介绍

建立对计算机网络的整体认知，对计算机网络中的各种概念（网络分层、网络协议、网络应用等)有初步的理解，进而可以在后续的实际工作中能高效解决网络问题。

课程内容

  1. 通过一个示例建立对计算机网络的整体认识
  2. 建立对网络协议分层的认知
  3. 分析 HTTP1、2、3的关系
  4. 介绍 CDN 运行的基本原理
  5. 了解网络安全的最基本原则

但不包括：

  1. 详细描述如何开发一个基于HTTP协议（或者其他协议)的网络应用
  2. 深入介绍课程中所涉及协议的规范（Specification）内容和实现细节

分析方法

  1. 自底向上

    • 从简单开始，逐渐变复杂
    • 将模块逐步拼凑成一个系统

  2. 自顶向下

    • 从复杂开始，逐渐变简单
    • 从复杂的系统问题入手，拆分为模块问题

蟹堡王帝国

蟹老板想挣一个“小目标”，三步走战略：

  1. 在比奇堡开通外卖
  2. 在北京和上海开分店
  3. 在全国开分店并开通外卖

计算机网络基础

网络组成部分

  1. 主机：客户端和服务端
  2. 路由器
  3. 网络协议

网络结构：网络的网络

  1. 比奇堡和小区网络：本地网络
  2. 北京和上海分店+比奇堡：三个本地网络节点的网络
  3. 全国通信网络：本地网络的网络
  4. 区域网络、城域网和广域网

网络分层

  1. 快递员不关心包裹内容
  2. 卡车司机不关心车厢里拉的是什么
  3. 高速公路不关心开的什么车

协议

协议的存在依赖于连接。

01001000011001010110110001101100011011110010110000100000
010101110110111101110010011011000110010000100001
7210110810811144328711111410810033
H e l l o ,  W o r l d !

协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和顺序，以及报文发送和接受一条报文或其他事件所采取的动作。

标头和载荷

收件人、寄件人关注：

  1. 收件地址、寄件地址
  2. 收件人、寄件人的姓名和电话
  3. 包裹内容

快递公司关注：

  1. 收件人、寄件人关注的东西
  2. 该由哪个集散点发出，哪个集散点收
  3. 哪个网点派送

HTTP 协议示例

链路层-本地帧头部

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链路层-IP协议头部

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运输层-TCP协议头部

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应用层-HTTP协议头部

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TCP 协议格式

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小结

  1. 网络组成部分：由主机、路由器、交换机等组成
  2. 网络结构：网络的网络
  3. 信息交换方式：电路交换和分组交换
  4. 网络分层：分清职责，物理层、链路层、网络层、运输层和应用层
  5. 网络协议：标头和载荷

Web 中的网络

HTTP 协议

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HTTP 连接模型

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队头堵塞（Head of Line Blocking）

HTTP1.1：无法多路复用

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HTTP2：帧

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HTTP2：帧带来的额外好处

  1. 调整响应传输的优先级
  2. 头部压缩
  3. Server Push

HTTP2：3RTT启动（HTTP 2：队头堵塞，但是在 TCP 上）

  1. HTTP客户端：我要和大哥说话！
  2. TCP客户端默默对HTTP客户端说，我知道你很急，但你先别急。
  3. TCP客户端：嗨！服务端，你在吗？
  4. TCP服务端：嗨！客户端，我在，你在吗？
  5. TLS客户端：Helo!能给我把钥匙吗？
  6. TLS服务端：Hello!给！你的钥匙！
  7. HTTP客户端：终于到我了，我要index.html!

HTTP3：QUIC

  1. Quick UDP Internet Connection
  2. 现存网络设备对TCP和UDP支持已经僵化
  3. UDP不靠谱但是QUIC靠谱
  4. QUIC可以为除HTTP协议以外的应用层协议提供支持

HTTP 3：QUIC-1 RTT

  1. （QUIC第一次访问）HTTP客户端：我要和大哥说话！
  2. QUC客户端：嗨！服务端，你在吗？在的话能给我把钥匙吗？
  3. QU1C服务端：嗨！客户端，我在，这是你的钥匙！
  4. HTTP客户端：今天这么快？我要index.html!
  5. QUIC服务端（偷偷地告诉客户端）：这还有把钥匙，下次找我可以不用问，直接用。

HTTP：QUIC-0 RTT

  1. （QUIC第二次访问）HTTP客户端：我要和大哥说话！
  2. QU1C客户端：嗨！服务端，你在吗？后面的话我已经用上次你给我的钥匙加密过了，HTTP那小子肯定要index.html!
  3. QUlC服务端：嗨！客户端，我在，我知道你要index.html,给你！
  4. HTTP客户端：？

CDN

速度：

  • HTTP 3 快吗?
  • 快!
  • 那从美国到中国，HTTP 3 要多久?
  • 150 ms!
  • 和北京到上海比，还快吗?
  • 好像不够?

收费：

  • 流量多少钱一个 G?
  • 1块
  • 那我在北京给工海的人发一部 10 G 电影得 10 块?
  • 对!
  • 发10 次一样的电影要 100 块?
  • 是的!
  • 我都发到上海了，不能内部共享下吗?

流量：

  • 我们有几台服务器?
  • 1台
  • 他能抗多少流量?
  • 100G!
  • 双一一峰值得 1000G 啊，扛得住吗?
  • 不一定，可能挂.....

还得是我：
北京
上海
广州
成都
长沙
兰州
长春

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DNS 劫持

  1. 域名解析一般由网站自己处理
  2. 要加速的域名则重定向到 CDN 厂商的域名解析服务处理
  3. CDN 厂商根据来源确定最近的 CDN 服务器的 IP
  4. 用户直接访问最近的 CDN 服务器

WebSocket

  1. 有状态的持久连接
  2. 服务端可以主动推送消息
  3. 用 WebSocket 发送消息延迟比 HTTP 低

服务端：

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客户端：

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请求头：

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响应头：

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客户端消息：

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服务端消息：

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网络安全

  1. 网络安全三要素: 机密性、完整性和身份验证
  2. 在没有提前交换秘密信息的前提下，无法在不安全的信道交换秘密信息
  3. PKI 保证了普通用户不需要”面对面”和根证书机构交换根证书
  4. HTTPS 使用 PKI 完成了除客户端身份验证以外的特性，客户端身份验证靠HTTP 协议实现

总结

  1. HTTP 1 2 3 的演进历史。
  2. CDN 解决了 HTTP 协议之外的问题。
  3. WebSocket 从 HTTP 协议升级而来。
  4. 网络安全三要素：
    1. 机密性: 攻击者无法获知通信内容
    2. 完整性:攻击者对内容进行篡改时能被发现
    3. 身份验证: 攻击者无法伪装成通信双方的任意一方与另一方通信