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OSI & TCP/IP模型设计 ​

OSI七层模型 ​

OSI七层模型（Open System Interconnection）开放式的系统互联

  1. 物理层（Physical Layer）

职责：负责比特流的传输，也就是数据在物理介质上的传输，如光纤、电缆等。
比喻：想象你在玩“传话游戏”，最底层就是传递信息的基础——纸条。这里的纸条就像是电线或光纤，负责将信息从一个地方传到另一个地方。
关键词：电缆、光纤、无线电波

  1. 数据链路层（Data Link Layer）

职责：负责在物理层的基础上建立可靠的数据传输机制，包括帧的同步、差错控制和流量控制。
比喻：继续我们的“传话游戏”，这一层相当于你把纸条放在一个信封里，确保信息能够准确无误地到达目的地。如果有人不小心弄丢了信封，你会再发一封。
关键词：MAC地址、帧、差错检测与纠正

  1. 网络层（Network Layer）

职责：负责将数据包从源端传输到目的端，包括路由选择和逻辑寻址。
比喻：这一层就像是邮政服务，你要寄一封信给远方的朋友。邮政局会根据信封上的地址选择最合适的路线，确保信件能够送到朋友手中。
关键词：IP地址、路由、逻辑地址

  1. 传输层（Transport Layer）

职责：负责端到端的数据传输，保证数据的完整性，并进行流量控制和拥塞控制。
比喻：想象你正在打包一份礼物，不仅要在外面贴上标签，还要确保礼物完好无损地送到收件人手上。这一层就像快递员，确保包裹安全送达。
关键词：TCP、UDP、端口号、流量控制

  1. 会话层（Session Layer）

职责：负责建立、管理和终止会话，包括会话管理、同步和恢复等功能。
比喻：这一层就像是电话总机，负责接听来电，帮你建立通话，并在通话结束后挂断电话。它管理着整个对话过程。
关键词：会话管理、同步点、恢复机制

  1. 表示层（Presentation Layer）

职责：负责数据的表示和转换，包括数据格式化、加密和解密等。
比喻：这一层就像是翻译官，负责将你说的语言翻译成对方能够理解的语言。此外，它还负责确保信息的安全性，就像给你的信件加密一样。
关键词：数据格式化、加密、解密

  1. 应用层（Application Layer）

职责：提供网络服务给最终用户，包括文件传输、邮件服务、目录服务等。
比喻：这一层就像是邮局的服务窗口，你在这里可以寄信、收信、查询邮件状态等。它是用户与网络服务之间的接口。
关键词：HTTP、FTP、SMTP

总结

OSI七层模型就像是一座高塔，每一层都有其独特的职责，从最底层的物理传输，一直到最顶层的应用服务。每一层的工作都为上一层提供了坚实的基础，从而保证了整个网络通信系统的高效运作。

TCP/IP协议 ​

OSI 模型就像是一个详细的建筑蓝图，定义了每一层的功能和职责，但没有具体的建筑材料和施工方法。而 TCP/IP 协议就像是一个实际的建筑项目，使用了具体的建筑材料（协议）和施工方法（实现），完成了实际的建筑（网络通信）。

OSI模型对比tcp/ip协议栈

OSI是一种理论下的模型，而TCP/IP已被广泛使用，成为网络互联事实上的标准。

层次结构

  1. 应用层：提供网络服务，如 HTTP、FTP、SMTP 等。

  2. 传输层：负责端到端的通信，如 TCP 和 UDP。

  3. 网络层：负责数据的路由和转发，如 IP。

  4. **网络接口层：**负责物理连接和数据传输，如以太网、ARP 等。

TCP&UDP ​

TCP、UDP区别 ​

  • TCP（Transmission Control Protocol），是一种面向连接的、可靠的传输层协议，把上面应用层交下来的数据看成无结构的字节流来发送，需要20个字节

  • UDP（User Datagram Protocol），用户数据包协议，是一个简单的面向数据报的通信协议，只是在其上面加上首部后就交给了下面的网络层，只占用8个字节（64bit）

TCPUDP
是否连接面向连接的，需要建立连接，然后再发送数据面向无连接的，不需要建立连接，直接发送数据包
是否可靠可靠传输，使用流量控制和拥塞控制不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制
连接对象个数一对一通信支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信
传输方式面向字节流面向报文
首部开销首部最小 20 字节，最大 60 字节首部开销小，仅 8 字节
适用场景适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输适用于实时应用（IP 电话、视频会议、直播等）

TCP的三次握手、四次挥手 ​

  • 三次握手

若客户端和服务端一起发送消息？

  • 四次挥手

TCP是否每次连接都需要3次握手？

  • TCP快速打开（TCP Fast Open，TFO）
  • 第一次握手：
    1. SYN在fast open带上cookie
    2. 服务端产生cookie，在ACK返回改cookie给客户端
    3. 客户端存储cookie 以后：
    4. 客户端带有cookie
    5. 服务端验证该cookie，有效，在返回ACK的同时，将数据直接返回给应用层，无效，3次握手
    6. 少一次ACK的RTT（round-trip time，往返时延）

为什么最后要等2个MSL（Maximum Segment Lifetime，最长报文寿命）

  • 确保接收方收到ACK；
  • 确保没有新的报文到发送方

HTTP（超文本传输协议） ​

概述 ​

HTTP（HyperText Transfer Protocol）是一种应用层协议，用于在 Web 浏览器和 Web 服务器之间传输超文本（如 HTML 页面）。HTTP 基于 TCP 协议，确保数据的可靠传输。

特点 ​

  1. 无状态：HTTP 协议本身是无状态的，服务器不会保存客户端的状态信息, 我们可以通过Cookie来保存状态。

  2. client-server模型：客户端发送请求，服务器返回响应。

  3. 基于 TCP：HTTP 使用 TCP 协议来确保数据的可靠传输。

状态码 ​

  • 1XX: 100 continue 101 http ->websocket 请求服务器切换更高的协议
  • 2XX: 200 ok 204 只有响应头无body 206: partial content HTTP1.1 断点续传、分块下载
  • 3XX：301 永久重定向 302 暂时重定向 304 缓存
  • 4XX：400 bad request 通用 403 禁止访问 404 无资源 405 method not allowed
  • 5XX: 500 服务器错误 501 不支持客户端请求 502 bad gateway 代理服务器异常 503 太多，无法响应

常见的传输格式内容 ​

  1. 传输定长、不定长数据
  • 定长：Content-length，指定HTTP报文长度
  • 不定长：Transfer-Encoding: chunked：表示分块传输，自动忽略Content-Length，建立长链接
  1. 处理大文件
  • Accept-Range: none，允许服务器只发送 HTTP 消息的一部分到客户端，服务器端会返回状态码为 206 Partial Content 的响应：
js
HTTP/1.1 206 Partial Content
Content-Range: bytes 0-1023/146515
Content-Length: 1024
...
(binary content)
  1. 常见表单
  • application/x-www-form-urlencoded：数据会URL编码
  • multipart/form-data：常用，不需要编码，每个表单元素独立

HTTP 攻击 ​

SQL

  • 通过将恶意的 Sql 查询或添加语句插入到应用的输入参数中
  • 处理：对用户的输入进行转义

XSS：（Cross-site scripting）

  • 存储型 XSS
    • 注入型脚本永久存储在目标服务器上。当浏览器请求数据时，脚本从服务器上传回并执行。
  • 反射型 XSS
    • 当用户点击一个恶意链接，或者提交一个表单，或者进入一个恶意网站时，注入脚本进入被攻击者的网站。Web 服务器将注入脚本，比如一个错误信息，搜索结果等 返回到用户的浏览器上。由于浏览器认为这个响应来自"可信任"的服务器，所以会执行这段脚本。
  • 基于 DOM 的 XSS
    • 通过修改原始的客户端代码，受害者浏览器的 DOM 环境改变，导致有效载荷的执行。也就是说，页面本身并没有变化，但由于 DOM 环境被恶意修改，有客户端代码被包含进了页面，并且意外执行。
  • 处理：对用户的输入进行转义

**CSRF：（Cross-site request forgery）跨站请求伪造：**攻击者诱导受害者进入第三方网站，在第三方网站中，向被攻击网站发送跨站请求。利用受害者在被攻击网站已经获取的注册凭证，绕过后台的用户验证，达到冒充用户对被攻击的网站执行某项操作的目的。

  • 一个典型的CSRF攻击有着如下的流程：
    • 受害者登录a.com，并保留了登录凭证（Cookie）。
    • 攻击者引诱受害者访问了b.com。
    • b.com 向 a.com 发送了一个请求：a.com/act=xx。浏览器会默认携带a.com的Cookie。
    • a.com接收到请求后，对请求进行验证，并确认是受害者的凭证，误以为是受害者自己发送的请求。
    • a.com以受害者的名义执行了act=xx。
    • 攻击完成，攻击者在受害者不知情的情况下，冒充受害者，让a.com执行了自己定义的操作。
  • 处理：cookie samesite

HTTP 版本 ​

HTTP/1.0 ​

特点

  • 短连接：每个请求都需要建立一个新的 TCP 连接，请求完成后立即关闭连接。
  • 无状态：服务器不会保存客户端的状态信息。
  • 简单头部：只包含基本的头部字段，如 Content-Type、Content-Length 等。

缺点

  • 性能差：每次请求都需要建立和关闭 TCP 连接，导致性能低下。
  • 无持久连接：无法复用 TCP 连接，增加了延迟和开销。

HTTP/1.1 ​

特点

  • 持久连接：允许在同一个 TCP 连接上发送多个请求和响应，减少了连接建立和关闭的开销。
  • 管道化请求：允许客户端在同一个连接上发送多个请求，服务器按顺序响应。
  • 更多的头部字段：引入了更多的头部字段，如 Host、Cache-Control、ETag 等。

缺点

  • 队头阻塞：虽然支持管道化请求，但仍然存在队头阻塞问题，即一个请求的延迟会影响后续请求。
  • 头部冗余：每个请求和响应都需要发送完整的头部，导致头部冗余和带宽浪费。

HTTP/2 ​

特点

  • 多路复用：允许在同一个 TCP 连接上同时发送多个请求和响应，解决了队头阻塞问题。
  • 头部压缩：使用 HPACK 算法压缩请求和响应头，减少了带宽消耗。
  • 服务器推送：服务器可以主动推送资源给客户端，减少了客户端的请求次数。
  • 二进制分帧：将请求和响应分成更小的二进制帧，提高了传输效率。

缺点

  • TCP 队头阻塞：虽然解决了 HTTP 层的队头阻塞问题，但仍然存在 TCP 层的队头阻塞问题。
  • 复杂性增加：引入了更多的特性和机制，增加了协议的复杂性。

HTTP/3 ​

特点

  • 基于 UDP：使用 UDP 协议，减少了连接建立的延迟。
  • 快速重连：在网络切换时，能够快速恢复连接。
  • 内置加密：QUIC 协议内置了加密机制，提供更安全的通信。
  • 多路复用：在 QUIC 层实现了多路复用，解决了 TCP 层的队头阻塞问题。

缺点

  • 兼容性：由于基于 UDP，可能存在一些网络环境不支持 UDP 的情况。
  • 部署难度：需要服务器和客户端的支持，部署难度较大。

总结 ​

HTTP/1.0：基本的请求-响应模型，短连接，无状态，性能差。 HTTP/1.1：引入持久连接和管道化请求，提升了性能，但存在队头阻塞和头部冗余问题。 HTTP/2：多路复用、头部压缩和服务器推送，解决了 HTTP 层的队头阻塞问题，但仍然存在 TCP 层的队头阻塞问题。 HTTP/3：基于 QUIC 协议，解决了 TCP 层的队头阻塞问题，提供更快的连接建立和更安全的通信，但兼容性和部署难度较大。

DNS ​

DNS：将主机名转为具体IP的服务根域：就是一个“.”号，由Internet名字注册授权机构管理。全世界共有13台根域服务器。 顶级域：由Internet名字授权机构管理。共有3种类型的顶级域： 组织域：采用3个字符的代号，如edu、com、gov等。 地理域：采用2个字符的国家/地区代号，如cn、jp、hk等。 反向域：这是一个特殊域，名称为in-addr.arpa，用于将IP映射到域名。 二级域：注册到个人、组织或公司的名称。二级域下还可以创建子域。 主机名：就是FQDN最左边的部分。使用“hostname”命令可以显示当前主机名。

操作过程：递归查询，优先查找是否有DNS缓存