 网际层
  4. 网络接口层

OSI 七层体系结构

  1. 物理层：参考模型最底层，OSI 模型第一层。实现相邻计算机结点之间比特流透明传输。并且尽可能的屏蔽掉具体的传输介质和物理设备的差异。上层并不关心具体的传输介质。
  2. 数据链路层：接受来自物理层的位流形式的数据，并且封装成帧，传输到上一层。同时将来自上层的数据帧，拆装成为流形式的数据转发到物理层，此层在物理层提供比特流的基础上，通过差错控制、流量控制方法，使得有错误的物理线路变为无差错的数据链路，即提供可靠的通过物理介质传输数据的方法。
  3. 网络层：将网络地址翻译成对应的物理地址，并且通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最恰当的路径。
  4. 传输层：在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输，使得上层服务用户不必关系通信子网的实现细节。在协议栈中，传输层位于网络层之上，传输协议为不同的主机上运行的进程提供逻辑通信，而网络层协议为不同主机提供逻辑通信。

网络层可以看作是传输层的一部分，其为传输层提供服务，但对于终端系统而言，他们是透明的，他们知道传输层的存在，在逻辑上他它们认为是传输层为他们提供了端对端的通信。

  1. 会话层：会话层是 OSI 模型的第五层，是用户应用进程和网络之间的接口，负责在网络中两个结点之间建立、维持和终止通信。
  2. 表示层：数据编码、压缩和解压缩、数据加解密
    表示层是 OSI 模型的第六层，对来自应用层的命令与数据进行解释，确保一个系统的应用所发送的信息可以被另外一个系统的应用层读取。
  3. 应用层：为用户的应用进程提供网络通信服务。

集锦

Http 和 Https 的区别

  • Http协议运行在TCP之上，明文传输，客户端与服务器端都无法验证对方的身份；
  • Https是身披SSL(Secure Socket Layer)外壳的Http，运行于SSL上，SSL运行于TCP之上，是添加了加密和认证机制的HTTP。
  • 端口不同：Http 与 Https使用不同连接方式，端口前者80，后者443；
  • 资源消耗不同：Https 通信会使用加减密处理消耗更多的CPU和内存资源；
  • 开销：Https通信需要证书，而证书一般需要向认证机构购买；

对称加密与非对称加密

对称密钥加密是指加密和解密使用同一个密钥。最大问题就是如何安全地将密钥发给对方。
非对称加密是指使用一对非对称密钥，即公钥和私钥，公钥可以随意发布，但私钥只有自己知道。
发送密文的一方使用对方的公钥进行加密处理，对方接收到加密信息后，使用自己的私钥进行解密。

非对称加密的方式不需要发送用来解密的私钥，所以可以保证安全性；
但是和对称加密比起来，它非常的慢，

用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。

三次握手与四次挥手

三次握手：我要和你建立链接、你真的要和我建立链接么，我真的要和你建立链接，成功。

  • 第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
  • 第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
  • 第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

四次挥手：我要和你断开链接；好的，断吧。我也要和你断开链接；好的，断吧。

  • 第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
  • 第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。此时TCP链接处于半关闭状态，即客户端已经没有要发送的数据了，但服务端若发送数据，则客户端仍要接收。
  • 第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
  • 第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

为什么TCP链接需要三次握手，两次不可以么，为什么？

为了防止 已失效的链接请求报文突然又传送到了服务端，因而产生错误。

客户端发出的连接请求报文并未丢失，而是在某个网络节点长时间滞留了，以致延误到链接释放以后的某个时间才到达Server。这是，Server误以为这是Client发出的一个新的链接请求，于是就向客户端发送确认数据包，同意建立链接。若不采用“三次握手”，那么只要Server发出确认数据包，新的链接就建立了。由于client此时并未发出建立链接的请求，所以其不会理睬Server的确认，也不与Server通信；而这时Server一直在等待Client的请求，这样Server就白白浪费了一定的资源。若采用“三次握手”，在这种情况下，由于Server端没有收到来自客户端的确认，则就会知道Client并没有要求建立请求，就不会建立链接。

TCP协议如何来保证传输的可靠性

TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。
在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信；而字节流服务意味着两个应用程序通过TCP链接交换8bit字节构成的字节流，TCP不在字节流中插入记录标识符。

TCP 可靠性

  • 数据包校验：目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时TCP发送数据端超时后会重发数据；
  • 对失序数据包重排序：既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。TCP将对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层；
  • 丢弃重复数据：对于重复数据，能够丢弃重复数据；
  • 应答机制：当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒；
  • 超时重发：当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；
  • 流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，这可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出，这就是流量控制。TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。

客户端不断进行请求链接会怎样？DDos(Distributed Denial of Service)攻击？

服务器端会为每个请求创建一个链接，并向其发送确认报文，然后等待客户端进行确认

DDos 攻击

  • 客户端向服务端发送请求链接数据包
  • 服务端向客户端发送确认数据包
  • 客户端不向服务端发送确认数据包，服务器一直等待来自客户端的确认

DDos 预防 ( 没有彻底根治的办法，除非不使用TCP )

  • 限制同时打开SYN半链接的数目
  • 缩短SYN半链接的Time out 时间
  • 关闭不必要的服务

TCP与UDP的区别

TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)协议属于传输层协议，它们之间的区别包括：

TCP是面向连接的，UDP是无连接的；
TCP是可靠的，UDP是不可靠的；
TCP只支持点对点通信，UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的通信模式；
TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的；
TCP有拥塞控制机制;UDP没有拥塞控制，适合媒体通信；
TCP首部开销(20个字节)比UDP的首部开销(8个字节)要大；

TCP的拥塞处理

计算机网络中的带宽、交换结点中的缓存及处理机等都是网络的资源。在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就会变坏，这种情况就叫做拥塞。拥塞控制就是 防止过多的数据注入网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。注意，拥塞控制和流量控制不同，前者是一个全局性的过程，而后者指点对点通信量的控制。拥塞控制的方法主要有以下四种：

1). 慢启动：不要一开始就发送大量的数据，先探测一下网络的拥塞程度，也就是说由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小;
2). 拥塞避免：拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍，这样拥塞窗口按线性规律缓慢增长。
3). 快重传：快重传要求接收方在收到一个 失序的报文段 后就立即发出 重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方）而不要等到自己发送数据时捎带确认。快重传算法规定，发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段，而不必继续等待设置的重传计时器时间到期。
4). 快恢复：快重传配合使用的还有快恢复算法，当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把ssthresh门限减半，但是接下去并不执行慢开始算法：因为如果网络出现拥塞的话就不会收到好几个重复的确认，所以发送方现在认为网络可能没有出现拥塞。所以此时不执行慢开始算法，而是将cwnd设置为ssthresh的大小，然后执行拥塞避免算法。

TCP和UDP分别对应的常见应用层协议

TCP对应的应用层协议

FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。常说某某计算机开了FTP服务便是启动了文件传输服务。下载文件，上传主页，都要用到FTP服务。

Telnet：它是一种用于远程登陆的端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，通过这种端口可以提供一种基于DOS模式下的通信服务。如以前的BBS是-纯字符界面的，支持BBS的服务器将23端口打开，对外提供服务。

SMTP：定义了简单邮件传送协议，现在很多邮件服务器都用的是这个协议，用于发送邮件。如常见的免费邮件服务中用的就是这个邮件服务端口，所以在电子邮件设置-中常看到有这么SMTP端口设置这个栏，服务器开放的是25号端口。

POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。通常情况下，POP3协议所用的是110端口。也是说，只要你有相应的使用POP3协议的程序（例如Fo-xmail或Outlook），就可以不以Web方式登陆进邮箱界面，直接用邮件程序就可以收到邮件（如是163邮箱就没有必要先进入网易网站，再进入自己的邮-箱来收信）。

HTTP：从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

UDP对应的应用层协议

DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。

SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。

TFTP(Trival File Transfer Protocal)：简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。