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计算机网络（开发向）

你好，这里是一份针对开发人员的计算机网络学习文档。

这里不敢奢求把所有关于计算机网络的知识都呈现给您，也无法把各个重要的知识点都逐个剖析。

这里希望能列举出一些常用的网络知识，并且通过简要的介绍和索引，帮助您迅速掌握开发时所需的计算机网络知识。

基础概念​

计算机网络是一种连接多台计算机和设备的系统，使它们可以相互通信和共享信息。这些网络可以覆盖局域网（LAN）、广域网（WAN）和全球互联网等各种规模。

TCP/IP四层模型​

TCP/IP四层模型是目前被广泛采用的一种网络分层模型，由以下4层组成：

  1. 应用层(Application Layer)：这是网络通信的顶层，负责处理应用程序和用户之间的通信。
  2. 传输层(Transport Layer)：传输层负责管理数据的传输，确保数据从源到目的地的可靠传输。
  3. 网络层(Network Layer)：网络层处理数据包的路由和转发，确保数据包从一个网络节点到达另一个网络节点。
  4. 数据链路层(Link Layer)：数据链路层负责将数据包分成帧，并在物理媒体上传输这些帧。它还负责错误检测和校正，以确保数据的完整性。

关于TCP/IP四层模型的更多细节，可以查看此文档：

看到这里，大家很自然地要问，为什么网络要分层？此处我引用Java Guide的文档：

复杂的系统需要分层，因为每一层都需要专注于一类事情。网络分层的原因也是一样，每一层只专注于做一类事情。

更多细节请直接查看Java Guide的文档

IP地址、子网掩码和路由​

  • IP地址是在网络中唯一标识设备的地址，分为IPv4和IPv6。
  • 子网掩码用于划分网络中的子网，它决定了哪些部分是网络地址，哪些部分是主机地址。
  • 路由是决定数据包如何在不同网络之间传输的过程，通常由路由器来完成。

DNS和域名解析​

域名系统（DNS）的作用​

域名系统（DNS）的作用是将人类可读的域名转换为IP地址，以便计算机能够定位特定的服务器。

域名解析的过程​

  • 当您在浏览器中输入域名时，计算机会首先查找本地DNS缓存，如果找不到，则向DNS服务器发出请求。
  • DNS服务器将域名解析为相应的IP地址，并返回给计算机。

端口和协议​

什么是端口？​

你可以将端口看作是计算机上的门，每个门都通向不同的应用程序或服务。就像房子有前门、后门和窗户一样，计算机也有许多门（端口），每个门用于不同的目的。

比如，80号端口通常是Web服务器的门，它用于接收Web浏览器发送的请求。当你在浏览器中输入网址时，浏览器会使用80号端口与Web服务器建立连接，这样你就能够看到网页内容。

所以，端口就是一种标识不同应用程序或服务的方式，它们帮助数据在计算机之间流动，确保每个应用程序都能够准确地收到它需要的数据。

常见端口和它们的用途​

  • 80端口：HTTP通信。
  • 443端口：HTTPS通信。
  • 25端口：SMTP邮件传输。
  • 22端口：SSH远程登录。
  • 21端口：FTP文件传输。

协议与端口的关系​

协议规定了数据包的格式和通信方式，每个协议通常使用特定的端口进行通信，以确保数据包到达正确的应用程序。

HTTP/HTTPS协议​

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是一种用于在Web上传输数据的协议。HTTP请求和响应是Web通信的基础。

HTTP请求和响应结构​

你可以想象HTTP请求就像你在餐厅点菜一样。请求由以下几部分组成：

  • 请求方法（Method）：你告诉服务员你要点什么。常见的方法有GET（获取数据）、POST（提交数据）、PUT（更新数据）等。
  • 请求URL（Uniform Resource Locator）：你告诉服务员你要点哪道菜，指示了要访问的资源的位置。
  • 请求头（Headers）：你告诉服务员你的餐点偏好，包括各种元数据，如浏览器类型、所需语言等。
  • 请求体（Body）：你具体描述你要点的菜的细节，用于传输一些数据，通常在POST请求中使用。

HTTP响应则是服务员把菜端到你面前的过程，包括以下部分：

  • 状态码（Status Code）：你点菜后服务员告诉菜是否能上桌，常见的状态码有200（成功）、404（未找到）、500（服务器错误）等。
  • 响应头（Headers）：服务员给你的菜配上餐巾纸和餐具，包含了与响应相关的信息。
  • 响应体（Body）：服务员给你的菜，包含实际的数据，如网页内容或API返回的数据。

HTTPS的加密机制​

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）是HTTP的加密版本，用于安全传输数据。它通过以下方式保护数据：

  1. 加密数据传输： HTTPS使用加密算法，将从客户端到服务器的数据加密。这意味着，即使有人截获了数据包，他们也无法轻易解密其中的内容。
  2. 身份验证： HTTPS还通过数字证书来验证服务器的身份。这确保了你连接的是正确的服务器，而不是恶意的伪装者。
  3. 数据完整性： HTTPS还使用消息摘要算法来确保数据在传输过程中没有被篡改。如果数据在传输过程中被修改，接收方将会意识到，并且可以拒绝处理损坏的数据。

常见HTTP状态码​

HTTP状态码是服务器在处理请求时返回的三位数字代码，用于指示请求的处理结果。以下是一些常见的HTTP状态码以及它们的含义：

  1. 200 OK： 这表示服务器成功处理了请求，并返回了请求的内容。这是最常见的状态码，表示一切正常。
  2. 404 Not Found： 这表示服务器无法找到请求的资源。通常是因为URL错误或资源被删除了。
  3. 500 Internal Server Error： 这表示服务器在处理请求时发生了内部错误。这可能是服务器配置问题或应用程序错误。
  4. 302 Found (重定向)： 这表示请求已被临时重定向到其他位置。浏览器会自动跟随重定向。
  5. 401 Unauthorized： 这表示请求需要身份验证，但未提供有效的身份验证信息。

更多内容​

HTTP 常见问题

HTTP vs HTTPS（应用层）

HTTP 常见状态码总结（应用层）

TCP和UDP协议​

TCP和UDP是两种不同的传输层协议，适用于不同的应用场景。

TCP和UDP的特点比较​

  • TCP是面向连接的，可靠性高，适用于需要可靠数据传输的应用。
  • UDP是面向无连接的，传输速度快，适用于实时性要求较高的应用。

TCP 与 UDP 的区别（重要）

TCP的可靠性和流量控制​

TCP通过确认和重传机制确保数据的可靠传输，同时使用滑动窗口来进行流量控制，以避免网络拥塞。

TCP 传输可靠性保障（传输层）

UDP的轻量性和用途​

UDP不具备TCP的可靠性，但适用于音视频流媒体、在线游戏等对实时性要求较高的应用。

RESTful API​

RESTful API是一种用于构建网络应用程序的架构风格。它基于HTTP协议，并遵循一些约定和规则，以便于不同系统之间的通信和数据交换。这种风格强调了以下几个关键点：

  1. 资源（Resources）：在RESTful API中，数据和功能被视为资源，每个资源都有一个唯一的标识符（通常是URL）。例如，一篇博客文章、一张图片或一个用户都可以是资源。
  2. HTTP方法：RESTful API使用HTTP方法来执行操作。常用的HTTP方法包括GET（获取资源）、POST（创建新资源）、PUT（更新现有资源）、DELETE（删除资源）等。
  3. 状态无关性（Statelessness）：每个请求都应该包含足够的信息，以便服务器能够理解请求，而不需要依赖之前的请求。这使得API更容易扩展和维护。
  4. 自描述性（Self-descriptive）：RESTful API的响应应该包含足够的信息，以便客户端能够理解如何处理响应数据。通常，响应会包括HTTP状态码、响应头和响应体。
  5. 统一接口（Uniform Interface）：RESTful API应该具有统一的接口，这意味着无论使用什么编程语言或框架，都能够遵循相同的规则来访问API。

通过使用RESTful API，开发人员可以轻松地构建和扩展网络应用程序，因为它提供了一种清晰的方式来处理数据和功能。无论是在移动应用程序、Web应用程序还是其他类型的应用中，RESTful API都是一种流行的选择，因为它们简单易懂，可用性较高，适用于各种不同的应用场景。

更多资料：

REST - MDN Web 文档术语表：Web 相关术语的定义 | MDN

RestFul API 简明教程