计算机网络（二）

HTTP

简单来说，打开一个网页使用的就是HTTP协议
HTTPS其实是基于HTTP来实现的，多了一个加密层

URL
URL简单来说就是网址，平时所说的网址指的就是URL

IP地址不太方便记忆和传播，用一些更好记忆的字符串来表示域名，浏览器在访问域名时会自动把域名转成IP地址

查询字符串（quary_string）中的键值对都是用户自定义协议的一部分

提醒：像/ ? 此类字符，已经被URL当做特殊意义理解，使用不能随意出现；若参数中出现此类字符，就需要进行转义了

转义规则（urlencode）：
将需要转码的字符转为16进制，然后从右到左，取4位（不足4位直接处理），每2位算作1位，前面加上%，编码成%XY的格式

HTTP协议的格式

HTTP请求：
1.首行：
a.方法：GET/POST/PUT/DELETE…
b.url
c.版本号 ：HTTP/1.1 HTTP/2.0 HTTP/3.0

三个部分之间使用空格分隔

2.协议头（header）：
a. 请求的属性, 冒号分割的键值对
b.每个键和值之间使用：分隔
c.遇到空行表示Header部分结束

3.空行：
表示header到此结束

4.协议正文（body）：
a. 空行后面的内容都是Body
b.如果Body存在, 则在Header中会有一个Content-Length属性来标识Body的长度
c.一般GET请求没有正文，POST有正文

HTTP响应
1.首行
a.版本号
b.状态码
c.状态码描述信息

2.协议头（header）
a. 请求的属性, 冒号分割的键值对
b.每个键和值之间使用：分隔
c.遇到空行表示Header部分结束

3.空行
header部分结束标记

4.协议正文（body）
a. 空行后面的内容都是Body
b.如果Body存在, 则在Header中会有一个Content-Length属性来标识Body的长度
c.如果服务器返回了一个html页面, 那么html页面内容就是在body中

常用方法

方法	说明
GET	获取资源
POST	传输实体主体
PUT	传输文件
HEAD	获取报文首部
DELETE	删除文件
OPTIONS	询问支持的方法
TRACE	追踪路径
CONNECT	使用隧道协议连接代理
LINK	建立和资源之间的联系
UNLINK	断开连接

最常用的就是GET和POST方法

GET和POST的区别：
1.GET请求往往把自定制数据放在query_string中
2.POST请求往往把自定制数据放在body中

常见的状态码：

状态码	名称
1XX	接收的请求正在处理
200 OK	访问成功
2XX	响应成功
302 Found	重定向
3XX	重定向
404 Not Found	没有找到
4XX	客户端出错
403 Forbidden	没有权限
502 Bad Gateway	找不到服务器
504 Gateway Timeout	服务器响应超时
5XX	服务器出错

常见的header

• Content-Type: 数据类型(text/html等)
• Content-Length: Body的长度
• Host:客户端告知服务器, 所请求的资源是在哪个主机的哪个端口上
• User-Agent: 声明用户的操作系统和浏览器版本信息
• referer:当前页面是从哪个页面跳转过来的
• location: 搭配3xx状态码使用, 告诉客户端接下来要去哪里访问
• Cookie:用于在客户端存储少量信息. 通常用于实现会话(session)的功能

session 服务器维护端的一个数据结构，记录了用户的身份信息
session id 就是session对象的唯一身份标识，session id 保存在浏览器中，浏览器后续再访问服务器时。就会自动带着session id 从而让服务器知道当前请求是哪管用户发来的服务器端使用一个hash table之类的结构来维护若干个用户的身份信息 key 就是session id
value就是完整的session对象
cookie就是按照Host这个header来划分的

传输层

传输层负责端到端之间的传输，且只关注起点和终点
起点：源ip/源端口
终点：目的ip/目的端口

端口号（Port）
端口号标识了一个主机上进行的不同的引用程序

端口号范围划分：

0-1023：知名端口号，HTTP FTP SSH等应用层协议的端口号都是固定的
1024-65535：操作系统动态分配的端口号，客户端程序的端口号就是在这个范围内

知名端口号

服务器	端口号
ssh	22
ftp	21
telent	23
http	80
https	443

UDP协议

a.源端口号（16位）
b.目的端口（16位）
c.UDP长度（16位）上限是64kb
d.UDP检验和(校验和)（16位）
使用了CRC校验
取每个字节，把每个字节的数据循环相加，得到一个最终的数字，就是校验和
接收端按照同样的规则计算校验和，和发送端相比，如果数据一致，则认为数据没有发生错误

UDP的特点：
1.无连接
2.不可靠
3.面向数据报
4.全双工

基于UDP的应用层协议：
NFS: 网络文件系统
TFTP: 简单文件传输协议
DHCP: 动态主机配置协议
BOOTP: 启动协议(用于无盘设备启动)
DNS: 域名解析协议
当然, 也包括自己写UDP程序时自定义的应用层协议;

TCP协议

特点：
1.有连接
2.可靠传输
3.面向字节流
4.全双工

冗余：加强了可靠性，降低了数据一致性

一、确认应答
保证可靠性的核心机制
为了区分当前是应答哪个数据，引入了序号和确认序号的概念

序号：给每个字节都编了序号
确认序号：表示当前序号之前的数据已经收到了，同时表示向发送端索要当前确认信号开始的数据

二、超时重传
保证可靠的核心机制
传输一条数据缺没有确认应答时，等待一段时间，会进行重传；重传可能会进行若干次，且重传次数越多，丢包概率越小，而重传等待的时间间隔，也会依次发送变化

（1）当主机A给主机B发送一条数据后，可能因为网络延迟等原因数据无法到达主机B

（2）主机A为能收到主机B回馈的确认序号

因为主机B会收到很多重复数据，TCP利用序号，识别出那些包是重复的，把重复的去掉（去重）

三、连接管理

三次握手建立连接
四次挥手断开连接

建立连接的意义：
（1）双方各自试探对方，确认对方是否可以建立连接（双方读写的能力）
（2）双方可以在建立连接的过程中协商一些必要的数据（TCP序号的基准值）

三次握手具体过程
客户端先发起一个建立连接的请求（SYN同步报文段）服务器收到SYN之后立刻返回一个ACK且回复的ACK也是一个SYN，客户端收到SYN之后会再次返回一个ACK

涉及到的具体状态：

LISTEN状态：服务端状态，表示手机开机，信号良好，随时有其他服务器建立连接
ESTABLISHED：接通他人电话，表示连接已经建立完成，随时可以通信

四次挥手断开连接
中间过程ACK：一收到FIN，内核立即回复
FIN：程序中调用socket对象的close方法的时候才会发送FIN

三次握手的中间两次操作一定是合在一起的
四次挥手中间两次操作可能合在一起，也可能不会

设计到的重要状态：

CLOSE_WAIT状态：等待程序调用close来完成最终的端口连接过程；如果一个服务器上出现大量CLOSE_WAIT，表明代码中存在bug，没有调用close，或者没有执行到
TIME_WAIT状态：虽然程序可能执行结束，但是还要保持造TIME_WAIT一段时间，因为发送的最后一个ACK可能会丢包
TIME_WAIT等待时间一般为2MSL（MSL：网络上两个主机之间传输的理论最大时间，在Centos7上默认60秒）

四、滑动窗口
窗口：不等待ACK的情况下批量发送多少数据
滑动：每次收到一个ACK之后，就依次发送下一条数据等待ACK的数据区间就往后移动
窗口越大，传输效率越高
可靠性：如果窗口无限大，那么接收端可能处理不过来，网络环境也可能承载不了

如果滑动窗口过程中丢包了怎么办？

1.ACK丢失：问题不大，确认序号表示的意义就是当前序号之前的数据收到了，后一个ACK就能涵盖前一个ACK的含义
2.数据丢失：接收端会反复尝试索要该丢掉的数据，重复若干次之后，发送端就会认为丢包，并重传对应的数据，对应已经成功发送的数据，就没有必要重传了
确认序号的巧妙设定 快速重传

五、流量控制
限制滑动窗口大小的机制
接收缓冲区：

1.交易场所
2.两种关系：生产者/消费者
3.三种关系：生产者和生产者之间的互斥关系；消费者和消费者之间的互斥关系；生产者和消费者之间同步和互斥关系

接收端的接收缓冲区的剩余空间：衡量接收端的处理能力
接收缓冲区剩余空间越大，处理能力越强

六、拥塞控制
根据网络的拥堵情况，来限制发送端的发送速率
试探方式：刚开始使用较小的滑动窗口，如果没有丢包，说明网络畅通，增大滑动窗口；如果发送丢包，说明网络可能拥堵，减小滑动窗口

发送端滑动窗口大小 = min（流量控制中窗口大小，拥塞窗口）

七、延时应答
提高传输效率的方式
尽可能提高窗口大小
延时应答导致延时时间中接收端的程序已经处理了一部分数据，此时ACK中的窗口大小就更大了

八、捎带应答
延时应答的基础上，再提高传输效率
内核收到数据，立刻回复ACK（应用程序发送）
延时应答的基础上，把应用程序发送的业务数据和系统发送的ACK合二为一

九、面向字节流
十、黏包问题（面向字节流导致的问题）

TCP/UDP对比：
TCP用于可靠传输，应用于文件传输、重要状态更新等场景；
UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通信领域及广播

如何用UDP实现可靠传输
1.引入序号，保证数据顺序
2.引入确认应答，确保接收端收到了数据
3.引入超时重传，如果隔一段时间没有收到应答，重新发送数据

网络层

最核心的协议就是IP协议（IPv4 IPv6）
1.地址管理：使用一个32位整数表示地址
2.路由选择：

1. 动态分配
2. NAT机制：一个IP供多个主机使用
3. IPv6

两个主机之间要进行通信，需要找到一条合适的路径
A -> B之间存在很多路径
核心的过程是按照“一跳一跳”的方式进行路由选择的一跳指的是通过路由器访问到下一个设备
六度空间
TTL默认值是64，问路时最多问64次

网段划分：
把一个IP地址分成网络号和主机号
同一个局域网中，网络号相同，主机号不同
相邻两个局域网，网络号不同
局域网之间使用路由器连接，一个路由器往往有多个i票地址

如何区分网络号和主机号：通过子网掩码（32位整数，也可以表示成十分进制要求高位必须为1，地位必须为0）区分

子网掩码与IP地址按位与得到网络号
私有IP上通常情况下只能在局域网内部访问
公网IP上搭建的IP才能被任何设备访问（云服务器）

数据链路层：
负责两个相邻节点之间如何传递信息
MAC地址：表示互联网上的唯一一个主机
6个字节来表mac地址
以太网：不光规定了数据链路层的内容，也规定了物理层的内容
以太网数据帧
加上帧头和帧尾
帧头：

1. 源Mac

2. 目的Mac

3. 类型

   帧尾：CRC校验和
   MTU表示一个数据链路层数据帧的最大长度
   以太网的MTU是1500个字节
   MTU会导致IP数据报分包
   MTU对于传输层没有影响
   不同的数据链路层协议对于MTU的值是不同的
   ARP协议 RARP协议