OSI与TCP/IP各层的结构与功能，都有哪些协议

网络分层结构.png

网络各层封装.png

网络分层协议.jpg

物理层：在物理媒体上传输原始的数据比特流。

数据链路层：将数据分成一个个数据帧，以数据帧为单位传输。有应有答，遇错重发。

网络层：将数据分成一定长度的分组，将分组穿过通信子网，从信源选择路径后传到信宿。

传输层：提供不具体网络的高效、经济、透明的端到端数据传输服务。

会话层：进程间的对话也称为会话，会话层管理不同主机上各进程间的对话。

表示层： 为应用层进程提供格式化的表示和转换数据服务。

应用层：提供应用程序访问OSI环境的手段。

详解：https://www.cnblogs.com/z-sm/p/7501549.html

TCP和UDP的区别和优缺点

TCP的优点： 可靠，稳定 TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。 TCP的缺点： 慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击 TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。 而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

UDP的优点： 快，比TCP稍安全 UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP Flood攻击…… UDP的缺点： 不可靠，不稳定 因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。 基于上面的优缺点，那么： 什么时候应该使用TCP： 当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下： 浏览器，用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输 ………… 什么时候应该使用UDP： 当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。 比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下： QQ语音 QQ视频 TFTP ……

小结TCP与UDP的区别：

TCP与UDP区别总结：

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接

2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付

3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）

4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信

5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节

6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道

TCP报文结构

TCP报文结构.png

源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个。

序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从 0 开始。那如何区分两个相同序列号的不同TCP报文段就是一个问题了，后面会有答案，暂时可以不管。

确认号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送发：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号是这个确认号。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送给我的TCP报文段的序列号字段的值是这个确认号。

TCP首部长度：由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，所以需要这么一个值来指定这个TCP报文段到底有多长。或者可以这么理解：就是表示TCP报文段中数据部分在整个TCP报文段中的位置。该字段的单位是32位字，即：4个字节。

URG：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。URG=1，表示有紧急数据。后面的紧急指针字段只有当URG=1时才有效。

ACK：表示是否前面的确认号字段是否有效。ACK=1，表示有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1。

PSH：告诉对方收到该报文段后是否应该立即把数据推送给上层。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层，而不是缓存起来。

RST：只有当RST=1时才有用。如果你收到一个RST=1的报文，说明你与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明你上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应。

SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1。

FIN：标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，就相当于告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”

窗口大小：表示现在运行对方发送的数据量。也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量。

校验和：提供额外的可靠性。具体如何校验，参考其他资料。

紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置。

选项部分：其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，那么选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节。

详解：https://blog.csdn.net/sinat_32487221/article/details/55272283

TCP协议的三次握手和四次挥手以及断开时各阶段的状态分析

TCP三次握手，建立连接

tcp连接过程三次握手.jpg

在TCP协议数据报文的头部(TCP Header)结构中有32位序号(Sequence number) 和32位确认序号(Acknowledge number):SYN,ACK。

第一次握手 Client发送位码为syn=1,随机产生seq number的数据包到server，server由SYN=1知道，Client要求连接;

第二次握手 server收到请求后要确认连接信息，向Client发送ack number=(Client的seq+1),syn=1,ack=1,随机产生seq number的包

第三次握手 Client收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及ack是否为1，若正确，Client会再发送ack number=(server的seq+1),ack=1，server收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。

TCP四次挥手，关闭连接

下图是 Client主动关闭连接：

TCP四次挥手.jpg

第一次挥手：Client给Server发送FIN，请求关闭连接

第二次挥手：Server收到FIN之后给Client返回确认ACK，同时关闭Receive通道，Client收到对自己的FIN确认后，关闭Send通道

第三次挥手： Server关闭连接，给Client发送FIN

第四次挥手：Client收到后给Server回复ACK确认，同时Client关闭Receive通道，进入TIME_WAIT状态。Server接收到Client对自己的FIN的确认ACK，关闭Send通道

TCP拥塞控制 和 流量控制

详解：https://blog.csdn.net/u011484326/article/details/76736937

流量控制：
流量控制的出现就是为了控制发送方发送速率不要太快，防止在接收方接受的时候出现数据丢失的情况。其主要利用了滑动窗口的方式在实现流量控制，由于TCP是双工协议，所以会话双方都会维系发送窗口和接受窗口。

拥塞控制：
在TCP数据传输过程中可能会出现很多数据一下子涌入网络中，会使整个网络拥塞不堪，导致整个网络资源供应不足，整个性能下降，出现丢失数据严重的情况，从而使网络吞吐量极速下降；而如果采用一次性只传输一小段报文段数目，一直维持这种低速数据传输的话整个网络传输效率也是一个严重的问题，而TCP的拥塞控制就是在这两者之间进行一种权衡的方案，既能保证网络传输过程中数据的完整性、可靠性，又能稳定的提升网络传输效率，提高网络吞吐量，从而平衡整个网络性能。

常用的拥塞控制方法：
包括慢启动（slow-start）、拥塞避免（congestion avoidance）、快速重传（fast retransmit）和快恢复（fast recorver）

TCP滑动窗口与回退N针协议

详情：https://blog.csdn.net/weijinqian0/article/details/52315150

Http的报文结构

（1） 请求报文：

整体结构图

请求行：

由3部分组成，分别为：请求方法、URL（见备注1）以及协议版本，之间由空格分隔

请求方法包括GET、HEAD、PUT、POST、TRACE、OPTIONS、DELETE以及扩展方法，当然并不是所有的服务器都实现了所有的方法，部分方法即便支持，处于安全性的考虑也是不可用的

协议版本的格式为：HTTP/主版本号.次版本号，常用的有HTTP/1.0和HTTP/1.1

请求头：

（2）响应报文

整体结构图与请求报文相同

状态行

由3部分组成，分别为：协议版本，状态码，状态码描述，之间由空格分隔

状态代码为3位数字，200 ~2 99的状态码表示成功，300 ~ 399的状态码指资源重定向，400 ~ 499的状态码指客户端请求出错，500 ~ 599的状态码指服务端出错（HTTP/1.1向协议中引入了信息性状态码，范围为100 ~ 199）

响应头：

请求和响应报文的首部字段：包含请求和响应的各种条件和属性的各类首部。 一般有4种首部：通用首部，请求首部，响应首部，实体首部。（各类首部的作用会在后面进行介绍）

Http的状态码含义

状态码：HTTP状态码被分成了五大类。状态码为客户端提供了一种理解事务处理结果的便捷方式。

1、100~199(信息性状态码)：HTTP/1.1向协议中引入了信息性状态码

2、200~299(成功状态码)：客户端发起请求时，这些请求通常都是成功的。服务器有一组用来表示成功的状态码，分别对应于不同类型的请求

3、300~399(重定向状态码)：重定向状态码要么告知客户端使用替代位置来访问他们所感兴趣的资源，要么就提供一个替代的响应而不是资源的内容

4、400~499(客户端错误状态码)：有时客户端会发送一些服务器无法处理的东西。浏览网页时，我们都看到过臭名昭著的404 Not Found错误码，这只是服务器在告诉我们，它对我们请求的资源一无所知

5、500~599(服务器错误状态码)：有时客户端发送了一条有效请求，服务器自身却出错了，这些会返回5xx状态码

URI、URL和URN之间的区别

URI全名为Uniform Resource Indentifier（统一资源标识），用来唯一的标识一个资源，是一个通用的概念，URI由两个主要的子集URL和URN组成

URL全名为Uniform Resource Locator（统一资源定位），通过描述资源的位置来标识资源

URN全名为Uniform Resource Name（统一资源命名），通过资源的名字来标识资源，与其所处的位置无关，这样即使资源的位置发生变动，其URN也不会变化

HTTP规范将更通用的概念URI作为其资源标识符，但是实际上，HTTP应用程序处理的只是URI的URL子集

HTTP1.0和HTTP1.1的主要区别

1. HTTP/1.0协议使用非持久连接,即在非持久连接下,一个tcp连接只传输一个Web对象,；

2. HTTP/1.1默认使用持久连接(然而,HTTP/1.1协议的客户机和服务器可以配置成使用非持久连接)。
   在持久连接下,不必为每个Web对象的传送建立一个新的连接,一个连接中可以传输多个对象!

Http怎么处理长连接

在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接。也就是说，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的 Web页中包含有其他的Web资源，如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等；当浏览器每遇到这样一个Web资源，就会建立一个HTTP会话。

但从 HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这行代码：

Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的 TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。

Cookie和Session的作用和工作原理

详解: https://blog.csdn.net/guoweimelon/article/details/50886092

电脑上访问一个网页，整个过程是怎么样的：DNS、HTTP、TCP、OSPF、IP、ARP

假设你用一个全新的浏览器（第一次启动的那种），访问百度 http://www.baidu.com，在你敲入网址并按下回车之后，将会发生以下神奇的事情：
http://www.baidu.com/浏览器先尝试从Host文件中获取 http://www.baidu.com 对应的IP地址，如果能取到当然万事大吉大家都能嗨，如果不能，就使用DNS协议来获取IP。

• 在DNS协议中，PC会向你的本地DNS服务器求助（一般是路由器），希望从本地DNS服务器那里得到百度的IP，得到就好，得不到还得向更高层次的DNS服务器求助，最终总能得到百度的IP。

• 得到百度的IP，下一步是使用TCP协议，建立TCP连接。
  在TCP协议中，建立TCP需要与百度服务器握手三次，你先告诉服务器你要给服务器发东西（SYN），服务器应答你并告诉你它也要给你发东西（SYN、ACK），然后你应答服务器（ACK），总共来回了3次，称为3次握手。

• 不过，建立TCP连接有个前提（或者说给服务器发消息有个前提）：你必须能成功地把消息发到服务器上。虽然已经知道IP，但需要寻找到这个IP的位置，需要消耗时间。
  我们都知道，你的PC和百度服务器之间一般会有许多路由器之类的东西，IP协议指定了出发地（你的PC）和目的地（服务器）；你的数据会经过一个又一个路由器，OSPF决定了会经过那些路由器（用一种叫路由算法的玩意，找出最佳路径）；从一个路由器怎么传给下一个路由器？这是ARP协议的工作，ARP负责求下一个节点的地址（我们不止是要目的地，还要中间节点的地址）。
  IP协议使用的是IP地址，整个发送过程中只涉及出发地和目的地2个IP地址，而ARP协议使用的是MAC地址，整个发送过程中涉及到每一个节点的MAP地址

• 之后就能和服务器通信，还建立了TCP连接，下一步干嘛，当然是用HTTP协议请求网页内容咯。
  你发个HTTP请求报文给服务器，如果服务器禁止你访问它就给你回个”Forbidden”，如果它暂时挂掉了就给你回个“内部服务错误”，如果它正常才给你回个“OK“并将你要的数据传给你；如果你还需要其它的东西再去跟它要。
  你收到了服务器的回复，是一系列HTML形式的文本。浏览器必须要能够理解文本的内容，并快速地渲染到屏幕上（浏览器一般用有限自动机来理解文本内容，渲染的话就各看本事了，之所以微软IE卡成狗而谷歌浏览器很6，就是它们的渲染速度不同…）

Ping的整个过程。ICMP报文是什么

一、ping 的原理

ping程序是用来探测主机到主机之间是否可通信，如果不能ping到某台主机，表明不能和这台主机建立连接。ping使用的是ICMP协议，它发送icmp回送请求消息给目的主机。ICMP协议规定：目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机。如果源主机在一定时间内收到应答，则认为主机可达。

二、Ping工作过程——
假定主机A的IP地址是192.168.1.1，主机B的IP地址是192.168.1.2，都在同一子网内，则当你在主机A上运行“Ping 192.168.1.2”后，都发生了些什么呢?
（1）Ping命令会构建一个固定格式的ICMP请求数据包，然后由ICMP协议将这个数据包连同地址“192.168.1.2”一起交给IP层协议 ping能够计算往返时间RTT，它在报文的数据部分插入发送时间。

（2）IP层协议将以地址“192.168.1.2”作为目的地址，本机IP地址作为源地址，加上一些其他的控制信息，构建一个IP数据包，并在一个映射表（ARP实现  IP地址转成Mac地址的协议）中查找出IP地址192.168.1.2所对应的MAC地址（这是数据链路层协议构建数据链路层的传输单元——帧所必需的），一并交给数据链路层。

（3）数据链路层构建一个数据帧，目的地址是IP层传过来的MAC地址，源地址则是本机的物理地址，还要附加上一些控制信息，依据以太网的介质访问规则，将它们传送出去。

（4）主机B收到这个数据帧后，先检查它的目的地址，并和本机的物理地址对比，如符合，则接收；否则丢弃。接收后检查该数据帧，将IP数据包从帧中提取出来，交给本机的IP层协议。同样，IP层检查后，将有用的信息提取后交给ICMP协议，后者处理后，马上构建一个ICMP应答包，发送给主机A，其过程和主机A发送ICMP请求包到主机B一模一样。

即先由IP地址，在网络层传输，然后再根据mac地址由数据链路层传送到目的主机

C/S模式下使用socket通信，几个关键函数

详解：https://www.jianshu.com/p/295d7a300715
https://www.jianshu.com/p/0a0b34693178

路由器和交换机有哪些区别

A.工作层次不同：交换机比路由器更简单，路由器比交换器能获取更多信息

最初的的交换机是工作在OSI/RM开放体系结构的数据链路层，也就是第二层，而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层(数据链路层)，所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在OSI的第三层(网络层)，可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。

B.数据转发所依据的对象不同

交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。

C.传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域;而路由器可以分割广播域

由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。

(4)路由器提供了防火墙的服务

路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。

最根本的区别是：交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。

相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵，第三层交换机既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能，因而是大家较为理想的选择

HTTPS和HTTP有什么区别？SSL具体是怎么实现的？

1. HTTP的缺点
通信使用明文(不加密), 内容可能会被窃听
不验证通信方的身份, 因此有可能遭遇伪装
无法证明报文的完整性, 所有有可能已遭篡改

2. HTTP+加密+认证+完整性保护 = HTTPS
HTTPS并非是应用层的一种新协议. 只是HTTP通信接口部分用SSL(Secure Socket Layer)和TLS (Transport Layer Security) 协议替代而已.

通常, HTTP直接和TCP通信, 当使用SSL时, 演变成了先和SSL通信, 再由SSL和TCP通信了, 简而言之, 所谓HTTPS, 其实就是身披SSL协议的这层外壳的HTTP.

在采用SSL后, HTTP就拥有了HTTPS的加密, 证书和完整性的保护这些功能.

SSL是独立于HTTP的协议, 所有不光是HTTP协议, 其他运行在应用层的SMTP(邮件协议)和Telnet等协议均可配合SSL协议使用. 可以说SSL是当今世界上应用最广泛的网络安全技术.

3.SSL是如何加密的
SSL采用一种叫做公开密钥加密(Public-key cryptography)的加密方式.

近代的加密方法中, 加密算法是公开的, 而秘钥是保密的, 通过这种方式得以保持加密方法的安全性.

共享密钥加密的困境
加密和解密同用一个密钥的方式称为共享密钥加密, 也被叫做对称密钥加密.

共享加密方式加密时必须将密钥也发给对方. 在互联网上转发密钥时, 如果通信被监听那么密钥就会落入攻击者之手, 同时也就失去了加密的意义,

怎么才能安全的转交?

使用两把密钥的公开密钥加密
公开密钥加密方式很好地解决了共享密钥加密的困难

公开密钥加密使用一对非对称的密钥. 一把叫做私有密钥, 另一把叫做公开密钥

使用公开密钥加密方式, 发送密文的一方使用对方的公开密钥进行加密处理, 对方收到被加密的信息后, 在使用自己的私有密钥进行解密. 利用这种方式, 不需要发送用来解密的私有密钥, 也不用担心密钥被攻击者窃听而盗走.

另外, 要想根据密文和公开密钥, 恢复到信息原文是异常困难的, 因为解密过程就是在对离散对数进行求值, 这并非轻而易举就能办到的. 退一步讲, 如果能对一个非常大的整数做到快速地因式分解, 那么密码还是在存在希望的, 但就目前的技术来看是不太现实的.

HTTPS采用混合加密机制
HTTPS采用共享秘钥加密 和 公开秘钥加密两者并用的混合加密机制. 若密钥能够实现安全交换, 那么有可能会考虑仅适用公开密钥加密来通信. 但是公开密钥加密和共享密钥加密相比, 其处理速度要慢.

所以应充分利用两者各自优势, 将多种方法组合起来用于通信. 在交换密钥环节适用公开密钥加密方式, 之后的建立通信交换报文阶段则使用共享密钥加密方式.

5.证明公开密钥的正确性的证书
遗憾的是, 公开密钥加密方式还是存在一些问题的, 那就是无法证明公开密钥本身就是货真价实的公开密钥. 比如, 正准备和某台服务器建立公开密钥加密方式下的通信时, 如何证明收到的公开密钥就是原本预想的那台服务器发行的公开密钥. 或许在公开密钥传输途中, 真正的公开密钥已经被攻击者替换了.

为了解决上述问题, 可以使用有数字证书认证机构和其他相关机关颁发的公开密钥证书

基本流程为:

1.服务器把自己的公开密钥登录至数字证书认证机构
2.数字证书认证机构用自己的私有密钥向服务器的公开密钥署数字签名并颁发公钥证书
3.客户端拿到服务器的公钥证书后, 使用数字证书认证机构的公开密钥, 向数字证书认证机构验证公钥证书上的数字签名, 以确认服务器的公开密钥的真实性
4.使用服务器的公开密钥对报文加密后发送
5.服务器用私有密钥对报文解密

作者：onlyHalfSoul
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