网络编程-(理论篇)

对于初学者，或者没有接触过网络编程的程序员，会觉得网络编程涉及的知识很高深，很难，其实这是一种误解，当你的语法熟悉以后，其实基本的网络编程现在已经被实现的异常简单了。

网络通信作为互联网的技术支持，已被广泛应用在软件开发中，无论是Web，服务端，客户端还是桌面应用，都是必须掌握的一门技术。

在软件开发层面实现远程数据交换的编程技术。网络编程的本质是两个设备之间的数据交换，当然，在计算机网络中，设备主要指计算机。数据传递本身没有多大的难度，不就是把一个设备中的数据发送给另外一个设备，然后接受另外一个设备反馈的数据。

OSI参考模型，也可以叫做OSI七层模型，在学习网络编程的时候，都会接触到OSI七层模型,我们一般使用的网络数据传输由下而上分为七层，这是一个理论的模型。分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。如下表所示：

为什么OSI要采用分层的形式？因为一个软件逻辑的实现，就是对其进行分层处理。最熟悉不过的就是MVC,如把后台的代码会分为，数据层，表现层，业务逻辑层，还有现在的前后台分离这种，其实都是分层的一种表现形式，让每一部分的工作都变的跟加的精确和具体。

但是在项目中不会像IOS参考模型中那样分层那么细致，比较常用的可能就是TCP/IP协议，那么说到这，什么又是TCP/IP协议：

TCP/IP提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆栈的方式，分别实现出不同通信协议。协议族下的各种协议，依其功能不同，被分别归属到这四个层次结构之中，常被视为是简化的七层OSI模型。

通过上表中可以看出各个层级所包含的协议，可以把第一层和第二层看作为底层协议，然而在编写软件过程中很少的时候会用到这两层，因为这辆层一般用到会涉及到物理设备，例如链路、无线这些东西，很少会涉及到软件的逻辑。第三层是在软件开发过程中比较常用的，比如TCP，UDP之后会详细介绍。应用层会更加的熟悉，在做远程登录，数据传输时会频繁的使用到。

DNS解析的过程就是寻找哪台机器上有你需要资源的过程。当你在浏览器中输入一个地址时，例如www.google.com，其实不是百度网站真正意义上的地址。互联网上每一台计算机的唯一标识是它的IP地址，但是IP地址并不方便记忆。用户更喜欢用方便记忆的网址去寻找互联网上的其它计算机，也就是上面提到的百度的网址。所以互联网设计者需要在用户的方便性与可用性方面做一个权衡，这个权衡就是一个网址到IP地址的转换，这个过程就是DNS解析。它实际上充当了一个翻译的角色，实现了网址到IP地址的转换。网址到IP地址转换的过程是如何进行的?

首先在本地域名服务器中查询IP地址，如果没有找到的情况下，本地域名服务器会向根域名服务器发送一个请求，如果根域名服务器也不存在该域名时，本地域名会向com顶级域名服务器发送一个请求，依次类推下去。直到最后本地域名服务器得到google的IP地址并把它缓存到本地，供下次查询使用。从上述过程中，可以看出网址的解析是一个从右向左的过程:com -> google.com -> www.google.com。但是你是否发现少了点什么，根域名服务器的解析过程呢？事实上，真正的网址是www.google.com.，并不是我多打了一个.，这个.对应的就是根域名服务器，默认情况下所有的网址的最后一位都是.，既然是默认情况下，为了方便用户，通常都会省略，浏览器在请求DNS的时候会自动加上，所有网址真正的解析过程为:. -> .com -> google.com. -> www.google.com。

1. 浏览器缓存 - 当用户通过浏览器访问某域名时，浏览器首先会在自己的缓存中查找是否有该域名对应的IP地址（若曾经访问过该域名且没有清空缓存便存在）；
2. 系统缓存 - 当浏览器缓存中无域名对应IP则会自动检查用户计算机系统Hosts文件DNS缓存是否有该域名对应IP；
3. 路由器缓存 - 当浏览器及系统缓存中均无域名对应IP则进入路由器缓存中检查，以上三步均为客服端的DNS缓存；
4. ISP（互联网服务提供商）DNS缓存 - 当在用户客服端查找不到域名对应IP地址，则将进入ISP DNS缓存中进行查询。比如你用的是电信的网络，则会进入电信的DNS缓存服务器中进行查找；
5. 根域名服务器 - 当以上均未完成，则进入根服务器进行查询。全球仅有13台根域名服务器，1个主根域名服务器，其余12为辅根域名服务器。根域名收到请求后会查看区域文件记录，若无则将其管辖范围内顶级域名（如.com）服务器IP告诉本地DNS服务器；
6. 顶级域名服务器 - 顶级域名服务器收到请求后查看区域文件记录，若无则将其管辖范围内主域名服务器的IP地址告诉本地DNS服务器；
7. 主域名服务器 - 主域名服务器接受到请求后查询自己的缓存，如果没有则进入下一级域名服务器进行查找，并重复该步骤直至找到正确纪录；
8. 保存结果至缓存 - 本地域名服务器把返回的结果保存到缓存，以备下一次使用，同时将该结果反馈给客户端，客户端通过这个IP地址与web服务器建立链接。

HTTP协议是使用TCP作为其传输层协议的，当TCP出现瓶颈时，HTTP也会受到影响。我不知道把HTTPS放在这个部分是否合适，但是放在这里好像又说的过去。HTTP报文是包裹在TCP报文中发送的，服务器端收到TCP报文时会解包提取出HTTP报文。但是这个过程中存在一定的风险，HTTP报文是明文，如果中间被截取的话会存在一些信息泄露的风险。那么在进入TCP报文之前对HTTP做一次加密就可以解决这个问题了。HTTPS协议的本质就是HTTP+SSL(orTLS)。在HTTP报文进入TCP报文之前，先使用SSL对HTTP报文进行加密。从网络的层级结构看它位于HTTP协议与TCP协议之间。

原理：Net模块提供一个异步API能够创建基于流的TCP服务器，客户端与服务端简历连接后，服务器可以获得一个全双工Socket对象，服务器可以保存Socket对象列表，在接收某客户端消息时，推送给客户端。

dome

服务端：

const net = require("net");
const chatServer = net.createServer();
const clientList = [];
chatServer.on("connection",client => {
    client.write("Hi!\n");
    clientList.push(client);
    client.on("data",data => {
        console.log("receive:",data.toString());
        clientList.forEach(v => {
            v.write(data);
        })
    })
});
chatServer.listen(9000);

TCP特性

• TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP
• TCP使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输
• TCP给数据分节进行排序，并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复
• TCP使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

TCP并不能保证数据一定会被对方接收到，因为这是不可能的。TCP能够做到的是，如果有可能，就把数据递送到接收方，否则就（通过放弃重传并且中断连接这一手段）通知用户。因此准确说 TCP 也不是 100% 可靠的协议，它所能提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

三次握手与四次挥手

所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在socket 编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。

TCP 的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在socket 编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

TCP断开连接时需要四次握手，为什么需要4次呢？这是由于TCP半关闭的性质造成的。所谓半关闭，就是可以发送数据，却不能接收数据或只能接收数据，不能发送数据。

说到这里就是老生常谈的话题了，作为一个前端码农来讲，在面试过程中的是时候这个问题已经被问烂了，基本每次面试都会被问到。

其实这部分又可以称为前端工程师眼中的HTTP，它主要发生在客户端。发送HTTP请求的过程就是构建HTTP请求报文并通过TCP协议中发送到服务器指定端口(HTTP协议80/8080,HTTPS协议443)。HTTP请求报文是由三部分组成: 请求行, 请求报头和请求正文。

特性：

• HTTP 协议构建于 TCP/IP 协议之上，是一个应用层协议，默认端口号是 80
• HTTP 是无连接无状态的

请求报文

HTTP协议是以ASCII码传输，建立在TCP/IP协议之上的应用层规范。规范把HTTP请求分为三个部分：状态行、请求头、消息主体。

HTTP 定义了与服务器交互的不同方法，最基本的方法有4种，分别是GET，POST，PUT，DELETE。URL全称是资源描述符，我们可以这样认为：一个URL地址，它用于描述一个网络上的资源，而 HTTP中的GET，POST，PUT，DELETE就对应着对这个资源的查，增，改，删4个操作。

1. GET： 用于请求访问已经被URI（统一资源标识符）识别的资源，可以通过URL传参给服务器。
2. POST：用于传输信息给服务器，主要功能与GET方法类似，但一般推荐使用POST方式。
3. PUT： 传输文件，报文主体中包含文件内容，保存到对应URI位置。
4. HEAD： 获得报文首部，与GET方法类似，只是不返回报文主体，一般用于验证URI是否有效。
5. DELETE：删除文件，与PUT方法相反，删除对应URI位置的文件。
6. OPTIONS：查询相应URI支持的HTTP方法。

所谓安全的意味着该操作用于获取信息而非修改信息。换句话说，GET请求一般不应产生副作用。就是说，它仅仅是获取资源信息，就像数据库查询一样，不会修改，增加数据，不会影响资源的状态。

GET方法与POST方法的区别

• GET可提交的数据量受到URL长度的限制，HTTP协议规范没有对URL长度进行限制。这个限制是特定的浏览器及服务器对它的限制
• 理论上讲，POST是没有大小限制的，HTTP协议规范也没有进行大小限制，出于安全考虑，服务器软件在实现时会做一定限制

网络编程就是使用IP地址，或域名，和端口连接到另一台计算机上对应的程序，按照规定的协议(数据格式)来交换数据，实际编程中建立连接和发送、接收数据在语言级已经实现，做的更多的工作是设计协议，以及编写生成和解析数据的代码罢了，然后把数据转换成逻辑的结构显示或控制逻辑即可。

对于初学者，或者没有接触过网络编程的程序员，会觉得网络编程涉及的知识很高深，很难，其实这是一种误解，当你的语法熟悉以后，其实基本的网络编程现在已经被实现的异常简单了。