笼统聊聊网络的一些基础知识

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这是一篇讲述网络基础知识的文章。

网络/网站基础知识概述

网关(Gateway)：将不同网络连接起来的设备

  1. 例如连接局域网和互联网的路由器
  2. 一般来说，局域网内的主机的网关是路由器的IP地址

子网(Subnet)：将一个大的IP地址段划分为多个小的IP地址段

  1. 区分192.168.1.1或192.168.1.0/24或255.255.255.0
  2. 子网掩码用于判断两个IP地址是否在同一个子网中

NAT(Network Address Translation)：网络地址转换技术

  1. 用于将局域网内的多个主机共享一个公网IP地址
  2. 通过修改IP数据包的源目地址来实现

端口(Port)：软件层面的通信端点，与IP地址构成网络通信的基础

  1. IP识别机器，端口识别进程（服务）
  2. TCP和UDP的端口是分开的，也就是说，同一个端口可以同时用于TCP和UDP协议
  3. 端口范围：065535，其中01023为系统保留端口，102449151为知名端口，4915265535为动态/私有端口

域名(Domain Name)：用于以一种人类可读的方式标识互联网上的计算机

  1. 是一串用“.”分割的字符串组成
  2. 从最右侧依次为顶级域名（.com,.org,.net等）、二级域名（如www）、三级域名（如www.baidu.com）等
  3. 拥有一个域名需要去域名注册商（阿里云、腾讯云、GoDaddy、cloudflare等）购买，注册费用一般在几十到几千不等
  4. 只拥有一个域名不代表就可以访问了，还需要服务器等

DNS(Domain Name System)：域名解析服务器，用于将域名转换为IP地址

  1. 用nslookup命令可以查看域名解析过程
  2. 访问一个域名的时候，计算机会向DNS服务器查询域名所对应的IP地址，DNS服务器一般会缓存查询结果，也有可能会向其他DNS服务器查询
  3. DNS的分配端口是TCP/UDP的53号端口

URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符

  1. 用于定位互联网上的资源
  2. 格式一般为：https://www.exmaple.com:443/path/to/resource?query=123#flag
  3. 按顺序依次是：协议、域名（主机）、端口、路径、查询（参数）、片段（锚点）

HTTP(Hypertext Transfer Protocol)：超文本传输协议

  1. 基于文本的协议，用于在客户端和服务器之间传输网页
  2. 两个通信节点的任意一个中间节点都可以窃听并干预通信内容
  3. HTTP/1.1：基于TCP的文本协议。一个连接处理一个请求，即请求和响应是串行的，容易受到TCP慢启动和阻塞机制的影响
  4. HTTP/2：基于TCP的二进制协议，通过压缩标头和多路复用等技术提高性能。多个请求可以在同一个连接上并行处理
  5. HTTP/3：基于QUIC协议，达到了连接的可靠性与低延迟。抛弃了TCP而建立在UDP之上，通过其他手段来克服UDP的不可靠性。

HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Secure)：安全版HTTP

  1. 在HTTP的基础上加入SSL/TLS加密层，实现了对传输内容的加密
  2. 一般使用443端口

对称加密

  1. 加密和解密使用同一个密钥
  2. 优点：计算量小，加密速度快
  3. 缺点：通信双方必须使用同一个密钥，安全性较低

Diffie-Hellman密钥交换（现代密码学）

  1. 基于离散对数问题，即采用ab≡c(modp)a^b\equiv c\pmod p，是难以求解bb的
  2. 通信双方各自确定一个密钥值，再确定一个公开的参数p和g，所有运算都在模p下进行，通信者a计算gag^a，通信者b计算gbg^b，然后a计算(ga)b(g^a)^b，b计算(gb)a(g^b)^a
  3. 即使有人查看了所有的通信内容，也无法推导出双方的私钥
  4. 优点：安全性高，通信双方不需要共享密钥，可以防止中间人攻击
  5. 缺点：计算量大，通信速度慢

非对称加密（RSA与ECC）

  1. 公钥加密，私钥解密，私钥只能由拥有者解密
  2. RSA：基于大整数难以进行因数分解，比如p和q相乘很简单，但是要把pqpq分解成p和q很困难
  3. ECC：椭圆曲线加密算法，基于椭圆曲线离散对数问题，可以计算出共享密钥，有点类似于DH算法。相较于RSA，ECC可以在更短的密钥长度下提供同样的安全性
  4. 后量子密码学：由于量子计算机获得的计算能力提升，先行的加密算法可能存在被暴力破解的可能，有AES等对称加密算法不受量子计算机的影响

TLS证书和CA

  1. TLS证书：用于验证服务器的身份，数字签名的公钥
  2. CA：证书认证机构，颁发TLS证书，CA验证服务器的身份，并对服务器的公钥进行数字签名
  3. CA是通信双方都相信的权威机构，使用安全手段验证网站为其身份和安全性背书。网站在做密钥交换时，发出自己的证书，以此证明自己是真的官方网站

C/S架构：客户端/服务器架构

  1. 任何一台计算机都可以作为服务器
  2. 发起请求的机器称为客户端，接收请求的机器称为服务器
  3. 服务器无法主动发起连接，只能等待客户端的连接请求
  4. 服务器可以同时处理多个客户端的连接
  5. 客户端在本地选取一个空闲的高端口作为自己的连接端口，连接到服务器的指定端口（例如client:49152 -> server:80）
  6. DDos攻击：分布式拒绝服务攻击，通过大量的请求占用服务器资源，导致服务器无法响应正常请求

HTML JavaScript CSS：网页的三大件

  1. HTML：标记语言，用于定义网页的结构和内容
  2. CSS：样式语言，用于定义网页的外观和布局
  3. JavaScript：脚本语言，用于实现网页的动态效果
  4. WebAssembly：可能是JavaScript的未来，用于在浏览器上运行高性能的应用，且能跨平台能与JS交互