计算机网络学习

资料来源：小林coding：https://www.xiaolincoding.com/

TCP 模型分几层

TCP 协议分成应用层，运输层，网络层，网络接口层。其中应用层是工作在用户态的，剩下三层都是工作在内核态的。

应用层

应用层采用的协议是 HTTP ，FPT，DNS 等协议。

传输层

传输层最重要的就是 TCP 和 UDP 两个协议。UDP 将消息打包在一起发送，不像 TCP 是基于字节流的。TCP 有许多特性如流量控制，超时重传，拥塞控制，这样能更加可靠地传输数据。相比之下 UDP 就没有那么可靠。

网络层

网络层主要就是 IP 协议。

用 IP 地址为设备进行编号，IP 地址分两部分，第一部分是网络号，第二部分是主机号。网络号标记目标设备属于哪个子网，主机号标注是子网下的哪个主机。可以配合子网掩码按位与来获得目标地址。

键入网址到网址显示发生了什么

第一步：解析 URL

第二步：生成 HTTP 请求

第三步：根据 URL 中的网址去 DNS 服务器中查找对应的 IP 地址

第四步：建立 TCP 连接进行发送

TCP 三次握手建立连接。

第五步：服务器接受响应并返回数据，客户端解析返回数据

HTTP 状态码为 2 开头是返回成功，3 开头是重定向到新地址，4 开头是出现错误。

第六步：渲染网页或下载数据

HTTP 是什么

HTTP 定义

超文本传输协议。超文本指的是 HTML 这种包含链接、图片、音频、视频、甚至复杂交互脚本的文本。HTTP 的最初目的就是为了传输这些"超越普通文本"的内容。

HTTP 常见状态码

GET 和 POST 请求

GET 从语义上来说是请求服务器中的资源，比如客户端要一个网页，那么就请求服务器把这个网页返回给你。POST 从语义上来说是请求服务器对你提交的资源进行处理，比如说你提交了一个文件，希望服务器对这个文件进行处理。下面是一个例子。POST 会新增或者提交数据。

HTTP 缓存技术

强制缓存

当浏览器请求资源时，首先会检查本地缓存。如果命中强制缓存，浏览器直接使用 本地副本，甚至不向服务器发送任何请求。

核心字段：

• Cache-Control (HTTP/1.1，推荐)：通过 max-age 设置资源有效期。

  • 例如：Cache-Control: max-age=31536000（代表该资源在一年内都有效）。

• Expires (HTTP/1.0，老旧)：指定一个绝对的过期时间点。

  • 缺点：如果客户端和服务器时间不一致，会导致缓存失效。

协商缓存

如果强制缓存失效了（比如超过了 max-age），浏览器就必须去问问服务器："我手里的这份旧文件，还能继续用吗？"这就是协商。

如果没变：服务器返回 304 Not Modified，不带报文主体。浏览器继续用旧的。

如果变了：服务器返回 200 OK，并带上全新的数据。

HTTP1.1

HTTP 1.1 支持长连接

HTTP 1.0 是每次传输都需要进行 TCP 连接，需要三次握手，HTTP 1.1 支持长连接，一旦 TCP 连接建立，就可以在同一条管道上连续发送多个请求。

HTTP 1.1 支持虚拟主机

在 1.1 之前，协议假设一个 IP 地址只对应一台物理服务器（一个网站）。

改进：引入了必须携带的 Host 请求头字段。

意义：现在一台服务器可以同时托管成千上万个网站（虚拟主机）。

HTTP/1.1 强制要求所有请求必须包含 Host 字段。这使得一台物理服务器可以同时托管成千上万个不同的网站，即使它们共享同一个 IP 地址。下面举一个例子。

具体流程如下：

浏览器端：你想访问 www.apple.com，浏览器解析出 IP 是 1.2.3.4。

建立连接：浏览器连接到 1.2.3.4 的 80 端口。

发送请求：

服务器处理：服务器（比如 Nginx 或 Apache）收到请求。它一看 Host 字段是 www.apple.com，就会去对应的文件夹里找苹果公司的网页；如果是 Host: www.banana.com，它就去另一个文件夹找香蕉公司的网页。

HTTP 1.1 支持管道化

管道化是指在信息发送时可以连续发送好几个信息，而不是发送第一个之后必须等待第二个回来才能发送第二个。

HTTP 1.1 存在队头堵塞

HTTP 1.1 可以连续发好几个请求，但是在响应上存在队头堵塞。比如说现在服务器要响应 A，B，C，其中 A 要花时间特别长,B 和 C 不用花那么长的时间，B 和 C 仍然要等待不能立刻响应，而是要等待 A 响应完成之后。

HTTPS 是什么

HTTP 是超文本传输协议，信息明文传输，容易被窃取。HTTPS 引入了 SSL/TLS。HTTP 是无状态的协议，HTTPS 是由 SSL + HTTP 构建的可进行加密传输，身份认证的网络协议。HTTPS 需要数字证书，HTTP 不需要。HTTPS 和 HTTP 使用的端口号不同，HTTP 是 80，HTTPS 是 443.

如何理解是 TCP 面向字节流协议

UDP 会将一个完整的消息发送出去。而 TCP 则不是，TCP 有可能一条消息被分成好几份，那么就需要在接受时知道自己接受的是从哪里到哪里的消息，也就是消息的范围。

因为 TCP 是字节流，没有边界，所以会产生"粘包"现象：

场景：你连续发送了两条消息："Hello" 和 "World"。

结果：接收方可能一次性读到了 "HelloWorld"，它不知道这两句话从哪里断开。

解决方法： 由于 TCP 协议层不帮你分包，应用程序必须自己定义边界。常见的办法有：

固定长度：规定每条消息固定 100 字节。

分隔符：在消息末尾加回车换行符（如 HTTP 协议）。

长度前缀：在消息头先写上"本条消息长度为 5 字节"，然后再发"Hello"

下面是一个粘包的例子：

TCP 连接建立（三次握手）

注意里面的 Ack_Num 和 Seq_Num.

TCP 连接断开（四次握手）

TCP 重传

超时重传

以时间为驱动，当客户端在一定时间内没有收到回复时就认为丢包了，启动重传。RTT：客户端正常一次发送接受的时间。 RTO：启动重传的时间，就是说客户端在发送之后的 RTO 秒内没有收到回复，认为它超时了启动重传。 RTO 应该设置的略大于 RTT，如果 RTO 设置的太大，那么会浪费时间，设置的太小又会引发不必要的重传，加重网络负担。

快速重传

快速重传是基于数据的重传。比如一个数据重发了三次仍然没有收到回复，那么认为它丢包了，启动重传。

SACK 方法（选择性确认）

上面的快速重传存在一个问题，那就是已知 ACK2 传送了三次，那么接下来是重传一个，还是重传所有。Seq 2 肯定没有收到,但是 Seq 3, Seq 4 和后面的有可能收到,那么是否需要把他们也进行重传呢?由此引出了 SACK 方法，也就是选择性确认。

SACK 就像是接收方给发送方发了一份**"已收到货物的清单"**。

在 TCP 报文头的 Options（选项） 字段中，SACK 会记录已经收到的、但不连续的数据块（即"空洞"之后的"孤岛"）。

TCP 滑动窗口

发送方的滑动窗口

接受方的滑动窗口

TCP 流量控制

流量控制就是接受方和发送方沟通，让发送方不要发送的太快，因为接受方不一定接受得过来。把下面这张图看懂就明白流量控制的模型了。

窗口关闭

窗口关闭是指接受方因为处理数据不及时，导致窗口越变越小，最后窗口为 0 导致窗口关闭。窗口关闭时接受方会给发送方发一个信号，告知窗口关闭。窗口关闭可能会导致死锁现象，比如在接受方告知发送方窗口关闭之后，发送方会等待接受方将数据处理完之后再发。接受方处理完之后会发一个 ACK 给接受方，如果这个 ACK 丢失了，那么就会陷入死锁，接受方和发送方互相等待。

这种死锁如何解决呢？解决办法是设置一个持续计数器，当收到窗口为 0 时开始计时，持续计数器超时时给对方发一个请求，要求返回窗口大小，如果窗口大小仍然为 0，继续等待，如果不是则开始通信。

糊涂窗口

糊涂窗口现象是指随着窗口越变越小，发送方一次发送的数据也越来越少，最后一次只发送几个字节。TCP 的报头都有 40 个字节，结果实际发送的有用数据就几个字节，导致资源浪费。解决办法有两个:1.让接受方不存在通知发送方小数据的情况 2.发送方避免发送小数据

接受方不通告小窗口

这个只要设定一个数值，当窗口大小小于这个数值时将窗口大小设置为 0 ，停止发送就可以了。

发送方避免发送小数据

只要满足下面任意一条 ，就可以发；否则就缓存等着：

1. 已经发出去的所有数据，都收到 ACK 了；
2. 要发送的数据已经攒到一个最大报文段（MSS）大小；
3. 到了超时时间（一般 200ms 左右），必须发。

TCP 拥塞控制

拥塞控制是发送时考虑整个网络的情况，不要一直发把网络堵上。

慢启动

在拥塞窗口小于慢拥塞门限前，拥塞窗口按指数增长。

拥塞避免

当达到慢拥塞门限时，拥塞窗口按照线性增长，直到出现超时重传。

拥塞发生

发生超时重传

快速重传和快速恢复