网络协议（TCP/IP）

旧城等待， 2024-03-27 07:28 64阅读 0赞

#### 目录 ####

*   *  一、网络分层模型
     *  二、OSI模型
     *  三、网络传输原理
     *  四、TCP/IP
     *   *  1、TCP/IP 原理
         *  2、TCP 三次握手/四次挥手
         *  3、Http协议和TCP/IP的区别
     *  五、HTTP原理
     *  六、HTTPS原理
     *  七、CDN原理
     *

### 一、网络分层模型 ###

互联网的本质就是一系列的网络协议，最早由ISO国际组织定义为7层网络参考模型，后面应用于不同的场合，依据功能又划分出4层和5层的tcp/ip模型，其实功能都一样

*  七层划分为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。
 *  五层划分为：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。
 *  四层划分为：应用层、传输层、网络层、网络接口层。

![在这里插入图片描述][d132436fc8cf4050848b65ac8149126c.png]

### 二、OSI模型 ###

为了更好地促进互联网络的研究和发展，国际标准化组织ISO制定了网络互连的七层框架的一个参考模型，称为开放系统互连参考模型，简称OSI  
OSI将计算机网络体系结构(architecture）划分为以下七层：

*  **物理层**: `将数据转换为可通过物理介质传送的电子信号`。（就是由 1、0 转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为 1、0，也就是我们常说的模数转换与数模转换）。这一层的数据叫做比特。
 *  **数据链路层**: 主要将从物理层接收的数据进行 `MAC 地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。`在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
 *  **网络层**: 主要将从下层接收到的数据`进行 IP 地址（例 192.168.0.1)的封装与解封装`。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
 *  **传输层**: `定义了一些传输数据的协议和端口号`（WWW 端口 80 等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与 TCP 特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如 QQ 聊天数据就是通过这种方式传输的）。 主要是将从下层接收的数据进行分段进行传输，到达目的地址后在进行重组。常常把这一层数据叫做段。
 *  **会话层**: 通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）`建立数据传输的通路`。主要在你的系统之间发起会话或或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是 IP 也可以是 MAC 或者是主机名）
 *  **表示层**: 主要是进行`对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等`（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等））
 *  **应用层**: 主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（你就把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就 是终端应用）。  
    ![在这里插入图片描述][290789e1a1ab41a6ac92eb59c7d2f9b6.png]

### 三、网络传输原理 ###

![在这里插入图片描述][cbfe8fd2d0a446cd96bab617c6b6a973.png]  
客户端向服务端发送数据的过程：

*  客户端：通过应用层将数据（http，ftp）打包 == > 传输层 继续将端口号（port) 打包进去 ==>  
    网络层将IP地址打包进去 ==> 数据链路层将MAC地址 ==> 转化成物理层的电信号数据 ==> 通过网络传输给服务器
 *  服务端：物理层接收到电信号数据 一层一层解包 应用层得到客户端应用层发过来的数据

### 四、TCP/IP ###

#### 1、TCP/IP 原理 ####

`TCP/IP 不是指一个协议，也不是 TCP 和 IP 这两个协议的合称，而是一个协议族，包括多个网络协议`，比如 IP、ICMP、TCP、HTTP、FTP、POP3等，TCP/IP 由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。  
![在这里插入图片描述][1b84f0f4c26f4af8b86119cc2684a296.png]

#### 2、TCP 三次握手/四次挥手 ####

TCP 在传输之前会进行三次沟通，一般称为“三次握手”，传完数据断开的时候要进行四次沟通，一般  
称为“四次挥手”。  
为什么TCP建立连接要进行三次握手，不能是两次呢？答：为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。  
为什么TCP断开连接要进行四次呢？答：这是由于TCP的`半关闭`造成的。因为TCP连接是`全双工`的(即数据可在`两个方向上同时传递`)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭。`这个单方向的关闭就叫半关闭`。当一方完成它的数据发送任务，就发送一个FIN来向另一方通告将要终止这个方向的连接。

**1、三次握手**

![在这里插入图片描述][1a8e5b7677364188848809f0f4555ab2.png]

1.  第一次握手：主机 A 发送位码为 `syn＝1`,随机产生 `seq number=1234567` 的数据包到服务器，主机 B由 SYN=1 知道，A 要求建立联机；
2.  第二次握手：主机 B 收到请求后要确认联机信息，向 A 发 送 `ack number=( 主 机 A 的seq+1),syn=1,ack=1,随机产生 seq=7654321 的包`
3.  第三次握手：`主机 A 收到后检查 ack number 是否正确`，即第一次发送的 seq number+1,以及位码ack 是否为 1，若正确，`主机 A 会再发送 ack number=(主机 B 的 seq+1),ack=1，主机 B 收到后确认`

**2、四次挥手**

![在这里插入图片描述][3c413fdd93bc49698448f05836dfc61f.png]

1）关闭客户端到服务器的连接：首先客户端A发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送，然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1，序列号seq=u  
2）服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认号ack为收到的序号加1。  
3）关闭服务器到客户端的连接：也是发送一个FIN给客户端。  
4）客户段收到FIN后，并发回一个ACK报文确认，并将确认序号seq设置为收到序号加1。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

主机A发送FIN后,进入终止等待状态,服务器B收到主机A连接释放报文段后,就立即给主机 A 发送确认,然后服务器 B 就进入 close-wait 状态,此时 TCP 服务器进程就通知高层应用进程，因而从 A 到 B的连接就释放了。此时是“半关闭”状态。即 A不可以发送给B，但是 B 可以发送给 A。  
此时,若 B 没有数据报要发送给 A了，其应用进程就通知TCP 释放连接，然后发送给 A 连接释放报文段，并等待确认。A 发送确认后，进入 time-wait，注意,此时TCP连接还没有释放掉,然后经过时间等待计时器设置的2MSL后, A才进入到close 状态。

#### 3、Http协议和TCP/IP的区别 ####

*  TCP/IP是一个协议族，里面包括了TCP协议、IP协议、Http协议等。
 *  其中IP协议位于网络层、TCP协议位于传输层、Http协议位于应用层。

### 五、HTTP原理 ###

超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol），是一种用于在服务端和客户端之间传输超文本的应用层协议。  
HTTP是一个无状态的协议。无状态是指客户机（Web浏览器）和服务器之间不需要建立持久的连接，这意味着当一个`客户端向服务器端发出请求，然后服务器返回响应(response)，连接就被关闭了`，在服务器端不保留连接的有关信息.HTTP遵循请求(Request)/应答(Response)模型。客户机（浏览器）向服务器发送请求，服务器处理请求并返回适当的应答。所有HTTP连接都被构造成一套请求和应答。

**1、地址解析**

如用客户端浏览器请求这个页面：http://localhost.com:8080/index.htm 从中分解出协议名、主机名、端口、对象路径等部分，对于我们的这个地址，解析得到的结果如下：

协议名：http  
主机名：localhost.com  
端口：8080  
对象路径：/index.htm  
在这一步，需要域名系统DNS解析域名localhost.com,得主机的IP地址。

**2、封装HTTP请求数据包**

把以上部分结合本机自己的信息，封装成一个HTTP请求数据包

**3、封装成TCP包并建立连接**

封装成TCP包，建立TCP连接（TCP的三次握手）

**4、客户机发送请求命**

客户机发送请求命令：建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是MIME信息包括请求修饰符、客户机信息和可内容

**5、服务器响应**

服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是MIME信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。

**6、服务器关闭TCP连接**

服务器关闭TCP连接：一般情况下，一旦Web服务器向浏览器发送了请求数据，它就要关闭TCP连接，然后如果浏览器或者服务器在其头信息加入了这行代码Connection:keep-alive，TCP连接在发送后将仍然保持打开状态，于是，浏览器可以继续通过相同的连接发送请求。保持连接节省了为每个请求建立新连接所需的时间，还节约了网络带宽。  
![在这里插入图片描述][2fb2c188eb124a7d94c6adaa4fd72f14.png]

### 六、HTTPS原理 ###

HTTPS（全称：Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL。其所用的端口号是443。过程大致如下：

**1、建立连接获取证书：**  
SSL客户端通过TCP和服务器建立连接之后（443端口）,并且在一般的tcp连接协商（握手)过程中请求证书。即客户端发出一个消息给服务器，这个消息里面包含了自己可实现的算法列表和其它一些需要的消息，SSL 的服务器端会回应一个数据包，这里面确定了这次通信所需要的算法，然后服务器向客户端返回证书。（证书里面包含了服务器信息：域名。申请证书的公司，公共秘钥）。

**2、证书验证**  
Client 在收到服务器返回的证书后，判断签发这个证书的公共签发机构，并使用这个机构的公共秘钥确认签名是否有效，客户端还会确保证书中列出的域名就是它正在连接的域名。

**3、数据加密和传输**  
如果确认证书有效,那么生成对称秘钥并使用服务器的公共秘钥进行加密。然后发送给服务器,服务器使用它的私钥对它进行解密,这样两台计算机可以开始进行对称加密进行通信。  
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### 七、CDN原理 ###

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。CDN是构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。

1.  用户向浏览器提供要访问网站的域名，域名解析的请求被发往本地用户使用的DNS服务器，本地DNS服务器将解析请求转发至网站的DNS服务器(NS)；
2.  由于网站的DNS服务器(NS)对此域名的解析设置了CNAME，请求最终被指向到CDN网络中的GLB系统;
3.  GLB系统对域名进行智能解析，将响应速度最快的节点IP返回给用户;
4.  浏览器在得到实际的IP地址以后，向CDN节点发出访问请求;
5.  由于是第一次访问，CDN节点将回到源站获得用户请求的数据并发给用户，同时CDN节点根据缓存策略对该数据进行缓存;
6.  当有其他用户再次访问同样内容时，CDN节点直接将数据返回给客户，完成请求/服务过程。

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