信长笔记2.0

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网络协议 ​

参考:从铜线到云端：网络技术的跨越与未来趋势

网络协议模型 ​

  • 分层

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物理层-网络基石 ​

  • 连接不同的物理设备，传输比特流。为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理介质。
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数据链路层-确保数据的完整性 ​

  • 通过以太网协议将物理层的数据包封装成帧，根据帧上的mac地址将数据传输到另一个节点，为下一层网络层提供可靠的传输

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网络层-数据的路由 ​

  • 物理设备通过使用网络层的IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；当网络中主机使用IP协议连接时，无需关注网络细节，于是形成了虚拟网络

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传输层-确保数据的可靠传输 ​

  • 传输层就像是一个快递分拣中心，它负责将数据分割成合适的大小（称为段），并为每个段添加端口号等信息，确保数据能够准确地交付到目标设备上的正确应用程序。

应用层-提供网络服务 ​

  • 应用层就像是各种网络应用的 “门面”，它包含了我们日常使用的各种网络应用程序，如网页浏览器、电子邮件客户端、即时通讯软件等。当数据到达应用层后，会被相应的应用程序解析和处理

三次握手 ​

TCP的三次握手（建立连接） ​

三次握手是 TCP 建立连接的过程，目的是确保客户端和服务器双方都能正常发送和接收数据。

  1. 第一次握手（SYN） ：
  • 客户端向服务器发送一个 SYN（Synchronize）报文，表示请求建立连接。
  • 报文中包含一个随机生成的序列号（Seq = x）。
  • 客户端进入 SYN_SENT 状态。
  1. 第二次握手（SYN+ACK） ：
  • 服务器收到 SYN 报文后，向客户端发送一个 SYN + ACK（Acknowledge）报文，表示同意建立连接。
  • 报文中包含：
    • 服务器生成的序列号（Seq = y）。
    • 确认号（Ack = x + 1），表示已收到客户端的 SYN 报文。
  • 服务器进入 SYN_RECEIVED 状态。
  1. 第三次握手（ACK） ：
  • 客户端收到 SYN + ACK 报文后，向服务器发送一个 ACK 报文，表示连接已建立。
  • 报文中包含：
    • 确认号（Ack = y + 1），表示已收到服务器的 SYN 报文。
  • 客户端和服务器都进入 ESTABLISHED 状态，连接建立成功。
Java
客户端                           服务器
  |                                |
  |          SYN (Seq=x)           |
  | -----------------------------> |
  |                                |
  |     SYN + ACK (Seq=y, Ack=x+1) |
  | <----------------------------- |
  |                                |
  |          ACK (Ack=y+1)         |
  | -----------------------------> |
  |                                |

TCP 的四次挥手（断开连接） 四次挥手是 TCP 断开连接的过程，目的是确保双方都能正常关闭连接，并且数据能够完整传输。

  1. 第一次挥手（FIN）：
  • 客户端向服务器发送一个 FIN（Finish）报文，表示请求关闭连接。
  • 客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。
  1. 第二次挥手（ACK）：
  • 服务器收到 FIN 报文后，向客户端发送一个 ACK 报文，表示已收到关闭请求。
  • 服务器进入 CLOSE_WAIT 状态。
  • 客户端收到 ACK 报文后，进入 FIN_WAIT_2 状态。
  1. 第三次挥手（FIN）：
  • 服务器完成数据发送后，向客户端发送一个 FIN 报文，表示服务器也准备关闭连接。
  • 服务器进入 LAST_ACK 状态。
  1. 第四次挥手（ACK）：
  • 客户端收到 FIN 报文后，向服务器发送一个 ACK 报文，表示已收到服务器的关闭请求。
  • 客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待一段时间（2MSL）后关闭连接。
  • 服务器收到 ACK 报文后，关闭连接。
Java
客户端                           服务器
  |                                |
  |          FIN (Seq=u)           |
  | -----------------------------> |
  |                                |
  |          ACK (Ack=u+1)         |
  | <----------------------------- |
  |                                |
  |          FIN (Seq=w)           |
  | <----------------------------- |
  |                                |
  |          ACK (Ack=w+1)         |
  | -----------------------------> |
  |                                |

HTTP传输过程 ​

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HTTPS加密原理 ​

HTTPS 通过 SSL/TLS 协议实现了数据的加密、身份验证和完整性保护。其核心原理是在握手阶段使用非对称加密协商对称加密密钥，然后在数据传输阶段使用对称加密保护数据。 以下是 HTTPS 的详细工作流程：

  1. 客户端发起请求（Client Hello）
  • 客户端向服务器发送一个 Client Hello 消息，包含以下信息：
    • 支持的 SSL/TLS 版本。
    • 支持的加密算法列表（Cipher Suites）。
    • 一个随机数（Client Random），用于后续密钥生成。
  1. 服务器响应（Server Hello）
  • 服务器向客户端发送一个 Server Hello 消息，包含以下信息：
    • 选择的 SSL/TLS 版本。
    • 选择的加密算法。
    • 一个随机数（Server Random），用于后续密钥生成。
  • 服务器还会发送自己的数字证书，证书中包含服务器的公钥和域名信息。
  1. 客户端验证证书
  • 客户端验证服务器的数字证书：
    • 检查证书是否由受信任的证书颁发机构（CA）签发。
    • 检查证书是否在有效期内。
    • 检查证书中的域名是否与访问的域名一致。
  • 如果验证通过，客户端会生成一个随机数（Pre-Master Secret），并使用服务器的公钥加密后发送给服务器。
  1. 服务器解密 Pre-Master Secret
  • 服务器使用自己的私钥解密客户端发送的 Pre-Master Secret。
  1. 生成对称加密密钥
  • 客户端和服务器使用 Client Random、Server Random 和 Pre-Master Secret 生成相同的对称加密密钥（Master Secret）。
  • 该密钥将用于后续的数据加密和解密。
  1. 完成握手
  • 客户端和服务器互相发送 Finished 消息，验证握手过程是否成功。
  • 握手完成后，双方开始使用对称加密密钥进行数据传输。
  1. 数据传输
  • 客户端和服务器使用对称加密密钥加密和解密数据，确保数据传输的隐私性和完整性。

各层问题排查工具 ​

  • 应用层，Chrome浏览器, 开发者工具，可以查看当前连接的服务端IP（remote address）,以及查看请求耗时，清除Cookie(Application 页, Storage -> Cookie)等
  • 表示层和会话层，主要是TLS协议，可以在浏览器查看TLS证书，TLS握手，密钥交换，密文传输等还需tcpdump或wireshark 1744802899263
  • 传输层
    • 路径可达性，telnet, nc
    • 查看当前连接状况，netstat -ant
    • 查看当前连接的传输速率，iftop
    • 查看丢包和乱序等统计, netstat -s/watch --diff netstat -s/ss -s
Java
root@LAPTOP-XINZHANG:~# netstat -ant
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State
tcp        0      0 10.255.255.254:53       0.0.0.0:*               LISTEN
  • 网络层
    • 查看网络路径状况: traceroute, mtr
    • 查看路由: route, netstat -r, ip route -数据链路层和物理层: 一般由专职的网络团队负责, 这一层的问题会直接体现在网络层表现上, 如IP丢包和延迟等 1744802971146