小猿的某同事不甘于現狀，近期到處投簡歷面試。某天，小猿只見某灰頭土臉、唉聲嘆氣，于是小猿本著看熱鬧不嫌事兒大的心態，一臉壞笑湊上去問：“大佬，最近面試咋樣，是不是都拿好幾個offer了~^_^”，某答道：“什么呀，面個試咋就這么難，一道面試題硬是讓面試官扯出了整個計算機網絡知識圖譜，也是沒誰了~”，小猿好奇問：“啥題，啥題~”，某答：“爛大街的一道題，面試前也準備了，唉，你說為啥面試官就能從這道題目扯出一堆題目...”(此處省略一萬字)

接下來小猿就給大家說說某遇到的這道題，還有它牽扯出的整個計算機網絡的知識圖譜。廢話不多說，直接上題目

題目描述一：請說說HTTP請求的整個過程

題目描述二：當你在瀏覽器中輸出某個URL，按下回車后都經歷了什么樣的流程

題目描述三：請簡單介紹一下HTTP是怎么工作的

相信各位猿對這道題應該并不陌生，而且網上一搜一堆的講解與答案，但是某遇到的這個大牛面試官，卻可以從某的回答中延伸出更多的問題，如果想要過關，還是要對整個計算機網絡的知識體系有比較深刻的理解才行。下面先貼出小猿對這個題目的理解和可能從這道題目引出的計算機網絡的知識點，然后小猿對這些知識點慢慢的給大家分析。

小猿對題目的理解：

1. DNS解析：如果URL中是網址，需要向對這個網址進行域名解析，得到相應的IP地址

2. TCP連接：根據IP，找到對應的服務器，通過TCP的三次握手建立連接

3. 發送HTTP請求：建立TCP連接后發起HTTP請求

4. 服務器處理請求并返回HTTP報文：服務器根據請求參數得到返回結果，并返回HTTP報文

5. 瀏覽器解析渲染頁面：瀏覽器得到報文，解析HTML代碼，并請求HTML代碼中的資源（例如js、css等），然后渲染頁面

6. 連接結束：TCP4次揮手，HTTP斷開連接

知識圖譜

OSI七層架構

七層結構簡介：

7層結構數據傳輸流程：

詳細介紹每層的功能和

• 應用層（Application Layer）

1. 是計算機用戶，以及各種應用程序和網絡之間的接口：

2. 是用戶與網絡，以及應用程序與網絡間的直接接口，使得用戶能夠與網絡進行交互式聯系。

3. 實現各種服務：該層具有的各種應用程序可以完成和實現用戶請求的各種服務。

4. 該層還負責協調各個應用程序間的工作。
   

5. 應用層為用戶提供的服務和協議有：文件服務、目錄服務、文件傳輸服務（FTP）、遠程登錄服務（Telnet）、電子郵件服務（E-mail）、打印服務、安全服務、網絡管理服務、數據庫服務等。
   

• 表示層（Presentation Layer）

1. 對來自應用層的命令和數據進行解釋，對各種語法賦予相應的含義，并按照一定的格式傳送給會話層。

2. 主要功能：數據格式處理、編碼、壓縮解壓、加密解密等，具體說明如下：

1. 數據格式處理：協商和建立數據交換的格式，解決各應用程序之間在數據格式表示上的差異。

2. 數據的編碼：處理字符集和數字的轉換。例如由于用戶程序中的數據類型（整型或實型、有符號或無符號等）、用戶標識等都可以有不同的表示方式，因此，在設備之間需要具有在不同字符集或格式之間轉換的功能。

3. 壓縮和解壓縮：為了減少數據的傳輸量，這一層還負責數據的壓縮與恢復。

4. 數據的加密和解密：可以提高網絡的安全性。

• 會話層（Session Layer）

  其任務就是組織和協調兩個會話進程之間的通信，并對數據交換進行管理，具體如下：

1. 會話管理：允許用戶在兩個實體設備之間建立、維持和終止會話，并支持它們之間的數據交換。例如提供單方向會話或雙向同時會話，并管理會話中的發送順序，以及會話所占用時間的長短。

2. 會話流量控制：提供會話流量控制和交叉會話功能。

3. 尋址：使用遠程地址建立會話連接。

4. 出錯控制：從邏輯上講會話層主要負責數據交換的建立、保持和終止，但實際的工作卻是接收來自傳輸層的數據，并負責糾正錯誤。會話控制和遠程過程調用均屬于這一層的功能。但應注意，此層檢查的錯誤不是通信介質的錯誤，而是磁盤空間、打印機缺紙等類型的高級錯誤。

• 傳輸層（Transport Layer）

1. 向用戶提供可靠的端到端的差錯和流量控制，保證報文的正確傳輸。傳輸層的作用是向高層屏蔽下層數據通信的細節，即向用戶透明地傳送報文。

1. 傳輸連接管理：提供建立、維護和拆除傳輸連接的功能。傳輸層在網絡層的基礎上為高層提供“面向連接”和“面向無接連”的兩種服務。

2. 處理傳輸差錯：提供可靠的“面向連接”和不太可靠的“面向無連接”的數據傳輸服務、差錯控制和流量控制。在提供“面向連接”服務時，通過這一層傳輸的數據將由目標設備確認，如果在指定的時間內未收到確認信息，數據將被重發。

3. 監控服務質量。

2. 該層常見的協議：TCP/IP中的TCP協議、Novell網絡中的SPX協議和微軟的NetBIOS/NetBEUI協議。

• 網絡層（Network Layer）

1. 通過路由選擇算法，為報文或分組通過通信子網選擇最適當的路徑

2. 數據鏈路層的數據在這一層被轉換為數據包，然后通過路徑選擇、分段組合、順序、進/出路由等控制，將信息從一個網絡設備傳送到另一個網絡設備。

1. 尋址：數據鏈路層中使用的物理地址（如MAC地址）僅解決網絡內部的尋址問題。在不同子網之間通信時，為了識別和找到網絡中的設備，每一子網中的設備都會被分配一個唯一的地址。由于各子網使用的物理技術可能不同，因此這個地址應當是邏輯地址（如IP地址）。

2. 交換：規定不同的信息交換方式。常見的交換技術有：線路交換技術和存儲轉發技術，后者又包括報文交換技術和分組交換技術。

3. 路由算法：當源節點和目的節點之間存在多條路徑時，本層可以根據路由算法，通過網絡為數據分組選擇最佳路徑，并將信息從最合適的路徑由發送端傳送到接收端。

4. 連接服務：與數據鏈路層流量控制不同的是，前者控制的是網絡相鄰節點間的流量，后者控制的是從源節點到目的節點間的流量。其目的在于防止阻塞，并進行差錯檢測。

3. 數據鏈路層是解決同一網絡內節點之間的通信，而網絡層主要解決不同子網間的通信。例如在廣域網之間通信時，必然會遇到路由（即兩節點間可能有多條路徑）選擇問題。

• 數據鏈路層（Data Link Layer）

1. 物理層提供的比特流的基礎上，通過差錯控制、流量控制方法，使有差錯的物理線路變為無差錯的數據鏈路，即提供可靠的通過物理介質傳輸數據的方法。

2. 該層通常又被分為介質訪問控制（MAC）和邏輯鏈路控制（LLC）兩個子層

1. MAC子層的主要任務是解決共享型網絡中多用戶對信道競爭的問題，完成網絡介質的訪問控制；

2. LLC子層的主要任務是建立和維護網絡連接，執行差錯校驗、流量控制和鏈路控制。數據鏈路層的具體工作是接收來自物理層的位流形式的數據，并封裝成幀，傳送到上一層；同樣，也將來自上層的數據幀，拆裝為位流形式的數據轉發到物理層；并且，還負責處理接收端發回的確認幀的信息，以便提供可靠的數據傳輸。

• 物理層（Physical Layer）

1. 利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，實現比特流的透明傳輸。

2. 物理層的作用是實現相鄰計算機節點之間比特流的透明傳送，盡可能屏蔽掉具體傳輸介質和物理設備的差異。使其上面的數據鏈路層不必考慮網絡的具體傳輸介質是什么。

分享一張大而全的七層協議框架圖

TCP/IP協議-OSI的一種“實現”

傳輸控制協議TCP簡介

• 面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議

• 將應用的數據流分割成報文段并發送個給目標節點的TCP層，

• 分段的長度受數據鏈路層MTU(最大傳輸單元，Maximum Transmission Unit)的限制

• TCP單個數據報的最大長度稱為最大段尺寸MSS；

• 在TCP三次握手建立連接的時候，雙方會商量傳輸中MSS的大小；
  

• 數據包都有序號以保證消息接收的順序，對方收到則發送ACK確認，未收到則重傳

• 使用奇偶校驗和來校驗數據在傳輸過程中是否有誤

TCP報文頭

• SourcePort：源端口，占用2個字節。源端口和IP地址的作用是標識報文的返回地址。

  p.s. IP可以唯一表示一臺主機，TCP協議和端口號可以唯一表示主機中的一個進程；所以我們可以根據IP地址+協議+端口號唯一表示網絡中的一個進程（即Socket的工作原理）。

• DestinationPort：目的端口，占用2個字節；指明接收方計算機上的應用程序的端口。

• SequenceNumber（序號seq）：本報文段發送的數據組的第一個字節的序號。e.g.一個報文段的序號為300，此報文段數據部分共有100字節，則下一個報文段的序號為400。所以序號確保了TCP傳輸的有序性。

• AcknowledgmentNumber（確認號ack）：指明下一個期待收到的字節序號，表明該序號之前的所有數據已經正確無誤的收到。確認號只有當ACK標志為1時才有效。

• offset（數據偏移）：占用4bits。由于首部可能含有可選項內容，因此TCP報頭的長度是不確定的，報頭不包含任何任選字段則長度為20字節，4位首部長度字段所能表示的最大值為1111，轉化為10進制為15，15*32/8 = 60，故報頭最大長度為60字節。首部長度也叫數據偏移，是因為首部長度實際上指示了數據區在報文段中的起始偏移值。

• Reserved（保留字節）：為將來定義新的用途保留，現在一般置0。

• TCP Flags（TCP控制位）

• SYN：同步序號，用于建立連接過程，在連接請求中，SYN=1和ACK=0表示該數據段沒有使用捎帶的確認域，而連接應答捎帶一個確認，即SYN=1和ACK=1。

• ACK：確認序號標志，為1時表示確認號有效，為0表示報文中不含確認信息，忽略確認號字段。
  

• FIN：finish標志，用于釋放連接，為1時表示發送方已經沒有數據發送了，即關閉本方數據流。

• URG：緊急指針標志，為1時表示緊急指針有效，為0則忽略緊急指針。

• PSH：push標志，為1表示是帶有push標志的數據，指示接收方在接收到該報文段以后，應盡快將這個報文段交給應用程序，而不是在緩沖區排隊。

• RST：重置連接標志，用于重置由于主機崩潰或其他原因而出現錯誤的連接。或者用于拒絕非法的報文段和拒絕連接請求。

• CWR：Congestion Window Reduced

• ECE：ECN echo
  

• Window（窗口）：滑動窗口大小，用來告知發送端接受端的緩存大小，以此控制發送端發送數據的速率，從而達到流量控制。窗口大小時一個16bit字段，因而窗口大小最大為65535。

• Checksum（校驗和）：奇偶校驗，此校驗和是對整個的 TCP 報文段，包括 TCP 頭部和 TCP 數據，以 16位進行計算所得。由發送端計算和存儲，并由接收端進行驗證。

• UrgentPointer（緊急指針）：只有當 URG 標志置 1 時緊急指針才有效。緊急指針是一個正的偏移量，和順序號字段中的值相加表示緊急數據最后一個字節的序號。 TCP 的緊急方式是發送端向另一端發送緊急數據的一種方式。

• TCP Options（選項與填充）如果沒有選項，則TCP頭長度是20字節，TCP選項最大是40個字節。最常見的可選字段是最長報文大小，又稱為MSS（Maximum Segment Size），每個連接方通常都在通信的第一個報文段（為建立連接而設置SYN標志為1的那個段）中指明這個選項，它表示本端所能接受的最大報文段的長度。選項長度不一定是32位的整數倍，所以要加填充位，即在這個字段中加入額外的零，以保證TCP頭是32的整數倍。

• Data（數據部分）TCP 報文段中的數據部分是可選的。在一個連接建立和一個連接終止時，雙方交換的報文段僅有 TCP 首部。如果一方沒有數據要發送，也使用沒有任何數據的首部來確認收到的數據。在處理超時的許多情況中，也會發送不帶任何數據的報文段。

說說TCP的三次握手

在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連接服務，采用三次握手建立一個連接

1. 第一次握手：建立連接時，客戶端發送SYN包到服務器，并進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認。這里發送的SYN包，SYN標志位為1，seq序號初始為x

2. 第二次握手：服務器收到SYN包，必須確認客戶的SYN，同時自己也發送一個SYN包給客戶端，此時服務端進入SYN_RECV狀態。這里服務端發送的SYN包中SYN標志位和ACK標志位都是1，seq序號初始為y，ack為x+1（表示客戶端下次再發送包seq從x+1開始）

3. 第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK的包，向服務器發送確認包，此包ACK標志位1，seq序號為x+1，ack為y+1（表示服務端下一次發送數據seq從y+1開始）。此包發送完畢，客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，開始數據傳送。
   

為什么需要三次握手才能建立連接

• 為了初始化SequenceNumber
  

• 為了防止服務器端開啟一些無用的連接增加服務器開銷以及防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務端，因而產生錯誤。

三次握手的隱患-SYN Flood

問題描述

• Server收到Client的SYN，回復SYN-ACK的時候未收到ACK確認

• Server不斷重試直至超時，Linux默認等待63秒才斷開連接（Linux默認重試5次，每次等待時間翻倍，第一次重試前等待時間為1秒，第五次重試后等待時間是32秒，然后才斷開連接）

• 惡意攻擊者，不斷向服務端發送SYN請求后立刻下線，服務器端會等待63秒后才斷開連接，進而導致服務端資源耗盡，讓正常的連接請求不能處理

針對SYN Flood的防護措施

針對上述問題的解決辦法

• SYN隊列滿后，通過tcp_syncookies參數回發SYN Cookie

• 如果是正常連接，Client會回發SYN Cookie給服務端；如果是惡意攻擊，因為Client已經下線，則不會返回。

• 正常連接返回SYN Cookie后，可以直接建立連接

建立連接后，Client出現故障怎么辦

保活機制

• 向對方發送保活探測報文，如果未收到響應則繼續發送

• 嘗試次數達到保活探測數仍未收到響應，則中斷連接

TCP四次揮手

揮手是為了終止連接，TCP采用四次揮手來釋放連接

1. 第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入FIN-WAIT_1狀態；

2. 第二次揮手：Server收到FIN后，發送一個ACK給client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態；Client接收到Server的FIN之后，進入FIN_WAIT_2狀態；

3. 第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK狀態；

4. 第四次揮手：Client收到FIN后，Client進入TIME_WAIT狀態，接著發送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次握手

為什么要有TIME_WAIT狀態

• 防止上一次連接中的包，迷路后重新出現，影響新連接（經過2MSL，上一次連接中所有的重復包都會消失）

• 可靠的關閉TCP連接。為的是確認服務器端是否收到客戶端發出的ACK確認報文。當客戶端發出最后的ACK確認報文時，并不能確定服務器端能夠收到該段報文。所以客戶端在發送完ACK確認報文之后，會設置一個時長為2MSL的計時器。MSL指的是Maximum Segment Lifetime：一段TCP報文在傳輸過程中的最大生命周期。2MSL即是服務器端發出為FIN報文和客戶端發出的ACK確認報文所能保持有效的最大時長。

• 服務器端在1MSL內沒有收到客戶端發出的ACK確認報文，就會再次向客戶端發出FIN報文；

• 如果客戶端在2MSL內，再次收到了來自服務器端的FIN報文，說明服務器端由于各種原因沒有接收到客戶端發出的ACK確認報文。客戶端再次向服務器端發出ACK確認報文，計時器重置，重新開始2MSL的計時；

• 否則客戶端在2MSL內沒有再次收到來自服務器端的FIN報文，說明服務器端正常接收了ACK確認報文，客戶端可以進入CLOSED階段，完成“四次揮手”。

為什么需要四次握手

• 因為全雙工，發送方和接收方都需要FIN報文和ACK保報文

• 建立連接時，被動方服務器端結束CLOSED階段進入“握手”階段并不需要任何準備，可以直接返回SYN和ACK報文，開始建立連接。釋放連接時，被動方服務器，突然收到主動方客戶端釋放連接的請求時并不能立即釋放連接，因為還有必要的數據需要處理，所以服務器先返回ACK確認收到報文，經過CLOSE-WAIT階段準備好釋放連接之后，才能返回FIN釋放連接報文。

服務器出現大量CLOSE_WAIT狀態的原因

如果一直保持在CLOSE_WAIT狀態，那么只有一種情況，就是在對方關閉連接之后服務器程序自己沒有進一步發出ack信號。換句話說，就是在對方連接關閉之后，程序里沒有檢測到，或者程序壓根就忘記了這個時候需要關閉連接，于是這個資源就一直被程序占著。

• 檢查代碼，特別是釋放資源的代碼

• 檢查配置，特別是處理請求的線程配置

  
  

寫了這么多，請允許小猿喘口氣~，今天就到這吧，未完待續...

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