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编程

计算机网络

网络分层

常见的网络模型分为OSI七层模型与TCP/IP四层模型，OSI因为比较复杂实现起来麻烦，使用的不多。通常用TCP/IP 的四层网络模型。

OSI模型

  • 应用层
  • 表示层
  • 会话层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层

TCP/IP模型

  • 应用层：HTTP FTP GRPC
  • 传输层：TCP UDP
  • 网络层：IP
  • 网络接口层 alt text alt text alt text

数据包封包解包流程

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什么是HTTP

超文本传输协议,是网络中最常见的通讯协议。基于传输层TCP协议构建的应用层协议，数据采用明文传输，安全性差。 alt text

Get 与 Post

「幂等」，意思是多次执行相同的操作，结果都是「相同」的。

「安全」是指请求方法不会「破坏」服务器上的资源。

GET:从服务器获取指定的资源，这个资源可以是静态的文本、页面、图片视频等。浏览器对URL的请求长度有限制，HTTP没有。所有来说GET请求是用长度限制的。GET请求是安全幂等的。

POST:新增或提交数据。因为会修改服务器上的资源所以是不安全的，因为会多次提交数据所以是不幂等的。

HTTP 常见的状态码

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HTTP通过什么解决粘包问题的

HTTP 协议通过设置回车符、换行符作为 HTTP header 的边界，通过 Content-Length 字段作为 HTTP body 的边界，这两个方式都是为了解决“粘包”的问题。

HTTP和HTTPS有什么区别

  • HTTP是超文本传输协议，信息是明文传输的，存在安全问题。HTTPS则解决HTTP不安全的问题，在TCP和HTTP网络层之间加入SSL/TLS安全协议，是得报文能够加密传输。
  • HTTP连接建立相对简单，TCP三次握手后便可进行HTTP的报文传输。而HTTPS在TCP三次握手后还需进行SSL/TLS的握手过程，才可进行加密报文传输。
  • 两者端口不一样HTTP是80端口，HTTP是443端口。
  • HTTPS协议需要向CA(证书权威结构)申请数字证书，来保证服务器的身份是可靠的。 alt text

HTTPS解决了什么问题

  • 窃听风险
  • 篡改风险
  • 冒充风险

HTTP/2改进在哪

队头堵塞： HTTP/2 是基于 TCP 协议来传输数据的，TCP 是字节流协议，TCP 层必须保证收到的字节数据是完整且连续的，这样内核才会将缓冲区里的数据返回给 HTTP 应用，那么当「前 1 个字节数据」没有到达时，后收到的字节数据只能存放在内核缓冲区里，只有等到这 1 个字节数据到达时，HTTP/2 应用层才能从内核中拿到数据，这就是 HTTP/2 队头阻塞问题。 alt text

  • 兼容HTTP/1.1
  • 使用HPACK 算法压缩请求头
  • 为高频出现在头部的字符串和字段建立了一张静态表
  • 将 HTTP/1 的文本格式改成二进制格式传输数据
  • 多个 Stream 复用一条 TCP 连接，达到并发的效果，解决了 HTTP/1.1 队头阻塞的问题，提高了 HTTP 传输的吞吐量。 缺陷
  • 队头阻塞
  • TCP 与 TLS 的握手时延迟
  • 网络迁移需要重新连接

HTTP/3

将TCP协议改成了UDP,并在UDP上开发了QUIC协议来保障数据传输的可靠性

  • 无队头堵塞
  • 建立连接速度更快

输入网址到展示发什么了

  1. 解析URL地址生成HTTP请求报文
  2. 进行DNS域名解析获取IP。先查看缓存如果有就直接返回 没有再去hosts文件查看，如果再没没有则发送DNS请求询问本地的DNS服务器
  3. DNS获取到Ip后，就可以把HTTP协议的传输工作交给操作系统的协议栈 （HTTP是基于TCP协议传输数据前，要先进行TCP三次握手）
  4. TCP 模块在执行连接、收发、断开等各阶段操作时，都需要委托 IP 模块 将数据封装成网络包发送给通信
  5. 查找mac地址，先查路由表，如果路由表没有就通过ARP协议广播查找mac地址
  6. 将数据包通过网卡发送到交换机，交换机再发送到服务器

什么是TCP

TCP是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

TCP数据格式:

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TCP的三次握手和四次挥手

TCP三次握手中，只有第三次握手是可以携带数据的，前两次握手是不可以携带数据的 alt text alt text

  1. 第一次握手丢失了，会发生什么

客户端迟迟收不到服务端的 SYN-ACK 报文（第二次握手），就会触发「超时重传」机制，重传 SYN 报文，而且重传的 SYN 报文的序列号都是一样的。每次超时的时间是上一次的 2 倍。

  1. 第二次握手丢失了

客户端和服务端都会重传

  1. 服务端那一方迟迟收不到这个ACK确认报文，就会触发超时重传机制 (ACK 报文是不会有重传的，当 ACK 丢失了，就由对方重传对应的报文)

为什么挥手需要四次？

  • 关闭连接时，客户端向服务端发送 FIN 时，仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。
  • 服务端收到客户端的 FIN 报文时，先回一个 ACK 应答报文，而服务端可能还有数据需要处理和发送，等服务端不再发送数据时，才发送 FIN 报文给客户端来表示同意现在关闭连接。
  1. 第一次挥手丢失

客户端迟迟收不到被动方的 ACK 的话,触发客户端重传FIN

  1. 第二挥手丢失

服务端的第二次挥手丢失了，客户端就会触发超时重传机制,重传 FIN 报文

  1. 第三次挥手丢失

服务端就会重发 FIN 报文

  1. 第四次挥手丢失

客户收到FIN报文消息后，回复ACK确认消息。回复的ACK未到达服务器，服务端就会重发 FIN 报文。

什么是UDP

UDP 不提供复杂的控制机制，利用 IP 提供面向「无连接」的通信服务。DNS采用UDP协议

UDP的数据格式：

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TCP和UDP的区别

  1. 连接
  • TCP是面向连接的传输层协议，传输数据前要先建立连接
  • UDP是不需要连接，即刻传输数据
  1. 服务对象
  • TCP是一对一的两点服务，即一条连接只有两个端点
  • UDP支持一对一、一对多、多对多的交互通信
  1. 可靠性 -TCP 是可靠交付数据的，数据可以无差错、不丢失、不重复、按序到达 -UDP是尽最大努力交付，不保证可靠交付数据。但我们可以基于UDP传输协议实现一个可靠的传输协议，比如QUIC协议。
  2. 拥塞控制、流量控制
  • TCP有拥塞控制和流量控制，保证数据传输的安全性
  • UDP则没有，即使网络非常堵了，也不会影响UDP的转发速率 5.首部开销
  • TCP首部长度较长，会有一定的开销
  • UDP首部只有8个字节，并且是固定不变的开销小

为什么需要 TIME_WAIT 状态？

保证被关闭的一方能被正常关闭

为什么 TIME_WAIT 等待的时间是 2MSL

TODO

服务器出现大量 CLOSE_WAIT 状态的原因有哪些？

当服务端出现大量 CLOSE_WAIT 状态的连接的时候，说明服务端的程序没有调用 close 函数关闭连接。

服务器出现大量 TIME_WAIT 状态的原因有哪些？

说明服务器主动断开了很多 TCP 连接。

第一个场景：HTTP 没有使用长连接
第二个场景：HTTP 长连接超时
第三个场景：HTTP 长连接的请求数量达到上限

SOCKET

  • 每一个socket执行listen时，内核都会自动创建一个半连接队列和全连接队列。
  • 第三次握手前，TCP连接会放在半连接队列中，直到第三次握手到来，才会被放到全连接队列中。
  • accept方法只是为了从全连接队列中拿出一条连接，本身跟三次握手几乎毫无关系。
  • 出于效率考虑，虽然都叫队列，但半连接队列其实被设计成了哈希表，而全连接队列本质是链表。
  • 全连接队列满了，再来第三次握手也会丢弃，此时如果tcp_abort_on_overflow=1，还会直接发RST给客户端。
  • 半连接队列满了，可能是因为受到了SYN Flood攻击，可以设置tcp_syncookies，绕开半连接队列。
  • 客户端没有半连接队列和全连接队列，但有一个全局hash，可以通过它实现自连接或TCP同时打开。

TCP 半连接和全连接队列

在TCP三次握手的时候。Linux内核会维护两个队列，分别是：

  • 半连接队列，也称SYN队列
  • 全连接队列,也成ACCEPT队列

半连接队列与全连接队列的工作流程: alt text

避免 SYN 攻击方式，可以有以下四种方法

SYN攻击是未知客户端一直向服务器发送SYN报文，将半连接队列撑满。

  • 增大TCP的半连接队列
  • 减少SYN+ACK的重传次数
  • 调大 netdev_max_backlog
  • 开启 tcp_syncookies

IP

IP 则负责在「没有直连」的两个网络之间进行通信传输 alt text

分类

IP地址分为A B C D E 五大类。A、B、C 类主要分为两个部分，分别是网络号和主机号 alt text alt text

无分类地址 CIDR

因为 IP 分类存在许多缺点，所以后面提出了无分类地址的方案，即 CIDR。
这种方式不再有分类地址的概念，32 比特的 IP 地址被划分为两部分，前面是网络号，后面是主机号。

a.b.c.d/x，其中 /x 表示前 x 位属于网络号， x 的范围是 0 ~ 32 10.100.122.2/24，这种地址表示形式就是 CIDR，/24 表示前 24 位是网络号，剩余的 8 位是主机号。

子网掩码:

另一种划分网络号与主机号形式，那就是子网掩码，掩码的意思就是掩盖掉主机号，剩余的就是网络号。
将子网掩码和 IP 地址按位计算 AND，就可得到网络号。

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IP 地址与路由控制

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PING工作原理

ICMP: 确认 IP 包是否成功送达目标地址、报告发送过程中 IP 包被废弃的原因和改善网络设置等。 alt text 1.客户端在网络层封装IP报文、ICMP标识为8的回送请求报文发送给指定服务器
2.路由器接收到报文消息后先查路由表如果没有该IP指定的MAC地址
使用ARP协议广播获取MAC地址
3.如果能连接上就反回ICMP 为0的回复应答报文
4.不能连接上，路由器回复ICMP 异常报文

网络
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