计算机网络基础知识

一、网络基础知识

1、OSI 开放式互联参考模型

当前市面上分别存在：四层、五层、七层协议，而国际标准化组织 ISO 制定的 OSI 七层协议模型，是业界提出来的概念性框架：

先自上而下，后自下而上处理数据头部

从应用层开始，都会对传输的数据头部进行处理，加上本层的一些信息，最终，由物理层通过以太网、电缆等介质，将数据解析成比特流，在网络中传输。
数据传输到目标地址后，并自底而上的将先前对应的头部解析分离出来，这个就是网络数据处理的流程。

2、TCP/IP

OSI 是一个定义良好的协议规范机制，并有许多可选部分完成类似的任务。它定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系、以及各层可包括的可能的任务，是作为一个框架来协调和组织各层所提供的服务。但是 OSI 参考模型并没有提供一个可以实现的方法，而只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定。所以，OSI 参考模型并不是一个标准，而是一个在自定标准时所使用的概念型框架。

实施的标准时 TCP/IP 四层架构参考模型，虽然 TCP/IP 协议并不完全符合 OSI 的七层参考模型，但我们依然可以将其理解为是对 OSI 的一种实现。

二、TCP的报文

1. Source Port 和 Destination Port

首先，Source Port 和 Destination Port 分别表示源端口和目的地端口，它们各站两个字节。

TCP 和 UDP 的数据包，都是不包含 IP 地址信息的，因为那是 IP 层上的事，但是 TCP 和 UDP 均会有源端口和目的地端口。

我们知道两个进程，在计算机内部进行通信，可以由管道、内存共享、信号量、消息队列等方式进行通信，而两个进程要进行通信，最基本的前提就是能够唯一标识一个进程，通过这个唯一标识，找到这个进程。

在本地进程通信中，可以使用 PID 和进程号来唯一标识一个进程，但 PID 只在本地唯一，如果是两台不同的计算机中的进程要进行通信，PID 就不够用了，这就需要另外一个手段：在传输层中使用协议端口号。

IP 层的 IP 地址，可以唯一标识主机，而 TCP 协议和端口号，可以标识主机中的一个进程，这样就可以利用 IP 地址 + 协议 + 端口号，去标识网络中的一个进程。在一些场合，也把这种唯一标识的模式成为 套接字，即 Socket。

2 Sequence Number

序号，简称 seq, 它占用四个字节。为发送的数据段首个字节的序号

TCP 连接中，传送的字节流中的每个字节，都是按顺序去编号的，例如，一段报文的序号字段值是107，而携带的数据，共有100个字段，那么如果有下一个报文段的话，其序号就是107+100，也就是207开始。

**3 Acknowledgment Number(Ack) **

注意：ACK代表的是flag中的标志位

确认号，简称 ack, 同样占用四个字节，是期望收到对方下一个报文的第一个数据字节的序号。
例如，B 收到了 A 发送过来的报文，其 seq 是301，而数据长度是200字节，这表明了 B 正确收到了 A 发送的到序号500为止的数据，301+200-1=500.
因此，B 期望收到 A 的下一个数据序号，是501，于是，B 在发送给 A 的确认报文段中，会把 ack 确认号置为501.

4 Offset

数据偏移。
由于头部有可选字段，长度不固定，因此 Offset 指出 TCP 报文的数据距离 TCP 报文的起始数有多远。

5 Reserved

保留域。
保留今后使用的，但目前都会被标为0.

6 TCP Flags

控制位，主要有8个标志位组成，每一个标志位表示一个控制功能。
常见的六个：

• URG：紧急指针标志
  当它为1时，表示紧急指针有效，为0，则忽略紧急指针。

• ACK：确认序号标志
  当它为1时，表示确认号有效，为0，表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。

• PSH：push标志
  为1时，表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。

• RST：重置连接标志
  用于重置由于主机崩溃或其他原因，而出现的错误连接，或者用于拒绝非法的报文段，和拒绝连接请求。

• SYN：同步序号，用于建立连接过程(只有在建立连接时才为1)
  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：finish标志，用于释放连接
  为1时，表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

以上，加粗的标志，需要特别留意。

1.7 Window

指的是滑动窗口的大小，用来告知发送端、接收端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。

1.8 Checksum

校验和，指的是即有校验。
此校验和是对整个的 TCP 报文段、包括 TCP 头部和 TCP 数据，以16位进行计算所得，由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。

1.9 Urgent Pointer

紧急指针。
只有当 TCP Flags 中的 URG 为1的时候才有效，指出本报文段中的紧急数据的字节数。

1.10 TCP Options

可选项，其长度可变，定义一些其他的可选参数。

三、TCP三次握手

当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求，这个请求必须被发送到一个确切的地址，在双方握手之后，TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工的通信，这个全双工的通信，将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止。

什么是全双工？就是说计算机 A 可以给 B 去发送信息，在发送信息的同时，B 也可以给 A 回发信息。

三次握手的流程如下：

图中状态：
CLOSED：关闭状态、
LISTEN：收听状态、
SYN-SENT：同步已发送、
SYN-RCVD：同步收到、
ESTAB-LISHED：连接已建立

使用Wireshark抓包分析

1、文字表达

A 和 B 首次进行通信，一开始的时候，客户端和服务器都是处于关闭状态。这里假设，主动打开连接的是客户端，被动打开连接的是服务端。

刚开始的时候，TCP 服务器进程先创建传输控制块 TCB，时刻准备接收其他客户端进程发送过来的连接请求。此时，服务端进入了 Listen 即监听的状态。

而此时，TCP 客户端进程也是先创建一个传输控制块 TCB，然后向服务器发出连接请求报文。

第一次握手： 客户端向服务器发出连接请求报文，会有 SYN=1，就是报文头里的 TCP Flags 中的同步序号，同时，选择一个初始序号，seq=x，这个 x 可以是一个任意的正整数。此时，TCP 客户端进程就进入了一个 SYN_SENT 这么一个同步已发送的状态。这一次发送的数据包（即报文段）会被称为 SYN包，是一个请求建立连接的报文段，是不能携带数据的，但是要消耗掉一个序号，这便是第一次握手。

第二次握手： 当服务器接收到请求报文之后，如果同意连接，则发出确认报文。即 SYN + ACK 包。确认报文中，包含了 TCP Flags 中的两个字段，即：ACK=1，以及 SYN=1。

那它的确认号，就是 ack=x+1，因为在之前的 SYN 报文里面指定了 seq=x，那么作为回应，要回应跟 x 相关的信息，并且由于上面的一个报文消耗掉了一个序号，因此这里的 ack=x+1，同时自己这边也要初始化一个***，即：seq=y，此时，服务器就进入到了 SYN_RCVD，即同步收到的状态。这个报文也是不能携带数据的，且同样消耗掉一个序号。

第三次握手： 当 TCP 客户端进程收到确认报文之后，还要再向服务器发送一个 ACK 包，因为是确认报文，所以 ACK=1，此时，小的 ack=y+1，原因是因为刚刚服务器发过来了一个序号 seq=y，同时这个报文也会消耗掉一个序号，那么这里作为回应，回应过去的就是 ack=y+1。此时，TCP 连接建立，客户端就进入连接已建立的状态

服务端收到客户端的确认后，也就进入连接已建立的状态。

2、为什么需要三次握手才能建立起连接？

主要是为了初始化 Sequence Number 的初始值，通信的双方需要互相通知对方自己初始化的 Sequence Number，这个序号要作为以后的数据通信的序号，以保证应用层接收到的数据不会因为网络上的传输问题而乱序，即 TCP 会用这个序号来拼接数据。
因此，在第二次握手之后，还需要发送确认报文给服务器，告知服务器说：客户端已经收到你的初始化的 Sequence Number 了。

3、首次握手的隐患——SYN超时

在第一次握手的时候，有一个隐患，即：SYN 的超时问题。

1. 如果 Server 收到了 Client 的 SYN 包后，回 SYN-ACK 包，会了之后 Client 就掉线了，此时，Server 端没有收到 Client 端发送过来的 ACK 包的确认，那么这个连接就会处于一个中间状态，即没有成功，也没有失败。
2. 于是，Server 端在一定时间内没有收到 Client 端的确认，它就会重发 SYN-ACK，在 Linux 下，默认重试次数为5次，重试间隔从1秒开始，每次都翻倍。因此，五次的重试时间就是31秒，且在第五次发出去之后，还需要等待32秒，才能够被判定为超时，所以，要等到63秒的时候，TCP 才会断开连接。

那这样会造成什么后果？就是可能会使得服务器遭到 SYN Flood 攻击的风险。恶意程序会给服务器发一个 SYN 包，发了之后就下线，于是服务器默认需要63秒才会断开这个连接，这样，攻击者就可以把服务器的 SYN 连接队列耗尽，让正常的连接请求不能处理。

于是，Linux 下，就给了一个 tcp_syncookies 的参数来应对这个事。

当 SYN 队列满了之后，再有 SYN 请求进来，TCP 就会通过原地址端口、目标地址端口和时间戳打造出一个特别的 Sequence Number 回发回去，这个 Sequence Number 简称 SYN Cookie。如果是攻击者，是不会有响应的。如果是正常连接，则会把这个 SYN Cookie 发回来，然后服务端可以通过 Cookie 建立连接。

通过 SYN Cookie，即便此时 SYN 队列满了，本次连接请求不在队列中，依然能建立连接，进而解决了该问题的发生。

4、建立连接后，Client出现故障怎么办

保活机制：

• 向对方发送保活探测报文，如果未收到响应则继续发送
• 尝试次数达到保活探测数仍未收到响应则中断连接

四、TCP的四次挥手

所谓『挥手』，即终止 TCP 连接，就是指断开一个 TCP 连接时，需要客户端和服务端总共发出四个包，已确认连接的断开。
在 Socket 编程中，这一过程由客户端或服务端任意一方执行 Close 来触发。

这里假设，由客户端主动触发 Close:

最开始，客户端和服务端都处于 Established 的状态，然后客户端主动关闭，服务端被动关闭。

第一次挥手： 首先，客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据，在该数据包的报头中，TCP Flags 中的 FIN 就为1，假设，此时的客户端定义的*** seq=u，该值等于前面 Established 状态下数据最后一次传送到服务端的数据的最后字节的序号+1，此时客户端就进入了 FIN_WAIT_1 这么一个终止等待的状态。TCP 规定，即使 FIN 报文段不携带数据，也要消耗掉一个序号。

第二次挥手： 服务器收到 FIN 包后，也要发出 ACK 确认报文，这里最为回应，小写的 ack=u+1，同样也携带上了自己的***。此时服务端进入了 CLOSE_WAIT 这么一个关闭等待的状态。
这个状态比较重要，TCP 服务器通知高层的应用进程，客户端要释放跟服务器通信的连接了，这时候会处于半关闭的状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务端又要发送数据，客户端还是能够接收的。这个状态还要持续一段时间。
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入了 FIN_WAIT_2 这个状态，等待服务器发送释放连接报文。因此在这段时间内，客户端有可能还要接受服务器发送的最后的数据。

第三次挥手： 服务器将最后的数据发送完毕，就会想客户端发送连接释放报文，这里 FIN=1, ACK=1。而 ack 还是等于 u+1.
由于在半关闭的状态，服务器有可能还发送了一些数据，假定此时的序号就变为了 w.
此时，服务器就进入了 LAST_ACK 这么一个最后确认的状态，等待客户端的最终确认。

第四次挥手： 客户端在收到服务器的连接释放报文之后，必须发出确认，即：ACK=1，此时，客户端就进入了 TIME_WAIT 即时间等待的状态。
注意此时，客户端的 TCP 连接还没有释放，必须经过 2 * MSL 的时间后，这个连接才真正的释放，才进入到 CLOSED 的状态。
MSL 即最长报文段寿命，RFC 793 定义了 MSL 的值为2分钟，而 Linux 则设置成了30秒。
而服务器，只要收到了客户端的确认，立即就进入了 CLOSED 的状态。

1、为什么会有 TIME_WAIT 状态？

这是为了确保有足够的时间让对方收到 ACK 包。

1. 如果被动关闭的那方没有收到 ACK 包，就会触发被动端重发 FIN 包，一来一去，正好是两个 MSL.
2. 避免新旧连接混淆。有足够的时间让这个连接不会跟后面的连接混在一起。

2、为什么需要四次挥手才能断开连接？

因为 TCP 是全双工的，发送方和接收方都需要 FIN 报文和 ACK 报文，也就是说，发送方和接收方各自需两次挥手即可，只不过有一方是被动的，所以看上去就成了所谓的四次挥手。

3、服务器出现大量 CLOSE_WAIT 状态的原因

问题的其中一个表现，是客户端一直在请求，但是返回给客户端的信息是异常的，或者说压根没有返回信息。
通过上图可以看到，服务器保持大量的 CLOSE_WAIT 只有一种情况，那就是在对方发送一个 FIN 报文之后，程序这边没有进一步发送 ACK 包，或者 FIN+ACK 包。
换句话说，就是在对方关闭 Socket 连接后，程序没有检测到，或者更程序本身就已经忘了这个时候需要关闭连接，于是这个资源就一直被程序占用着。
遇到这种情况，多数是程序中有 bug，通常是某些连接没有及时释放导致的，或者是某些配置，如线程池中的配置不合理。

获取当前服务器处于各个状态下的连接数：

netstat -n | awk '/^tcp/{++S[$NF]}END{for(a in S) print a,S[a]}'

一旦 CLOSE_WAIT 很多，比如有几千的话，就需要排查问题了。

五、TCP 的滑动窗口

首先要理解两个概念：

• RTT
  Round-Trip Time, 即往返时延，指发送一个数据包到收到对应的 ACK, 所花费的时间；
• RTO
  Retransmission Time Out, 即重传时间间隔。
  TCP 在发送一个数据包之后，会启动一个重传定时器，而 RTO 就是这个定时器的重传时间。

TCP 会将数据拆分成段进行发送，出于效率和传输速度的考虑，我们不可能等一段一段数据去发送，等到上一段数据被确认之后再发送下一段数据，这个效率是非常低的。要实现对数据的批量发送，那么 TCP 久必须要解决批量传输、以及包乱序的问题。
所以 TCP 需要知道网络实际的处理带宽，或是数据处理速度，这样才不会引起网络拥塞，导致丢包。

TCP 使用滑动窗口做流量控制与乱序重排，TCP 的滑动窗口主要有两个作用：

1. 保证 TCP 的可靠性；
2. 保证 TCP 的流控特性。

在前面学习的 TCP 报文头里，有一个字段：Window，用于接收方通知发送方自己还有多少缓冲区可以接收数据，发送方根据接收方的处理能力来发送数据，不会导致接收方处理不过来。这便是流量控制。
同时，滑动窗口机制，还提现了 TCP 面向字节流的设计思路。

窗口数据的计算过程
如图所示，左图是 TCP 协议的发送端缓冲区，右图是接收端缓冲区。
左边往右边发数据，两个图中，下面的长方形表示要发送的数据流，里面假设装满了数据，并且需要按照顺序从左往右发送、接收，我们假设，对应的数据段位置序号也是从左到右去增长的，对于发送方来讲，LastByteAcked 指向收到的连续最大的 ACK 的位置，也就是从左端算起，连续已经被接收端的程序发送 ACK 回执确认已收到的 Sequence Number, 而 LastByteSent 指向已发送的最后一个字节的位置，该位置只是发出去了，但是还没收到 ACK 的回应，而 LastByteWritten 指向上层应用已写完的最后一个字节的位置，即当前程序已经准备好的需要发送的最新的数据段。

也就是说，从 LastByteAcked 到 LastByteSent, 这段是发送出去，但是还没有收到确认的；
从最左边到 LastByteAcked 这段，是发送出去且已经收到接收端的确认的。

可以看到，从 LastByteAcked 到 LastByteWritten 都是没有出现间隔的，都是连续的，对于接收方来讲：

LastByRead 指向上层应用已经读完的最后一个字节的位置，也就是说收到了发送方的数据，且已处理并给他回执了的数据的最后一个字节，而 NextByteExpected 指向收到的连续最大的 Sequence Number 的位置，也就是说，从 LastByRead 到 NextByteExpected 这一段，是收到了，但是还没给发送方发送回执。而 LastByteRcvd 是指向已收到的最后一个字节的位置，可以看到 NextByteExpected 到 LastByteRcvd 中间有一些 Sequence Number 还没有到达，对应的是空白的区域，此时，可以根据上面的数值计算出接收方的 Advertised window （即接收方还能处理的数据量）的大小，之后，回发给发送方让其计算出发送方的剩余可发送的数据大小，即 Effective Window（即发送还发可以发送的数据量） 的大小。

• Advertised Window = MaxRcvBuffer - (LastByteRcvd - LastByteRead)
• MaxRcvBuffer: 指接收方能接收的最大数据量，也可以理解为接收方缓存池的大小。
• Effective Window = AdvertisedWindow - (LastByteSent - LastByteAcked)

六、UDP vs TCP

1、UDP 报文头

可以看到，相比 TCP 报文，UDP 的报文的域相对少了很多，有源端口、目标端口、数据包长度、校验和、和用户数据来组成。

2、UDP 的特点

单的报文结构，也就意味着 UDP 不像 TCP 那样支持错误重传、滑动窗口等精细控制，其特点如下：

• 面向无连接
  UDP 是一个无连接的协议，连接之前，源端和终端之间不建立连接，当它想传送时，就简单的去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快的把它扔到网络上。
  在发送端，UDP 传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力、和传输带宽的限制；
  在接收端，UDP 把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读取一个消息段。
• 不维护连接状态，支持同时向多个客户端传输相同的消息
  由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态。
  因此，一台服务器可同时向多个客户机传输相同的消息。
• 数据包报头只有8个字节，额外开销较小
  相对于 TCP 的20个字节，UDP 包的额外开销小很多。
• 吞吐量只受限于数据生成速率、传输速率以及机器性能
  吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受限于数据生成速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
• 尽最大努力交付，不保证可靠交付，不需要维持复杂的链接状态表
• 面向报文，不对应用程序提交的报文信息进行拆分或者合并
  发送方的 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后，就向下交付给 IP 层，既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

3、结论

TCP 和 UDP 是 OSI 模型中的运输层中的协议，TCP 提供可靠的通信传输，而 UDP 则常被用于让网络和细节控制交给应用层的通信传输，两者区别如下：

• 面向连接 VS 面向无连接
  TCP 有三次握手的连接过程，UDP 适合消息的多播发步，从单个点向多个点传输信息。
• 可靠性
• 有序性
• 速度
• 量级

七、HTTP 简介

HTTP 即超文本传输协议，是属于应用层的协议，是一个基于请求与响应模式的无状态的应用层的协议，常基于 TCP 的连接方式。

HTTP 目前正处于多个版本共存的情况，包括仍被广泛采用的 1.0, 主流最为广泛的 1.1, 还有应用较少、NB 吹的最大的 2.0.

1.1 相交于 1.0 最明显的区别是引入了 keep-alive 这项长连接技术，2.0 虽然更合理、更先进，但其推广不开来的原因也是因为 1.1 完全能够满足目前的应用，并且升级上 2.0 的成本太大所导致的，这里主要以 1.1 为准。

1、HTTP 的特点

绝大多数的 Web 开发，都是构建在 HTTP 协议之上的 Web 应用，HTTP 的主要特点可概括如下：

1. 支持客户 / 服务器模式
   
   HTTP 协议工作于客户端、服务端架构之上，浏览器作为 HTTP 客户端，通过 URL 向 HTTP 服务端及 Web 服务器发送所有请求。
2. 简单快速
   请求时只需请求方法和路径，请求方法常用的有：GET、POST.
3. 灵活
   允许传输任意类型的数据对象。
4. 无连接
   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，并受到客户的应答之后，即断开连接，采用这种方式可以节省传输时间。
5. 无状态
   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先前的信息，则必须被重传。

2、HTTP 结构

2.1 HTTP 请求结构

客户端发送一个 HTTP 请求到服务器的请求消息结构，如图，主要有四个部分组成：

• 请求行

  • 请求方法
  • url
  • 协议版本

• 请求头
  请求头由若干个报头组成的，每个报头的结构，都是：

  • 头部字段名（名字）
  • 值

  这些报头，用来设置 HTTP 请求的一些参数，例如：host, 表示被请求资源的主机和端口号。

• 空行(必须有)

• 请求正文
  数据体，只在 POST 请求中用到，表示要上传的数据。
  数据体和头部之间是有一个空行的。

请求结构分析：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-awKPsnQK-1589282570789)(C:/Users/xiao/Pictures/md/image-20200512163559758.png)]

从 Host 到 Cookie 都是请求头；
请求头之后，不管请求正文有没有数据，都会要空一行。

2.2 HTTP 响应结构

响应报文主要有三个部分：

• 状态行

  • 协议版本
  • 状态码
  • 状态码描述

• 响应头部
  用来说明客户端要使用的一些附加信息的

  • 头部字段名
  • 值

  比如说，Date 是用来生成响应的日期和时间，Content-Type 就指定了 MIME 类型的 HTML.

• 空行

• 响应正文

响应结构分析：

3、HTTP 请求 / 响应的步骤

1. 客户端连接到 Web 服务器
   一个 HTTP 客户端，通常是浏览器与 Web 服务器的 HTTP 端口，默认端口号是80, 建立一个 TCP 套接字连接。
2. 发送 HTTP 请求
   即通过 TCP 套接字，客户端向 Web 服务器发送一个文本的请求报文
3. 服务器接受请求并返回 HTTP 响应
4. 释放连接 TCP 连接
   如果连接模式为 Close, 则服务器主动关闭 TCP 连接，客户端被动关闭连接，释放 TCP 连接；
   如果连接模式为 keep-alive, 则该链接会保持一段时间，在改时间内，可以继续接受请求。
5. 客户端浏览器解析 HTML 内容

4、在浏览器地址栏键入 URL, 按下回车之后经历的流程

1. DNS 解析
   首先，浏览器会依据 URL 逐层查询 DNS 服务器缓存，解析 URL 中的域名所对应的 IP 地址。
   DNS 缓存从近到远，依次是：浏览器缓存、系统缓存、路由器缓存、IPS 服务器缓存、根域名服务器缓存、*域名服务器缓存、主域名服务器缓存。从哪个缓存找到对应的 IP, 则直接返回，不再查询后面的缓存。
2. TCP 连接
   根据 IP 地址和对应端口（默认是80端口）和服务器建立 TCP 连接（三次握手）。
3. 发送 HTTP 请求
4. 服务器处理请求并返回 HTTP 报文
5. 浏览器解析并渲染页面
6. 浏览器释放 TCP 连接（四次挥手）

其中，第五步和第六步可以认为是同时发生的，哪一步在前没有特别的要求。

5、GET 请求和 POST 请求的区别

从三个层面来解答：

1. HTTP 报文层面： GET 将请求信息放在 URL, POST 放在报文体中。虽然 POST 放在报文体，但通过抓包依然是可以很轻松的获取到信息的，所以从安全性上来讲，两者并没有太多的区别，HTTP 也并不是安全的，具体要解决传输过程中的安全问题，还要靠 HTTPS. GET 有长度限制，POST 则无。
2. 数据库层面： GET 符合幂等性和安全性，POST 不符合。幂等性的定义就是对数据库的一次操作、和多次操作，获得的结果是一致的；安全性则是对数据库的操作没有改变数据库的数据。GET 请求是用来做查询操作的，因此不会改变数据库中原有的数据，而 POST 请求则是提交数据，因此会改变数据库中的数据，其次，POST 请求方式每次获得的结果都有可能不一样，因为 POST 请求是作用在上一级的 URL 上的，则每一次请求都会添加一份新资源，这也是 POST 和 PUT 的最大区别。PUT 是幂等的。
3. 其他层面： GET 可以被缓存、被存储，而 POST 不行。GET 请求会保存在浏览器的浏览记录中，以 GET 请求的 URL 可以保存为浏览器书签，而 POST 不具备这些功能。

6、Cookie 和 Session 的区别

因为 HTTP 是无状态的，也就意味着我们每次访问某个有登录需求的页面，都要输入一次账号和密码。
但是现实中并没有出现这样的场景，这是因为我们引入了某些机制，让 HTTP 具备了状态，其中的两个便是 Cookie 和 Session.

6.1 Cookie

Cookie 是客户端的解决方案。

• 是有服务器发送给客户端的特殊信息，以文本形式存放在客户端
• 客户端再次请求的时候，会把 Cookie 回发
• 服务器接收到后，会解析 Cookie 生成与客户端相对应的内容

6.2 Session

• 服务器端的机制，在服务器上保存的信息
• 当程序要为某个客户端的请求创建一个 session 的时候，服务器先检查这个客户端的请求里是否包含了 session 标识，称为 session id，如果包含，则说明以前已经为此客户端创建过 session，服务器直接根据 session id 检索出来使用。如果客户端请求不包含 session id，则为此客户端创建一个 session, 并生成一个与此相关的 session id
• 把 session 信息回发给客户端，进行保存

Session 的实现方式，主要有两种：

• 使用 Cookie 来实现
• 使用 url 回写来实现

6.3 区别

• Cookie 数据存放在客户的浏览器上，Session 数据放在服务器上
• Session 相对于 Cookie 更安全
• 若考虑减轻服务器负担，应当使用 Cookie

八、HTTPS 简介

在 HTTP 下面，加入了一个 SSL 层，从而具有了保护交换数据隐私、完整性、提供对网站服务器身份认证的功能。
简单来说，HTTPS 就是安全版的 HTTP.

1、SSL(Security Sockets Layer, 安全套接层)

• 为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议
• 位于 TCP 与各应用层之间，是操作系统对外提供的 API, SSL3.0 后更名为 TLS
• 是如何保证网络通信安全和数据完整性？身份认证，和数据加密
• 采用身份验证和数据加密保证网络通信的安全和数据的完整性

2、加密的方式

在前面学习 HTTP 的时候，通过抓包看了相关的协议，发现，不管是 GET 还是 POST, 客户端和服务端之间没有任何身份确认的过程，数据全部明文传输，客户端发出的请求很容易被黑客截获，如果此时黑客冒充服务器，则可返回任意信息给客户端而不被客户端察觉，这便是所谓的劫持。

如何给数据裹上一层外套？人们便想到了加密，加密主要有以下几种方式：

• 对称加密： 加密和解密都使用同一个秘钥，相对于非对称加密，效率要高很多
• 非对称加密： 加密使用的秘钥和解密使用的秘钥是不相同的，分别称为：公钥、私钥。公钥和算法都是公开的，私钥是保密的。非对称算法性能较低，但是安全性超强。但由于加密特性，能加密的数据长度也是有限的
• 哈希算法： 将任意长度的信息转换为固定长度的值，算法不可逆。就比如 MD5 算法
• 数字签名： 签名，便是在信息的后面加上一段内容，这些内容，是经过哈希后的值，可以证明信息是某个人发出/认同的，且没有被修改过。哈希值一般都会加密后，也就是签名之后，再和信息一起发送，以保证这个哈希值不被修改。

但是在实际的执行中，人们发现，仅使用其中的某种加密方式，并不能满足生产要求。
要么非对称加密性能过低，要么对称加密秘钥容易泄露，因此，HTTPS 使用的是证书配合各种加密手段的方式，打出一套相对安全的组合拳。

3、HTTPS 数据传输流程

HTTPS 在进行数据传输之前，会与网站服务器和 WEB 浏览器进行一次握手，在握手时，确定双方的加密密码信息，具体过程如下：

1. 浏览器将支持的加密算法信息发送给服务器；
2. 服务器选择一套浏览器支持的加密算法，以证书的形式回发浏览器；
3. 浏览器验证证书合法性，并结合证书公钥加密信息发送给服务器；
4. 服务器使用私钥解密信息，验证哈希，加密响应消息回发浏览器；
5. 浏览器解密响应消息，并对消息进行验证，之后进行加密交互数据。

4、HTTP 和 HTTPS 的区别

• HTTPS 需要到 CA 机构申请证书，需要一定的费用，HTTP 不需要
• HTTP 是超文本传输协议，信息明文传输；而 HTTPS 则是具有安全性的 SSL 加密传输协议，因此是密文传输
• 使用完全不同的连接方式。HTTPS 默认使用 443 端口，HTTP 默认使用 80 端口
• HTTP 是无状态的，SSL 是有状态的，因此可以理解为：HTTPS = HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护

5、HTTPS 真的很安全吗？

那倒未必。
由于用户习惯，通常准备访问某个网站时，在浏览器中，只会输入一个域名，比如，访问百度，就只会输入：www.baidu.com，不会在域名前面加上 http:// 或 https://，都是由浏览器自动填充。
当前所有浏览器默认填充都是 http://，一般情况，网站管理员会采用 301、302 跳转的方式由 HTTP 跳转到 HTTPS. 但是在这个过程中，会使用到 HTTP, 因此在这一步容易发生劫持。

这个时候，可以使用 HSTS(HTTP Strict Transport Security) 优化，即：HTTP 严格传输安全。
HSTS 目前正在推行中，并未成为主流。

九、Socket 简介

我们知道，两个进程如果需要进行通信，最基本的前提，是能唯一的标识一个进程。
在本地进程通信中，可以使用 PID 来唯一标识一个进程。但在网络中，就要另辟蹊径了。
IP 层的 IP 地址，可以唯一标识主机，而 TCP 协议和端口号，可以标识主机中的一个进程。这样就可以利用 IP 地址 + 协议 + 端口号，去标识网络中的一个进程。能够唯一标识网络中的一个进程后，它们就可以利用 Socket 进行通信。

1、什么是 Socket?

Socket 跟 TCP/IP 协议没有必然的联系，Socket 是对 TCP/IP 协议的抽象，是操作系统对外开放的接口：

Socket 编程接口在设计之初，就希望能适应其他的网络协议，所以，Socket 的出现，只是使得程序员更方便的使用 TCP/IP 协议栈而已，是对 TCP/IP 协议的抽象，从而形成了我们知道的最基本的函数接口，比如：create、listen 等，Socket 起源于 Unix, 而 Unix 是遵从『一切皆文件』的哲学，Socket 是基于一种：从打开、到读和写、再到关闭的这种模式去实现的。服务器和客户端各自维护一个文件，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容，供对方读取，或者读取对方的内容。
在通信结束时，就会关闭文件。

2、Socket 通信流程

前面说过，Socket 是基于：从打开、到读和写、再到关闭的这种模式去实现的，这里以使用 TCP 协议通信的 Socket 为例，其通信流程如下：

无论什么编程语言，Java 也好，C++ 也罢，使用 Socket 的流程，基本和上图是相同的。