Java-Web学习-Web基础-HTTP/TCP/IP

Java Web系列可能要停更一段时间了，原因是最近在做一个Django的项目
最近可能更新些Django笔记，敬请期待

网络协议基础

目录

HTTP

HTTP属于应用层协议

HTTP事务工作流程

HTTP事务，是指请求命令 + 响应结果，是HTTP请求的最小单元。缺乏响应结果的不能看作一次完整的事务。

HTTP的流程步骤可以描述为：

  1. 域名解析
  2. 客户端发起HTTP请求
  3. 服务端响应HTTP请求得到HTML代码
  4. 浏览器解析并渲染HTML页面

注意HTTP中限制每次连接只处理一次请求，当服务器对客户端的请求作出响应后，马上断开连接。

报文

报文：报文是在HTTP应用程序间发送的数据块，其具有一定的格式。包括文本形式的元信息，以及可选的数据部分。

报文流：报文从客户端流出并流入服务器，随后流回客户端，形成了一次完整的HTTP事务。

HTTP报文由三个部分组成：

  • 起始行（start line）：在请求报文中说明需要做什么，响应报文中说明出现了什么情况

    • 请求行：包含了一个方法和一个请求URL。方法描述了服务器应该执行的操作，请求URL描述了需要对哪个资源进行操作。请求行中还包含了HTTP版本，用于向服务器说明。所有字段使用空格分隔。
      • 方法：GET、POST、HEAD、PUT、TRACE、DELETE等
        • 小知识：根据规范，GET用于不改变服务器数据的请求。如果你逆天而行，那么很多插件很有可能会误会你的意思，导致某些预加载插件错误预加载了GET请求的链接，使得服务器的数据错误地改变。
    • 响应行：承载了状态信息和操作参数的所有结果数据。其包含HTTP版本、数字状态码、以及描述操作状态的文本形式的原因短语。

  • 首部（header）：包括多个键值对（称之为首部字段，每个字段独占一行，包含一个民名字和一个值，利用冒号相隔）。首部以一个空行结束。

    • 首部类型：请求和响应报文分别拥有不同的首部字段，也有一些通用的字段同时存在于两者之中。还有实体字段，用于对主体中的数据进行说明。开发者还可以自定义一些新的首部，HTTP程序也需要对它们进行转发。

  • 主体（entity-body）：不同于起始行和首部，其采用二进制方式包含任意的数据

Cookie & Session

一个用户的所有操作都在一个会话上进行，跟踪会话是网络协议中重要的一环。Cookie和Session都是为了跟踪用户的整个会话的技术（因为HTTP协议中规定每次连接响应一次后自动断开，使得服务器无法跟踪用户的后续行为）。Cookie是在客户端记录信息，而Session是在服务端记录用户信息的。

Cookie形式上是一小段的文本信息，包含多个键值对字段。当客户端发送请求后，服务端会判断是否需要跟踪用户会话，如果需要的话会颁发一个Cookie给客户。当客户再次链接时会连带上次收到的Cookie，服务端会检查Cookie（是否过期？是否有效？各字段的值？），来识别用户的状态。

Cookie具有不可跨域性，所有浏览器都被要求根据域名携带Cookie，即使得访问cscore.net.cn只会携带cscore.net.cn之前颁发给客户的Cookie而不会携带www.baidu.com颁发的Cookie。因此如果需要实现跨域名，需要同时发送多个Cookie，每个Cookie的domain字段执行需要跨域名的多个不同域名。

Cookie一般具有有效期。maxAge这一字段说明了最长生命周期，当maxAge为正，将被接受到该Cookie的浏览器进行持久化，即保存为Cookie文件直到过期失效；当为负，将被设置为临时Cookie被保存在内存中，一旦浏览器关闭则失效；当为0，将视作即时失效，由浏览器来决定是否移除。

Session是客户端在第一次请求服务器的时候创建的，也是使用键值对来保存属性字段。Session是存放在服务端内存中的，因此信息尽量精简，只有当访问程序时才会建立Session，只访问静态的HTML或图片是不会建立的。

Session通过超时时间来表示有效期。每次用户访问服务端都会更新一次Session状态，使其活跃一次，当Session与上一次活跃之间的时间超过了一定限制，该Session就会自动失效。

Session需要依靠Cookie，因为单靠Session本身并不能判断访问者是具体哪个用户。通常用单独的一个名叫JSESSIONID的Cookie存放该用户的对应的Session ID，从而让服务端根据这个Cookie来识别具体用户。或者在不支持Cookie的浏览器上使用URL地址重填，即让用户在请求时将自己的Session ID重写到URL信息中，由此服务器通过解析用户发来的URL请求来找到具体的Session。

Java Web规范中支持使用配置的方法禁用Cookie。事实上我们也推荐索性禁止Cookie，因为很多浏览器不支持Cookie。

从HTTP到HTTPS

基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证身份、数据完整性保护。HTTPS具有以下特点：

  1. 内容加密：混合加密

  2. 身份验证：证书认证

  3. 数据完整性检测：防止数据被篡改和冒充

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  • 对称加密：加密和解密使用同一密钥。

  • 非对称加密：需要两个密钥，私有密钥和公有密钥。用公有密钥加密的数据需要私有密钥来解密，而私有密钥加密的数据需要公有密钥解密。

  • 数字摘要：通过hash函数对原文进行处理生成固定长度的密文。原文任何信息的改变都会大幅改变对应的密文，保证了同样的数据的密文必然一致。

  • 数字签名：建立在非对称加密机制上，结合数字摘要技术形成的实用数据签名技术。数据前面实际上就是数据摘要经过私钥加密后的数据。

  • 数字证书：为了判断公钥是否安全，对公钥进行认证。即要求第三方Certificate Authority使用其认证中心自己的私钥，将需要认证的公钥和相关信息进行加密，生成数字证书。在传输公钥的过程中附加数字证书，任何人都可以使用认证中心的公钥对证书进行解密，以判断当前传输的公钥是否是正确的公钥。通常在涉及公钥传输时都会附带数字证书。

  • HTTPS集合了非对称加密和对称加密技术，客户端使用对称加密生成密钥对数据进行加密，然后使用非对称加密的公钥对密钥本身进行加密。网络上传输的是被密钥加密的密文和公钥加密后的秘密密钥。由于黑客无法获取到私钥，因此数据是安全的。并且依靠数字签名和数字证书保证公钥和数据的正确性。

TCP

TCP属于传输层协议

建立连接——三次握手

  1. 客户端发送请求报文SYN
  2. 服务端接收到请求后，发送ACK报文确认收到连接，并分配资源和发送SYN报文
  3. 客户端接收到确认后，发送ACK报文确认建立连接，并分配资源和发送SYN报文

断开连接——四次挥手

若客户端发起中断连接请求

  1. 客户端发送FIN，关闭传输
  2. 服务端接收到FIN，发送ACK确认，此时客户端接收到FIN，但不发送任何信息
  3. 服务端发送FIN，关闭传输
  4. 客户端接收FIN，发送ACK确认，客户端在等待一定时间后结束当前连接周期

可以看出，由于服务端在接收到FIN时不一定结束了所有报文的发送，因此需要分为两次挥手：第一次发送ACK声明已经接收到客户端关闭的通知，第二次是等到所有报文发送完毕后发送FIN正式关闭传输。

IP

IP属于网络层协议，是TCP/IP协议族的动力，为上层协议提供无状态、无连接、不可靠的服务。可以说，IP协议是一个非常简陋的架构，同时也暗藏了无限潜力，我们可以在上面实现多种机制以提升其能力。

IP地址

IP地址根据版本分为IPv4和IPv6

IPv4有十进制和二进制两种表示方法，采用点分四组十进制时，每组范围为0到255，比如120.7.56.1

IPv6采用冒号分8组4位十六进制，前导零可忽略，IPv6的低32位字长采用点分四组的形式表示，使其同时可兼容IPv4（表示方式为块值为ffff，后紧跟点分四组格式，比如::ffff:123.123.123.123）。

IP地址可看做两部分：网络地址和主机地址，网络地址相当于某个网络系统的编号，主机地址则对应相同网络中的主机编号。相同网络地址内的两台主机才能相互通信，否则需要经过路由器。

以IPv4地址为例，分为四种：

  1. A类：左边第一位二进制位为0，使用第一个字段中剩余7位表示网络地址，第一个字段内数值从1到126
  2. B类：左边前两位二进制位为10，使用第一个字段和第二个字段表示网络地址，第一个字段内数值从128到191
  3. C类：左边前三位二进制位为110，使用前三个字段表示网络地址，第一个字段内数值从192到223
  4. D类：左边前四位二进制位为1110，表示剩下的所有IP地址，即224.0.0.0到239.255.255.255

CIDR前缀方案：CIDR是独立于上述4类存在的，采用前缀方式来指定用前多少位来表示网络号，比如223.70.23.123/13，就是指用前13位作为网络号。

子网

IP地址可以按字段进一步分为三级：网络号、子网ID、主机ID。子网ID占用了主机ID的几个位从而将网络划分为若干个子网，便于管理和减少IP浪费。

IP地址的前几位可以来判断其属于那种类型，进而判断网络号有几位。但是由于各个公司所拥有的主机数不同，子网ID占用的具体位数也不同，子网掩码就是为了说明哪些位用于网络号和子网ID，哪些是用于主机ID。

注意，IP协议规定每个子网的第一个地址和最后一个地址无效，其并不指向真实的主机。因为第一个地址不是主机地址而是“子网标识符”；最后一个地址特指当前子网下所有主机，这是为了广播机制所预留的。

子网广播：通过向某个子网中主机号为最后一个的主机发送报文，实际上指的是向子网内所有主机发送报文。

IP数据报

IP数据报是IP协议下控制传输的单元，目前广泛采用的是IPv4数据报规范。

IPv4数据报分为两个部分：首部和有效净荷（负载数据）。数据报的几乎所有相关信息都存在首部，有效净荷大小可变。

IPv4首部在无拓展字段的情况下共5个32位字。

字段 长度(bit) 含义
版本号 4 IP协议的版本号，分别为4和6
首部长度 4 指明首部的长度，以byte为单位
区分服务（TOS） 8 规定本数据报的处理方式，包括优先级、延时、吞吐、可靠性等
总长度 16 首部加上有效净荷的总大小
标识 16 IPv4维护的一个计数器，该字段会随着数据报的产生而递增
标志 3 最低一位为1，表示后面还有分片的数据报；中间1位为1，表示当前数据报不是分片的
片位移 13 当分组被分片后，当前数据报在原分组中的相对位置
生存时间（TTL） 8 实际上指的是该数据报被传递时的跳转限制，超出后就会给发送者返回一个ICMP消息表示发送失败
协议 8 指出当前数据报携带的数据遵从的是什么协议
首部检验和 16 用于保护数据报首部数据完整性，每经过一个设备就会被重新计算和校验，只计算首部！
源地址 32 报文发送方的IPv4地址
目标地址 32 报文接收方的IPv4地址
选项字段 <40 拓展IPv4首部的功能，自定义
有效净荷 var 承载二进制报文信息

IP路由

IP协议的一个重要任务就是数据报的路由工作，即寻找发送到目标的路径。以下列出了一个IP实体对于IP数据报的处理流程。

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源路转发：分为严格源路由和松散源路由，严格源路由需要发送方给出所有的节点列表；松散下则只需要给出部分关键节点，路由路径只要途径这些节点即可。

ICMP重定向：一个ICMP重定向报文将告诉当前的IP实体，引发重定向的数据报信息以及应该使用的路由器的IP地址。于是当前IP实体就能以此更新路由表。通常在不改变内核参数的情况下，只有路由能发送ICMP报文，只有主机能够接受ICMP报文。

已知IP数据报的目标IP地址，它将匹配路由表中的哪一项呢？这就是IP的路由机制，分为3个步骤：

  1. 查找路由表中的数据报的目标IP地址完全匹配的主机IP地址。如果找到，就是用该路由项，没找到则转步骤2。
  2. 查找路由表中的数据报目标IP地址具有相同网络ID的网络IP地址。如果找到，就使用该路由项；没找到则转步骤3。
  3. 选择默认路由项，这通常意味着数据报的下一跳路由是网关。

网关 Gateway：网关有着很多的定义。在TCP/IP协议下，网关指一个网络通往其他网络的IP地址。当IP实体发现数据包无法在当前网络中转发，那么就会发送给网关，转到其他网络中。

IP转发

IP协议下，主机和路由器都能进行转发，但是主机不会转发不由自己生成的数据报（由内核参数决定）。每次转发，数据报中的生存时间TTL减一。对于允许IP数据报转发的系统，数据报转发子模块将对期望转发的数据报执行如下操作：

  1. 检查数据报头部的TTL值。如果TTL值已是0，则丢弃该数据报。
  2. 查看数据报头部的严格源路由选择选项。如果该选项被设置，则检查数据报的目标IP地址是否是本机的某个IP地址。如果不是，则发送一个ICMP源站选路失败报文给发送端。
  3. 如果有必要，则给源端发送一个ICMP重定向报文，以告诉它一个更合理的下一跳路由器。
  4. 将TTL值减1
  5. 处理IP头部选项。
  6. 如果有必要，则执行IP分片操作。

IP分片

IP分片的根本在于数据链路层的约束。在TCP/IP协议族中，采用MTU来限制一次传输的数据包的大小，当一个IP数据报的大小超出MTU的限制，就必须进行分片。IP是没有超时重传的，因此一个分片的丢失就需要整个分组重新进行传输，我们应尽量避免分片。

MTU是根据不同接口要求而变化的。IPv4下，当路由器接受到一个数据包时，会考察下一次跳转地址的接口，如果MTU进一步缩小，则会进行二次分片。接收机收到所有的片段后能够通过其IP数据报首部的字段按一定顺序重组信息。

参考目录：

[1] IP协议详解 - Red_Code - 博客园 (cnblogs.com)

[2] HTTP/TCP协议基础 - 小嘉欣 - 博客园 (cnblogs.com)

[2] IP协议详解

posted @ 2021-05-31 19:42  neumy  阅读(121)  评论(0)    收藏  举报