JavaGuide知识点整理——计算机网络常见知识点

OSI七层模型是什么？每一层的作用是什么?

首先要明确七层模型是一个理论上的分层，是抽象的模型体，并没有实际的实现。下面是简单的理解。

1. 物理层
   物理层的作用是提供了网络的双向通讯，为双向传输提供了有保障的通路。其中定义了四个统一特性：电气特性，机械特性，功能特性，规程特性。
2. 数据链路层
   交换机就是工作在二层数据链路曾，链路层主要有三个功能：
   • 提供了通讯过程中用到的mac地址。计算机通讯过程中一共要用到两个地址：一个是物理mac地址，一个是逻辑ip地址。 mac地址就是数据链路层提供的。其实就是我们的网卡地址。
   • 负责数据帧转发。数据链路层传输的数据被称为数据帧
   • 提供错误检测机制。只能发现问题但不能纠正。
3. 网络层
   路由器工作在网络层。网络层一共有四个功能：
   • 提供逻辑ip地址
   • 连接不同的媒介类型(内网和外网)，使不同的媒介之间可以相互通信。
   • 根据路由器运行的不同路由协议选择最佳路径
   • 在选好的最佳路径上负责路由数据包
4. 传输层
   传输层的功能是提供了端口号码的概念。
5. 会话层
   会话层的作用是负责在应用程序之间建立，维护并解除会话连接
6. 表示层
   表示层的作用是负责数据加密，提供了四种常见的加密方式：
   1. 对称加密：加密方式和揭秘方式使用相同的密钥
   2. 非对称加密：一把私钥，N个公钥
   3. hash 256加密
   4. 光密
7. 应用层
   给用户和抽象的网络之间提供一个接口，使得用户可以通过使用应用程序，app，来使用整个6层网络模型。

TCP/IP四层模型是什么?每一层的作用是什么?

osi七层模型与tcp/ip四层模型对应关系

上面说到了osi七层模型是一种很理论上的东西，而它落地的实现之一就有tcp/ip四层模型。当然了这种模型感觉是翻译过来的，所以中文名会略有不同，我看到了好多种叫法，但是主要作用是不变的，而且不同名称也类似。我这里用的是一种比较常见的译法：

• 应用层
  TCP/IP的应用层对应OSI的应用层，会话层，表示层。主要功能是：
  1. 为用户的应用提供服务并支持网络访问
  2. 负责管理网络中计算之间的通信，提供传输层不具备的连接相关功能
  3. 负责转化数据格式，处理数据加密和数据压缩
• 传输层
  传输层主要提供以下几个功能：
  1. 提供应用程序接口，为网络应用程序提供网络访问的途径。
  2. 提供可以从多个应用层接收消息的功能(多路复用)，同时可以提供把消息分发给应用程序的功能(多路分解)
  3. 对数据进行错误检测，流量控制

TCP协议就是一个传输协议，包括下面几个特性：
1.需要三次握手建立连接，四次挥手断开连接
2. 面向流的处理，可以一个个字节的方式接收数据，然后把这些数据组成数据段，发给网际层
3. 对数据发送进行流量控制，避免发送和接收方因为缓存写满造成数据丢失。
4. 对数据进行校验，分段的数据有重排序功能，对错误和丢失的数据有重发机制。
还有一个类似TCP的协议是UDP，UPD不面向连接，错误检测机制不如TCP，也不进行流量控制。但是就因为校验少，所以性能比TCP好。如果不重视数据校验更重视性能的话，可以用UDP。

• 网际层
  网际层主要是解决数据由一个计算机的ip如何路由到目标计算机的过程规范。我们的计算机消息发出去之后，经理了哪些处理才能正确的找到目标计算机，其中包括了IP,ARP,RARP,ICMP等协议。
  而ip地址是一套有规则的数据组合，通过ip地址可以快速定位到我们的目标计算机区域，和mac组合就能快速找当网络中具体的一台计算机了。
• 网络访问层
  主要是管理物理网络准备所需要的数据，包括：
  1. 与计算机网络适配器连接
  2. 根据合适的方式调整数据传输
  3. 把数据转化为电子流或者脉冲的形式在传输介质上传输
  4. 对发送的数据添加错误检查信息，对接收的数据进行数据校验

为什么网络要分层？

可以使得每一层的功能明确，并且各层之间独立，增加了每一层的灵活性。简单来讲分层的优点如下：

1. 各层之间独立，把复杂的问题分解为若干个比较容易处理的更小一些的问题。
2. 灵活性好，任意一层发生变化时(例如技术变化)，只需要层间接口关系保持不变，整体都不受影响。
3. 某层提供的服务不需要时可以直接取消。
4. 结构上可分割开，各层都采用最合适的技术来实现。
5. 易于实现和维护。
6. 促进标准化和流程化。

应用层有哪些常见的协议？

HTTP：超文本传输协议

超文本传输协议主要是为web浏览器与web服务器之间的通信而设计的。当我们使用浏览器浏览网页的时候，我们的网页就是通过http请求进行加载的，过程如下：

image.png
http协议是基于tcp协议，发送http请求之前首先要建立tcp连接也就是要经历三次握手，目前使用的http协议大部分都是1.1，在1.1的协议里面默认开启了keep-Alive，这样建立的连接可以多次在请求中被复用。
另外http协议是无状态协议，它无法记录客户端用户的状态，一般我们都是通过Session来记录客户端用户的状态。

SMTP：简单邮件传输(发送)协议

简单邮件传输(发送)协议基于TCP协议，用来发送电子邮件。
注意：接收邮件的协议不是SMTP而是POP3协议。
电子邮件的发送过程如下(比如我是163邮箱发送给qq邮箱)：

1. 通过SMTP协议将写好的邮件交给163邮箱服务器。
2. 163邮箱服务器发现我发的是 qq邮箱。它使用SMTP协议将邮件转发到qq邮箱服务器
3. qq邮箱服务器接受邮件后，通知收件邮箱来收邮件(用户通过POP3/IMAP协议将邮件取出)

如何判断邮箱是真正存在的？

1. 查找邮箱域名对应的SMTP服务器地址
2. 尝试与服务器建立连接
3. 连接成功后尝试想需要验证的邮箱发送邮件
4. 根据返回结果判定邮箱地址的真实性

POP3/IMAP邮件接收的协议

这两个没必要阐述，只要了解都是负责邮件接收的协议即可。不要和SMTP协议搞混了。SMTP协议负责邮件的发送，POP3/IMAP负责邮件的接收。

FTP文件传输协议

FTP协议主要提供文件传输服务。基于TCP实现可靠的传输。使用FTP传输文件的好处是可以屏蔽操作系统和文件存储方式。
FTP是基于客户-服务器模型而设计的，在客户端与FTP服务器之间建立两个连接。如果我们要基于FTP协议开发一个文件传输的软件的话，需要高清FTP的原理。
FTP的独特的优势同时也是其它客户服务器程序最大的不同点在于：它在两台通信的主机之间使用了两条TCP连接(其它客户服务器应用程序一般只有一条TCP连接)

1. 控制连接:用于传输控制信息(命令和响应)
2. 数据连接:用于数据传送

这种将命令和数据分开传送的思想大大提高了FTP的效率。

FTP文件传输

Telnet 远程登陆协议

Telnet协议通过一个终端登录到其它服务器，建立在可靠的传输协议TCP之上，Telnet协议最大的缺点之一是所有数据(包括用户名和密码)都是以明文形式发送，有潜在安全风险。这也是Telnet很少使用并被称为SSH的非常安全的协议所取代的主要原因

SSH：安全的网络传输协议

SSH是目前比较可靠，专为远程登陆会话和其它网络服务提供安全性的协议。利用SSH协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题。SSH建立在可靠的传输协议TCP之上。
Telnet和SSH之间主要区别在于SSH协议会对传输的数据进行加密保证数据安全性。

TCP与UDP

TCP与UDP的区别

1. 是否面向连接：UDP在传输数据之前不需要先建立连接。而TCP提供面向连接的服务。在传输数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。
2. 是否可靠传输：收到UDP报文后不需要给出确认，也不保证数据不丢失，不保证是否顺序送达。TCP提供可靠传输服务，传递数据前会三次握手建立连接，传递数据时有确认，窗口，重传，拥塞控制机制。通过TCP连接传输的数据无差错不丢失不重复且按顺序送达。
3. 是否有状态：TCP传输是有状态的，比如TCP会记录自己发送消息的状态，是否发送了，是否被接收了等。为此TCP需要维护复杂的连接状态表。而UDP是无状态的，发出去就不管了。
4. 传输效率：因为TCP多了很多机制，所以效率比UDP低。
5. 传输形式：TCP的面向字节流的，UDP是面向报文的
6. 首部开销：TCP首部开销20-60字节。UDP首部开销8字节
7. 是否提供广播或者多播服务：TCP只支持点对点，UDP支持1对1，1对多，多对多。

其实根据上面的特点我们能看出来两个协议重点不一样。TCP更在意准确性从而牺牲了性能，我们可以在准确性要求高的场景使用。比如文件传输，发送和接收文件等。
而UDP则更在意性能而牺牲了准确性，在语音视频的时候使用，丢失几帧的没关系的。
HTTP协议是基于TCP协议的。

使用TCP和UDP的协议分别有哪些？

运行于TCP协议之上的协议：

1. HTTP协议
2. HTTPS协议：更安全的超文本传输协议，身披SSH外衣的HTTP协议
3. FTP协议
4. SMTP协议
5. POP3/IMAP协议
6. Telnet协议
7. SSH协议

运行于UDP协议之上的协议：

1. DHCP协议：动态主机配置协议，动态配置IP协议
2. DNS：域名系统将人类可读的域名转化为机器可读的IP地址。我们可以理解其为转为互联网设计的电话本，实际上DNS同时支持UDP和TCP协议。

TCP三次握手和四次挥手

这个网上很多教程，我这里也不用官方语言讲了，用白话大概说下:
TCP建立连接的时候三次握手(先确定发起方是客户端)：

• 第一次握手：客户端发送syn包到服务器，自己进入到syn_sent状态。
• 第二次握手：服务器收到syn包，返回给客户端syn，服务器进入syn_recv状态
• 第三次握手：客户端收到服务器的包并再次发送ack给服务器，双方都进入到established状态

三次握手完成后才正式开始传送数据。
TCP断开连接四次挥手(任意一方都可以主动关闭连接)：

• 第一次挥手： 主动关闭方发送fin给另一方，告诉对方不会再发数据了(在这之前已发送还没接收的还正常接收)
• 第二次挥手：被动方收到fin，发ack给对方。告诉对方我知道你不给我发了。
• 第三次挥手：被动方发送fin给主动方，告诉对方我也不会再发数据了。
• 第四次挥手：主动关闭方收到fin后，发ack给被动方。断开连接

在浏览器中输入url显示主页的过程

总的来说分为下面几个过程：

1. 浏览器查找域名的ip地址(DNS解析)
2. 浏览器向web服务器发送一个http请求
3. 服务器处理请求
4. 服务器发回HTML响应
5. 浏览器显示HTML。

HTTP状态码有哪些？

HTTP状态码类别

HTTP和HTTPS有什么区别？

1. 端口号：HTTP默认80，HTTPS默认443
2. URL前缀：HTTP的前缀是http://,HTTPS的前缀是https://
3. 安全性和资源消耗：http协议运行在TCP之上，所传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份。HTTPS是运行在SSL/TLS之上的HTTP协议，SSL/TLS运行在TCP之上。所传输的内容都经过加密，加密采用对称加密，但对称加密的密钥用服务器方的证书进行了非对称加密。所以说我们可以理解为：HTTPS是加了一层的HTTP。所以HTTP性能比HTTPS好，但是安全性没有HTTPS高。

HTTP1.0和HTTP1.1的区别

1. 连接方式：1.0为短链接，1.1支持长连接
2. 状态响应码：1.1中添加了大量的状态码。
3. 缓存处理：1.0中主要使用header里的 If-Modified-Since,Expires来作为缓存判断标准，1.1引入了更多的缓存控制策略。
4. 带宽优化以及网络连接的使用：1.1支持断点续传。在请求头中引入了range头域，允许只请求资源的某个部分。

HTTP是不保存状态的协议，如何保存用户状态？

http是一种不保存状态，即无状态的协议。也就是说http协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。那么我们如何保存用户状态呢？
session机制解决了这个问题。服务端给特定的用户创建特定的session之后就可以标识这个用户并跟踪这个用户了。

Cookie和Session的区别？

其实两者最大的区别就是Cookie是保存在客户端(浏览器端)，而Sission数据保存在服务器端。

URI和URL的区别

• URI是统一资源标识符，可以唯一标识一个资源
• URL是统一资源定位符，可以提供该资源的路径。它是一种具体的URI。不仅可以标识唯一资源，还可以定位该资源的信息。

本篇笔记就记到这里，如果稍微帮到你了记得点个喜欢点个关注，这篇笔记是东拼西凑出来的知识点，比较杂，如果哪里写的有问题欢迎支持，也祝大家工作顺顺利利！