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author: 张文军
date: 2020-07-21 20:32:23
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category: 网络
summary: 网络

Java快速开发学习

锁清秋

计算机网络体系结构

计算机网络体系结构

五层协议

  • 应用层 ：为特定应用程序提供数据传输服务，例如 HTTP、DNS 等协议。数据单位为报文。
  • 传输层 ：为进程提供通用数据传输服务。由于应用层协议很多，定义通用的传输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。运输层包括两种协议：传输控制协议 TCP，提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据单位为报文段；用户数据报协议 UDP，提供无连接、尽最大努力的数据传输服务，数据单位为用户数据报。TCP 主要提供完整性服务，UDP 主要提供及时性服务。
  • 网络层 ：为主机提供数据传输服务。而传输层协议是为主机中的进程提供数据传输服务。网络层把传输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分组。
  • 数据链路层 ：网络层针对的还是主机之间的数据传输服务，而主机之间可以有很多链路，链路层协议就是为同一链路的主机提供数据传输服务。数据链路层把网络层传下来的分组封装成帧。
  • 物理层 ：考虑的是怎样在传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异。

OSI

其中表示层和会话层用途如下：

  • 表示层 ：数据压缩、加密以及数据描述，这使得应用程序不必关心在各台主机中数据内部格式不同的问题。
  • 会话层 ：建立及管理会话。

五层协议没有表示层和会话层，而是将这些功能留给应用程序开发者处理。

TCP/IP

它只有四层，相当于五层协议中数据链路层和物理层合并为网络接口层。
TCP/IP 体系结构不严格遵循 OSI 分层概念，应用层可能会直接使用 IP 层或者网络接口层。

数据在各层之间的传递过程

在向下的过程中，需要添加下层协议所需要的首部或者尾部，而在向上的过程中不断拆开首部和尾部。
路由器只有下面三层协议，因为路由器位于网络核心中，不需要为进程或者应用程序提供服务，因此也就不需要传输层和应用层。

TCP 三次握手四次挥手

TCP 三次握手
TCP 三次握手
示意图：

  • 客户端–发送带有 SYN 标志的数据包–一次握手–服务端
  • 服务端–发送带有 SYN/ACK 标志的数据包–二次握手–客户端
  • 客户端–发送带有带有 ACK 标志的数据包–三次握手–服务端

Seq (sequence) : 顺序号：表示源端向目的端发送字节流的第一个顺序号；
SYN (synchronize) : 同步号；为 1 表示连接请求，用于建立连接请求和使用顺序号(seq)同步。
ACK (acknowledge) : 确认号；是上一次接受的顺序号（seq）+1；只有确认号标志位为1时，确认号才有效。

TCP建立连接为什么要三次握手

三次握手的目的是建立可靠的通信信道，说到通讯，简单来说就是数据的发送与接收，而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。
第一次握手：Client 什么都不能确认；Server 确认了对方发送正常，自己接收正常
第二次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：对方发送正常，自己接收正常
第三次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常
所以三次握手就能确认双发收发功能都正常，缺一不可。
总结：

  1. 客户端发出含有syn同步序列的请求信号后，服务端接收到连接请求：客户端确认自己可以发送消息，服务端可以确认自己能够接受消息
  2. 服务端发送一个syn-ack应答信号，客户端接收到：服务端确认了自己可以发送消息，而客户端也确认服务端可以接受自己发送的消息
  3. 客户端再次发送一个ack确认号，服务端接收到：服务端可以确认客户端可以接受到自己发出的信号；

第一次握手：服务端确认自己可以接收到客户端消息；
第二次握手：客户端确认自己发出的消息被服务端接收到了（客户端确认能给服务端发送和接受服务端消息）；
第三次握手：服务端确认自己发出的消息被客户端接受到了（服务端确认能给服务端发送和接受服务端消息）；

例子：一个很类似的例子就是投简历：先投简历，然后对方公司会通知你通过简历筛选，你收到这个通知后一般会回复一下我知道了。

第2次握手传回了ACK，为什么还要传回SYN

接收端传回发送端所发送的ACK是为了告诉客户端，我接收到的信息确实就是你所发送的信号了，这表明从客户端到服务端的通信是正常的。而回传SYN则是为了建立并确认从服务端到客户端的通信。

TCP关闭连接为什么要四次挥手

TCP关闭连接四次挥手
断开一个 TCP 连接则需要“四次挥手”：

  • 客户端-发送一个 FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送
  • 服务器-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
  • 服务器-关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端
  • 客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1

任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候，则发出连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。
举个例子：A 和 B 打电话，通话即将结束后，A 说“我没啥要说的了”，B回答“我知道了”，但是 B 可能还会有要说的话，A 不能要求 B 跟着自己的节奏结束通话，于是 B 可能又巴拉巴拉说了一通，最后 B 说“我说完了”，A 回答“知道了”，这样通话才算结束。

3次握手跟4次挥手帮助理解

3次握手就跟打电话时的情况一样：1、听得到吗？2、听得到，你呢？3、我也听到了。
4次挥手就和下课铃响了：1、老师，下课了。2、好，我知道了，我说完这点。3、好了，说完了，下课吧。4、谢谢老师，老师再见

TCP,UDP 协议的区别

TCP,UDP 协议的区别
UDP 在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 确是一种最有效的工作方式（一般用于即时通信），比如： QQ 语音、 QQ 视频 、直播等等
TCP 提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。 TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的，面向连接的传输服务（TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源），这一难以避免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。TCP 一般用于文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。

TCP 协议如何保证可靠传输

  1. 应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
  2. TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
  3. 校验和： TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
  4. TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
  5. 流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。 （TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
  6. 拥塞控制： 当网络拥塞时，减少数据的发送。
  7. ARQ协议： 也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。

  8. 超时重传： 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。

    在浏览器中输入url地址 ->> 显示主页的过程

    在浏览器中输入url地址->显示主页的过程

  9. DNS解析

  10. TCP连接
  11. 发送HTTP请求
  12. 服务器处理请求并返回HTTP报文
  13. 浏览器解析渲染页面
  14. 连接结束

    状态码

    状态码

    各种协议与HTTP协议之间的关系

    各种协议与HTTP协议之间的关系

    HTTP长连接,短连接

    在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。当客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源（如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等），每遇到这样一个Web资源，浏览器就会重新建立一个HTTP会话。
    而从HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头加入这行代码： ``` Connection: keep-alive

``` 在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，客户端再次访问这个服务器时，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。

Cookie的作用是什么?和Session有什么区别

Cookie 和 Session都是用来跟踪浏览器用户身份的会话方式，但是两者的应用场景不太一样。

  • Cookie 一般用来客户端保存用户信息 比如
  • 我们在 Cookie 中保存已经登录过得用户信息，下次访问网站的时候页面可以自动帮你登录的一些基本信息给填了；
  • 一般的网站都会有保持登录也就是说下次你再访问网站的时候就不需要重新登录了，这是因为用户登录的时候我们可以存放了一个 Token 在 Cookie 中，下次登录的时候只需要根据 Token 值来查找用户即可(为了安全考虑，重新登录一般要将 Token 重写)；
  • 登录一次网站后访问网站其他页面不需要重新登录。
  • Session 的主要作用就是通过服务端记录用户的状态。 典型的场景是购物车，当你要添加商品到购物车的时候，系统不知道是哪个用户操作的，因为 HTTP 协议是无状态的。服务端给特定的用户创建特定的 Session 之后就可以标识这个用户并且跟踪这个用户了。

Cookie 数据保存在客户端(浏览器端)，Session 数据保存在服务器端。

Cookie 存储在客户端中，而Session存储在服务器上，相对来说 Session 安全性更高。如果要在 Cookie 中存储一些敏感信息，不要直接写入 Cookie 中，最好能将 Cookie 信息加密然后使用到的时候再去服务器端解密。

重要知识点总结

1，运输层提供应用进程之间的逻辑通信，也就是说，运输层之间的通信并不是真正在两个运输层之间直接传输数据。运输层向应用层屏蔽了下面网络的细节（如网络拓补，所采用的路由选择协议等），它使应用进程之间看起来好像两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。
2，网络层为主机提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
3，运输层的两个重要协议是用户数据报协议UDP和传输控制协议TCP。按照OSI的术语，两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫做运输协议数据单元TPDU（Transport Protocol Data Unit）。但在TCP/IP体系中，则根据所使用的协议是TCP或UDP，分别称之为TCP报文段或UDP用户数据报。
4，UDP在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP确是一种最有效的工作方式。 TCP提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的，面向连接的传输服务，这一难以避免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。
5，硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口，而软件端口是应用层各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。UDP和TCP的首部格式中都有源端口和目的端口这两个重要字段。当运输层收到IP层交上来的运输层报文时，就能够 根据其首部中的目的端口号把数据交付应用层的目的应用层。（两个进程之间进行通信不光要知道对方IP地址而且要知道对方的端口号(为了找到对方计算机中的应用进程)）
6，运输层用一个16位端口号标志一个端口。端口号只有本地意义，它只是为了标志计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口。在互联网的不同计算机中，相同的端口号是没有关联的。协议端口号简称端口。虽然通信的终点是应用进程，但只要把所发送的报文交到目的主机的某个合适端口，剩下的工作（最后交付目的进程）就由TCP和UDP来完成。
7，运输层的端口号分为服务器端使用的端口号（01023指派给熟知端口，102449151是登记端口号）和客户端暂时使用的端口号（49152~65535）
8，UDP的主要特点是①无连接②尽最大努力交付③面向报文④无拥塞控制⑤支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信⑥首部开销小（只有四个字段：源端口，目的端口，长度和检验和）
9，TCP的主要特点是①面向连接②每一条TCP连接只能是一对一的③提供可靠交付④提供全双工通信⑤面向字节流
10，TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点。这样的端点就叫做套接字（socket）或插口。套接字用（IP地址：端口号）来表示。每一条TCP连接唯一被通信两端的两个端点所确定。
11，停止等待协议是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
12，为了提高传输效率，发送方可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用流水线传输。流水线传输就是发送方可连续发送多个分组，不必每发完一个分组就停下来等待对方确认。这样可使信道上一直有数据不间断的在传送。这种传输方式可以明显提高信道利用率。
13，停止等待协议中超时重传是指只要超过一段时间仍然没有收到确认，就重传前面发送过的分组（认为刚才发送过的分组丢失了）。因此每发送完一个分组需要设置一个超时计时器，其重转时间应比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。这种自动重传方式常称为自动重传请求ARQ。另外在停止等待协议中若收到重复分组，就丢弃该分组，但同时还要发送确认。连续ARQ协议可提高信道利用率。发送维持一个发送窗口，凡位于发送窗口内的分组可连续发送出去，而不需要等待对方确认。接收方一般采用累积确认，对按序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组位置的所有分组都已经正确收到了。
14，TCP报文段的前20个字节是固定的，后面有4n字节是根据需要增加的选项。因此，TCP首部的最小长度是20字节。
15，TCP使用滑动窗口机制。发送窗口里面的序号表示允许发送的序号。发送窗口后沿的后面部分表示已发送且已收到确认，而发送窗口前沿的前面部分表示不允许发送。发送窗口后沿的变化情况有两种可能，即不动（没有收到新的确认）和前移（收到了新的确认）。发送窗口的前沿通常是不断向前移动的。一般来说，我们总是希望数据传输更快一些。但如果发送方把数据发送的过快，接收方就可能来不及接收，这就会造成数据的丢失。所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。
16，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，网络的性能就要变坏。这种情况就叫拥塞。拥塞控制就是为了防止过多的数据注入到网络中，这样就可以使网络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机，所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。相反，流量控制往往是点对点通信量的控制，是个端到端的问题。流量控制所要做到的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。
17，为了进行拥塞控制，TCP发送方要维持一个拥塞窗口cwnd的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。
18，TCP的拥塞控制采用了四种算法，即慢开始，拥塞避免，快重传和快恢复。在网络层也可以使路由器采用适当的分组丢弃策略（如主动队列管理AQM），以减少网络拥塞的发生。
19，运输连接的三个阶段，即：连接建立，数据传送和连接释放。
20，主动发起TCP连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。TCP连接采用三报文握手机制。服务器要确认用户的连接请求，然后客户要对服务器的确认进行确认。
21，TCP的连接释放采用四报文握手机制。任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送时，则发送连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接
需要重点掌握点：

① 端口和套接字的意义
② 无连接UDP的特点
③ 面向连接TCP的特点
④ 在不可靠的网络上实现可靠传输的工作原理，停止等待协议和ARQ协议
① TCP的滑动窗口，流量控制，拥塞控制和连接管理