前端需要了解的计算机网络知识

概述

• 七层网路协议

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

• http 和 tcp

  • http 是应用层协议，tcp 是传输层协议
  • 常见的应用层协议还包括：telnet，ssh，smtp，pop，ssl/tls，mime
    常见传输层协议还有：udp，sctp

Web 和 HTTP

HTTP 概况

• HTTP 服务器并不保存关于客户的任何信息，因此 HTTP 是一个无状态协议(stateless protocol)

非持续连接和持续连接

• 采用非持续连接的 http 是每个 tcp 最多允许传输一个对象

HTTP 报文格式

• HTTP 请求报文

  • 请求行 = 方法 +sp+URL+sp+ 版本 +cr+lf

    • GET /somedir/page.html HTTP/1.1

  • 首部行 = 首部字段名 +sp+ 值 +cr+lf

    • Host:www.someschool.edu
    • Connection:close
    • User-agent:Mozilla/5.0
    • Accept-language:fr
  • 空行 =cr+lf
  • 实体主体

• HTTP 响应报文

  • 状态行 = 版本 +sp+ 状态码 +sp+ 短语 +cr+lf

    • HTTP/1.1 200 OK

  • 首部行 = 首部字段名 +sp+ 值 +cr+lf

    • Connection:close
    • Date:Tue,09 Aug 2011 15:44:04 GMT
    • Server:Apache/2.2.3 (CentOS)
    • Last-Modified:Tue,09 Aug 2011 15:11:03 GMT
    • Content-Length:6821
    • Content-Type:text/html
  • 空行 =cr+lf
  • 实体主体

http 状态码

• 101 websocket 双向通信
• 200 成功
• 204 没有响应体
• 206 断点续传
• 301 永久重定向
• 302 临时重定向
• 304 缓存 只能服务端设置
• 401 没登录没有权限
• 403 登录后没有权限
• 404 没有资源
• 405 请求方法不存在或不支持
• 502 负载均衡

发送请求的方式

• 浏览器 默认 get 请求
• postman
• 命令行 mac curl

管线化

• 管线化不需要等待上一次请求得到响应就可以执行下一次请求，实现并行发送请求。只有 GET 和 HEAD 请求可以进行管线化，而 POST 有所限制

请求方法 RestfulApi 根据不同的动作 做对应的处理

• get 获取资源
• post 新增资源
• put 上传文件 修改(restful)
• delete 删除资源
• options 跨域出现 复杂请求时出现 仅是 get/post 都是简单请求 但加上自定义头 header 就会变成复杂请求

用户与服务器交互：cookie

• cookie 组件

  • 在 http 响应报文中的一个 cookie 首部行
  • 在 http 请求报文中的一个 cookie 首部行
  • 在用户端系统中保留有一个 cookie 文件，并由用户的浏览器进行管理
  • 位于 Web 站点的一个后端数据库

• cookie 安全性

  • cookie 是存放在浏览器上的 服务器可以设置 每次请求时都会带上 cookie
  • cookie 不安全 不能存放敏感信息
  • session 服务端 (基于 cookie) 服务器的内存中，存到 redis 数据库

Web 缓存

• Web 缓存器 (Web cache) 也叫代理服务器(proxy server)，它能够代表初始 web 服务器来满足 http 请求的网络实体

• http 缓存

  • 强制缓存

    • Cache-Control && Expires

  • 对比缓存

    • Last-Modified & If-Modified-Since
    • ETag & If-None-Match

• Cache-Control

  - private 客户端可以缓存
  - public 客户端和代理服务器都可以缓存
  - max-age=60 缓存内容将在 60s 后失效
  - no-cache 需要使用对比缓存验证数据，强制向源服务器再次验证(没有强制缓存)
  - no-store 所有内容都不会缓存，强制缓存和对比缓存都不会触发(不缓存)
  

DNS

• DNS 是域名解析系统 Domain Name System

• DNS 工作原理

  • 分布式层次数据库

    • 根 DNS 服务器
    • TLD 顶级域 (DNS) 服务器 com org edu
    • 权威 DNS 服务器
    • 本地 DNS 服务器与三个服务器的查询关系 从请求主机向本地 DNS 服务器发出的查询是递归查询，从本地 DNS 服务器向其他三种服务器查询为迭代查询

  • DNS 缓存

    • 在一个请求链中，当 DNS 服务器缓存了一台主机名 /IP 地址对，另一个对相同主机名的查询就能够提供所要求的 IP 地址，本地域名服务器一般会缓存顶级域名服务器的映射

• DNS 记录和报文

  • 资源记录 (Resource Record,RR) 是一个包含了 (Name,Value,Type,TTL) 的四元组

  • DNS 报文

    • 12 字节

      • 标识符
      • 标志
      • 问题数
      • 回答 RR 数
      • 权威 RR 数
      • 附加 RR 数

    • 查询的名字和类型自窜

      • 问题(问题的变量数)

    • 对查询的响应中的 RR

      • 回答(资源记录的变量数)

    • 权威服务器的记录

      • 权威(资源记录的变量数)

    • 可被使用的附加 ” 有帮助 ” 的信息

      • 附加信息(资源记录的变量数)

• DDos 攻击

  • 分布式拒绝服务 (DDos) 带宽洪泛攻击

TCP 连接

TCP 报文段结构

• 源端口号 + 目的端口号
• 序号
• 确认号
• 首部长度 + 保留未用 +URG+ACK+PSH+RST+SYN+FIN+ 接收窗口
• 因特网校验和 + 紧急数据指针
• 选项
• 数据

TCP 连接管理（三次握手）

• 第一步：客户端的 TCP 首先向服务器端的 TCP 发送一个特殊的 TCP 报文段
• 第二步：一旦包含 TCP SYN 报文段的 IP 数据报到达服务器主机(假设它的确到达了)，服务器会从该数据包中提取出 TCP SYN 报文段，为该 TCP 连接分配 TCP 缓存和变量，并向该客户 TCP 发送允许连接的报文段
• 第三步：在收到 SYNACK 报文段后，客户也要给该连接分配缓存和变量

IP 地址

IPv4 vs IPv6

• IPv4 数据报格式

  • 版本(0-4)+ 首部长度(4-8)+ 服务类型(8-16)+ 数据报长度(16-31)
  • 16 比特标识(0-16)+ 标志(16-19)+13 比特片偏移(19-31)
  • 寿命 TTL(0-8)+ 上层协议(8-16)+ 首部检验和(16-31)
  • 32 比特源 IP 地址
  • 32 比特目的 IP 地址
  • 选项(如果有的话)
  • 数据

• IPv6 数据报格式

  • 版本(0-4)+ 流量类型(4-12)+ 流标签(12-31)
  • 有效载荷长度(0-16)+ 下一个首部(16-24)+ 跳限制(24-31)
  • 源地址(128 比特)
  • 目的地址(128 比特)
  • 数据

IPV4 编址

• 子网：不跨越路由器的路由器接口和主机接口就形成一个子网
• 子网掩码：IP 地址为某个子网分配的一个 223.1.1.0/24 的地址，这种 /24 的记法，称为子网掩码(network mask)，指示了 32 比特中的最左侧 24 比特定义了子网地址

class	NetIDs	Blocks
A	10	1
B	172.16-172.31	16
C	192.168.0-192.168.255	256

CDN

• CDN 操作

  • 当用户主机中的一个浏览器指令检索一个特定的视频 (由 URL 标识) 时，CDN 必须截获该请求，以便能够确定此时是混合用于该客户的 CDN 服务器集群以及将客户的请求重定向到该集群的某台服务器

• 集群选择策略

  • 任何 CDN 部署，其核心是集群选择策略(cluster selection strategy)，即动态地将客户定向到 CDN 中服务器集群或数据中心的机制。

  • 常见策略：

    • 周期性实时测量；IP 任播(客户与 CDN 服务器匹配)

网络安全

密码学基础

• 对称密钥密码机制

  • 对称密钥系统(symmetric key system) 双方密钥是相同的并且是秘密的

  • 块密码 将要加密的报文处理成 k 比特的块

    • DES(Data Encrypiton Standard) 数据加密标准
    • AES(Advanced Encryption Standard) 高级加密标准

• 公开密钥系统

  • 公开密钥系统(public key system) 使用一对密钥：一个密钥为双方都知道，另一个密钥只有一方知道

  • RSA 算法(Ron、Adi、Leonard 三个人名)

    • 大数分解和素性检测

• 密码散列函数

  • MD5 散列算法

    • 填充 -> 添加 -> 初始化累加器 -> 循环
  • SHA-1(Security Hash Algorithm)

• SSL

  • SSL(Secure Socket Layer) 安全套接字层

  • SSL 握手

    • 1）客户发送它支持的密码算法的列表，连通一个客户的不重数
    • 2）从该列表中服务器选择一种对称算法，一种公钥算法和一种 MAC 算法，并把选择以及证书和一个服务器不重数返回给客户
    • 3）客户验证该证书，提取服务器公钥，生成一个前主密钥(Pre-Master Secret)，用服务器的公钥加密该前主密钥，并将加密的 PMS 发送给服务器
    • 4）使用相同的密钥导出函数，客户和服务器独立地从 PMS 和不重数中计算主密钥(Master Secret)，将该 MS 切片申城两个密码和两个 MAC 密钥
    • 5）客户发送所有握手报文的一个 MAC
    • 6）服务器发送所有握手报文的一个 MAC