前言

本文介绍一些前端开发者必须了解的网络基础知识和浏览器基础知识，这些基础知识虽然和日常的 coding 关联不大，但却是我们必须了解的通识。

这些知识在面试中也经常被提及。

接下来我会讲以下内容：

  1. TCP & UDP

  2. HTTP 与 HTTPS 的区别

  3. 对称加密与非对称加密

  4. TCP/IP 协议

  5. DNS 域名解析

  6. 正向代理和反向代理

  7. 强缓存&协商缓存

  8. 垃圾回收机制

正文

1、TCP & UDP

  1. 传输控制协议-TCP：提供面向连接的，可靠的数据传输服务。

  2. 用户数据协议-UDP：提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）。

TCP（Transmisson Control Protocol）

  1. TCP 是面向连接的（需要先建立连接）；

  2. 每一条 TCP 连接只能有两个端点，每一条 TCP 连接只能是一对一；

  3. TCP提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达；

  4. TCP 提供全双工通信。TCP 允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP 连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双方通信的数据；

  5. 面向字节流。TCP 中的“流”（Stream）指的是流入进程或从进程流出的字节序列。

UDP（User Datagram Protocol）

  1. UDP 是无连接的；

  2. UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态；

  3. UDP 是面向报文的；

  4. UDP 没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如直播，实时视频会议等）；

  5. UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信；

  6. UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。

  1. 单工数据传输只支持数据在一个方向上传输

  2. 半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；

  3. 全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。

2、HTTP 与 HTTPS 的区别

区别HTTPHTTPS         
协议运行在 TCP 之上，明文传输，客户端与服务器端都无法验证对方的身份身披 SSL( Secure Socket Layer )外壳的 HTTP，运行于 SSL 上，SSL 运行于 TCP 之上， 是添加了加密和认证机制的 HTTP。
端口80443
资源消耗较少由于加解密处理，会消耗更多的 CPU 和内存资源
开销无需证书需要证书，而证书一般需要向认证机构购买
加密机制无共享密钥加密和公开密钥加密并用的混合加密机制
安全性弱由于加密机制，安全性强

3、 对称加密与非对称加密

HTTPS 采用对称加密与非对称加密的混合加密机制。

对称密钥加密是指加密和解密使用同一个密钥的方式，这种方式存在的最大问题就是密钥发送问题，即如何安全地将密钥发给对方；
而非对称加密是指使用一对非对称密钥，即公钥和私钥，公钥可以随意发布，但私钥只有自己知道。发送密文的一方使用对方的公钥进行加密处理，对方接收到加密信息后，使用自己的私钥进行解密。
由于非对称加密的方式不需要发送用来解密的私钥，所以可以保证安全性；但是和对称加密比起来，非常的慢。

综上：为了时效性我们还是需要选择对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。

你可以这样理解，我们只需要保证对称加密密钥的安全性，就能保证信息的安全性。

4、TCP/IP 协议

负责传输的 IP 协议

IP 协议的作用是把各种数据包传送给对方。而要保证确实传送到对方那里，则需要满足各类条件，其中两个重要的条件是 IP 地址和 MAC 地址（Media Access Control Address）。

IP 地址和 MAC 地址：指明了节点被分配到的地址，MAC 地址是指网卡所属的固定地址，IP 地址可以和 MAC 地址进行配对。IP 地址可变换，但 MAC 地址基本上不会更改。

使用 ARP 协议凭借 MAC 地址进行通信

  1. IP 间的通信依赖 MAC 地址。

  2. ARP 是一种用以解释地址的协议，根据通信方的 IP 地址就可以反查出对应方的 MAC 地址。

TCP 协议如何保持传输的可靠性

TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。

1. 面向连接： 意味着两个使用 TCP 的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个 TCP 连接。在一个 TCP 连接中，仅有两方进行彼此通信；

2. 字节流服务： 意味着两个应用程序通过 TCP 链接交换 8bit 字节构成的字节流，TCP 不在字节流中插入记录标识符。

TCP 之所以可靠，大体上由于以下原因：

  1. 数据包校验：目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时 TCP 发送数据端超时后会重发数据；

  2. 对失序数据包重排序：既然 TCP 报文段作为 IP 数据报来传输，而 IP 数据报的到达可能会失序，因此 TCP 报文段的到达也可能会失序。TCP 将对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层；

  3. 丢弃重复数据：对于重复数据，能够丢弃重复数据；

  4. 应答机制：当 TCP 收到发自 TCP 连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒；

  5. 超时重发：当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；

  6. 流量控制：TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP 的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，这可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出，这就是流量控制。

TCP/IP 通信传输流

借用图解 HTTP 一书中的图文：发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层必定会加上一个该层的首部信息。反之，接收端在层与层之间传输数据时，每经过一层会把相关的首部信息去掉。

DNS 域名解析

当你在浏览器的地址栏输入 https://juejin.im 后会发生什么，大家在心中肯定是有一个大概的，这里我将 DNS 域名解析 这个步骤详细的讲一遍。在讲概念之前我先放上一张经典的图文供大家思考一分钟。

查找域名对应的 IP 地址的具体过程

  1. 浏览器搜索自己的 DNS 缓存（浏览器维护一张域名与 IP 地址的对应表）；如果没有命中，进入下一步；

  2. 搜索操作系统中的 DNS 缓存；如果没有命中，进入下一步；

  3. 搜索操作系统的 hosts 文件（ Windows 环境下，维护一张域名与 IP 地址的对应表）；如果没有命中，进入下一步；

  4. 4.

  1. 操作系统将域名发送至 LDNS （本地区域名服务器），LDNS 查询自己的 DNS 缓存（一般命中率在 80% 左右），查找成功则返回结果，失败则发起一个迭代 DNS 解析请求：

  2. LDNS向 Root Name Server（根域名服务器，如com、net、im 等的顶级域名服务器的地址）发起请求，此处，Root Name Server 返回 im 域的顶级域名服务器的地址；

  3. LDNS 向 im 域的顶级域名服务器发起请求，返回 juejin.im 域名服务器地址；

  4. LDNS 向 juejin.im 域名服务器发起请求，得到 juejin.im 的 IP 地址；

  5. LDNS 将得到的 IP 地址返回给操作系统，同时自己也将 IP 地址缓存起来；操作系统将 IP 地址返回给浏览器，同时自己也将 IP 地址缓存起来。

TCP 三次握手和四次挥手

三次握手

第一次握手：
建立连接时，向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位 SYN = 1，同时选择一个初始序列号 seq = x ，客户端进程进入了 SYN-SENT （同步已发送状态）状态,等待服务器确认；
第二次握手：
服务器收到 syn 包后，如果同意连接，则发出确认报文; 确认报文 ACK = 1，SYN = 1，确认号是 ack = x + 1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq = y，此时服务器进程进入了 SYN-RCVD（同步收到）状态；
第三次握手：
客户端收到服务器的 SYN+ACK 包，要向服务器给出确认。确认报文的 ACK = 1，ack = y + 1，自己的序列号 seq = x + 1，此时，TCP 连接建立，客户端进入 ESTABLISHED （已建立连接）状态。

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。

注：
seq:"sequance" 序列号；
ack:"acknowledge" 确认号；
SYN:"synchronize" 请求同步标志；
ACK:"acknowledge" 确认标志；
FIN:"Finally" 结束标志。

未连接队列
在三次握手协议中，服务器维护一个未连接队列，该队列为每个客户端的SYN包（syn=j）开设一个条目，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于 Syn_RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。

建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过四次握手，这是由 TCP 的半关闭（half-close）造成的。

四次挥手

第一次挥手：
客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部 FIN=1，其序列号为 seq = u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入 FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。
第二次挥手：
服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK = 1，ack = u + 1，并且带上自己的序列号 seq = v，此时，服务端就进入了 CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。

TCP 服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个 CLOSE-WAIT 状态持续的时间。
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入 FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

第三次挥手：
服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN = 1，ack = u + 1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为 seq = w，此时，服务器就进入了 LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。第四次挥手：
客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK = 1，ack = w + 1，而自己的序列号是 seq = u + 1，此时，客户端就进入了 TIME-WAIT（时间等待）状态。

注意此时 TCP 连接还没有释放，必须经过 2MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的 TCB 后，才进入 CLOSED 状态。

服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入 CLOSED 状态。同样，撤销 TCB 后，就结束了这次的 TCP 连接。

可以看到，服务器结束 TCP 连接的时间要比客户端早一些。

正向代理和反向代理

正向代理

  1. 代理客户;

  2. 隐藏真实的客户，为客户端收发请求，使真实客户端对服务器不可见;

  3. 一个局域网内的所有用户可能被一台服务器做了正向代理，由该台服务器负责 HTTP 请求;

  4. 意味着同服务器做通信的是正向代理服务器;

反向代理

  1. 代理服务器;

  2. 隐藏了真实的服务器，为服务器收发请求，使真实服务器对客户端不可见;

  3. 负载均衡服务器，将用户的请求分发到空闲的服务器上;

  4. 意味着用户和负载均衡服务器直接通信，即用户解析服务器域名时得到的是负载均衡服务器的 IP ;

共同点

  1. 都是做为服务器和客户端的中间层

  2. 都可以加强内网的安全性，阻止 web ***

  3. 都可以做缓存机制

强缓存&协商缓存

缓存是缓解服务器端压力，提升性能(获取资源的耗时更短了)。

强缓存 ( Cache-Control 和 Expires )

强缓存主要是采用响应头中的 Cache-Control 和 Expires 两个字段进行控制的。

其中 Expires 是 HTTP1.0 中定义的，它指定了一个绝对的过期时期。而 Cache-Control 是 HTTP1.1 时出现的缓存控制字段。

Expires 是 HTTP1.0 时代的产物，因此设计之初就存在着一些缺陷，如果本地时间和服务器时间相差太大，就会导致缓存错乱。

这两个字段同时使用的时候 Cache-Control 的优先级给更高一点。

示例：

// 禁止缓存：Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate// 缓存静态资源文件：Cache-Control:public, max-age=31536000

协商缓存 ( Last-Modified 和 Etag )

协商缓存机制下，浏览器需要向服务器去询问缓存的相关信息，进而判断是重新发起请求、下载完整的响应，还是从本地获取缓存的资源。
如果服务端提示缓存资源未改动（Not Modified），资源会被重定向到浏览器缓存，这种情况下网络请求对应的状态码是 304。

Last-Modified 和 If-Modified-Since

基于资源在服务器修改时间的验证缓存过期机制

当客户端再次请求该资源的时候，会在其请求头上附带上 If-Modified-Since 字段，值就是第一次获取请求资源时响应头中返回的 Last-Modified 值。如果资源未过期，命中缓存，服务器就直接返回 304 状态码，客户端直接使用本地的资源。否则，服务器重新发送响应资源。从而保证资源的有效性。

Etag 和 If-None-Match

基于服务资源校验码的验证缓存过期机制

服务器返回的报文响应头的 Etag 字段标示服务器资源的校验码（例如文件的 hash 值），发送到客户端浏览器，浏览器收到后把资源文件缓存起来并且缓存 Etag 值，当浏览器再次请求此资源文件时，会在请求头 If-None-Match 字段带上缓存的 Etag 值。
服务器收到请求后，把请求头中 If-None-Match 字段值与服务器端资源文件的验证码进行对比，如果匹配成功直接返回 304 状态码，从浏览器本地缓存取资源文件。如果不匹配，服务器会把新的验证码放在请求头的 etag 字段中，并且以 200 状态码返回资源。

需要注意的是当响应头中同时存在 Etag 和 Last-Modified 的时候，会先对 Etag 进行比对，随后才是 Last-Modified。需要同时命中才能返回 304

垃圾回收机制

一般垃圾数据回收分为手动回收和自动回收两种策略。JavaScript 的回收策略是自动回收。

由于 JavaScript 垃圾数据是自动回收的，所以有很多初中级的前端会认为不需要内存管理。这个是错误的，你不关心就会发生很多内存泄漏的问题。

垃圾回收器的工作流程

V8 中会把堆分为新生代和老生代两个区域，新生代中存放的是生存时间短的对象，老生代中存放的生存时间久的对象。

垃圾回收执行大体流程如下：

  • 第一步是标记空间中活动对象和非活动对象。所谓活动对象就是还在使用的对象，非活动对象就是可以进行垃圾回收的对象。

  • 第二步是回收非活动对象所占据的内存。其实就是在所有的标记完成之后，统一清理内存中所有被标记为可回收的对象。

  • 第三步是做内存整理。

参考

  1. 《图解 HTTP》

  2. 《计算机网络基础》

  3. 《浏览器工作原理与实践》

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