网络基础知识

OSI七层模型

从下到上：

物理层：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。透明传输是指尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。
数据链路层：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。
网络层：数据链路层的数据在这一层被转换为数据包，然后通过路径选择、分段组合、顺序、进/出路由等控制，将信息从一个网络设备传送到另一个网络设备。
传输层：向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输。
会话层：组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。
表示层：处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换和加密解密等。
应用层：直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。

OSI是一个理想的模型，因此一般网络系统只涉及其中的几层，很少有系统能够具有所有的7层，并完全遵循它的规定。

TCP/IP四层模型

从下到上：

网络接口层：对应OSI的物理层、数据链路层。
网络层：对应OSI的网络层。协议有IP、ARP、RARP等。
传输层：对应OSI的传输层。协议有TCP、UDP等。
应用层：对应OSI的应用层、表示层、会话层。协议有HTTP、DNS等。

装包/拆包

在TCP / IP协议中数据先由上往下将数据装包，然后由下往上拆包。

在装包的时候，每一层都会增加一些信息用于传输，这部分信息就叫报头，当上层的数据到达本层的时候，会将数据加上本层的报头打包在一起，继续往下传递。

在拆包的时候，每一层将本层需要的报头读取后，就将剩下的数据往上传。

粘包

TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。

防止粘包有3个思路：

发送固定长度的消息。
把消息的尺寸与消息一块发送。
使用特殊标记来表示消息间隔。

TCP建立连接

建立TCP连接需要“三次握手”，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。

Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态。随后即可传输数据。

TCP断开连接

断开TCP连接需要“四次挥手”，是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态。

UDP和TCP的区别

UDP是无连接的，意味着在发送信息前不需要建立连接；TCP是有连接的，意味着要先建立连接再发送信息。
UDP不可靠；TCP可靠，无差错，不丢失，不重复，按序到达。
UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多；TCP只支持一对一。
UDP有消息边界保护，发送端发送3个数据包，接收端必须接收3次；TCP没有消息边界保护，发送端发送3个数据包，接收端可以1次接收。所以TCP会出现粘包。

HTTP协议

HTTP协议是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据，用于从服务器传输数据到本地客户端的传送协议。

HTTP是无连接的：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
HTTP是单工的：这意味着，请求只能由客户端发起，并且一个请求对应一个响应。
HTTP是媒体独立的：这意味着，只要客户端和服务器知道如何处理的数据内容，任何类型的数据都可以通过HTTP发送。客户端以及服务器指定使用适合的MIME-type内容类型。
HTTP是无状态的：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

HTTP1.1请求报文提供keep-Alive字段，置为true，则一个连接处理完一个请求后不会断开。

上传文件请求报文

请求方法只能是POST。
报头中的Content-Type：multipart/form-data。
Content-Length：文件大小。
Content-Disposition：form-data; name=”服务器接收文件数据的key”; filename=”上传服务器后文件的名称”。
报文中的Content-Type: 上传文件的文件类型。可选值有：text/plain、image/jpg、image/png、image/gif、text/html、application/json、application/octet-stream。
请求体为Base64编码的二进制数据。

下载文件请求报文

请求方法只能是GET。
GET后面是一个空格，其后紧跟要下载的文件相对于WEB服务器的根目录的路径。

下载文件响应报文

Content-Length：文件大小。
响应体为Base64编码的二进制数据。

断点续传

请求报头Range字段用于指定下载文件的某一段大小，及其单位。典型的格式如：

Range: bytes=0-499 // 下载第0-499字节范围的内容。

WebSocket协议

WebSocket是一个基于HTTP的、持久的、全双工的、媒体独立的、无状态的通信协议。

持久的：一个连接处理完一个请求后不会断开
全双工的：客户端可以向服务端发送请求，服务端也可以向客户端发送请求，且可同时进行。

HTTP协议升级为WebSocket协议

客户端首先向服务端发送一个GET请求，在报头中增加5个字段：

Upgrade：websocket。
Connection：Upgrade。
Sec-WebSocket-Key：xxxxxxxxxxx。随机生成的字符串，用于验证服务端的WebSocket。
Sec-WebSocket-Protocol：xxxxxxxx。用户定义的字符串，用来区分同URL下，不同的服务所需要的协议。
Sec-WebSocket-Version：13。使用的协议版本。

服务端向客户端返回响应，在报头中增加4个字段：

Upgrade：websocket。
Connection：Upgrade。
Sec-WebSocket-Key：xxxxxxxxxxx。
Sec-WebSocket-Protocol：xxxxxxxx。

至此HTTP协议就升级为WebSocket协议了。

心跳机制

无论是用HTTP的Keep-Alive，还是WebSocket，建立起长连接后，都有可能发生连接意外断开，而客户端/服务端不知道的情况。为了在出现这种情况后，立即再次建立连接，就需要心跳机制：每隔一段时间，客户端向服务端发送一个空包，且得到服务端响应，以确保连接正常。

Cookies是一种能够让网站服务器把少量数据储存到客户端的硬盘或内存，在需要时读取的技术。它解决了HTTP无状态特性带来的问题。

客户端在满足下列4个条件时，在请求中带上Cookie：

请求的主机名与某个Cookie的Domain属性匹配；
请求的端口号在该Cookie的Port属性列表中；
请求的资源路径在该Cookie的Path属性指定的目录或子目录中；
该Cookie没有过期

Cookie 在请求报头中的形式为：Set-Cookie: name=value。

Session

Session是在服务端保存一个用来跟踪用户状态的数据，这个数据可以保存在集群、数据库、文件中。它也是为了解决了HTTP无状态特性带来的问题，并且解决了Cookie的安全性和容量大小的问题。一般来说不会单独使用Session，同时会在Cookie中保存一个Session ID，每次请求时上报，以实现跟踪用户状态。