快速过一遍计算机网络

今天来总结一下面试中经常遇到的有关计算机网络的面试题，主要有以下知识点：

• OSI与TCP/IP各层的结构与功能,都有哪些协议?
• TCP三次握手和四次挥手
• TCP和UDP协议的区别
• TCP协议如何保证可靠传输
• 在浏览器中输入url地址到返回页面这过程发生了什么
• 各种协议与HTTP协议之间的关系
• HTTP长连接、短连接
• HTTP 1.0和HTTP 1.1的主要区别是什么?
• URI和URL的区别是什么?
• HTTP和HTTPS的区别

OSI与TCP/IP各层的结构与功能,都有哪些协议？

学习计算机网络时我们一般采用折中的办法，也就是中和 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构，这样既简洁又能将概念阐述清楚。

结合互联网的情况，自上而下地，非常简要的介绍一下各层的作用。

应用层

应用层(application-layer）的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。在互联网中应用层协议很多，如域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP协议等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文。

运输层

运输层(transport layer)的主要任务就是负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。

运输层主要使用以下两种协议:

1. 传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）--提供面向连接的，可靠的数据传输服务。
2. 用户数据协议 UDP（User Datagram Protocol）--提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）。

网络层

在 计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。
在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。在 TCP/IP 体系结构中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫IP数据报 ，简称数据报。

数据链路层

数据链路层(data link layer)通常简称为链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。 在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧，在两个相邻节点间的链路上传送帧。

物理层

物理层(physical layer)的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。

总结以下就是下面这张图

TCP三次握手

为了准确无误地把数据送达目标处，TCP协议采用了三次握手策略。

• 客户端–发送带有 SYN 标志的数据包 ——> 一次握手–服务端
• 服务端–发送带有 SYN/ACK 标志的数据包——> 二次握手–客户端
• 客户端–发送带有带有 ACK 标志的数据包——> 三次握手–服务端

为什么要三次握手

三次握手的目的是建立可靠的通信信道，说到通讯，简单来说就是数据的发送与接收，而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。

三次握手就能确认双方收发功能都正常，缺一不可。

为什么TCP链接需要三次握手，两次不可以么，为什么？

为了防止已失效的链接请求报文突然又传送到了服务端，因而产生错误。

客户端发出的连接请求报文并未丢失，而是在某个网络节点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达Server。这时，Server误以为这是Client发出的一个新的连接请求，于是就向客户端发送确认数据包，同意建立连接。若不采用“三次握手”，那么只要Server发出确认数据包，新的连接就建立了。由于client此时并未发出建立连接的请求，所以其不会理睬Server的确认，也不与Server通信；而这时Server一直在等待Client的请求，这样Server就白白浪费了一定的资源。若采用“三次握手”，在这种情况下，由于Server端没有收到来自客户端的确认，则就会知道Client并没有要求建立请求，就不会建立连接。

TCP四次挥手

断开一个 TCP 连接则需要“四次挥手”：

• 客户端-发送一个 FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送
• 服务器-收到这个 FIN，它发回一 个 ACK，确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号
• 服务器-关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端
• 客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1

为什么要四次挥手

任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候，则发出连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。

TCP和UDP协议的区别

UDP 在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 确是一种最有效的工作方式（一般用于即时通信），比如： QQ 语音、 QQ 视频 、直播等等

TCP 提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。 TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的，面向连接的传输服务（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），这一难以避免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。TCP 一般用于文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。

TCP协议如何保证可靠传输

1. 应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
2. TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
3. 校验和：TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
4. TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
5. 流量控制：TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。 （TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
6. 拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。
7. ARQ协议：也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
8. 超时重传：当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

在浏览器中输入url地址到返回页面这过程发生了什么

各种协议与HTTP协议之间的关系

HTTP长连接、短连接

在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。当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），每遇到这样一个Web资源，浏览器就会重新建立一个HTTP会话。

而从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，客户端再次访问这个服务器时，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。实现长连接需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。

HTTP 1.0和HTTP 1.1的主要区别是什么?

1. 长连接:在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接，也就是说每次请求都要重新建立一次连接。HTTP 是基于TCP/IP协议的,每一次建立或者断开连接都需要三次握手四次挥手的开销，如果每次请求都要这样的话，开销会比较大。因此最好能维持一个长连接，可以用个长连接来发多个请求。HTTP 1.1起，默认使用长连接,默认开启Connection： keep-alive。HTTP/1.1的持续连接有非流水线方式和流水线方式。流水线方式是客户在收到HTTP的响应报文之前就能接着发送新的请求报文。与之相对应的非流水线方式是客户在收到前一个响应后才能发送下一个请求。
2. 错误状态响应码:在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码，如409（Conflict）表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突；410（Gone）表示服务器上的某个资源被永久性的删除。
3. 缓存处理:在HTTP1.0中主要使用header里的If-Modified-Since,Expires来做为缓存判断的标准，HTTP1.1则引入了更多的缓存控制策略例如Entity tag，If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略。
4. 带宽优化及网络连接的使用:HTTP1.0中，存在一些浪费带宽的现象，例如客户端只是需要某个对象的一部分，而服务器却将整个对象送过来了，并且不支持断点续传功能，HTTP1.1则在请求头引入了range头域，它允许只请求资源的某个部分，即返回码是206（Partial Content），这样就方便了开发者自由的选择以便于充分利用带宽和连接。

URI和URL的区别是什么?

• URI(Uniform Resource Identifier) 是统一资源标志符，可以唯一标识一个资源。
• URL(Uniform Resource Location) 是统一资源定位符，可以提供该资源的路径。它是一种具体的 URI，即 URL 可以用来标识一个资源，而且还指明了如何 locate 这个资源。

URI的作用像身份证号一样，URL的作用更像家庭住址一样。URL是一种具体的URI，它不仅唯一标识资源，而且还提供了定位该资源的信息。

HTTP和HTTPS的区别

Http协议运行在TCP之上，明文传输，客户端与服务器端都无法验证对方的身份；Https是身披SSL(Secure Socket Layer)外壳的Http，运行于SSL上，SSL运行于TCP之上，是添加了加密和认证机制的HTTP。二者之间存在如下不同：

• 端口不同：Http与Http使用不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443；
• 资源消耗：和HTTP通信相比，Https通信会由于加减密处理消耗更多的CPU和内存资源；
• 开销：Https通信需要证书，而证书一般需要向认证机构购买； 
  　 

Https的加密机制是一种共享密钥加密和公开密钥加密并用的混合加密机制。

参考

快速过一遍计算机网络