计算机网络-面经整理（一）

淩亂°似流年 2023-07-18 14:23 16阅读 0赞

本次查漏补缺内容为网络编程、Web开发方。参考雪峰老师的博客[廖雪峰][Link 1]。

### 文章结构 ###

*  Cookie Session
 *  TCP定义，三次握手四次挥手
 *  TCP/UDP编程
 *   *  网络通信
     *   *  IP地址与IP协议
     *  TCP协议
     *  TCP编程
     *   *  例１：客户端向新浪服务器发起连接
         *  例２：服务端和客户端相互通信
         *  UDP编程
         *   *  例：服务端和客户端相互通信
 *  电子邮件
 *  HTTP与HTML
 *   *  HTTP协议
     *   *  http请求的过程
         *  http格式
     *  HTML
 *  Python的WSGI接口

# Cookie Session #

*  会话（Session）跟踪是Web程序中常用的技术，用来跟踪用户的整个会话。常用的会话跟踪技术是Cookie与Session。**Cookie通过在客户端记录信息确定用户身份**，Session通过在**服务器端记录信息确定用户身份**。
 *  由于HTTP是一种无状态的协议，服务器单从网络连接上无从知道客户身份。怎么办呢？就给客户端们颁发一个通行证吧，每人一个，无论谁访问都必须携带自己通行证。这样服务器就能从通行证上确认客户身份了。这就是Cookie的工作原理。
 *  Cookie具有**不可跨域名性**。根据Cookie规范，浏览器访问Google只会携带Google的Cookie，而不会携带Baidu的Cookie。Google也只能操作Google的Cookie，而不能操作Baidu的Cookie。
 *  Cookie的maxAge决定着Cookie的有效期，单位为秒（Second）。Cookie中通过getMaxAge()方法与setMaxAge(int maxAge)方法来读写maxAge属性.

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*  客户端浏览器访问服务器的时候，**服务器把客户端信息以某种形式记录在服务器上。这就是Session**客户端浏览器再次访问时只需要从该Session中查找该客户的状态就可以了。
 *  Session机制就是通过检查服务器上的“\*\*客户明细表”\*\*来确认客户身份。Session相当于程序在服务器上建立的一份客户档案，客户来访的时候只需要查询客户档案表就可以了.
 *  为防止内存溢出，服务器会把长时间内没有活跃的Session从内存删除。这个时间就是Session的超时时间。如果超过了超时时间没访问过服务器，Session就自动失效.
 *  这是因为Session 需要使用Cookie作为识别标志。HTTP协议是无状态的，Session不能依据HTTP连接来判断是否为同一客户，因此服务器向客户端浏览器发送一 个名为JSESSIONID的Cookie，它的值为该Session的id（也就是HttpSession.getId()的返回值）。Session 依据该Cookie来识别是否为同一用户。

# TCP定义，三次握手四次挥手 #

*  传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
 *  适应支持多网络应用的分层协议层次结构。 连接到不同但互连的计算机通信网络的主计算机中的成对进程之间依靠TCP提供可靠的通信服务。TCP假设它可以从较低级别的协议获得简单的，可能不可靠的数据报服务。 原则上，TCP应该能够在从硬线连接到分组交换或电路交换网络的各种通信系统之上操作。
 *  第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN\_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。  
    第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN\_RECV状态；  
    第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。
 *  为什么不是两次：  
    在服务端对客户端的请求进行回应(第二次握手)后，就会理所当然的认为连接已建立，而如果客户端并没有收到服务端的回应呢？此时，客户端仍认为连接未建立，服务端会对已建立的连接保存必要的资源，如果大量的这种情况，服务端会崩溃。

--------------------

*  由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。四次挥手过程：  
    （1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。  
    （2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。  
    （3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。  
    （4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。
 *  四次挥手原因：这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。  
    问题：IP协议/TCP协议/UDP协议分别是什么？几句话说清楚。  
    TCP协议三次握手四次挥手

# TCP/UDP编程 #

## 网络通信 ##

*  网络通信是两台计算机上的两个进程之间的通信。
 *  为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来，就必须规定一套全球通用的协议，为了实现互联网这个目标，**互联网协议簇Internet Protocol Suite**就是通用协议标准。因为互联网协议包含了上百种协议标准，但是最重要的两个协议是TCP和IP协议，所以，大家把**互联网的协议简称TCP/IP协议**。

### IP地址与IP协议 ###

*  互联网上每个计算机的唯一标识就是IP地址，类似123.123.123.123。如果一台计算机同时接入到两个或更多的网络，比如路由器，它就会有两个或多个IP地址，所以，**IP地址对应的实际上是计算机的网络接口，通常是网卡**。
 *  路由器就负责决定**如何把一个IP包转发出去**。IP包的特点是按块发送，途径多个路由，但不保证能到达，也不保证顺序到达。
 *  IP地址实际上是一个32位整数（称为IPv4），以字符串表示的IP地址如192.168.0.1实际上是把32位整数按8位分组后的数字表示，目的是便于阅读。
 *  IPv6地址实际上是一个128位整数，它是目前使用的IPv4的升级版，以字符串表示类似于2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334。

## TCP协议 ##

*  TCP协议则是建立在IP协议之上的。TCP协议负责在两台计算机之间建立可靠连接，保证数据包按顺序到达。TCP协议会通过握手建立连接，然后，对每个IP包编号，确保对方按顺序收到，如果包丢掉了，就自动重发。
 *  一个TCP报文除了包含要传输的数据外，还包含源IP地址和目标IP地址，源端口和目标端口。
 *  **端口**有什么作用？在两台计算机通信时，只发IP地址是不够的，因为同一台计算机上跑着**多个网络程序**。一个TCP报文来了之后，到底是交给浏览器还是QQ，就需要**端口号来区分**。每个**网络程序都向操作系统申请唯一的端口号**，这样，**两个进程在两台计算机之间建立网络连接就需要各自的IP地址和各自的端口号**。
 *  一个进程也可能同时与**多个计算机建立链接**，因此它会申请很多端口。

## TCP编程 ##

*  Socket 通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”，而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。
 *  创建TCP连接时，**主动发起连接的叫客户端**，**被动响应连接的叫服务器**

### 例１：客户端向新浪服务器发起连接 ###

1.  客户端创建一个socket，指定socket的IP协议和TCP协议
2.  客户端使用socket发起连接，需指定服务器IP地址(可用域名表示)和端口
3.  建立TCP连接后，按照HTTP协议，客户端先发送数据，再接收数据
4.  处理数据
5.  关闭连接

代码示例

# coding=utf-8
    # 导入socket库
    import socket
    # socket.AF_INET: 指定使用IPV4; 
    # socket.AF_INET6: 指定使用IPV6; 
    # socket.SOCK_STREAM 指定使用面向流的TCP协议
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 建立链接
    s.connect(('www.sina.com',80))
    # 发送数据
    s.send(b'GET / HTTP/1.1/\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')
    # 接收数据
    buffer = []
    while True:
        d = s.recv(1024)
        if d:
            buffer.append(d)
        else:
            break
    data = b''.join(buffer)
    # 关闭链接
    s.close()
    # 处理数据
    header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
    print(header.decode('utf-8'))
    with open('sina.html','wb') as f:
        f.write(html)

**PS注意**

*  作为服务器，提供什么样的服务，**端口号就必须固定下来**。由于我们想要访问网页，因此新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口，因为**80端口是Web服务的标准端口**。其他服务都有对应的标准端口号，例如**SMTP服务是25端口**，**FTP服务是21端口**，等等。**端口号小于1024的是Internet标准服务的端口**，**端口号大于1024的，可以任意使用**。

### 例２：服务端和客户端相互通信 ###

服务端编程

1.  创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket
2.  **绑定监听的地址和端口**。服务器可能有**多块网卡**，可以绑定到某一块网卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址，还可以用127.0.0.1绑定到本机地址。127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示本机地址，如果绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能连接，也就是说，外部的计算机无法连接进来。
3.  调用listen()方法开始监听端口
4.  通过一个永久循环来接受来自客户端的连接，accept()会等待并返回一个客户端的连接
5.  不断监听

服务器代码s2.py

#coding=utf-8
    import socket
    import threading
    import time
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 监听之前先绑定端口
    s.bind(('127.0.0.1',9999))
    
    s.listen(5)
    print('Waiting for connection...')
    
    
    def tcplink(sock, addr):
    	print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    	sock.send(b'Welcome')
    	while True:
    		data = sock.recv(1024)
    		time.sleep(2)
    		if data is None or data.decode('utf-8')=='exit':
    			break
    		sock.send(('Hello, %s' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    	sock.close()
    	print('Connection from %s:%s closed.' % addr)
    
    
    	
    while True:
    	# 接受一个新连接
    	sock, addr = s.accept()
    	# 创建一个新线程处理TCP连接
    	t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    	t.start()

客户端代码c2.py

# coding = utf-8
    import socket
    
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 建立连接:
    s.connect(('127.0.0.1', 9999))
    
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    
    for data in [b'sehun',b'luhan',b'kris']:
    	s.send(data)
    	print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    s.send(b'exit')
    s.close()

### UDP编程 ###

*  使用UDP协议时，不需要建立连接，只需要知道**对方的IP地址和端口号**，就可以直接发数据包。但是，**能不能到达就不知道了**。对于不要求可靠到达的数据，就可以使用UDP协议.
 *  UDP的使用与TCP类似，但是不需要建立连接。此外，服务器绑定UDP端口和TCP端口互不冲突，也就是说，**UDP的9999端口与TCP的9999端口可以各自绑定**。

#### 例：服务端和客户端相互通信 ####

#coding=utf-8
    import socket
    import threading
    import time
    # 创建UDP连接
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    
    # 监听之前先绑定端口
    s.bind(('127.0.0.1',9999))
    print('Bind UDP on 9999...')
    
    # 无需监听
    #s.listen(5)
    #print('Waiting for connection...')
    def udplink(data, addr,s):
    	print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    	s.sendto(b'Welcome,%s'%data, addr)
    	'''while True:
    		data = sock.recv(1024)
    		time.sleep(2)
    		if data is None or data.decode('utf-8')=='exit':
    			break
    		sock.send(('Hello, %s' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    	sock.close()
    	print('Connection from %s:%s closed.' % addr)'''
    	
    while True:
    	# 接收数据，不用接收连接
    	data, addr = s.recvfrom(1024)
    	# 创建一个新线程处理TCP连接
    	t = threading.Thread(target=udplink, args=(data, addr,s))
    	t.start()

# coding = utf-8
    import socket
    
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    
    
    
    for data in [b'sehun',b'luhan',b'kris']:
    	s.sendto(data, ('127.0.0.1',9999))
    	print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    
    s.close()

问题：为什么UDP编程适合视频流

# 电子邮件 #

*  **MUA**: mail user agent(邮件用户代理)，outlook/Foxmail/网易邮箱/QQ邮箱之类的电子邮件软件
 *  **MTA**: mail transfer agent(邮件传输代理), email服务提供商
 *  **MDA:**: mail delivery agent(邮件投递代理)，电子邮箱  
    假设发件人邮箱me@163.com，　收件人邮箱she@sina.com
 *  一封电子邮件的旅程就是：  
    **发件人 -> 网易邮箱客户端MUA -> 网易服务器MTA -> 若干个MTA ->新浪服务器MTA-> MDA新浪邮箱<- MUA新浪软件 <- 收件人**

**要编写程序来发送和接收邮件，本质上就是**：

*  编写**MUA**把邮件发到**MTA**；
 *  编写**MUA**从**MDA**上收邮件。

**用到的协议**

*  发邮件时，MUA和MTA使用的协议就是**SMTP：Simple Mail Transfer Protocol**，后面的MTA到另一个MTA也是用**SMTP**协议。
 *  收邮件时，MUA和MDA使用的协议有两种：**POP：Post Office Protocol**，目前版本是3，俗称POP3；**IMAP：Internet Message Access Protocol**，目前版本是4，优点是不但能取邮件，还可以直接操作MDA上存储的邮件，比如从收件箱移到垃圾箱，等等。

邮件客户端软件在发邮件时，会让你**先配置SMTP服务器**，也就是你要发到哪个MTA上。假设你正在使用163的邮箱，你就不能直接发到新浪的MTA上，因为它只服务新浪的用户，所以，你得填**163提供的SMTP服务器地址：smtp.163.com**，为了证明你是163的用户，SMTP服务器还要求你填写邮箱地址和邮箱口令，这样，MUA才能正常地把Email通过SMTP协议发送到MTA。

类似的，从MDA收邮件时，MDA服务器也要求验证你的邮箱口令，确保不会有人冒充你收取你的邮件，所以，Outlook之类的邮件客户端会要求你填写POP3或IMAP服务器地址、邮箱地址和口令，这样，**MUA才能顺利地通过POP或IMAP协议从MDA取到邮件。**

# HTTP与HTML #

在Web应用中，服务器把网页传给浏览器，实际上就是把**网页的HTML代码发送给浏览器，让浏览器显示出来**。而**浏览器和服务器之间的传输协议是HTTP**，所以：

*  HTML是一种用来定义网页的文本，会HTML，就可以编写网页；
 *  **HTTP是在网络上传输HTML的协议**，用于浏览器和服务器的通信。

## HTTP协议 ##

### http请求的过程 ###

**步骤1**：浏览器首先向服务器发送**HTTP请求**，请求包括：

*  方法：GET还是POST，GET仅请求资源，POST会附带用户数据；
 *  路径：/full/url/path；
 *  域名：由Host头指定：Host: www.sina.com.cn

以及其他相关的Header；  
如果是POST，那么请求还包括一个Body，包含用户数据。

**步骤2**：服务器向浏览器返回**HTTP响应**，响应包括：

*  响应代码：200表示成功，3xx表示重定向，4xx表示客户端发送的请求有错误，5xx表示服务器端处理时发生了错误；
 *  响应类型：由Content-Type指定，例如：Content-Type: text/html;charset=utf-8表示响应类型是HTML文本，并且编码是UTF-8，Content-Type: image/jpeg表示响应类型是JPEG格式的图片；

以及其他相关的Header；  
通常服务器的HTTP响应会携带内容，也就是有一个Body，包含响应的内容，网页的HTML源码就在Body中。

**步骤3**：如果浏览器还需要继续向服务器请求其他资源，比如图片，就再次发出HTTP请求，**重复步骤1、2**。

Web采用的HTTP协议采用了非常简单的 请求-响应模式，从而大大简化了开发。当我们编写一个页面时，我们只需要在HTTP响应中把HTML发送出去，不需要考虑如何附带图片、视频等，浏览器如果需要请求图片和视频，它会发送另一个HTTP请求，因此，**一个HTTP请求只处理一个资源**。

### http格式 ###

每个**HTTP请求和响应**都遵循**相同的格式**，一个HTTP包含Header和Body两部分，其中Body是可选的。  
HTTP协议是一种文本协议，所以，它的格式也非常简单。  
HTTP GET请求的格式：

GET /path HTTP/1.1
    Header1: Value1
    Header2: Value2
    Header3: Value3

HTTP POST请求的格式

POST /path HTTP/1.1
    Header1: Value1
    Header2: Value2
    Header3: Value3
    
    body data goes here...

HTTP响应的格式：

200 OK
    Header1: Value1
    Header2: Value2
    Header3: Value3
    
    body data goes here...

## HTML ##

*  HTML定义了一套语法规则，来告诉浏览器如何把一个丰富多彩的页面显示出来。
 *  CSS是Cascading Style Sheets（层叠样式表）的简称，CSS用来控制HTML里的所有元素如何展现
 *  JavaScript是为了让HTML具有交互性而作为脚本语言添加的，JavaScript既可以内嵌到HTML中，也可以从外部链接到HTML中
 *  HTML定义了页面的内容，CSS来控制页面元素的样式，而JavaScript负责页面的交互逻辑。

# Python的WSGI接口 #

一个Web应用的本质就是：

*  浏览器发送一个HTTP请求；
 *  服务器收到请求，生成一个HTML文档；
 *  服务器把HTML文档作为HTTP响应的Body发送给浏览器；
 *  浏览器收到HTTP响应，从HTTP Body取出HTML文档并显示。

正确的做法是底层代码由专门的服务器软件实现，我们用Python专注于生成HTML文档。因为我们不希望接触到TCP连接、HTTP原始请求和响应格式，所以，需要一个统一的接口，让我们专心用Python编写Web业务。这个接口就是**WSGI：Web Server Gateway Interface。**

[Link 1]: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017787560490144