计算机网络 笔记

OSI 七层模型 (五层模型中 应用层对应为 7+6+5)计算机网络 笔记_第1张图片

1. 物理层(Physical Layer):

激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层重要的设备名称,中继器(Repeater,也叫放大器)和集线器。

2.数据链路层(Data Link Layer):

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务(以太网协议),其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的,数据链路必须具备一系列相应的功能,主要有:如何将数据组合成数据块,在数据链路层中称这种数据块为帧(frame),帧是数据链路层的传送单位;如何控制帧在物理信道上的传输,包括如何处理传输差错,如何调节发送速率以使与接收方相匹配;以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。该层的作用包括:物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等(为网络层提供可靠的数据传输)。

3.网络层(Network Layer):

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送,具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层,那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。

4.传输层(Transport Layer):

第一个端到端,即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外,传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。传输层的任务是根据通信子网的特性,最佳的利用网络资源,为两个端系统的会话层之间,提供建立、维护和取消传输连接的功能,负责端到端的可靠数据传输。在这一层,信息传送的协议数据单元称为段或报文。网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点,而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

5.会话层:

会话层管理主机之间的会话进程,即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

6.表示层:

表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。

7.应用层:

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

 

常见网络协议

IP:  IP协议(无连接(事先不建立会话)它不会占用两个正在通信的计算机之间的通信线路;不可靠(IP协议只是尽自己最大努力去传输数据包),可靠性由上层TCP协议提供)是将多个包交换网络连接起来,它在源地址和目的地址之间传送一种称之为数据包的东西,它还提供对数据大小的重新组装功能,以适应不同网络对包大小的要求。

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TCP:  传输控制协议(保证数据通信的完整性和可靠性,防止丢包)

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    -  三次握手:  建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。

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1.建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认。

2.服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态。

3.客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。

完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据。

    -  四次挥手:终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

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1.客户端先发送FIN,进入FIN_WAIT1状态

2.服务端收到FIN,发送ACK,进入CLOSE_WAIT状态,客户端收到这个ACK,进入FIN_WAIT2状态

3.服务端发送FIN,进入LAST_ACK状态

4.客户端收到FIN,发送ACK,进入TIME_WAIT状态,服务端收到ACK,进入CLOSE状态

TIME_WAIT的状态就是主动断开的一方(这里是客户端),发送完最后一次ACK之后进入的状态。并且持续时间还挺长的。客户端TIME_WAIT持续2倍MSL时长,在linux体系中大概是60s,转换成CLOSE状态。

TCP的状态:  SYN:建立连接;  FIN:关闭连接; ACK:响应; PSH:有Data数据传输; RST:连接重置; 

TCP如何保证可靠传输: 1.  三次握手;2.  将数据截断为合理的长度。应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块(按字节编号,合理分片);3.  超时重发。当 TCP 发出一个段后,它启动一个定时器,如果不能及时收到一个确认就重发;4.  对于收到的请求,给出确认响应;5.  校验出包有错,丢弃报文段,不给出响应;6.  对失序数据进行重新排序,然后才交给应用层;7.   能够丢弃重复的数据;8.  流量控制。TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP 的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出;9.  拥塞控制。当网络拥塞时,减少数据的发送。

 

UDP:  用户数据报协议是面向无连接的通讯协议,UDP数据包括目的端口号和源端口号信息,由于通讯不需要连接,所以可以实现广播发送。UDP通讯时不需要接收方确认,属于不可靠的传输,可能会出现丢包现象(不对传送数据包进行可靠性保证,适合于一次传输少量数据)。

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DNS:  用于命名组织到域层次结构中的计算机和网络服务,可以简单地理解为将URL转换为IP地址。

 

HTTP:  超文本传输协议(建立在TCP上的无状态连接)

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    -  请求头字段:

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    -  HTTP请求方法:

1.  GET方法:用来向服务器请求指定的资源,它是万维网中信息检索的主要方式。当服务器收到一个GET请求后,它会将所请求的资源内容放到响应体中,客户端收到GET响应后,根据头域中的一些信息,对响应体进行解析,从而得到所需要的资源。

2.  HEAD方法:用来请求资源的相关属性,而非资源本身,HEAD方法的响应消息中没有响应体。对HEAD请求,服务器需要保证对同一个URI,HEAD请求的响应内容和GET请求的响应内容去掉响应体后完全相同。

3.  POST方法:用于将请求报文中的消息体message body提交给服务器,请求目标资源对消息体内容进行相应处理,这通常会导致服务器上的状态发生变化(POST方法的响应消息是不被UA缓存)。

4.  PUT方法:用于将请求报文中的消息体message body提交给服务器,请求服务器创建一个新的目标资源,或者替换原先的目标资源。

5.  DELETE方法:用来请求源服务器删除请求URI标识的目标资源。

6.  PATCH方法:用于对资源进行部分修改。由于PATCH不是标准的HTTP方法,所以不能保证客户端和服务端都已经实现。

7.  OPTIONS方法:返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方法,也可以利用向web服务器发送‘*’的请求来测试服务器的功能性。

8.  CONNECT方法:HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。

    -  Get 与 Post 的区别:

1.  get参数通过url传递,post放在request body中;2.  get请求在url中传递的参数是有长度限制的,而post没有;3.  get请求只能进行url编码,而post支持多种编码方式;4.  get请求参数会被完整保留在浏览历史记录里,而post中的参数不会被保留;5.  GET产生一个TCP数据包,POST产生两个TCP数据包(Get方式的请求,浏览器会把HTTP  header和data一并发送出去,而对于Post,浏览器先发送header,服务器响应100 continue,浏览器再发送data);

    -  常见状态码:

2** 开头 (请求成功)表示成功处理了请求的状态代码。
  200 (成功) 服务器已成功处理了请求。 通常,这表示服务器提供了请求的网页。
  201 (已创建) 请求成功并且服务器创建了新的资源。
  202 (已接受) 服务器已接受请求,但尚未处理。
  203 (非授权信息) 服务器已成功处理了请求,但返回的信息可能来自另一来源。
  204 (无内容) 服务器成功处理了请求,但没有返回任何内容。
  205 (重置内容) 服务器成功处理了请求,但没有返回任何内容。
  206 (部分内容) 服务器成功处理了部分 GET 请求。

3** 开头 (请求被重定向)表示要完成请求,需要进一步操作。 通常,这些状态代码用来重定向。
  300 (多种选择) 服务器对请求可执行多种操作。 服务器可根据请求者 (user agent) 选择一项操作,或提供操作列表供请求者选择。
  301 (永久移动) 请求的网页已永久移动到新位置。 服务器返回此响应(对 GET 或 HEAD 的响应)时,会自动将请求者转到新位置。
  302 (临时移动) 服务器目前从不同位置的网页响应请求,但请求者应继续使用原有位置来进行以后的请求。
  303 (查看其他位置) 请求者应当对不同的位置使用单独的 GET 请求来检索响应时,服务器返回此代码。
  304 (未修改) 自从上次请求后,请求的网页未修改过。 服务器返回此响应时,不会返回网页内容。
  305 (使用代理) 请求者只能使用代理访问请求的网页。 如果服务器返回此响应,还表示请求者应使用代理。
  307 (临时重定向) 服务器目前从不同位置的网页响应请求,但请求者应继续使用原有位置来进行以后的请求。

4**开头 (请求错误)这些状态代码表示请求可能出错,妨碍了服务器的处理。
  400 (错误请求) 服务器不理解请求的语法。
  401 (未授权) 请求要求身份验证。 对于需要登录的网页,服务器可能返回此响应。
  403 (禁止) 服务器拒绝请求。
  404 (未找到) 服务器找不到请求的网页。
  405 (方法禁用) 禁用请求中指定的方法。
  406 (不接受) 无法使用请求的内容特性响应请求的网页。
  407 (需要代理授权) 此状态代码与 401(未授权)类似,但指定请求者应当授权使用代理。
  408 (请求超时) 服务器等候请求时发生超时。
  409 (冲突) 服务器在完成请求时发生冲突。 服务器必须在响应中包含有关冲突的信息。
  410 (已删除) 如果请求的资源已永久删除,服务器就会返回此响应。
  411 (需要有效长度) 服务器不接受不含有效内容长度标头字段的请求。
  412 (未满足前提条件) 服务器未满足请求者在请求中设置的其中一个前提条件。
  413 (请求实体过大) 服务器无法处理请求,因为请求实体过大,超出服务器的处理能力。
  414 (请求的 URI 过长) 请求的 URI(通常为网址)过长,服务器无法处理。
  415 (不支持的媒体类型) 请求的格式不受请求页面的支持。
  416 (请求范围不符合要求) 如果页面无法提供请求的范围,则服务器会返回此状态代码。
  417 (未满足期望值) 服务器未满足"期望"请求标头字段的要求。

5**开头(服务器错误)这些状态代码表示服务器在尝试处理请求时发生内部错误。 这些错误可能是服务器本身的错误,而不是请求出错。
  500 (服务器内部错误) 服务器遇到错误,无法完成请求。
  501 (尚未实施) 服务器不具备完成请求的功能。 例如,服务器无法识别请求方法时可能会返回此代码。
  502 (错误网关) 服务器作为网关或代理,从上游服务器收到无效响应。
  503 (服务不可用) 服务器目前无法使用(由于超载或停机维护)。 通常,这只是暂时状态。
  504 (网关超时) 服务器作为网关或代理,但是没有及时从上游服务器收到请求。
  505 (HTTP 版本不受支持) 服务器不支持请求中所用的 HTTP 协议版本。

 

HTTP1.0 、HTTP1.1、HTTP2.0 的主要区别

- HTTP1.0 、 HTTP1.1

连接方面:

HTTP1.0使用 非持久连接 ,即在非持久连接下,一个tcp连接只传输一个Web对象。每次请求和响应都需要建立一个单独的连接,每次连接只是传输一个对象,严重影响客户机和服务器的性能。 

HTTP1.1默认使用持久连接(然而,HTTP/1.1协议的客户机和服务器可以配置成使用非持久连接)在持久连接下,不必为每个Web对象的传送建立一个新的连接,一个连接中可以传输多个对象。在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应,减少了建立和关闭连接的消耗和延迟。HTTP 1.1的持续连接,也需要增加新的请求头来帮助实现,例如,Connection请求头的值为Keep-Alive时,客户端通知服务器返回本次请求结果后保持连接;Connection请求头的值为close时,客户端通知服务器返回本次请求结果后关闭连接。HTTP 1.1还提供了与身份认证、状态管理和Cache缓存等机制相关的请求头和响应头。

缓存方面:

HTTP1.0中主要使用header里的If-Modified-Since,Expires来做为缓存判断的标准。

HTTP1.1则引入了更多的缓存控制策略例如Entity tag,If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略带宽优化及网络连接的使用。

状态码:

在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码,如409(Conflict)表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突;410(Gone)表示服务器上的某个资源被永久性的删除

带宽优化:

HTTP 1.1支持只发送header信息(不带任何body信息),如果服务器认为客户端有权限请求服务器,则返回100,否则返回401。客户端如果接收到100,才开始把请求body发送到服务器。
这样当服务器返回401的时候,客户端就可以不用发送请求body了,节约了带宽。

Host头:

HTTP1.0中认为每台服务器都绑定一个唯一的IP地址,因此,请求消息中的URL并没有传递主机名(hostname)。但随着虚拟主机技术的发展,在一台物理服务器上可以存在多个虚拟主机(Multi-homed Web Servers),并且它们共享一个IP地址。

HTTP1.1的请求消息和响应消息都应支持Host头域,且请求消息中如果没有Host头域会报告一个错误(400 Bad Request)。

- HTTP1.1、HTTP2.0

多路复用:

在HTTP/1.1协议中,浏览器客户端在同一时间针对同一域名的请求有一定数据限制。超过限制数目的请求会被阻塞。HTTP2.0使用了多路复用的技术,做到同一个连接并发处理多个请求,而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。当然HTTP1.1也可以多建立几个TCP连接,来支持处理更多并发的请求,但是创建TCP连接本身也是有开销的。TCP连接有一个预热和保护的过程,先检查数据是否传送成功,一旦成功过,则慢慢加大传输速度。因此对应瞬时并发的连接,服务器的响应就会变慢。所以最好能使用一个建立好的连接,并且这个连接可以支持瞬时并发的请求。

首部压缩:

HTTP1.1不支持header数据的压缩,HTTP2.0使用HPACK算法对header的数据进行压缩,这样数据体积小了,在网络上传输就会更快。

服务器推送:

当我们对支持HTTP2.0的web server请求数据的时候,服务器会顺便把一些客户端需要的资源一起推送到客户端,免得客户端再次创建连接发送请求到服务器端获取。这种方式非常合适加载静态资源。 

 

 

HTTPS:  超文本传输安全协议(基于HTTP协议,通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护)

1.  内容加密:采用混合加密技术,中间者无法直接查看明文内容;2.  验证身份:通过证书认证客户端访问的是自己的服务器;3.  保护数据完整性:防止传输的内容被中间人冒充或者篡改。

 

 

 

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