计算机网络手册

速查向 · TCP/IP 分层、TCP 可靠传输与握手挥手、HTTP 演进、HTTPS 与 TLS、DNS、常见问题解析

1. 分层模型与基础

1.1 OSI 七层 vs TCP/IP 四层

1.2 输入 URL 到页面展示（经典）

1. DNS 解析：域名 → IP（浏览器缓存 → 系统缓存 → hosts → 本地 DNS → 根/顶级/权威）。
2. 建立 TCP 连接：三次握手。
3. TLS 握手（HTTPS）：协商密钥、验证证书。
4. 发送 HTTP 请求，服务器处理并返回响应。
5. 浏览器渲染：解析 HTML → 构建 DOM → CSSOM → 渲染树 → 布局 → 绘制。
6. 断开连接：四次挥手（HTTP/1.1 默认 keep-alive 会复用连接）。

1.3 地址与端口

• IP：网络层寻址；端口：传输层标识进程（0-65535，0-1023 系统保留）。
• MAC：链路层寻址，局域网内使用。
• ARP：由 IP 找 MAC（同网段广播，跨网段先发给网关）。
• ICMP：ping / traceroute 使用，网络层协议。

2. TCP 核心机制

2.1 TCP vs UDP

QUIC/HTTP3 为什么用 UDP？——在用户态实现可靠传输与拥塞控制，避免 TCP 队头阻塞，且握手更快（0-RTT）。

2.2 三次握手

1. SYN：客户端 → 服务端，SYN=1, seq=x，进入 SYN_SENT。
2. SYN+ACK：服务端 → 客户端，SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1，进入 SYN_RCVD。
3. ACK：客户端 → 服务端，ACK=1, seq=x+1, ack=y+1，双方 ESTABLISHED。

2.3 四次挥手

1. FIN：主动方 → 被动方，FIN=1, seq=u，主动方进入 FIN_WAIT_1。
2. ACK：被动方 → 主动方，ACK=1, ack=u+1，被动方进入 CLOSE_WAIT，主动方进入 FIN_WAIT_2。
3. FIN：被动方处理完数据后 → 主动方，FIN=1, seq=w，被动方进入 LAST_ACK。
4. ACK：主动方 → 被动方，ACK=1, ack=w+1，主动方进入 TIME_WAIT，等待 2MSL 后关闭。

2.4 可靠传输机制

• 序号 + 确认（ACK）：每个字节都有序号，接收方确认已收到。
• 超时重传：RTT 动态计算（RTO）。
• 快速重传：收到 3 个重复 ACK 立即重传，不必等超时。
• SACK（选择性确认）：告诉发送方哪些收到了，只重传丢失的。
• 滑动窗口：实现流量控制，接收方通过窗口大小告知能收多少。
• 累积确认：ACK=n 表示 n 之前的所有字节都收到了。

2.5 流量控制与拥塞控制

• 流量控制：防止发送方压垮接收方，靠滑动窗口 + 零窗口探测。
• 拥塞控制：防止压垮网络，四个算法：
  • 慢启动：cwnd 从 1 开始指数增长（每 RTT 翻倍）到阈值。
  • 拥塞避免：超过阈值后线性增长（+1/RTT）。
  • 快重传：3 个重复 ACK 立即重传。
  • 快恢复：ssthresh 减半，cwnd 从新阈值开始（不用回到 1）。
• 超时重传时 cwnd 回到 1，重新慢启动。

2.6 TCP 粘包与拆包

• TCP 是字节流，没有消息边界，多次 send 可能被合并（粘包）或拆分。
• 解决：① 固定长度；② 分隔符（如 \n）；③ 长度前缀（最常用，如 4 字节长度 + 数据）。
• 本质是应用层要自己定义消息边界，UDP 无此问题（保留边界）。

3. HTTP 协议

3.1 HTTP 方法

3.2 状态码

3.3 HTTP 版本演进

3.4 HTTP 缓存

• 强缓存：Cache-Control: max-age=3600（优先级高于 Expires），命中则不发请求。
• 协商缓存：Last-Modified/If-Modified-Since 或 ETag/If-None-Match，命中返回 304。
• ETag 优于 Last-Modified：精度更高（秒级 vs 内容哈希），且能识别"内容未变但修改时间变了"。
• no-cache = 可缓存但每次要验证；no-store = 完全不缓存。

3.5 Cookie / Session / Token

• Cookie：客户端存储，每次请求自动带上；可设 HttpOnly（防 XSS 读取）、Secure、SameSite（防 CSRF）。
• Session：服务端存状态，Cookie 只存 sessionId；有状态，集群需共享（Redis）。
• JWT：无状态，header.payload.signature，签名防篡改但不可撤销、payload 仅 base64 可读。
• 跨域 CORS：浏览器同源策略限制；简单请求直接发，复杂请求先 OPTIONS 预检。

4. HTTPS 与 TLS

4.1 为什么需要 HTTPS

• 机密性：对称加密传输数据。
• 完整性：MAC/签名防止篡改。
• 身份认证：证书验证服务器身份，防中间人。

4.2 TLS 握手（RSA 与 ECDHE）

1. 客户端发 ClientHello（支持的 TLS 版本、密码套件、随机数 A）。
2. 服务端回 ServerHello（选定套件、随机数 B）+ 证书。
3. 客户端验证证书（CA 链、有效期、域名），生成 Pre-Master Secret，用证书公钥加密发送。
4. 双方用三个随机数生成会话密钥（对称），之后用对称加密通信。

4.3 证书与 CA

• 数字证书：CA 用自己的私钥对"服务器公钥 + 域名 + 有效期"签名。
• 客户端用 CA 的公钥（内置在系统/浏览器）验证签名，形成信任链。
• 证书链：根证书 → 中间证书 → 服务器证书。
• 自签名证书浏览器会警告（不在信任链中）。

5. DNS 与网络排查

5.1 DNS 解析过程

1. 浏览器缓存 → 系统缓存 → hosts 文件。
2. 本地 DNS 服务器（递归查询）。
3. 本地 DNS 依次问 根域名服务器 → 顶级域(.com) → 权威域名服务器，拿到 IP 返回。

记录类型：A（IPv4）、AAAA（IPv6）、CNAME（别名）、MX（邮件）、NS（域名服务器）、TXT。

DNS 用 UDP 53（查询），响应超长时用 TCP；区域传送用 TCP。

5.2 常用排查工具

5.3 常见问题定位

6. 速查清单