概述
如何让数据具有自我描述性?
使数据携带自身的信息
为什么网络有层级的划分?
目的是通过通过模块化和分工协作，解决复杂的系统设计、管理和操作问题
交换机、路由器要不要阅读一个信息的头部？要不要阅读数据部分？
要阅读头部，要知道数据从哪来，到哪去，但不用阅读数据部分
网卡：网卡可以完成帧的封装和解封装，工作在数据链路层。 中继器：中继器以比特方式将网络信号进行再生和重定时，使其能够传输更长的距离。 放大器 集线器： 集线器实际上就是一个多端口的中继器。 网桥/桥接器：连接两个局域网的一种存储转发设备，可以将一个大的LAN分割为多个网段，或者将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN。 交换机：交换机有一张交换表，可以记录MAC帧和对应端口。(相当于网桥+集线器) 路由器：路由选择、存储转发、连接外部网络。
| 协议名 | 层 | 协议功能 | 占用端口 号 |
|---|---|---|---|
| HTTP 超文本传输协议 | 应用层 | 传输Web网站网页和其他资源 | 80 |
| FTP文件传输协议 | 应用层 | 文件上传和下载 | 20/21 |
| Telnet 远程连接协议 | 应用层 | 远程登录（无加密） | 23 |
| SSH安全外壳协议 | 应用层 | 远程登陆(加密) | 22 |
| SMTP 简单邮件传输协 议 | 应用层 | 电子邮件（邮件在服务器之间提交和传 送） | 25 |
| POP3 邮局协议版本3 | 应用层 | 电子邮件（邮件最终交付协议） | 110 |
| TCP | 传输层 | 可靠的面向连接的传输层协议 | |
| UDP | 传输层 | 不可靠的基于数据报的传输层协议 | |
| IP | 网络层 | 网际互联协议 | |
| ICMP | 网络层 | 网络控制消息协议 | |
| IGMP | 网络层 | 网络组管理协议 | |
| ARP | 数据链路 层 | 地址转换协议 | |
| RARP | 数据链路 层 | 反向地址转换协议 |
万维网
万维网（World Wide Web，简称 WWW）的诞生和发展依赖于以下三个核心要素，它们共同构成了现代互联网信息交互的基础：
1. URL（统一资源定位符）
作用 ：为网络中的资源（如网页、图片、API）提供唯一标识和访问地址。
https://www.example.com:443/path/to/resource?query=value#fragment
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
协议 主机名 端口 路径 查询参数 片段
以下是URL各组成部分的表格化总结：
| 组成部分 | 作用 | 示例 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
| 协议（Scheme） | 指定访问资源使用的应用层协议 | https://、ftp:// |
后跟://，现代浏览器默认隐藏http://或https:// |
| 主机名（Host） | 标识资源所在的服务器地址（域名或IP） | www.example.com、192.168.1.1 |
可包含子域（如blog.example.com） |
| 端口（Port） | 指定服务器服务的网络端口 | :443（HTTPS）、:8080（自定义端口） |
默认端口可省略（HTTP=80，HTTPS=443） |
| 路径（Path） | 标识服务器上资源的具体位置（类似文件路径） | /articles/2023/、/index.html |
区分大小写（取决于服务器配置） |
| 查询参数（Query） | 向服务器传递额外参数（以?开头，&分隔） |
?id=123&lang=zh |
常用于搜索（?q=keyword）、分页（?page=2） |
| 片段（Fragment） | 指向资源内的锚点（以#开头），仅客户端使用 |
#section-2、/#/home（SPA路由） |
不发送到服务器，用于页面内跳转或前端路由 |
2. HTTP（超文本传输协议）
HTTP 的中文全称是 超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol）。
超文本（HyperText）含义：超越普通文本的交互式文本，支持嵌入链接、图片、视频等多媒体资源。
GET：通过 URL 的查询字符串（
?key=value）传递数据，可见且长度受限（约 2048 字符）。POST：通过请求体（body）传输数据，不可见且支持大量数据（如文件上传）。
发送
发送的HTTP请求一般称之为HTTP请求报文，分为请求行、请求头/消息头、空行、请求体/请求正文四部分.其中的一些消息头和正文都是可选的，消息头和正文内容之间要用空行隔开.
XML
GET /stm32/index.html?toc=0&ws=off&reset=true HTTP/1.1 # 请求行：使用GET方法获取/stm32/index.html资源，附带3个查询参数，使用HTTP/1.1协议
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7 # 可接受的响应内容类型及优先级(q值)
Accept-Encoding: gzip, deflate # 支持的压缩编码格式
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9 # 优先接收中文内容
Cache-Control: max-age=0 # 禁用缓存，强制向服务器验证
Connection: keep-alive # 要求保持TCP连接
Cookie: __itrace_wid=f3d24dcd-1c13-4bec-8cc9-11d91bc0475e; __itrace_wid=6d823e9c-84aa-43bd-1109-18aee93b70cd # 发送的Cookie信息(包含两个相同的键，可能是错误)
Host: 47.97.82.68:8080 # 目标服务器地址和端口
If-Modified-Since: Tue, 06 May 2025 12:41:12 GMT # 条件请求：如果资源在此时间后未修改则返回304
If-None-Match: W/"681a0368-b41d8" # 条件请求：如果ETag匹配则返回304
Upgrade-Insecure-Requests: 1 # 表示客户端优先选择HTTPS
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/130.0.0.0 Safari/537.36 QuarkPC/4.2.5.446 # 客户端浏览器信息(Windows系统，Chrome内核，Quark浏览器)
请求正文请求行（Request Line）:第一行
请求头（Request Headers） :从第二行开始到空行前的所有内容均为请求头，用于传递附加信息
响应
服务器发送的HTTP响应一般称之为HTTP响应报文，分为响应行、响应头/消息头、空行、响应体四部分.其中的一些消息头和正文都是可选的，消息头和正文内容之间要用空行隔开.
XML
HTTP/1.1 304 Not Modified # 响应行：HTTP/1.1协议，状态码304表示资源未修改
Server: nginx/1.18.0 (Ubuntu) # 服务器类型及版本（Ubuntu系统下的Nginx 1.18.0）
Date: Fri, 25 Jul 2025 13:47:28 GMT # 服务器响应时间（2025年7月25日13:47:28 GMT）
Last-Modified: Tue, 06 May 2025 12:41:12 GMT # 资源最后修改时间（与请求中的If-Modified-Since一致）
Connection: keep-alive # 保持TCP连接不关闭
ETag: "681a0368-b41d8" # 资源标识符（与请求中的If-None-Match一致）
响应正文| 状态码范围 | 类别 | 说明 | 常见例子 |
|---|---|---|---|
| 1XX | 信息性状态码 | 请求已被接收，继续处理 | 101 Switching Protocols（协议切换） |
| 2XX | 成功状态码 | 请求已成功处理 | 200 OK（成功） |
| 3XX | 重定向状态码 | 需进一步操作以完成请求 | 301 Moved Permanently（永久重定向） |
| 4XX | 客户端错误 | 请求包含语法错误或无法完成 | 404 Not Found（资源不存在） |
| 5XX | 服务器错误 | 服务器处理请求失败 | 500 Internal Server Error（服务器内部错误） |
3. HTML（超文本标记语言）
-
作用 ：定义网页的结构和内容，并支持超链接（Hyperlink）实现资源互联。
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关键点：
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超文本特性 ：通过
<a>标签链接其他资源，形成网状信息结构。 -
跨平台兼容：纯文本格式，可在不同设备和浏览器中渲染。
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多媒体整合：支持嵌入图片、脚本（JavaScript）、样式（CSS）等。
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意义：解决了"如何呈现和关联资源"的问题，是万维网的"内容载体"。
三者的协作关系
1.浏览器输入URL → 2. DNS解析获取IP → 3. 建立TCP连接 → 4. 发送HTTP请求报文 → 5. 服务器返回响应 HTML→ 6. 浏览器渲染页面。
DNS解析 （Domain Name System Resolution）是将人类易读的域名 （如 www.example.com）转换为机器可识别的IP地址 （如 192.0.2.1）的过程。
不同的域名可以用同一个服务器？
答案是肯定的！ 多个域名可以指向同一台服务器，通过监视程序统一管理。
HTTPS
safe:安全的
TCP
长连接 和 短连接的区别
| 类型 | 定义 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 短连接 | 每次通信后立即断开连接，下次通信需重新建立TCP连接。 | HTTP/1.0、简单的请求-响应模型（如早期Web） |
| 长连接 | 建立连接后保持连接不关闭，允许多次数据传输（通过心跳保活）。 | HTTP/1.1、数据库连接、实时通信（如WebSocket） |
TCP头部结构（共20字节基础长度 + 可选选项）
| 字段名 | 位数 | 作用说明 | 示例/备注 |
|---|---|---|---|
| 源端口（Source Port） | 16 bit | 发送方的端口号。 | 如 80（HTTP服务端口） |
| 目的端口（Destination Port） | 16 bit | 接收方的端口号。 | 如 54321（客户端临时端口） |
| 序列号（Sequence Number） | 32 bit | 当前数据段的第一个字节的序列号，用于数据排序和重组。 | 初始值随机生成（ISN），后续累加数据长度。 |
| 确认号（Acknowledgment Number） | 32 bit | 期望收到的下一个字节的序列号（仅当ACK=1时有效）。 | 如收到seq=1000，则回复ack=1001。 |
| 数据偏移（Data Offset） | 4 bit | TCP头部的长度（以4字节为单位），用于定位数据开始位置。 | 最小值为5（20字节头部）。 |
| 保留（Reserved） | 6 bit | 保留字段，必须置0。 | 未来扩展使用。 |
| 控制标志（Flags） | 6 bit | 控制连接状态的关键标志位： | |
| - URGUrgent | 1 bit | 紧急指针有效（高优先级数据）。 | 如Telnet中断命令。 |
| - ACKAcknowledgment | 1 bit | 确认号有效（建立连接后通常为1）。 | 三次握手中第二次开始ACK=1。 |
| - PSHPush | 1 bit | 接收方应立即将数据推送给应用层（避免缓冲区延迟）。 | 如实时聊天消息。 |
| - RST | 1 bit | 重置连接（异常终止）。 | 收到无效报文时强制断开。 |
| - **SYN :**Synchronize | 1 bit | 同步序列号（用于建立连接）。 | 三次握手中前两次SYN=1。 |
| - FIN | 1 bit | 终止连接（正常关闭）。 | 四次挥手中FIN=1。 |
| 窗口大小（Window Size） | 16 bit | 接收方的可用缓冲区大小（流量控制），表示当前能接收的字节数。 | 动态调整（滑动窗口机制）。 |
| 校验和（Checksum） | 16 bit | 校验头部和数据部分的完整性（包括伪头部）。 | 防止传输错误。 |
| 紧急指针（Urgent Pointer） | 16 bit | 当URG=1时有效，指向紧急数据的末尾偏移量。 | 需配合URG标志使用。 |
| 选项（Options） | 可变 | 可选字段（长度由数据偏移决定），用于扩展功能： | |
| - MSS（Maximum Segment Size） | 可变 | 协商最大报文段大小（通常1460字节，以太网MTU=1500）。 | 三次握手时协商。 |
| - SACK（Selective ACK） | 可变 | 选择性确认，支持部分重传。 | 提高重传效率。 |
| - 时间戳（Timestamp） | 可变 | 计算RTT（往返时间）和防止序列号回绕。 | 高带宽网络必备。 |
| 填充（Padding） | 可变 | 确保TCP头部长度是4字节的整数倍。 | 选项字段不足时补0。 |
三次握手的作用
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第一次握手（SYN）
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客户端发送SYN，携带自己的初始序列号ISN（Sequence Number:857960100）。
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目的 ：告知服务端"我想建立连接，我的序列号是X=857960100"。
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第二次握手（SYN-ACK）
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服务端返回SYN-ACK，携带自己的初始序列号ISN(Sequence Number:304853757)，并确认客户端的ISN ( ACK=X+1),也就是ACK=857960100+1。
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目的 ：回应客户端"我收到你的SYN了，我的序列号是Y=304853757，下次请发X+1"。
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第三次握手（ACK）
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客户端发送ACK，确认服务端的ISN（ACK=Y+1）也就是304853757+1。
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目的 ：告知服务端"我收到你的SYN-ACK了，下次请发Y+1"。
-
关键点：第三次握手是客户端对服务端序列号的显式确认，确保双方序列号同步，且服务端知道客户端是活跃的。
TCP三次握手流程详解
| 步骤 | 发送方 | 报文内容 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 第一次握手 | 客户端 | SYN=1, seq=X |
告知服务端："我想建立连接，我的初始序列号是X"。 |
| 第二次握手 | 服务端 | SYN=1, ACK=1, seq=Y, ack=X+1 |
回应客户端："我收到你的SYN了，我的序列号是Y，下次请从X+1开始发数据"。 |
| 第三次握手 | 客户端 | ACK=1, seq=X+1, ack=Y+1 |
确认服务端："我收到你的SYN-ACK了，下次请从Y+1开始发数据"。 |
为什么TCP需要三次握手？两次握手为什么不行？
两次握手：类似"你约朋友吃饭，朋友说'好'，但你不确认他是否听到你的约定"。
风险：朋友可能没听清，但你默认他已同意。
三次握手：你约朋友 → 朋友说"好" → 你回复"收到"。
双方明确约定已达成。
TCP两次握手的问题 vs 三次握手的解决方案
| 问题分类 | 两次握手的缺陷 | 三次握手的解决方案 |
|---|---|---|
| 历史连接干扰 | 服务端收到旧SYN会直接建立连接，客户端因序列号不匹配拒绝，导致服务端资源浪费。 | 客户端通过第三次ACK确认有效性，服务端仅对有效ACK分配资源。 |
| 初始序列号（ISN）同步 | 服务端无法确认客户端是否收到自己的SYN-ACK（ISN可能丢失），后续数据传输不可靠。 | 客户端的第三次ACK显式确认服务端的ISN（ACK=Y+1），确保双方序列号同步。 |
| 重复SYN导致的资源浪费 | 服务端无法区分重复SYN（如网络重传），会为每个SYN创建连接，耗尽资源。 | 服务端仅在收到客户端的ACK后分配资源，避免无效连接。 |
TCP协议如何保证数据的可靠传输？
| 机制 | 解决的问题 | 实现方式 |
|---|---|---|
| 三次握手 | 可靠连接建立 | SYN、ACK同步序列号 |
| 序列号与确认号 | 数据顺序、丢包检测 | 每个字节标记序列号，ACK确认接收范围 |
| 超时重传 | 丢包恢复 | RTO超时未收到ACK则重传 |
| 滑动窗口 | 流量控制 | 动态调整发送窗口大小（RWND） |
| 拥塞控制 | 网络拥塞避免 | 慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复 |
下面表格通过举例说明了超时重传、滑动窗口动态调整大小和快重传机制
| 步骤 | 发送方（Client） | 接收方（Server） | 机制触发 |
|---|---|---|---|
| 1 | 发送seq=1~1000 |
未收到（丢包） | 超时重传（RTO触发） |
| 2 | 超时后重传seq=1~1000 |
收到并回复ACK=1001, RWND=4096 |
滑动窗口更新 |
| 3 | 发送seq=1001~5000 |
收到但缓冲区满，回复ACK=5001, RWND=2048 |
流量控制（窗口调小） |
| 4 | 发送seq=5001~7048（2KB） |
收到seq=5001~7048，回复ACK=7049 |
正常传输 |
| 5 | 发送seq=8001~9000（丢包） |
收到seq=9001~10000，回复3次ACK=8001 |
快重传 + 快恢复 |
发送方可能一次发送很多TCP报文, 目的方着急回复确认吗? 不着急,偶尔回复
为什么发送数据时要携带源端口? 接收端需要知道从哪个端口回复
超时重传和快重传有什么区别?见上
完整处理流程示例
假设发送 20KB 数据（MSS=1460B，初始 CWND=2 MSS）：
-
分片：分成 14 个段（14×1460B）。
-
慢启动：
- 发送 2 段 → 收到 ACK → CWND=4 → 发送 4 段 → ...
-
流量控制：若接收方 RWND=0，暂停发送。
-
拥塞控制：丢包后触发快重传，CWND 减半。
-
重组数据：接收方按序列号排序，提交给应用层。
补充:TCP协议核心术语对照表
| 英文缩写 | 英文全称 | 中文解释 |
|---|---|---|
| TCP | Transmission Control Protocol | 传输控制协议，提供可靠的、面向连接的字节流服务。 |
| IP | Internet Protocol | 网际协议，负责数据包的路由和寻址。 |
| MTU | Maximum Transmission Unit | 最大传输单元，单次数据传输的最大长度（如以太网MTU=1500字节）。 |
| MSS | Maximum Segment Size | 最大报文段长度，TCP数据段的最大负载（MSS = MTU - IP头 - TCP头）。 |
| SYN | Synchronize Sequence Numbers | 同步序列号，用于建立连接（三次握手的第一步）。 |
| ACK | Acknowledgment | 确认号，表示已成功接收数据（ACK=1时有效）。 |
| FIN | Finish | 终止连接标志，用于正常关闭连接（四次挥手）。 |
| RST | Reset | 重置连接标志，强制终止异常连接。 |
| URG | Urgent | 紧急指针标志，表示数据需优先处理（如中断命令）。 |
| PSH | Push | 推送标志，要求接收方立即将数据提交给应用层。 |
| ISN | Initial Sequence Number | 初始序列号，TCP连接开始时随机生成的序列号。 |
| RTT | Round-Trip Time | 往返时间，数据从发送到确认接收的时间。 |
| RTO | Retransmission Timeout | 重传超时时间，超时未收到ACK则触发重传。 |
| RWND | Receive Window | 接收窗口，接收方当前可用的缓冲区大小（流量控制）。 |
| CWND | Congestion Window | 拥塞窗口，发送方根据网络拥塞程度动态调整的发送窗口。 |
| SACK | Selective Acknowledgment | 选择性确认，允许接收方告知发送方哪些数据已收到（优化重传）。 |
| MSS | Maximum Segment Size | 最大报文段长度，TCP单次传输的数据段最大值。 |
| NAT | Network Address Translation | 网络地址转换，将私有IP映射为公有IP（解决IPv4地址不足）。 |
| LAN | Local Area Network | 局域网，小范围内的私有网络（如家庭、办公室）。 |
| WAN | Wide Area Network | 广域网，跨越长距离的网络（如互联网）。 |