计算机网络

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OSI 模型

OSI 具有七层，但是其太过理想化，并没有实际采用。

物理层（界定连接器和网线的规格）
数据链路层（相邻设备之间传送和识别数据帧）
网络应用层（地址管理和路由选择）
传输层（端到端的数据连接）
会话层（负责建立和断开通信连接）
表示层（数据格式的转换）
应用层（针对特定应用）

TCP/IP

TCP/IP 是个协议族。包含了 TCP IP, HTTP, UDP, ICMP 等协议

TCP 模型

物理层（界定连接器和网线的规格）
数据链路层（相邻设备之间传送和识别数据帧）
网络应用层（地址管理和路由选择）
传输层（端到端的数据连接）
应用层（针对特定应用，合并了会话层，表示层，应用层）

TCP 是面向流的协议

TCP 是个”流”协议，没有界限的一串数据，从 TCP 的帧结构也可以看出，在 TCP 的首部没有表示数据长度的字段。它会根据 TCP 缓冲区的实际情况进行包的划分，所以在业务上认为，一个完整的包可能会被 TCP 拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的 TCP 粘包和拆包问题。 UDP 则没有这个问题。UDP 是基于报文发送的，从 UDP 的帧结构可以看出，在 UDP 首部采用了 16bit 来指示 UDP 数据报文的长度，因此在应用层能很好的将不同的数据报文区分开，从而避免粘包和拆包的问题。

IP

ip 是无连接的模型，尽力发送，且不维护链接状态根据数据包的首部的协议字段来分辨 TCP 和 UDP（一个是 6, 一个是 17)

ICMP

ICMP 协议是一种面向无连接的网络层协议，用于传输出错报告控制信息。

改变路由
源点抑制
ping 命令
traceroute 命令

TCP UDP 区别

tcp 是面向链接的可靠传输，udp 是无连接的不可靠的
tcp 有流量控制和拥塞控制，udp 没有
tcp 是两点之间的，udp 可以一对一，一对多，多对一，对对多的通信
TCP 首部开销大，首部 20 个字节。UDP 首部开销小，8 字节。（源端口，目的端口，数据长度，校验和）

socket

socket 编程步骤。服务端： socket bind listen accept read

客户端： socket connect write

包首部

TCP 包首部含有 20 字节固定的内容。 UDP 包首部含有 8 字节，没有非固定的内容。 IP 包首部含有 20 字节固定的内容。

可靠性

如何保证可靠性

序列号，确认应答，超时重传

序列号

这时发送方在等待一定时间后会进行重传。这个时间一般是 2*RTT（报文段往返时间）+一个偏差值。

流量控制

发送端如果收到 3 次相同应答，就会立刻进行重发但是如果应答丢失了，因为窗口的存在，发送端就不会重发

拥塞控制

慢开始。一旦出现计时器超时，拥塞窗口变为 1, 然后拥塞阈值降为发生超时时的窗口的一半，然后每经过一个往返时间，窗口就翻倍。
拥塞避免。慢开始一旦超过拥塞阈值，每经过一个往返时间就加一。
快重传。一旦连续收到三个重复确认，就立即重发。
快启动。在快重传的基础上，重发后将拥塞窗口变成一半，阈值也变为一半（和拥塞窗口大小一样）, 然后执行加法增加。

DHCP

一种局域网的网络协议，由服务器控制一段 IP 地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的 IP 地址和子网掩码。

网络模型

C/S

非对等相互作用，服务器有客户端不具备的硬件和软件资源、运算能力，服务器提供服务，客户请求服务。多个客户进程可以同时访问一个服务进程，一个客户进程可以同时访问多个服务器提供的服务。

B/S

BS 是特殊的 CS 模型，其客户端特指浏览器。

加密算法

RSA

阮一峰-RSA(1): 数学知识阮一峰-RSA(2): 算法流程

计算过程

第一步选择两个质数 p, q 尽可能大
第二步计算 n = p * q
第三步计算 φ(n) = (p-1) * (q-1)
第四步选择一个整数 e, 使得条件是 1< e < φ(n), 且 e 与φ(n) 互质
第五步计算 e 关于φ(n) 的逆元 d, 也就是 e*d ≡ 1 (mod φ(n))
第六步将 (n, e) 封装成公钥，(n, d) 封装成私钥

上述计算过程中只有 n 和 e 公开，其余的 p, q, φ(n), d 均不公开

保密原理

RSA 算法加密的核心就是在于 d 难以通过 n, e 求出来。要想算出 d, 需要知道φ(n), 而φ(n) 需要知道 p, q, 也就是对 n 进行因式分解。而因式分解很困难。乘法逆元算法如下，两种算法都可以在知道φ(n) 的情况下实现 e 和 d 的互相求值。因为 e 和 d 互为逆元。

#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef long long ll;

// 两个方法，前提是 a,p 互质。不互质时返回-1:
// 1. 费马小定理：a*x≡1(mod p), 则 x=a^(p-2) (mod p)
// 2. 扩展欧几里得算法：那么 ax≡1 (mod p) 即 ax-yp=1. 把 y 写成+的形式就是 ax+py=1，
// 为方便理解下面我们把 p 写成 b 就是 ax+by=1。就表示 x 是 a 的模 b 乘法逆元，y 是 b 的模 a 乘法逆元。

// 快速幂
ll qpow(ll a, ll b, ll mod) {
    ll res = 1;
    ll base = a;
    while (b) {
        if (b & 1ll) {
            res = res * base % mod;
        }
        base = base * base % mod;
        b >>= 1;
    }
    return res;
}

void exgcd(ll a, ll b, ll& d, ll& x, ll& y) {
    if (!b) {
        d = a;
        x = 1;
        y = 0;
    } else {
        exgcd(b, a % b, d, y, x);
        y -= x * (a / b);
    }
    printf("%lld*(%lld)+%lld*(%lld)=%lld\n", a, x, b, y, d);
}
ll invByFermat(ll a, ll p) {
    // 欧拉扩展的 Fermat 小定理：如果 gcd(a,n) = 1，则 a(n) mod n = 1。
    // a 的乘法逆元：x=a^euler(n)-1 mod n

    return __gcd(a, p) == 1 ? qpow(a, p - 2, p) : -1;
}

ll invByExgcd(ll a, ll p) {
    ll d, x, y;
    exgcd(a, p, d, x, y);
    return d == 1 ? (x + p) % p : -1;
}

int main() {
    ll a, p;
    // cin >> a >> p;
    a = 1679616;
    p = 11;
    cout << "By Fermat: " << invByFermat(a, p) << endl;
    cout << "By Exgcd: " << invByExgcd(a, p) << endl;
    return 0;
}

http

概述

http 是一种无状态的应用层协议。主要应用在浏览网页上，但是也可以用在其他其他，比如即时通信，下载等。HTTP 协议使用 URI 定位互联网上的资源。客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。支持 B/S 及 C/S 模式。

持久连接

http 0.9 和 1.0 都使用非持续链接，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。http 1.1 改为了持续链接，可以传输多个对象。而持久性链接带来的还有请求的管线化，也就是可以在上一个请求尚未回复的时候就发送下一个请求。

无状态

http 的无状态意味着它对之前的请求没有记忆，如果需要用到之前的信息，那么需要重新传输，如果不需要，使用起来就节省时间。在需要前后文的场合，一般采用 Cookie 技术。Cookie 技术是说，在首次通信的时候，服务端会在响应中添加 Cookie 信息，然后客户端将其保留，在下次链接的时候，将 Cookie 加入请求，然后服务器就知道之前的状态信息了。

工作流程

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（默认为 80) 建立一个 TCP 套接字连接。

发送 HTTP 请求

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，一个请求报文由请求行。请求头部。空行和请求数据 4 部分组成。

服务器接受请求并返回 HTTP 响应

Web 服务器解析请求，定位请求资源。服务器将资源复本写到 TCP 套接字，由客户端读取。响应报文基本上由协议版本、状态码（表示请求成功或失败的数字代码）、用以解释状态码的原因短语、可选的响应首部字段以及实体主体构成。如

HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 10 Jul 2012 06:50:15 GMT
Content-Length: 362
Content-Type: text/html

<html>

释放连接 TCP 连接

若 connection 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；若 connection 模式为 keepalive, 则该连接会保持一段时间，在该时间内可以继续接收请求；

客户端浏览器解析 HTML 内容

客户端浏览器首先解析状态行，查看表明请求是否成功的状态代码。然后解析每一个响应头，响应头告知以下为若干字节的 HTML 文档和文档的字符集。客户端浏览器读取响应数据 HTML, 根据 HTML 的语法对其进行格式化，并在浏览器窗口中显示。

请求

下面是一个真实的请求例子，可以通过 F12 工具里面的 NetWork 看到，是读取百度百科的图标的一个请求，由于 Cookie 太长，就仅仅留了一部分

GET /favicon.ico HTTP/1.1
Host: baike.baidu.com
Connection: keep-alive
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
sec-ch-ua: "Google Chrome";v="89", "Chromium";v="89", ";Not A Brand";v="99"
sec-ch-ua-mobile: ?0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/89.0.4389.82 Safari/537.36
Accept: image/avif,image/webp,image/apng,image/svg+xml,image/*,*/*;q=0.8
Sec-Fetch-Site: same-origin
Sec-Fetch-Mode: no-cors
Sec-Fetch-Dest: image
Referer: https://baike.baidu.com/item/goto%E8%AF%AD%E5%8F%A5/7603004?fr=aladdin
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,zh-TW;q=0.8,en-US;q=0.7,en;q=0.6
Cookie: BIDUPSID=5BA9C0F9D1F69BCF04F7196693AA0E37; PSTM=1606200267; 

HTTP1.0 定义了三种请求方法：GET, POST 和 HEAD 方法。 HTTP1.1 新增了五种请求方法：OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE 和 CONNECT 方法。 GET 是请求。 POST 是提交表单。 HEAD 和 GET 基本一样，但是只要求返回头部信息。 PUT 是向服务端提交文件。几乎不会使用。 DELETE 是删除文件。几乎不会使用。 TRACE 是追踪请求的转发路线。几乎不会使用。 CONNECT 是要求使用隧道进行代理。 OPTIONS 是查看 URI 可以执行的动作。

https

HTTP 本身是明文协议。每个 HTTP 请求和返回的每个 byte 都会在网络上明文传播，不管是 url, header 还是 body.

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接字协议）, 及其继任者传输层安全 (Transport Layer Security, TLS) 是在传输层和应用层之间对信息进行加密。通常，HTTP 直接和 TCP 通信。当使用 SSL 时，则演变成先和 SSL 通信，再由 SSL 和 TCP 通信了。简言之，所谓 HTTPS, 其实就是身披 SSL 协议这层外壳的 HTTP. 加密采用混合加密的方式，先用公开密钥方式传输对称密钥，后续的信息就用对称密钥加密的方式。这样既保证了安全性，又保证了效率。 SSL 不仅提供加密处理，而且还使用了一种被称为证书的手段，可用于确定方。证书由值得信任的第三方机构颁发，用以证明服务器和客户端是实际存在的。 SSL 提供认证和加密处理及摘要功能。也就是用以防范中间人攻击，保证下载文件的正确性和完整性。常规的校验码的方式都需要用户手动检查，而且检验码本身也可能被篡改。 https 采用 443 端口

客户端服务端验证过程

首先客户端通过 URL 访问服务器建立 SSL 连接。
服务端收到客户端请求后，会将网站支持的证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。（这里补充一步客户端验证证书）
客户端的服务器开始协商 SSL 连接的安全等级，也就是信息加密的等级。
客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。
服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。
服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。

客户端验证证书过程

1: 客户端验证证书内容有效性（过期时间，域名是否相同等） 2: 验证证书的有效性（是否被串改）, 通过本地根证书的 CA 公钥解密数字摘要，看是否匹配。 3: 如果数字签名验证通过，就可以使用服务器证书里面提供的公钥进行下一步通信。 综上，HTTPS = HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护。 链接流程

设备

集线器

集线器工作在数据链路层，多个端口，无方向性的传送信息包，没有地址转换功能。集线器内部共享带宽。

网桥

网桥工作在数据链路层，将两个 LAN 连起来，根据 MAC 地址来转发帧，可以看作一个”低层的路由器”（路由器工作在网络层，根据网络地址如 IP 地址进行转发）. 网桥可以看作是一个低层的交换机 .

交换机

交换机其实就是多端口的网桥。也是数据链路层，但是能够让设备独享带宽。

路由器

路由器工作在网络层，可以有方向地发送信息包。