计算机网络 笔记

update time :2020年3月6日 12:41:23

一、OSI模型、TCP/IP模型

1.OSI

OSI(Open System Interconnection,开放系统互连)七层网络模型称为开放式系统互联参考模型 ,是一个逻辑上的定义,一个规范,它把网络从逻辑上分为了7层。OSI 七层模型是一种框架性的设计方法 ,建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题,其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来,通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。

1.物理层:主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0,也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

2.数据链路层:定义了如何让格式化数据以进行传输,以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正,以确保数据的可靠传输。

3.网络层:在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加,而网络层正是管理这种连接的层。

4.传输层:定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW端口80等),如:TCP(传输控制协议,传输效率低,可靠性强,用于传输可靠性要求高,数据量大的数据),UDP(用户数据报协议,与TCP特性恰恰相反,用于传输可靠性要求不高,数据量小的数据,如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的)。 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输,到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。

5.会话层:通过传输层(端口号:传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求(设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名)

6.表示层:可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如,PC程序与另一台计算机进行通信,其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码(EBCDIC),而另一台则使用美国信息交换标准码(ASCII)来表示相同的字符。如有必要,表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。

7.应用层: 是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序(例如电子邮件、文件传输和终端仿真)提供网络服务。

2.对比图

图片来源于网络.png

3.五层协议

1.应用层:如http协议,它实际上是定义了如何包装和解析数据,应用层是http协议的话,则会按照协议规定包装数据,如按照请求行、请求头、请求体包装,包装好数据后将数据传至运输层。

2.运输层:运输层有TCP和UDP两种协议,分别对应可靠的运输和不可靠的运输,如TCP因为要提供可靠的传输,所以内部要解决如何建立连接、如何保证传输是可靠的不丢数据、如何调节流量控制和拥塞控制。关于这一层,我们平常一般都是和Socket打交道,Socket是一组封装的编程调用接口,通过它,我们就能操作TCP、UDP进行连接的建立等。我们平常使用Socket进行连接建立的时候,一般都要指定端口号,所以这一层指定了把数据送到对应的端口号。

3.网络层:这一层IP协议,以及一些路由选择协议等等,所以这一层的指定了数据要传输到哪个IP地址。中间涉及到一些最优线路,路由选择算法等等。

4.数据链路层:印象比较深的就是ARP协议,负责把IP地址解析为MAC地址,即硬件地址,这样就找到了对应的唯一的机器。

5.物理层:这一层就是最底层了,提供二进制流传输服务,也就是也就是真正开始通过传输介质(有线、无线)开始进行数据的传输了。

所以通过上面五层的各司其职,实现物理传输介质--MAC地址--IP地址--端口号--获取到数据根据应用层协议解析数据最终实现了网络通信和数据传输。

二、tcp/udp/http/https/http2/WebSocket /socket

1.TCP/UDP

TCP和UDP使用IP协议从一个网络传送数据包到另一个网络。
TCP和UDP是FTP,HTTP和SMTP之类使用的传输层协议。

虽然TCP和UDP都是用来传输其他协议的,它们却有一个显著的不同:TCP提供有保证的数据传输,而UDP不提供。这意味着TCP有一个特殊的机制来确保数据安全的不出错的从一个端点传到另一个端点,而UDP不提供任何这样的保证。

2.http/https/http2

1.http
Http 是在应用层上的传输协议,底层是 TCP 协议实现的,
它一种面向无状态的连接,短连接,
状态,是因为在每一次请求完成之后,都会把连接关了,不会记住是哪一个客户端连接。
2.http1.0 1.1 2.0
http 2.0采用二进制的格式传送数据,不再使用文本格式传送数据
http2.0对消息头采用hpack压缩算法,http1.x的版本消息头带有大量的冗余消息
http2.0 采用多路复用,即用一个tcp连接处理所有的请求,真正意义上做到了并发请求,流还支持优先级和流量控制
http2.0支持server push,服务端可以主动把css,jsp文件主动推送到客户端,不需要客户端解析HTML,再发送请求,当客户端需要的时候,它已经在客户端了。

Http1.0一次只能处理一个请求和响应,Http1.1一次能处理多个请求和响应
多个请求和响应过程可以重叠
增加了更多的请求头和响应头,比如Host、If-Unmodified-Since请求头等.
3.https
我们都知道Https保证了我们数据传输的安全,Https=Http+Ssl,之所以能保证安全主要的原理就是利用了非对称加密算法,平常用的对称加密算法之所以不安全,是因为双方是用统一的密匙进行加密解密的,只要双方任意一方泄漏了密匙,那么其他人就可以利用密匙解密数据。

而非对称加密算法之所以能实现安全传输的核心精华就是:
公钥加密的信息只能用私钥解开,私钥加密的信息只能被公钥解开

3WebSocket /socket

WebSocket /socket 两者没有关系,
Socket是一组操作TCP/UDP的API,像HttpURLConnection和Okhttp这种涉及到比较底层的网络请求发送的,最终当然也都是通过Socket来进行网络请求连接发送,而像Volley、Retrofit则是更上层的封装,
WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。
WebSocket的出现是用来弥补HTTP协议在持久通信能力上的不足,它的握手是以HTTP的形式发起的,通过第一个request建立连接,之后交换的数据都不需要发送HTTP header就能交换数据。

三、tcp 3次/4次握手

1三次握手

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。为了确保客户端和服务器双方都收发正常,另外客户端第3次握手是为了防止前面的已失效连接请求报文段发送给服务端

第一次握手:Client 什么都不能确认;Server 确认了对方发送正常

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:自己接收正常,对方发送正常

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。

2.四次握手

四次挥手:是因为可能服务器的数据未传输完成,所以只能先回复一个ACK,等待传输完成再关闭,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

为什么要四次挥手
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。

四、其他

1.描述下网络请求过程

域名解析----TCP的三次握手---建立TCP连接后发起HTTP请求--服务器响应HTTP请求----浏览器解析html代码,同时请求html代码中的资源(如js、css、图片等)
浏览器对页面进行渲染并呈现给用户

2.TCP/UDP 差别

UDP 的主要特点

UDP 是无连接的;
UDP 使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态(这里面有许多参数);
UDP 是面向报文的;
UDP 没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如 直播,实时视频会议等);
UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信;
UDP 的首部开销小,只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短。
TCP 的主要特点

TCP 是面向连接的。(就好像打电话一样,通话前需要先拨号建立连接,通话结束后要挂机释放连接);
每一条 TCP 连接只能有两个端点,每一条TCP连接只能是点对点的(一对一);
TCP 提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据,无差错、不丢失、不重复、并且按序到达;
TCP 提供全双工通信。TCP 允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP 连接的两端都设有发送缓存和接收缓存,用来临时存放双方通信的数据;
面向字节流。TCP 中的“流”(Stream)指的是流入进程或从进程流出的字节序列。“面向字节流”的含义是:虽然应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块(大小不等),但 TCP 把应用程序交下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流

3.长连接 短链接

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

4.上传视频的时候为什么不用 Http 协议?

因为上传视频的时候文件一般比较长,如果我们采用 post 请求的话,写到输出流中,它并不会直接写到服务器中,而是会缓存在内存中,会影响我们的执行效率

盗图一张

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