计算机网络
目录
OSI七层模型
目的
各层的作用
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
数据流通过程
TCP三次握手与四次挥手
TCP慢启动
握手之前
三次握手
握手后
四次挥手
IPv4地址
子网掩码
IPv6
IP地址分类：
IPv4与IPv6的区别：
边界网关协议BGP
HTTP
请求报文：
响应报文
HTTP缓存
HTTP缓存的工作原理
HTTP与缓存有关的首部
HTTPS
SSL与TLS
对称加密
非对称加密
SSL证书
TLS握手过程
TLS1.2与TLS1.3的区别
HTTP1.1、 HTTP2、 HTTP3的区别
HTTP1.1
HTTP2
HTTP3
DNS域名解析过程
DNS域名解析过程 === 域名转换为IP地址
域名是一个结构树
域名服务器
内容分发网络CDN
分发内容
分发流程——静态内容
分发流程——动态内容
安全性和可靠性
CDN也被当做加速器 / 加速方法
CDN减少费用
在浏览器输入URL回车后发生什么
浏览器渲染页面流程
Cookie、Session、Token的区别
Cookie
Session 会话
Token JWT（JSON Web Token）
跨域解决办法
XSS网络攻击
WebSockets
DDoS攻击
内容整理自：技术蛋老师的个人空间_哔哩哔哩_bilibili
OSI七层模型
只是作为参考，实际上不一定都用到7层。而TCP/IP本来只有4层，后来发现划分为5层更符合实际
目的
--解决主机之间的网络通信
各层的作用
应用层
作用：两个应用如何进行交互。最接近用户的一层
本质：在逻辑上将2个应用进行连通。实际物理上的联通是通过物理层实现的
协议：http编写应用程序，使应用之间实现沟通。
表示层
作用：不同计算机内部的各自表达方式不同，表示层进行这样的转换，编码和解码，数据加密（HTTPS SSL TLS），给文件压缩
会话层
作用：网站服务可以保存登录状态，还会管理和控制登录状态。负责同步服务（比如视频关掉后会自动跳到上一次播放的位置继续播放）。
传输层
数据名称：段。
作用：接收端可能同时运行多个软件进程，为了让数据去到指定的软件服务上，需要端口号作为地址进行定位。实现了服务进程到服务进程的传输。管理两个节点之间数据的传输，负责可靠传输（TCP：允许字节流将数据变成多个段，而不是整个字节数据完整的发出去）和不可靠传输（UDP）
流量控制：保证传输速度
错误控制：保证数据的完整接受
网络层
数据名称：包。可以被封装成二次帧。发送端IP数据报封装成帧，接收端解封装。
作用：互联网只用MAC地址座位唯一的寻址方式是不够的，需要IP地址进行寻址，还需要路由选择。IP地址实现端到端的基础。
路由器：是网络层的核心。路由器根据包里的IP地址进行路由转发。地址管理和路由选择就是这一层的核心。
数据链路层
数据名称：帧。数据链路层将比特封装成帧，封装时加上MAC地址（物理地址）。
作用：信号去到哪台设备是需要定向的，需要高级一点的网络模型。为了通过MAC地址对不同设备进行数据传输，就需要用到二层交换机（发送端A发送数据给交换机时，交换机知道了A的MAC地址，如果交换机也知道接收端B的MAC地址，交换机就可以将A的数据传给B）。物理地址是跳到跳传输
物理层
数据名称：比特。发送出去的数据在计算机内部是0或1的码（称之为比特）。
作用：物理层将这些比特用不同的媒介（电，光，其他形式的电磁波...）传输出去，数据从网络接口出去后，经过不同的网络拓扑，需要中继器、集线器等设备
差错检测+差错纠正：传输时可能会将0变成1,1变成0
流控制：避免信息传输的不对称（发送端大批量发送数据，而接收端只是“夹缝式”接收）
数据流通过程
客户端发送数据，也就是报文，报文来到传输层，加上端口号，封装成段。
段来到网络层，加上IP地址封装成包，这里的包含有目标IP地址。由于目标IP地址不是同一个网络下的，要发送到其他的网络，需要经过默认网关。
客户端主机最初不知道默认网关（客户端网关）的MAC地址，没办法封装成帧，就需要用ARP协议进行广播，找到网关IP对应的MAC地址，把包封装成帧，源MAC地址填自己的，目标MAC地址填广播地址。如果此时有二层交换机，交换机只用记录下不同接口对应的MAC地址即可，交换机收到广播后就帮忙发出去。默认网关收到交换机发送的消息后，查看了帧，发现了发送端的MAC地址，解封后发现包里的IP地址，将客户端的MAC地址与IP地址关联为一台主机。同时，默认网关将自己的IP地址放入包内，结合自己的MAC地址封装成帧，将帧响应出去原路返回，发送端就知道默认网关的MAC地址。
客户端封装成帧并发送数据，比特流到默认网关时，解封为帧，发现是发送给自己的，再解封包看到目标IP地址是在另一网络中的，就进行路由转发，最终到达目的网络。
如果目标网管知道目标IP地址和MAC是哪台主机，封装成帧就直接发出去给服务器，如果不知道就还是用ARP协议进行广播。
目标主机收到包，确认是自己IP地址后，解封包查看发现源和目标端口号，用目标端口号给指定的应用程序。
应用程序处理好后，按照源的信息作出相响应。
响应发回去的原理也是同上。
TCP三次握手与四次挥手
TCP慢启动
要进行堵塞控制，也不知道网络的情况，一开始发送较小量的TCP数据段，后面在慢慢增加，会导致新访问页面刷新速度较慢
握手之前
客户端和服务端都有IP地址，可以取得联系，但各自有自己的应用进程，都可能需要TCP连接。
除了IP地址，还需要端口号，才能区分应用进程。服务端会自动加上端口号443，用到HTTPS协议。
握手前的核心条件 =》套接字socket = IP地址 ：端口号
传输层位于OSI七层模型中间，承上启下。就干从端到端建立联系。
三次握手
TCP报文里有SYN（同步）、ACK、FIN等标识，设置1就开启标识，设置0就关闭标识。
- 客户端发送TCP报文给服务器：开启SYN，表示客户端想和服务端进行数据同步，还需要发送序号（Sequence，随机生成的，作为初始值进行后续判断依据，保证通道的唯一性），因为应用程序可能连续发送多个序号给服务器，服务器可以判断哪些信息是重复发送的
- 服务器开启SYN和ACK：ACK表示确认，服务器也生成自己的序号、确认号（确认号 = 客户端的序号 + 1，客户端将接收到的确认号-1就知道是不是自己发送的TCP报文）
- 客户端进行确认：服务器不知道自己发送的确认同步是否被客户端接收，所以需要客户端发送再次发送TCP报文正式建立二者的连接。开启ACK，此时客户端的序号 = 原客户端序号 + 1，并发送此时的确认号（确认号 = 服务器发过来的序号 + 1，这样传给服务器的时候，服务器就知道是不是发给自己的了）
服务器每次都要新生成并记住自己序号的话就会挂起很多资源，如果有黑客不断发送SYN又不进行下一步操作，服务器就会原地崩溃即DDoS攻击，于是服务器不保存自己的序号，而是根据服务器的IP地址和端口号等私有信息通过算法得到序号
握手后
客户端和服务器成功建立连接，可以发送HTTP请求，服务器响应内容
四次挥手
客户端和服务器的内容交流完毕，需要关闭二者的连接。客户端和服务器都可以主动发出关闭连接的请求。
以下假设客户端主动发起关闭二者连接的请求：
- 客户端向服务器发送TCP报文，开启FIN（结束）和ACK（确认），并发送自己的序号和确认号
- 服务器接收到后，将客户端确认号作为自己的序号，将自己的确认号 = 客户端序号 + 1，并开启ACK发给客户端
- 此时客户端还有没有正式关闭通道，因为服务器可能还有需要发送过来的消息，等服务器发送完数据之后，在发送FIN + ACK来进行最后的确认，此时服务器的序号和确认号并不需要改变（因为没有一来一回的交流）
- 客户端接收到服务器的最终结束确认后，发送ACK进行最后的确认，此时客户端序号 = 服务器序号 + 1，客户端确认号 = 服务器序号
IPv4地址
IP地址的底层是二进制的，由4组8位二进制组成。
IP地址 = 网络号 + 主机号
IP地址的分类：（D、E是特殊类）
记住这个规律，就可以随便将十进制转换成二进制啦
子网掩码
目的：为了解决简单分类导致的IP分配不合理，比如一个地方分类了256个但实际需要更多，一个地方分了256个但实际只需要1个
作用：划分网络号和主机号
将十进制IP地址转换成二进制后，进行锁定和不锁定，就可以将完成锁定后的二进制转换成十进制，得到的就是子网掩码:
如何判断一个IP地址和其他IP地址是不是同一个网络的：将IP地址的每一组转换成二进制，看锁定的位置长度是不是一样，一样就是同一个网络
将IP地址和子网掩码放在一起，就知道网络号和主机号的额界限在哪里了：
可以用CIDR方法表示子网掩码：子网掩码的二进制有几个1，就写成IP地址/子网掩码1的数量。注意！IP地址最后一位用起始的0表示
例子：通过IP地址和子网掩码判断主机部分和网络部分
IPv6
IPv4结合CIDR和NAT可以解决大量IP地址不够的问题。
IPv6底层也是二进制，增加至128位，也就是8组16位二进制。而且分割每一组是用冒号，而不是点。
IPv6 = 网络部分（前64bit）+ 接口ID（后64bit）
由于将二进制转换为十进制，数字太大，所以采用十六进制。
IPv6存在类似CIDR的写法：
64是十进制，表明前面连续64位二进制数组成前缀， 即网络部分
缩写：
- 将每一组前面的0去掉
- 连续的0所在地方写成双冒号
例1：
例2：
但是这种写法就不知道到底省略的是几组0了，所以省前不省后，写成下面的形式：
IP地址分类：
全球单播： 类似共有地址，可以被路由器转发，以2或3开头（因为规定前3个bit位001）
IPv4与IPv6的区别：
IPv6无子网掩码
IPv4与IPv6的安全性：未知
边界网关协议BGP
自治系统使用BGP规则进行数据的流通。需要手动配置。
分类：
eBGP和iBGP的区别：
- iBGP从eBGP得到的自治系统路径是不会更新或修改的，只能eBGP更新或修改
- eBGP之间不需要全互联，iBGP需要全互联
使用的协议：TCP协议，179端口
两个BGP会话是有4种基本报文类型：
两个BGP会话是有6种状态：
BGP核心：
选择最优路径。涉及到的5个重要属性：
HTTP
客户端是主动型选手，服务器是被动型选手，服务器要等客户端发送请求了才能作出响应。在进行数据交流时，客户端要发送请求报文给服务器，服务器要发响应报文给客户端。HTTP规定了请求报文和相应报文的格式。
请求报文：
- 请求行：包含请求方法，请求地址，HTTP协议版本等
- 请求头：与浏览器有关的信息，键值对形式，空行表示请求头结束
- 请求数据：具体需要的数据，获取数据的形式
响应报文
格式与请求报文类似
- 状态行：状态码
- 响应头部：键值对形式，空行表示响应头结束
- 响应数据
GET请求只是简单的获取数据，可以没有主体
首部最后一行是空行，表示首部的结束
HTTP支持传输任意类型的内容
方法：
- GET：获取
- POST：传输提交数据
状态码：
- 服务端可以自行创建状态码
- 1开头表示接受的请求处理中
- 2开头表示成功，200表示正常被处理，201表示已创建用户，204表示无内容返回
- 3开头表示重定向，会让浏览器执行某些特别的处理，304表示可以使用缓存的内容，301表示数据被永久移到其他地方，302表示数据被临时移到其他地方，
- 4开头表示客户端错误，404表示被服务器拒绝or找不到请求的资源，400表示语法请求服务器无法理解，401表示身份认证查无此人，403表示拒绝客户端的请求，409表示请求冲突（可能是版本问题）
- 5开头表示服务端错误，500表示服务器内部发生错误或故障，502表示代理网关错误，503表示服务器超载或维护
响应首部：
1、content-type内容类型
每当客户端发送请求后，服务器会返回各种不同的数据类型，比如文件、图片、音视频等，浏览器能根据这个内容类型去处理不同类型的数据
请求首部：
1、Connection：close
客户端不需要发送请求时发送，进行关闭连接
报文发送形式：
在TCP/IP模式下，应用层浏览器根据用户输入的网址，分析出服务器地址和资源位置
对于HTTP，重要的是传输层，传输层协议配合HTTP所定义的传输数据的方式，也就是从传输层中选择协议，TCP或UDP，绝大部分HTTP用的是TCP，因为TCP是可靠传输，UDP是不可靠传输
在HTTP1.1中，默认为持久连接，客户端可以一直发送请求，没有请求要发送时就发送Connection：close首部给服务器
HTTP无状态：服务器不会把每次请求都记录下来。可以用cookie，需要在首部加上cookie信息实现保持登录、状态管理
HTTP缓存
目的：为了重复使用被存储的信息
好处：
- 减少服务器和客户端之间的通信次数
- 降低网络延迟
- 加速页面加载
- 提高用户体验
缓存类型：
1、浏览器缓存
本地存储
2、代理缓存
代理服务器在客户端和服务器之间，备份源服务器的资源作为缓存，客户端可以获取代理服务器的数据
3、数据库缓存
数据库操作有增删改查，数据库缓存可以减缓数据库重复资源的操作
HTTP缓存的工作原理
请求资源时，看看缓存里有没有，没有则向服务器获取，有则查看缓存是否过期
查看缓存没过期 =》使用，过期 =》与服务器进行验证
服务器告知没有过期 =》使用缓存，服务器告知过期 =》服务器返回新的资源作为新的缓存
HTTP与缓存有关的首部
1、Pragma（逐渐被抛弃）
2、Cache-Control
（1）max-age：资源保存为缓存的最长时间，单位秒
资源长期不需要改变的时候，浏览器存储、CDN都可以做到
（2）no-cache：资源可以进行缓存，但是每次使用前都要和服务器确认，代理服务器不可以对该资源进行缓存
一般html这种网页框架不会经常改变的就可以这样设置，如果想长期不变也只是发送体积量很小的信息与服务器进行确认
（3）no-store：让浏览器不要缓存，每次都要向服务器发送请求
（4）private：资源只能给当前的浏览器缓存，其他任何代理服务器都不可以缓存
（5）public：浏览器和代理服务器都可以缓存
3、etag：每次资源更新后，新的etag也会被服务器更新
4、表示缓存时间
由于浏览器和服务器的时间可能不同步，通常二者配合使用
（1）Expires：缓存的过期时间
未达到过期时间的资源都可以用，也不会向服务器要求更新资源
（2）Last-modified：资源最后修改时间
客户端发送请求之前检查一下修改资源的时间是否一致，时间一致就表示资源未修改，时间不一致就要向服务器发请求
HTTPS
HTTP请求和响应的报文都是明文的，不太安全
HTTPS = HTTP + TLS/SSL加密
SSL与TLS
SSL是TLS的前身，目前绝大部分浏览器都支持TLS
对称加密
加密和解密用的是同一种算法
如果第三方知道这个加密规则，就很麻烦了
非对称加密
用两个密钥进行加密和解密，其中一个是公开密钥，另一个是持有方的私有密钥，一般放在服务器里。数据经过公钥加密只能被私钥解密，经过私钥加密只能被公钥解密
服务端拥有成对的私钥和公钥，只公布公钥给客户端，客户端用公钥给自己的数据加密，加密后公钥没法对这个数据解密，只有服务端的私钥才可以解密
SSL证书
保存在源服务器的数据文件，要让这个证书生效，就需要向CA（证书授权中心）申请。
这个证书包含公钥，服务器申请到这个证书后，客户端就可以通过HTTPS访问服务器了
TLS握手过程
先非对称加密，后对称加密，会话密钥只用在当前会话
TLS1.2与TLS1.3的区别
TLS1.2有2个核心算法：RSA，DH
使用RSA进行密钥交换，服务器有成对的公钥和私钥，公钥加密后只有私钥能打开，加密后公钥也无法打开 =》公钥加密，私钥解密的原理
使用DN进行交换，双方都有私钥，必须提供自己的协商参数给对方，接收到对方的协商参数后，双方用自己的私钥和对方的参数算出同一个密钥
TLS1.3
支持3种密钥交换模式
协议+ 对称加密+ 哈希
HTTP1.1、 HTTP2、 HTTP3的区别
安全性：HTTP3 > HTTP2 > HTTP1.1
报文的压缩：HTTP1.1只压缩报文主体，HTTP2压缩报文主体和首部
数据帧所在层：HTTP2在应用层，HTTP3在传输层
HTTP1.1
1、第一个标准意义上的HTTP协议
2、传输数据的方式是一次一份 =》客户端发送HTTP请求后需要等到收到HTTP响应，才可以发送下一个HTTP请求
3、HTTP队头阻塞：只要有一次请求没有获取响应，后面的请求就没法进行下去了。或者在允许多个连接时，只要有一个连接没收到，都会造成队头堵塞
4、默认持久连接keep-alive =》保持TCP连接，不需要对每个请求再进行TCP三次握手，请求和响应都可以放在同一个连接里
5、一个一个请求的连接方式太慢，连接过多容易DDos攻击，各个浏览器允许的持久连接数也不同
6、管线化技术：单个链接可以发多次请求，缺点是响应的顺序必须按照发送请求的顺序，造成执行难度大。解决方案：①雪碧图（精灵图），②Data URLs：图片用base64编码，就可以以字符形式将图片写进html或css文件里，③域名分片
7、报文主体压缩，首部不压缩
HTTP2
1、多路复用：解决HTTP1.1队头堵塞的问题。但解决的只是应用层上的
2、请求和响应报文被划分为各个不同的帧，帧又可以分为首部帧和数据帧。也就是把HTTP报文的首部和实体拆分为两部分，首部划分为首部帧，实体划分为实体帧
3、帧里的流标识符，使帧可以不用按照一定顺序就抵达对方那里
4、帧类型里可以设置优先级，标注流的权重，控制发送顺序
5、报文主体和首部都压缩，HPACK的压缩算法：要求浏览器和服务器都保存一张静态只读的表
6、服务器推送
7、报文变为二进制的帧
8、TLS加密
9、TCP的队头堵塞
HTTP3
1、整合是核心，将TCP和TLS的握手过程整合在一起，减少数据来回带来的开销
2、UDP协议，基于UDP新增QUIC协议。QUIC整合了TCP和TLS，使HTTP3默认是加密传输
3、从应用层传过来的数据被封装成QUIC帧 ，也有流标识符，但与HTTP2的不同在于HTTP3在应用层上没有帧的概念，而是在传输层才有帧，从源头解决队头堵塞问题
4、QUIC帧被封装成QUIC数据包，加上connection ID，用以识别当网络改变时（IP地址变了）还可以使用同一连接，避免再次握手
5、QUIC数据包会把QUIC帧加密
6、QUIC数据包会被UDP封装成数据段，UDP加上端口号，QUIC就会像TCP一样开启连接
DNS域名解析过程
DNS一般用UDP协议
查询浏览器缓存中有没有对应的IP记录，查询主机本地文件有没有对应的记录，有 =》不用进行后续操作
DNS域名解析过程 === 域名转换为IP地址
互联网的每台电脑都是通过IP地址来标识位置的，但是IP地址太多了记起来很麻烦，可以将IP地址与域名联系起来，记域名就行，在浏览器是输入域名得到相应网页的内容，而不是输入IP地址
域名是一个结构树
域名服务器
目前有13个域名服务器
内容分发网络CDN
客户端与服务器距离可能很远，数据传输时可能出现堵塞等情况，为了解决距离这个问题，有多台边缘服务器（接近用户的服务器）提供服务，CDN就是帮服务器近距离给用户分发网页内容的。
分发内容
静态内容：网页内不需要随意改变，长期保持的内容
动态内容：需要经常改变的内容
源服务器发送文件给CDN时利用HTTP头部的cache-control设置文件的缓存形式，告知CDN哪些资源可以保存、保存多长时间，哪些资源不可保存。静态资源不是一定保存在CDN里的。
分发流程——静态内容
CDN没有网站的源内容，源服务器会先把静态内容提前备份给CDN ------ push
在用户访问网页时 ------ request ， 就近的CDN就会将静态内容提供给用户 ------ response
源服务器没有把静态内容提前备份给CDN，用户访问网页时，CDN就要向源服务器索取响应的静态内容 ------ pull
源服务器可以让CDN进行备份，CDN得到内容后再提供给用户，有了备份后，其他再请求网页的用户就可以马上拿到内容
分发流程——动态内容
有些CDN会提供可以运行在CDN上的接口，让源服务器用这些接口而不是用自己的代码，这样用户可以直接从CDN获取时间，而不是从源服务器获取
安全性和可靠性
布局多台CDN服务器，监控CDN服务器的负载情况，如果某台CDN服务器超载，就将用户的请求转移到没有超载的CDN服务器上，目的是平均分配网络流量，称为负载均衡
CDN用什么方法转移流量？任播。采用任播后，服务器对外都有同样的IP地址，这个IP地址接收用户请求后，请求会由离用户最近的服务器响应
采用TLS/SSL证书给网站进行保护
CDN也被当做加速器 / 加速方法
CDN将文件压缩或最小化
CDN自身会优化自己的硬件和软件，硬件不能比源服务器差
CDN减少费用
大部分网站由主机商托管，网站主需要向主机商支付费用（比如网络带宽）
CDN更接近用户来提供服务，减少了CDN到源服务器之间带宽的占用和使用
在浏览器输入URL回车后发生什么
用例子记：去医院看病 =》挂号告知去哪个科室看医生 --> 看医生之前在医生办公室门口敲门问看是否方便进去 --> 就诊，叙述病情和治疗请求 --> 医生告知病情确诊 --> 治病，人好了
- DNS解析：把URL地址解析为IP地址。DNS是一个数据库，记录着很多URL和对应的IP地址，有了IP地址就可找到指定的服务器
- 发送请求前，建立TCP连接，TCP三次握手
- 发送HTTP请求：浏览器发送HTTP请求报文（请求行、请求头、请求数据）给服务器
- 响应HTTP请求：服务器处理请求报文，作出响应
- 页面渲染：浏览器接收服务器响应后，页面开始进行渲染，解析接收到的html、css、js等文件
浏览器渲染页面流程
Cookie、Session、Token的区别
由于HTTP无状态，在登录页面之后再次登录，HTTP也不知道来过没有
- Session诞生并保存在服务器，由服务器主导一切
- Cookie是一种数据载体，把Session放入Cookie送到客户端，Cookie跟随HTTP的每个请求发送出去
- Token诞生在服务器，保存在浏览器，由客户端主导一切，可以放到Cookie或Storage里，Token像令牌一样被允许访问服务器
Cookie
浏览器发起HTTP请求，服务器进行Cookie设置（Set-Cookie），将Set-Cookie里的name和value写好，Cookie发给浏览器，浏览器会保存，此后浏览器发送的每个请求都会加上这个Cookie
总结：Cookie就是存在浏览器的数据
缺点：在浏览器可以看到保存的Cookie，所以用户和密码保存在浏览器其实不太安全
Session 会话
浏览器访问服务器就是会话的开始
不同网站对每个用户的会话都设定了时间（结束会话的时间）和ID（Session ID）。服务器在发送Cookie之前对含有Session ID的Cookie签名，如果黑客拿到Session ID，也无法知道用户密码，拿到也没用
数据保存在数据库
Token JWT（JSON Web Token）
用户第一次登录网页，服务器生成一个JWT，服务器不需要保存这个JWT，只需要保存JWT签名的密文，把JWT发送给浏览器，让浏览器以Cookie或Storage的形式存储，如果以Cookie的形式保存下来，用户每次发请求都会将JWT发给服务器，用户不需要在输入账号密码
JWT = header.payload.signature =》header声明用什么算法生成签名，payload特定数据，如有效期，signature
跨域解决办法
XSS网络攻击
反射型：网络黑客制作了一个URL发给用户，用户将这个URL输入浏览器，浏览器访问网站服务器，服务器查看链接后以为用户要检索某些信息，没有进行额外过滤和信息存储就返回了页面结果，但URL里是有额外操作的（如把用户信息发送给黑客），那么恶意代码就会植入页面，用户点击URL就会中招
存储型：一般发生在可评论的网站，黑客不发表正常评论，而把恶意代码脚本作为评论发送网站服务器，服务器不过滤就会将评论永久保存起来，常见的保存在数据库，每个用户在这个网站一进评论区就可以看到恶意代码，那么就会把用户的信息发给黑客
DOM型：
