网络基础--简单理解什么是DNS? TCP? UDP? Http? Socket?

• 什么是IP 协议？ 

协议就是为了实现网络通信而创建的一系列规范。  通常我们的网络模型从上到下共分为4层： 应用层， 传输层， 网络层 和数据链路层。

IP协议属于网络层协议，它精确定义了网络通信中的各种细节， 比如发送信息的格式和含义。 所有的TCP， UDP数据都要以IP数据的格式来传输。 同时在互联网中，为每一台主机分配ip地址来表示自己。IP地址用4个字节，32位的二进制数来表示（IPv4）， 为了便于使用，通常取每个字节的十进制数，字节与字节之间用“.”隔开， 如192.168.1.1

IP只为主机提供一种 无连接， 不可靠，尽力而为的数据包传送服务

所谓不可靠就是说它不保证ip包一定能到达目的地， 有可能在传输过程中丢包。至于丢包之后怎么办， 它认为这是TCP/UDP要做的事

所谓无连接就是说每个数据包都是独立的， 它不维护任何状态，就像邮递员送信，每封信件都是独立的， 收信人并不知道邮递员会不会来，什么时候来

那么， 当初为什么不把ip协议设计成可靠的呢？

因为在“端到端的可靠传输中”， 即使通信网络100%可靠， 也不能保证端到端100%可靠（数据读写各个环节都可能出现差错），所以在终端设备已经十分智能的情况下，没有耗费大量性能来保证通信网络的可靠， 而是应该让网络简单些，让智能终端来完成“让传输可靠的任务”

具体到我们的通信过程中，就是TCP要做的事情。TCP可以提供可靠的数据传送， 比如从A传输一份文件到B， B主机的TCP一旦发现数据传输有差错，就会告诉A主机将有差错的那部分重传。

那么问题来了， TCP如何保证可靠传输呢？

• 什么是TCP？

TCP是传输层协议，其特点是 可靠，面向连接，面向字节流， 全双工， 且抵达时的数据顺序和发送时相同。 因此TCP适合对准确性要求高或者要求有连接的场景。

具体如何保证可靠传输呢？

1， 校验和（checksum？）

计算方式：将发送的报文段都当成一个16位的整数，将这些整数加起来，取反（进位不丢弃，补在前面）

发送方： 计算校验和，放在报文段的首部

接收方：收到数据后，用同样方式计算校验和，进行对比。 如果不相同，则说明数据传输有误

2， 确认应答与序列号

TCP传输字节流，传输时将每个字节的数据都进行了编号，就是序列号

当新连接建立的时候， 发送的第一个字节数据的序号叫做初始序号（ISN）， 初始序号并不一定是1， 一般是根据连接建立时的时间来定的。 初始序号告诉对方第一个报文段是谁，三次握手的目的之一就是确认初始序号。 （三次握手还会确认最大消息长度MSS， 两端主机在发出“建立TCP连接请求的SYN包”时，会在SYN包的TCP首部中写入MSS选项，告诉对方自己所能够适应的MSS的大小，然后发送端主机会在两者之间选择一个较小的MSS值投入使用。）

报文段序号和字节序号：假设一个报文段序号为301， 它携带了100个字节，那么字节序号就是301-400

确认号：每传送一个TCP段，都要等待对方发出确认， 但这样实在效率太低，所以在TCP协议中，一般采用累积确认的方式，即没收到一些连续的TCP段，可以只对最后一个进行确认。

如发送方发出了序号为301的报文段， 它携带了100字节的数据【301-400】，则接收方发出的ACK报文中的确认号应该是401，表示期望下次从401开始发送

3，超时重传

因为TCP在每次发送数据包后都会等待接收方应答， 那么如果发送过程中由于网络原因数据包整体丢失，接收方没收到消息，或者接收方发出了应答但是发送方没收到怎么办呢？

为了解决这个问题， TCP引入了超时重传机制，就是发送完等待一段时间后，如果没有收到接收方的ACK报文，就再发一次

那么这个时间是多少呢？

超时以500ms（0.5秒）为一个单位进行控制，每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍。重发一次后，仍未响应，那么等待 2 * 500ms 的时间后，再次重传。等待4 * 500ms的时间继续重传。以一个指数的形式增长。累计到一定的重传次数，TCP就认为网络或者对端出现异常，强制关闭连接。

4， 流量控制

接收端在收到数据后，会将其放进缓冲区进行处理。 那么如果发送的速度太快， 缓冲区很快就填满了，接下来就会出现数据丢失，超时重传等一些列问题

因此， 需要根据接收端对数据的处理能力，来决定发送端发送的速度，这就是流量控制，具体做法就是接收方在确认应答发送ACK报文时，会将自己的即时窗口大小（实际上就是缓冲区剩余内存）放在报文里，如果这个数字为0， 那么发送方就会停止发送数据，并定时发送窗口探测数据，让接收方告诉自己当前的窗口大小。

16位的窗口大小最大能表示65535个字节（64K），但是TCP的窗口大小最大并不是64K。在TCP首部中40个字节的选项中还包含了一个窗口扩大因子M，实际的窗口大小就是16位窗口字段的值左移M位。每移一位，扩大两倍。

5， 拥塞控制

TCP传输过程中， 如果一开始就传输大量的数据，很可能会引起拥堵，造成丢包或超时重传

所以TCP引入了一个慢开始的机制， 在开始发送数据时， 先发送少量的数据探路，摸清楚网络状况后再决定以多大的速率进行发送

慢开始算法和拥塞避免算法：

算法的具体过程：

发送方维护一个拥塞窗口和慢开始门限，拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞情况和接收窗口的大小

通信开始时， 发送方的发送窗口设为1， 每次收到确认应答后， 都将发送窗口设为当前的两倍

当拥塞窗口大于慢开始门限时， 则使用拥塞避免算法， 每次收到确认应答后都将发送窗口+1（加法增加）

若发送方出现了超时重传，则表明出现了拥塞， 此时发送方会将慢开始门限设定为当前发送窗口的一半（乘法减小），发送窗口设为1

快重传和快恢复：

因为TCP具有累计确认的能力，所以并不会每收到一个分组都会发出确认（太影响性能），通常是收到多个分组之后才去确认。

快重传机制要求， 一旦接收方收到一个失序的分组，就要立即发出前一个正确分组的确认应答， 这样就可以让发送者尽早知道数据可能丢失
快恢复是指，如果发送方连续收到3个队某分组的确认应答， 就表明当前正发送的分组已丢失，这时无需等待超时，直接执行乘法减小加法增大（将慢开始门限设为当前拥塞窗口的一半，执行拥塞避免算法）

6，失序重排  重复丢弃

TCP有接收缓存， 如果收到的分组序号大于当前期望的序号， 会把它按序号缓存起来， 等待它之前序号的分组收到后再重新排列

如果收到的分组序号小于当前期望的序号， 说明是重复分组，直接丢弃

• TCP三次握手四次挥手？

TCP是面向连接的， 无论哪一方向另一方发送数据之前都需要先建立连接， 这就是三次握手， 握手的目的是交换序列号，确认号以及窗口信息

具体过程就是：

第一次握手，建立连接。客户端发送请求连接报文， 将SYN置为1， 序列号置为x, 然后客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器确认

第二次握手，服务器收到SYN报文段，向发送方发出确认报文（ACK= x+1）, 同时自己发送SYN请求信息（SYN为1， 序列号为y），放在同一个报文段中。然后服务器进入SYN_RECV状态

第三次握手，客户端收到服务器报文后，向服务器发送ACK报文（ACK= y+1）, 将序列号置为初始序号， 发送完毕后，客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态

断开连接时，四次分手的过程：

第一次， 主机1（可以是客户端也可以是服务器）向主机2发出FIN报文，请求断开连接， 发送完之后， 主机1进入FIN_WAIT_1状态，表示主机1没有数据要发给主机2了

第二次， 主机2收到主机1的断开请求，作出确认应答，向主机1回复ACK报文，表示同意断开连接， 主机1收到应答后进入FIN_WAIT_2状态

第三次，主机2向主机1发送FIN报文，请求关闭连接，同时主机2进入LAST_ACK状态

第四次， 主机1收到主机2的FIN报文后， 作出确认应答，向主机2发出ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT 状态， 主机2收到确认报文后，就关闭连接。主机1等待2MSL的时间后，没有收到回复就证明主机2已经关闭， 那么它也会关闭连接。

问题： 为什么要握手要3次挥手要4次。

因为通信是双方的事情，双方一问一答，来回就是4次。

握手时因为服务器发送的SYN可以和确认报文ACK合并， 所以看起来时三次

分手时，因为服务器回复ACK和发送PIN并不在一个时间点（客户端请求断开连接时只能代表客户端没有数据要发送了，但可能服务器还有数据要发给客户端），无法合并。所以是4次

• UDP？

UDP的特点

无连接：知道对方的IP和端口号，就可以直接发送数据包，无需建立连接

不可靠：没有确认机制，没有重传机制， 如果网络故障导致不能发现对方，UDP也不会给应用层返回任何错误信息

面向数据报：应用层使用UDP协议时， 无论是从UDP接收缓冲区拷贝数据， 还是把数据写入发送缓冲区， 都是整条数据拷贝的，既不会拆分也不会合并，不存在粘包的问题

UDP传输的最大长度：是65535个字节

那么如果大于UDP传输的长度， 就需要在应用层手动分包， 多次发送，接收端再手动拼接。

UDP也使用校验和的方式来判断数据是否在传输过程中损坏

应用层使用sendTo将数据写入UDP发送缓冲区，在缓冲区内，加上UDP报头之后就直接提交给网络层进行下一步传输

接收端将从网络层接收到的数据放入接收缓冲区， 应用层使用recvfrom接口将缓冲区内的数据拷贝到应用层。缓冲区不保证数据有序，也不保证可靠。当接收缓冲区满的时候， 收到的数据包直接丢弃。

• Http？

HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用层协议。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“ 一次连接 ”。

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

怎么理解Http协议是无状态的？

无状态是指服务器没有记忆能力，每一次请求都是相互独立的， 服务器并不会保存上次请求的状态。

在无状态的情况下，如果下一条request需要用到前一条的某些数据， 那没办法，只能重传， 这样就导致每次连接需要传送的数据量很大。 ---怎么解决？ cookie, session

Http长连接和短连接

Http是基于TCP的上层应用， 所以我们通常说的HTTP长连接短连接本质上是TCP的长/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。

短连接的优点是管理简单， 存在的连接都是有用的，不需要额外的管理手段。 缺点是，如果有频繁的网络请求， 不断握手挥手会消耗资源影响性能。

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。

TCP的长连接主要依靠服务器提供TCP保活功能， 在长连接中，完成一次请求后，连接并不会主动断开。 那么当服务器检测到客户端已经消失，但连接未断开，且两个小时内没有任何动作时， 就会给客户端发送一个探测报文，

根据客户端主机响应探测4个客户端状态：

• 客户主机依然正常运行，且服务器可达。此时客户的TCP响应正常，服务器将保活定时器复位。
• 客户主机已经崩溃，并且关闭或者正在重新启动。上述情况下客户端都不能响应TCP。服务端将无法收到客户端对探测的响应。服务器总共发送10个这样的探测，每个间隔75秒。若服务器没有收到任何一个响应，它就认为客户端已经关闭并终止连接。
• 客户端崩溃并已经重新启动。服务器将收到一个对其保活探测的响应，这个响应是一个复位，使得服务器终止这个连接。
• 客户机正常运行，但是服务器不可达。这种情况与第二种状态类似。

长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。 但是 在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭它们之间的连接，Client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候，这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接，这样可 以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大长连接数，这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。

 一个http请求通常包括些什么东西呢？ （请求行， 请求头， 请求体）

请求行： 请求方法字段、URL字段和HTTP协议版本， 如 GET    /baidu/index.html     HTTP/1.1

请求方法有这些：GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT

请求头： (key value形式) User-Agent：产生请求的浏览器类型。

Accept：客户端可识别的内容类型列表。

Host：主机地址

请求体：get请求会把请求数据拼在url后面

一个http响应包括些什么呢？ （状态行，消息报头，响应正文）

状态行： 状态行是由：HTTP-Version+StatusCode+ReasonPhrase

比如：HTTP/1.1 200 ok

分别表示http版本 + 状态码 + 状态代码的文本描述。

状态码：1xx：指示信息–表示请求已接收，继续处理
                                                                             2xx：成功–表示请求已被成功接收、理解、接受
                                                                             3xx：重定向–要完成请求必须进行更进一步的操作。
                                                                             4xx：客户端错误–请求有语法错误或请求无法实现。
                                                                             5xx：服务器端错误–服务器未能实现合法的请求

消息报文（也叫响应头）:包含服务器类型，日期，长度，内容类型等

如 Server:Apache Tomcat/5.0.12

Date:Mon,6Oct2003 13:13:33 GMT

Content-Type:text/html

Last-Moified:Mon,6 Oct 2003 13:23:42 GMT

Content-Length:112

响应正文：就是服务器返回的html页面或者json数据

• DNS？

DNS是域名解析协议（Domain Name System），是基于UDP的一个应用层协议

DNS寻址过程：

根据网络层IP协议， 我们必须知道目的地的Ip地址才可以进行通信，所以当我们在浏览器输入一个网址，首先要做的就是查找它的IP， 具体过程如下：

首先查找浏览器缓存，检查本地host文件中是否有这个域名的映射，如果有，就直接返回

如果没有， 则查询本地DNS解析器缓存

如果还是没有，则查询本地域名服务器（填写或分配的首选域名服务器），如果要查询的域名包含在本地配置区域资源中，返回解析结果

如果查不到， 本地域名服务器就会向根域名服务器（根域名服务器知道所有顶级域名服务器的IP地址）发出查询请求。根域名服务器收到查询请求后， 会判断当前域名是谁来授权管理， 并返回这个顶级域名服务器的ip

然后本地域名服务器再向这个顶级域名服务器发出查询请求， 顶级域名服务器自身如果能查到就返回结果，如果不能查到，就返回次级域名服务器的IP。如此迭代，直到返回结果

• Socket？

socket是通信的基石， 是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元， 它包含了网络通信必须的5种信息：连接使用的协议， 本地主机IP地址，本地协议端口号，远程主机IP地址及 远程协议端口号

应用层通过传输层进行网络通信时， TCP会遇到同时为多个进程提供并发服务的问题， 多个进程要通过同一个TCP协议端口传输数据。 socket接口可以使应用层和传输层区别不同的进程， 实现并发服务

建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。

Socket之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。 

服务器监听：服务器端Socket并不定位具体的客户端Socket，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

客户端请求：指客户端的Socket提出连接请求，要连接的目标是服务器端的Socket。为此，客户端的Socket必须首先描述它要连接的服务器的Socket，指出服务器端Socket的地址和端口号，然后就向服务器端Socket提出连接请求。

连接确认：当服务器端Socket监听到或者说接收到客户端Socket的连接请求时，就响应客户端Socket的请求，建立一个新的线程，把服务器端Socket的描述发给客户 端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端Socket继续处于监听状态，继续接收其他客户端Socket的连接请求。

 ServerSocket的常用方法

构造方法 ServerSocket() 创建非绑定服务器套接字

ServerSocket(int port)创建绑定到特定端口的服务器套接字

ServerSocket(int port, int backlog)利用指定的backlog闯将服务器套接字，并将其绑定到指定端口

ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddress)利用指定的端口，侦听backlog和要绑定的本地ip地址创建服务器套接字。  适用于计算机上有多块网卡多个IP的情况， 可以明确规定serverSocket在哪块网卡或者哪个ip上监听连接请求。

所有构造方法都会抛出IOException

accept()等待客户连接，若连接，则创建一套接字。 该方法返回一个与客户端Socket对象相连接的socket。 服务器端使用getInputStream()获得的输入流对象，将对应客户端getOutputStream（）写入的输出流对象， 反之亦然。

accept()方法会阻塞线程，直到收到客户的呼叫

isBound()判断serverSocket的绑定状态

getInetAddress()返回此服务器套接字的本地地址

isClosed()判断serverSocket的关闭状态

close()关闭服务器套接字

bind(SocketAddress endpoint)将serverSocket绑定到特定地址 （IP和端口号）

getLocalPort()返回服务器套接字等待的端口号

客户端Socket

socket = new Socket("192.168.1.1", "8888")//创建socket并指定要连接的serverSocket的端口号，IP

ops = socket.getOutputStream() //获取输出流对象

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

socket- 长连接， 连接建立后服务器端可以随时向客户端发送数据。 但缺点是在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。 

个人笔记，摘抄自 TCP如何保证可靠传输_Lzc的博客-CSDN博客_tcp如何保证数据传输的可靠性