网络编程总结

一 什么是网络 编程？

• 网络编程的本质就是多台计算机之间的数据交互。在网络编程中，发起连接程序，也就是第一次请求的程序，被称作客户端(Client)，等待其他程序连接的程序被称作服务器(Server)。客户端可以在需要使用的时候启动，但是服务端为了能够时刻响应请求，需要一直启动。
• 例如打电话为例，首先拨号的相当于客户端，接听电话的人必须保证电话开机类似于服务器。连接一旦建立，客户端和服务器之间就可以进行数据传递了。

二 网络编程中两个主要问题

• 如何准确的定位网络上的一台或多台主机？
• 找到主机之后如何可靠高效的进行数据传输？

1. 在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一确定Internet上的一台主机。
2. 而TCP层提供面向应用的 可靠(TCP)的或非可靠(UDP)的数据传输协议。
3. 目前较为流行的网络编程模型是C/S架构，即通信双反一方作为服务器等待客户端提出请求并给予响应。客户端在需要服务时向服务器发出请求，服务器始终运行，监听网络接口，一旦有客户端请求，就会启动一个进程来响应客户，同时自己继续监听服务端口，使后来的客户端也能得到服务。

三 网络协议是什么？

• 在计算机网络上要做到井井有条的交换数据，就必须遵守一些事先定义好的规则，比如交换数据的格式、是否需要发送一个应答消息。这些规则被称之为网络协议。

四 为什么要对网络协议分层

• 简化问题的难度和复杂度。由于各层之间独立，我们可以分割大问题为小问题。
• 灵活性好。当其中一层的技术发生变化时，只要接口关系保持不变，其他层不受影响，
• 易于实现和维护。
• 分开后，每层功能可以被简单的进行描述，更容易理解。

五 计算机网络体系结构

5.1 OSI参考模型

• OSI(Open System Interconnect)，即开放式系统互联。一般都叫做OSI参考模型，是ISO(国际标准化组织)为了更好的使网络应用更加普及，推出了OSI，这样所有的公司都按照统一的标准，就可以实现互通互联了。
• OSI定义了网络互连的七层架构(物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层)。

5.2 TCP/IP参考模型

• 应用层：应用层是最靠近用户的一层，是为计算机用户提供接口，也位用户直接提供各种网络服务。我们常见的应用层网络协议有：HTTP、HTTPS、TELNET、FTP等。
• 传输层：建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为了上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。我们通常说的TCP、UDP就是在这一层，端口号就是这里的端。
• 网络层：本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层选择合适的路由和交换节点，正确无误的按照地址传送给目的端的运输层。就是通常说的IP层。这一层就是我们经常说的IP协议层，是Internet的基础。
• 数据链路层：通过一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。实现规程或协议的硬件和软件加到物理线路，这样就构成了数据链路。

5.3 什么是TCP/IP和UDP

• TCP/IP即传输控制/网络协议，是面向连接的协议，发送数据前先要建立连接，TCP提供可靠的服务，也就是说，基于TCP连接传输的数据不会丢失，没有重复，并且按照顺序到达。
• UDP也属于传输协议，是无连接的，发送数据前不用建立连接，是不可靠的传输，到达目的地的时间以及内容的正确性都不能被保证。

5.4 TCP与UDP的区别

• TCP是面向连接可靠的协议，发送数据之前要先建立连接。
• UDP是无连接的协议，没有可靠性。
• TCP通信类似于打电话，接通了，对上了暗号才开始真正的通话。
• UDP通信相当于发短信，直接发，不用确认也不管收没收到。
• TCP只支持点对点的通信，UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多。
• TCP是面向数据流的，UDP是面向报文的。面向字节流是指发送数据是以字节为单位，一个数据包可以被拆分成若干组进行发送，而UDP一个报文只能一次发完。
• TCP首部开销(20字节)比UDP首部开销(8字节)大。
• UDP的主机不需要维护复杂的连接状态表。

5.5 TCP和UDP的应用场景

• 对某些实时性要求比较高的情况使用UDP协议，比如媒体通信，即使出现传输错误，也可以容忍。其他大部分情况下，HTTP都是使用TCP，因为要求传输的内容可靠，不出现丢失的情况。

5.6 形容一下TCP和UDP

将人与人之间的通信比喻成进程与进程之间的通信(不考虑速度因素)。TCP相当于打电话，双反电话要连通才可以互相通话。

而UDP相当于寄信，寄出去了以后并不会考虑对方是否收到，也不能保证数据的准确性。

5.7 运行在TCP或UDP的应用层协议分析

5.7.1 运行在TCP协议之上的协议

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol)超文本传输协议：主要用于普通浏览。
• HTTPS (HTTP over SSL)安全超文本传输协议：HTTP协议的安全版本。
• FTP (File Transfer Protocol)文件传输协议：用于文件传输。
• POP3 (Post Office Protocol)邮局协议：收邮件用。
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)：简单邮件传输协议：用来发送电子邮件。
• TELNET (Teletype over the Network)：网络电传，通过一个终端登录到网络。
• SSH (Secure Shell)：用于代替安全性差的TELBET，用于加密安全登陆用。

5.7.2 运行在UDP协议上的协议

• BOOTP (Boot Protocol)启动协议：应用于无盘设备。
• NTP (Network Time Protocol)网络时间协议：用于网络同步。
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)动态主机配置协议：动态配置IP地址。

5.7.3 运行在TCP和UDP协议上

• DNS (Domain Name Service)域名服务：用于完成地址查找，邮件转发等工作。
• ECHO (Echo Protocol)回绕协议：用于查错即测量应答时间。
• SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议），用于网络信息的收集和网络管理。
• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），动态配置IP地址。
• ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议），用于动态解析以太网硬件的地址。

5.8 什么是ARP协议(Address Resoiution Protocol)?

• ARP协议完成了IP地址与物理地址的映射。每一个主机都设有一个ARP高速缓存，里面有所在局域网上的个主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。当源主机要发送数据包到目的主机时，会先检查自己的ARP高速缓存中有没有目的主机的MAC地址，如果有，就直接将数据包发到这个MAC地址，如果没有，就向所在的局域网发起一个ARP请求的广播包（在发送自己的 ARP 请求时，同时会带上自己的 IP 地址到硬件地址的映射），收到请求的主机检查自己的IP地址和目的主机的IP地址是否一致，如果一致，则先保存源主机的映射到自己的ARP缓存，然后给源主机发送一个ARP响应数据包。源主机收到响应数据包之后，先添加目的主机的IP地址与MAC地址的映射，再进行数据传送。如果源主机一直没有收到响应，表示ARP查询失败。

• 如果要找的主机和源主机不在一个局域网内，那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后分组发给这个路由器，让路由器八分组转发给下一个网络，剩下的工作就有下一个网络来做。

5.9 什么是NAT(Network Address Translation)？

• 网络地址转换。用于解决内网中的主机要和因特网上的主机通信。有NAT路由器将本机的本地IP地址转换成全球IP地址，分为静态转换(转换得到的全球IP地址固定不变)和动态转换。

5.10 从输入址到获得页面的过程？

1. 浏览器查询DNS，获取域名对应的IP地址：具体过程包括浏览器搜索自身的DNS缓存、搜索操作系统的DNS缓存、读取本地的Host
2. 文件和向本地DNS服务器进行查询等。对于向本地DNS服务器进行查询，如果要查询的域名包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析(此解析具有权威性)；如果要查询的域名不由本地DNS服务器区域解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个IP地址映射，完成域名解析（此解析不具有权威性）。如果本地域名服务器并未缓存该网址映射关系，那么将根据其设置发起递归查询或者迭代查询；
3. 浏览器获得域名对应的IP地址之后，浏览器像服务器请求建立连接，发起三次握手。
4. TCP/IP链接建立成功后，浏览器向服务器发送HTTP请求。
5. 服务器收到请求后，根据路径参数映射到特定的请求处理器进行处理，并将处理结果及相应的视图返回给浏览器。
6. 浏览器解析并渲染视图，遇到CSS文件、JS文件以及图片等静态资源的引用，则重复上述步骤像服务器请求这些资源。
7. 浏览器根据其请求到的资源、数据渲染页面，最终向用户呈现一个完整的页面。

六 TCP的三次握手

6.1 什么是三次握手

• 在网络数据传输中，传输层协议TCP是要建立可靠的传输连接，TCP建立连接的过程称之为三次握手。

6.2 三次握手的详细细节

第一次握手：Client将SYN置1，随机产生一个初始序列号seq发送给Server，进入SYN_SENT状态；

第二次握手：Server收到Client的SYN=1之后，知道客户端请求建立连接，将自己的SYN置1，ACK置1，产生一个acknowledge number=sequence number+1，并随机产生一个自己的初始序列号，发送给客户端；进入SYN_RCVD状态；

第三次握手：客户端检查acknowledge number是否为序列号+1，ACK是否为1，检查正确之后将自己的ACK置为1，产生一个acknowledge number=服务器发的序列号+1，发送给服务器；进入ESTABLISHED状态；服务器检查ACK为1和acknowledge number为序列号+1之后，也进入ESTABLISHED状态；完成三次握手，连接建立。

• 简单来说就是
  1. 客户端发送一个syn建立连接的请求
  2. 服务端收到回一个ack和syn请求
  3. 客户端发送一个ack

6.3 用现实理解三次握手的具体细节

• 三次握手是建立可靠的连接，主要的目的是为了确认双方收发消息是否正常。

1. 第一次握手：客户端什么都确认不了。服务器可以确认客户端的发送功能和自己的接收功能正常。
2. 第二次握手：客户端可以确认自己的收发能力正常，对方的收发功能正常。服务器可以确认客户端的发送功能和自己的接收功能正常。
3. 第三次握手：客户端可以确认自己的收发能力正常，对方的收发功能正常。服务器可以确认自己的收发能力正常，对方的收发功能正常。

所以三次握手就能确认双方收发功能都正常，缺一不可。

6.4 建立连接可以两次握手吗？为什么？

• 不可以
• 因为可能会出现已失效的连接请求报文段又传到了服务器端。 > client 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达 server。本来这是一个早已失效的报文段。但 server 收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是 client 再次发出的一个新的连接请求。于是就向 client 发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用 “三次握手”，那么只要 server 发出确认，新的连接就建立了。由于现在 client 并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬 server 的确认，也不会向 server 发送数据。但 server 却以为新的运输连接已经建立，并一直等待 client 发来数据。这样，server 的很多资源就白白浪费掉了。采用 “三次握手” 的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client 不会向 server 发出确认。server 由于收不到确认，就知道 client 并没有要求建立连接。
• 两次握手无法保证Client正确接收到第二次握手发送的报文，Server也无法确认Client是否收到、

6.5 可以采用四次握手吗？为什么？

• 肯定可以。三次握手都可以建立可靠的连接，何况是四次，但是会降低传输的效率。

6.6 在第三次握手中，如果客户端的ACK未送达服务器，会怎样？

• Server端：由于Server没有收到ACK确认，因此会每隔 3秒 重发之前的SYN+ACK（默认重发五次，之后自动关闭连接进入CLOSED状态），Client收到后会重新传ACK给Server。
• Client端，会出现两种情况：
  1. 在Server进行超时重发的过程中，如果Client向服务器发送数据，数据头部的ACK是为1的，所以服务器收到数据之后会读取 ACK number，进入 establish 状态
  2. 在Server进入CLOSED状态之后，如果Client向服务器发送数据，服务器会以RST包应答。

6.7 如果已经建立了连接，但是客户端出现了故障怎么办？

• 服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位一个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

6.8 初始序列号是什么？

• TCP连接的一方A，随机选择一个32位的序列号（Sequence Number）作为发送数据的初始序列号（Initial Sequence Number，ISN），比如为1000，以该序列号为原点，对要传送的数据进行编号：1001、1002…三次握手时，把这个初始序列号传送给另一方B，以便在传输数据时，B可以确认什么样的数据编号是合法的；同时在进行数据传输时，A还可以确认B收到的每一个字节，如果A收到了B的确认编号（acknowledge number）是2001，就说明编号为1001-2000的数据已经被B成功接受。

七 TCP的四次挥手

7.1 什么是TCP的四次挥手？

• 在网络数据传输中，传输层协议断开连接的过程我们称为四次挥手。

7.2 四次挥手的具体细节

1. 第一次挥手：Client将FIN置为1，发送一个序列号seq给Server；进入FIN_WAIT_1状态；
2. 第二次挥手：Server收到FIN之后，发送一个ACK=1，acknowledge number=收到的序列号+1；进入CLOSE_WAIT状态。此时客户端已经没有要发送的数据了，但仍可以接受服务器发来的数据。
3. 第三次挥手：Server将FIN置1，发送一个序列号给Client；进入LAST_ACK状态；
4. 第四次挥手：Client收到服务器的FIN后，进入TIME_WAIT状态；接着将ACK置1，发送一个acknowledge number=序列号+1给服务器；服务器收到后，确认acknowledge number后，变为CLOSED状态，不再向客户端发送数据。客户端等待2*MSL（报文段最长寿命）时间后，也进入CLOSED状态。完成四次挥手。

7.3 用现实理解TCP的四次挥手

• 四次回收断开连接是因为要确定双反数据都传输完成。

1. 相当于夫妻之间要离婚，妻子对丈夫说：我要和你离婚！(第一次挥手)。
2. 丈夫听到后回复：我听到了！（第二次挥手）
3. 然后丈夫想通了，确实没有什么好留恋的，就对妻子说：我也要和你离婚。（第三次挥手）。
4. 妻子收到后回复：好的好的，终于等到这一天。（第四次挥手）。
   只有四次挥手都成功才可以关闭连接。

7.4 为什么不能把服务器发送的ACK和FIN合并起来，变成三次挥手（CLOSE_WAIT状态意义是什么）？

• 因为服务器收到客户端断开连接的请求时，可能还有一些数据没有发完，这时先回复ACK，表示接收到了断开连接的请求。等到数据发完之后再发FIN，断开服务器到客户端的数据传送。

7.5 如果第二次挥手时服务器的ACK没有送达客户端，会怎样？

• 客户端没有收到ACK确认，会重新发送FIN请求。

7.6 客户端TIME_WAIT状态的意义是什么？

• 第四次挥手时，客户端发送给服务器的ACK有可能丢失，TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。如果Server没有收到ACK，就会重发FIN，如果Client在2*MSL的时间内收到了FIN，就会重新发送ACK并再次等待2MSL，防止Server没有收到ACK而不断重发FIN。 MSL(Maximum Segment Lifetime)，指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

八 socket

8.1 什么是socket？

• 网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。
• 但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP、UDP，因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
• socket连接就是所谓的长连接，客户端和服务器需要互相连接，理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉的，但是有时候网络波动还是有可能的
• Socket偏向于底层。一般很少直接使用Socket来编程，框架底层使用Socket比较多，

8.2 socket属于网络的那个层面？

• ocket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个外观模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

8.3 Socket通讯的过程

• 基于TCP：服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
• 基于UDP：UDP 协议是用户数据报协议的简称，也用于网络数据的传输。虽然 UDP 协议是一种不太可靠的协议，但有时在需要较快地接收数据并且可以忍受较小错误的情况下，UDP 就会表现出更大的优势。我客户端只需要发送，服务端能不能接收的到我不管。

8.4 TCP协议Socket代码

九 HTTP

9.1 什么是Http协议？

• Http协议是对客户端和服务器端之间数据之间实现可靠性的传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的规范，格式简称为“超文本传输协议”
• Http协议属于应用层，及用户访问的第一层就是http
  

9.2 Socket和http的区别和应用场景

• Socket连接就是所谓的长连接，理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉；
• Socket适用场景：网络游戏，银行持续交互，直播，在线视屏等。
• http连接就是所谓的短连接，即客户端向服务器端发送一次请求，服务器端响应后连接即会断开等待下次连接
• http适用场景：公司OA服务，互联网服务，电商，办公，网站等等等等

9.3 什么是http的请求体？

• HTTP请求体是我们请求数据时先发送给服务器的数据，毕竟我向服务器那数据，先要表明我要什么吧
• HTTP请求体由：请求行 、请求头、请求数据组成的，
• 注意：GIT请求是没有请求体的
  

9.4 http的响应报文有哪些？

• http的响应报是服务器返回给我们的数据，必须先有请求体再有响应报文
• 响应报文包含三部分 状态行、响应首部字段、响应内容实体实现

9.5 http和https的区别？

• 一、首先HTTP请求服务端生成证书，客户端对证书的有效期、合法性、域名是否与请求的域名一致、证书的公钥（RSA加密）等进行校验；
• 二、客户端如果校验通过后，就根据证书的公钥的有效， 生成随机数，随机数使用公钥进行加密（RSA加密）；
• 三、消息体产生的后，对它的摘要进行MD5（或者SHA1）算法加密，此时就得到了RSA签名；
• 四、发送给服务端，此时只有服务端（RSA私钥）能解密。
• 五、解密得到的随机数，再用AES加密，作为密钥（此时的密钥只有客户端和服务端知道）。

9.6 一次完整的HTTP请求所经历几个步骤?

1. 建立TCP连接
   怎么建立连接的，看上面的三次捂手

2. Web浏览器向Web服务器发送请求行
   一旦建立了TCP连接，Web浏览器就会向Web服务器发送请求命令。例如：GET /sample/hello.jsp HTTP/1.1。

3. Web浏览器发送请求头
   浏览器发送其请求命令之后，还要以头信息的形式向Web服务器发送一些别的信息，之后浏览器发送了一空白行来通知服务器，它已经结束了该头信息的发送。

4. Web服务器应答
   客户机向服务器发出请求后，服务器会客户机回送应答， HTTP/1.1 200 OK ，应答的第一部分是协议的版本号和应答状态码。

5. Web服务器发送应答头
   正如客户端会随同请求发送关于自身的信息一样，服务器也会随同应答向用户发送关于它自己的数据及被请求的文档。

6. Web服务器向浏览器发送数据
   Web服务器向浏览器发送头信息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束，接着，它就以Content-Type应答头信息所描述的格式发送用户所请求的实际数据。

7. Web服务器关闭TCP连接

9.7 常用HTTP状态码是怎么分类的，有哪些常见的状态码？

• HTTP状态码表示客户端HTTP请求的返回结果、标识服务器处理是否正常、表明请求出现的错误等。
• 状态码的类别：
  
• 常见的状态码
  

9.8 Http协议中有那些请求方式？

9.9 GET方法与POST方法的区别

• get重点在从服务器上获取资源，post重点在向服务器发送数据；
• Get传输的数据量小，因为受URL长度限制，但效率较高； Post可以传输大量数据，所以上传文件时只能用Post方式；
• get是不安全的，因为get请求发送数据是在URL上，是可见的，可能会泄露私密信息，如密码等； post是放在请求头部的，是安全的

9.10 http版本的对比

• HTTP1.0版本的特性：早先1.0的HTTP版本，是一种无状态、无连接的应用层协议。HTTP1.0规定浏览器和服务器保持短暂的连接，浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接，服务器处理完成后立即断开TCP连接（无连接），服务器不跟踪每个客户端也不记录过去的请求（无状态）。
• HTTP1.1版本新特性：默认持久连接节省通信量，只要客户端服务端任意一端没有明确提出断开TCP连接，就一直保持连接，可以发送多次HTTP请求。管线化，客户端可以同时发出多个HTTP请求，而不用一个个等待响应。断点续传原理。
• HTTP2.0版本的特性：二进制分帧（采用二进制格式的编码将其封装）、首部压缩（设置了专门的首部压缩设计的HPACK算法。）、流量控制（设置了接收某个数据流的多少字节一些流量控制）、多路复用（可以在共享TCP链接的基础上同时发送请求和响应）、请求优先级（可以通过优化这些帧的交错和传输顺序进一步优化性能）、服务器推送（就是服务器可以对一个客户端请求发送多个响应。服务器向客户端推送资 源无需客户端明确的请求。（重大更新））

9.11 什么是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的方式，这种方式存在的最大问题就是密钥发送问题，即如何安全地将密钥发给对方；
• 而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。
  由于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，非常的慢

9.12 cookie和session对于HTTP有什么用？

• HTTP协议本身是无法判断用户身份。所以需要cookie或者session

9.13 什么是cookie?

• cookie是由Web服务器保存在用户浏览器上的文件（key-value格式），可以包含用户相关的信息。客户端向服务器发起请求，就提取浏览器中的用户信息由http发送给服务器

9.14 什么是session?

• session 是浏览器和服务器会话过程中，服务器会分配的一块储存空间给session。
• 服务器默认为客户浏览器的cookie中设置 sessionid，这个sessionid就和cookie对应，浏览器在向服务器请求过程中传输的cookie 包含 sessionid ，服务器根据传输cookie 中的 sessionid 获取出会话中存储的信息，然后确定会话的身份信息。

9.15 cookie与session区别

• cookie数据存放在客户端上，安全性较差，session数据放在服务器上，安全性相对更高
• 单个cookie保存的数据不能超过4K，session无此限制 信息后，使用自己的私钥进行解密。 由于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，非常的慢