網絡協議HTTP、TCP

?概述

如何讓數據具有自我描述性?

為什么網絡有層級的劃分?

交換機、路由器要不要閱讀一個信息的頭部？要不要閱讀數據部分？?

網卡：網卡可以完成幀的封裝和解封裝，工作在數據鏈路層。
中繼器：中繼器以比特方式將網絡信號進行再生和重定時，使其能夠傳輸更長的距離。
放大器
集線器：
集線器實際上就是一個多端口的中繼器。
網橋/橋接器：連接兩個局域網的一種存儲轉發設備，可以將一個大的LAN分割為多個網段，或者將兩個以上的LAN互聯為一個邏輯LAN。
交換機：交換機有一張交換表，可以記錄MAC幀和對應端口。(相當于網橋+集線器) 路由器：路由選擇、存儲轉發、連接外部網絡。

協議名	層	協議功能	占用端口號
HTTP 超文本傳輸協議	應用層	傳輸Web網站網頁和其他資源	80
FTP文件傳輸協議	應用層	文件上傳和下載	20/21
Telnet 遠程連接協議	應用層	遠程登錄（無加密）	23
SSH安全外殼協議	應用層	遠程登陸(加密)	22
SMTP 簡單郵件傳輸協議	應用層	電子郵件（郵件在服務器之間提交和傳送）	25
POP3 郵局協議版本3	應用層	電子郵件（郵件最終交付協議）	110
TCP	傳輸層	可靠的面向連接的傳輸層協議
UDP	傳輸層	不可靠的基于數據報的傳輸層協議
IP	網絡層	網際互聯協議
ICMP	網絡層	網絡控制消息協議
IGMP	網絡層	網絡組管理協議
ARP	數據鏈路層	地址轉換協議
RARP	數據鏈路層	反向地址轉換協議

萬維網

萬維網（World Wide Web，簡稱 WWW）的誕生和發展依賴于以下三個核心要素，它們共同構成了現代互聯網信息交互的基礎：

1.?URL（統一資源定位符）

作用：為網絡中的資源（如網頁、圖片、API）提供唯一標識和訪問地址。

https://www.example.com:443/path/to/resource?query=value#fragment
↑ ? ? ?↑ ? ? ? ? ? ? ?↑ ? ↑ ? ? ? ? ? ? ? ↑ ? ? ? ? ?↑
協議 ? ?主機名 ? ? ? ? 端口 ?路徑 ? ? ? ? ? ?查詢參數 ? ?片段?

以下是URL各組成部分的表格化總結：

組成部分	作用	示例	注意事項
協議（Scheme）	指定訪問資源使用的應用層協議	`https://`、`ftp://`	后跟`://`，現代瀏覽器默認隱藏`http://`或`https://`
主機名（Host）	標識資源所在的服務器地址（域名或IP）	`www.example.com`、`192.168.1.1`	可包含子域（如`blog.example.com`）
端口（Port）	指定服務器服務的網絡端口	`:443`（HTTPS）、`:8080`（自定義端口）	默認端口可省略（HTTP=80，HTTPS=443）
路徑（Path）	標識服務器上資源的具體位置（類似文件路徑）	`/articles/2023/`、`/index.html`	區分大小寫（取決于服務器配置）
查詢參數（Query）	向服務器傳遞額外參數（以`?`開頭，`&`分隔）	`?id=123&lang=zh`	常用于搜索（`?q=keyword`）、分頁（`?page=2`）
片段（Fragment）	指向資源內的錨點（以`#`開頭），僅客戶端使用	`#section-2`、`/#/home`（SPA路由）	不發送到服務器，用于頁面內跳轉或前端路由

2.?HTTP（超文本傳輸協議）

HTTP 的中文全稱是?超文本傳輸協議（HyperText Transfer Protocol）。

?超文本（HyperText）含義：超越普通文本的交互式文本，支持嵌入鏈接、圖片、視頻等多媒體資源。

GET：通過 URL 的查詢字符串（?key=value）傳遞數據，可見且長度受限（約 2048 字符）。
POST：通過請求體（body）傳輸數據，不可見且支持大量數據（如文件上傳）。

?發送

發送的HTTP請求一般稱之為HTTP請求報文，分為請求行、請求頭/消息頭、空行、請求體/請求正文四部分.其中的一些消息頭和正文都是可選的，消息頭和正文內容之間要用空行隔開.?

GET /stm32/index.html?toc=0&ws=off&reset=true HTTP/1.1  # 請求行：使用GET方法獲取/stm32/index.html資源，附帶3個查詢參數，使用HTTP/1.1協議
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7  # 可接受的響應內容類型及優先級(q值)
Accept-Encoding: gzip, deflate  # 支持的壓縮編碼格式
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9  # 優先接收中文內容
Cache-Control: max-age=0  # 禁用緩存，強制向服務器驗證
Connection: keep-alive  # 要求保持TCP連接
Cookie: __itrace_wid=f3d24dcd-1c13-4bec-8cc9-11d91bc0475e; __itrace_wid=6d823e9c-84aa-43bd-1109-18aee93b70cd  # 發送的Cookie信息(包含兩個相同的鍵，可能是錯誤)
Host: 47.97.82.68:8080  # 目標服務器地址和端口
If-Modified-Since: Tue, 06 May 2025 12:41:12 GMT  # 條件請求：如果資源在此時間后未修改則返回304
If-None-Match: W/"681a0368-b41d8"  # 條件請求：如果ETag匹配則返回304
Upgrade-Insecure-Requests: 1  # 表示客戶端優先選擇HTTPS
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/130.0.0.0 Safari/537.36 QuarkPC/4.2.5.446  # 客戶端瀏覽器信息(Windows系統，Chrome內核，Quark瀏覽器)請求正文

?請求行（Request Line）:第一行?

請求頭（Request Headers）:從第二行開始到空行前的所有內容均為請求頭，用于傳遞附加信息

?`響應`

服務器發送的HTTP響應一般稱之為HTTP響應報文，分為響應行、響應頭/消息頭、空行、響應體四部分.其中的一些消息頭和正文都是可選的，消息頭和正文內容之間要用空行隔開.

HTTP/1.1 304 Not Modified  # 響應行：HTTP/1.1協議，狀態碼304表示資源未修改
Server: nginx/1.18.0 (Ubuntu)  # 服務器類型及版本（Ubuntu系統下的Nginx 1.18.0）
Date: Fri, 25 Jul 2025 13:47:28 GMT  # 服務器響應時間（2025年7月25日13:47:28 GMT）
Last-Modified: Tue, 06 May 2025 12:41:12 GMT  # 資源最后修改時間（與請求中的If-Modified-Since一致）
Connection: keep-alive  # 保持TCP連接不關閉
ETag: "681a0368-b41d8"  # 資源標識符（與請求中的If-None-Match一致）響應正文

狀態碼范圍	類別	說明	常見例子
1XX	信息性狀態碼	請求已被接收，繼續處理	`101 Switching Protocols`（協議切換）
2XX	成功狀態碼	請求已成功處理	`200 OK`（成功）
3XX	重定向狀態碼	需進一步操作以完成請求	`301 Moved Permanently`（永久重定向）
4XX	客戶端錯誤	請求包含語法錯誤或無法完成	`404 Not Found`（資源不存在）
5XX	服務器錯誤	服務器處理請求失敗	`500 Internal Server Error`（服務器內部錯誤）

?3.?HTML（超文本標記語言）

作用：定義網頁的結構和內容，并支持超鏈接（Hyperlink）實現資源互聯。
關鍵點：
- 超文本特性：通過?<a>?標簽鏈接其他資源，形成網狀信息結構。
- 跨平臺兼容：純文本格式，可在不同設備和瀏覽器中渲染。
- 多媒體整合：支持嵌入圖片、腳本（JavaScript）、樣式（CSS）等。
意義：解決了“如何呈現和關聯資源”的問題，是萬維網的“內容載體”。

三者的協作關系

1.瀏覽器輸入URL?→ 2.?DNS解析獲取IP?→ 3.?建立TCP連接?→ 4.?發送HTTP請求報文?→ 5.?服務器返回響應?HTML→ 6.?瀏覽器渲染頁面。

??DNS解析（Domain Name System Resolution）是將人類易讀的域名（如?www.example.com）轉換為機器可識別的IP地址（如?192.0.2.1）的過程。

不同的域名可以用同一個服務器？

?答案是肯定的！?多個域名可以指向同一臺服務器，通過監視程序統一管理。

?TCP

長連接和短連接的區別

類型	定義	典型應用場景
短連接	每次通信后立即斷開連接，下次通信需重新建立TCP連接。	HTTP/1.0、簡單的請求-響應模型（如早期Web）
長連接	建立連接后保持連接不關閉，允許多次數據傳輸（通過心跳保活）。	HTTP/1.1、數據庫連接、實時通信（如WebSocket）

TCP頭部結構（共20字節基礎長度 + 可選選項）

字段名	位數	作用說明	示例/備注
源端口（Source Port）	16 bit	發送方的端口號。	如?`80`（HTTP服務端口）
目的端口（Destination Port）	16 bit	接收方的端口號。	如?`54321`（客戶端臨時端口）
序列號（Sequence Number）	32 bit	當前數據段的第一個字節的序列號，用于數據排序和重組。	初始值隨機生成（ISN），后續累加數據長度。
確認號（Acknowledgment Number）	32 bit	期望收到的下一個字節的序列號（僅當ACK=1時有效）。	如收到`seq=1000`，則回復`ack=1001`。
數據偏移（Data Offset）	4 bit	TCP頭部的長度（以4字節為單位），用于定位數據開始位置。	最小值為`5`（20字節頭部）。
保留（Reserved）	6 bit	保留字段，必須置0。	未來擴展使用。
控制標志（Flags）	6 bit	控制連接狀態的關鍵標志位：
-?URG?Urgent	1 bit	緊急指針有效（高優先級數據）。	如Telnet中斷命令。
-?ACK?Acknowledgment	1 bit	確認號有效（建立連接后通常為1）。	三次握手中第二次開始ACK=1。
-?PSH?Push	1 bit	接收方應立即將數據推送給應用層（避免緩沖區延遲）。	如實時聊天消息。
-?RST	1 bit	重置連接（異常終止）。	收到無效報文時強制斷開。
-?SYN? :Synchronize	1 bit	同步序列號（用于建立連接）。	三次握手中前兩次SYN=1。
-?FIN	1 bit	終止連接（正常關閉）。	四次揮手中FIN=1。
窗口大小（Window Size）	16 bit	接收方的可用緩沖區大小（流量控制），表示當前能接收的字節數。	動態調整（滑動窗口機制）。
校驗和（Checksum）	16 bit	校驗頭部和數據部分的完整性（包括偽頭部）。	防止傳輸錯誤。
緊急指針（Urgent Pointer）	16 bit	當URG=1時有效，指向緊急數據的末尾偏移量。	需配合`URG`標志使用。
選項（Options）	可變	可選字段（長度由數據偏移決定），用于擴展功能：
-?MSS（Maximum Segment Size）	可變	協商最大報文段大小（通常1460字節，以太網MTU=1500）。	三次握手時協商。
-?SACK（Selective ACK）	可變	選擇性確認，支持部分重傳。	提高重傳效率。
-?時間戳（Timestamp）	可變	計算RTT（往返時間）和防止序列號回繞。	高帶寬網絡必備。
填充（Padding）	可變	確保TCP頭部長度是4字節的整數倍。	選項字段不足時補0。

?三次握手的作用

第一次握手（SYN）
- 客戶端發送SYN，攜帶自己的初始序列號ISN（Sequence Number:857960100）。
- 目的：告知服務端“我想建立連接，我的序列號是X=857960100”。
第二次握手（SYN-ACK）
- 服務端返回SYN-ACK，攜帶自己的初始序列號ISN(Sequence Number:304853757)，并確認客戶端的ISN?( ACK=X+1),也就是ACK=857960100+1。
- 目的：回應客戶端“我收到你的SYN了，我的序列號是Y=304853757，下次請發X+1”。
第三次握手（ACK）
- 客戶端發送ACK，確認服務端的ISN（ACK=Y+1）也就是304853757+1。
- 目的：告知服務端“我收到你的SYN-ACK了，下次請發Y+1”。

關鍵點：第三次握手是客戶端對服務端序列號的顯式確認，確保雙方序列號同步，且服務端知道客戶端是活躍的。

TCP三次握手流程詳解

步驟	發送方	報文內容	目的
第一次握手	客戶端	`SYN=1, seq=X`	告知服務端：“我想建立連接，我的初始序列號是X”。
第二次握手	服務端	`SYN=1, ACK=1, seq=Y, ack=X+1`	回應客戶端：“我收到你的SYN了，我的序列號是Y，下次請從X+1開始發數據”。
第三次握手	客戶端	`ACK=1, seq=X+1, ack=Y+1`	確認服務端：“我收到你的SYN-ACK了，下次請從Y+1開始發數據”。

為什么TCP需要三次握手？兩次握手為什么不行？

兩次握手：類似“你約朋友吃飯，朋友說‘好’，但你不確認他是否聽到你的約定”。

風險：朋友可能沒聽清，但你默認他已同意。

三次握手：你約朋友 → 朋友說“好” → 你回復“收到”。

雙方明確約定已達成。

TCP兩次握手的問題 vs 三次握手的解決方案

問題分類	兩次握手的缺陷	三次握手的解決方案
歷史連接干擾	服務端收到舊SYN會直接建立連接，客戶端因序列號不匹配拒絕，導致服務端資源浪費。	客戶端通過第三次ACK確認有效性，服務端僅對有效ACK分配資源。
初始序列號（ISN）同步	服務端無法確認客戶端是否收到自己的SYN-ACK（ISN可能丟失），后續數據傳輸不可靠。	客戶端的第三次ACK顯式確認服務端的ISN（ACK=Y+1），確保雙方序列號同步。
重復SYN導致的資源浪費	服務端無法區分重復SYN（如網絡重傳），會為每個SYN創建連接，耗盡資源。	服務端僅在收到客戶端的ACK后分配資源，避免無效連接。

?TCP協議如何保證數據的可靠傳輸？

機制	解決的問題	實現方式
三次握手	可靠連接建立	SYN、ACK同步序列號
序列號與確認號	數據順序、丟包檢測	每個字節標記序列號，ACK確認接收范圍
超時重傳	丟包恢復	RTO超時未收到ACK則重傳
滑動窗口	流量控制	動態調整發送窗口大小（RWND）
擁塞控制	網絡擁塞避免	慢啟動、擁塞避免、快重傳、快恢復

?下面表格通過舉例說明了超時重傳、滑動窗口動態調整大小和快重傳機制

步驟	發送方（Client）	接收方（Server）	機制觸發
1	發送`seq=1~1000`	未收到（丟包）	超時重傳（RTO觸發）
2	超時后重傳`seq=1~1000`	收到并回復`ACK=1001, RWND=4096`	滑動窗口更新
3	發送`seq=1001~5000`	收到但緩沖區滿，回復`ACK=5001, RWND=2048`	流量控制（窗口調小）
4	發送`seq=5001~7048`（2KB）	收到`seq=5001~7048`，回復`ACK=7049`	正常傳輸
5	發送`seq=8001~9000`（丟包）	收到`seq=9001~10000`，回復3次`ACK=8001`	快重傳 + 快恢復

發送方可能一次發送很多TCP報文, 目的方著急回復確認嗎?? 不著急,偶爾回復?

為什么發送數據時要攜帶源端口??

超時重傳和快重傳的區別是什么?

完整處理流程示例

假設發送 20KB 數據（MSS=1460B，初始 CWND=2 MSS）：

分片：分成 14 個段（14×1460B）。
慢啟動：
- 發送 2 段 → 收到 ACK → CWND=4 → 發送 4 段 → …
流量控制：若接收方 RWND=0，暫停發送。
擁塞控制：丟包后觸發快重傳，CWND 減半。
重組數據：接收方按序列號排序，提交給應用層。

?補充:TCP協議核心術語對照表

英文縮寫	英文全稱	中文解釋
TCP	Transmission Control Protocol	傳輸控制協議，提供可靠的、面向連接的字節流服務。
IP	Internet Protocol	網際協議，負責數據包的路由和尋址。
MTU	Maximum Transmission Unit	最大傳輸單元，單次數據傳輸的最大長度（如以太網MTU=1500字節）。
MSS	Maximum Segment Size	最大報文段長度，TCP數據段的最大負載（MSS = MTU - IP頭 - TCP頭）。
SYN	Synchronize Sequence Numbers	同步序列號，用于建立連接（三次握手的第一步）。
ACK	Acknowledgment	確認號，表示已成功接收數據（ACK=1時有效）。
FIN	Finish	終止連接標志，用于正常關閉連接（四次揮手）。
RST	Reset	重置連接標志，強制終止異常連接。
URG	Urgent	緊急指針標志，表示數據需優先處理（如中斷命令）。
PSH	Push	推送標志，要求接收方立即將數據提交給應用層。
ISN	Initial Sequence Number	初始序列號，TCP連接開始時隨機生成的序列號。
RTT	Round-Trip Time	往返時間，數據從發送到確認接收的時間。
RTO	Retransmission Timeout	重傳超時時間，超時未收到ACK則觸發重傳。
RWND	Receive Window	接收窗口，接收方當前可用的緩沖區大小（流量控制）。
CWND	Congestion Window	擁塞窗口，發送方根據網絡擁塞程度動態調整的發送窗口。
SACK	Selective Acknowledgment	選擇性確認，允許接收方告知發送方哪些數據已收到（優化重傳）。
MSS	Maximum Segment Size	最大報文段長度，TCP單次傳輸的數據段最大值。
NAT	Network Address Translation	網絡地址轉換，將私有IP映射為公有IP（解決IPv4地址不足）。
LAN	Local Area Network	局域網，小范圍內的私有網絡（如家庭、辦公室）。
WAN	Wide Area Network	廣域網，跨越長距離的網絡（如互聯網）。