计网

基础

TCP/IP模型

• 应用层
  最上层的，也是我们能直接接触到的就是应用层（Application Layer），我们电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现。

  应用层只需要专注于为用户提供应用功能，比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

• 传输层
  
  应用层的数据包会传给传输层，传输层（Transport Layer）是为应用层提供网络支持的。

  在传输层会有两个传输协议，分别是 TCP 和 UDP。

  TCP的全称叫传输控制协议（Transmission Control Protocol），TCP 相比 UDP 多了很多特性，比如流量控制、超时重传、拥塞控制等，这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。
  UDP只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。DP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以。
  当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。
  在 TCP 协议中，我们把每个分块称为一个 TCP 段（TCP Segment）。
  
  当设备作为接收方时，传输层则要负责把数据包传给应用，但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据，因此需要用一个编号将应用区分开来，这个编号就是端口。
  比如 80 端口通常是 Web 服务器用的，22 端口通常是远程登录服务器用的。而对于浏览器（客户端）中的每个标签栏都是一个独立的进程，操作系统会为这些进程分配临时的端口号。
  由于传输层的报文中会携带端口号，因此接收方可以识别出该报文是发送给哪个应用

• 网络层
  
  网络层最常使用的是 IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上 IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU（以太网中一般为 1500 字节）就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的 IP 报文。
  
  网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备，世界上那么多设备，又该如何找到对方呢？因此，网络层需要有区分设备的编号。

  • IP 地址
    一个是网络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的；
    一个是主机号，负责标识同一「子网」下的不同主机；
    需要配合子网掩码才能算出 IP 地址 的网络号和主机号。
    举个例子，比如 10.100.122.0/24，后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码;
    知道了子网掩码，该怎么计算出网络地址和主机地址呢？
    将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算，就可以得到网络号，如下图：
    
    将 255.255.255.0 取反后与IP地址进行进行按位与运算，就可以得到主机号。

  那么在寻址的过程中，先匹配到相同的网络号（表示要找到同一个子网），才会去找对应的主机。
  除了寻址能力， IP 协议还有另一个重要的能力就是路由。实际场景中，两台设备并不是用一条网线连接起来的，而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的，那么就会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达一个网络节点，就需要通过路由算法决定下一步走哪条路径。
  路由器寻址工作中，就是要找到目标地址的子网，找到后进而把数据包转发给对应的网络内。
  所以，IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走，路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航，路由更像在操作方向盘。

• 网络接口层
  生成了 IP 头部之后，接下来要交给网络接口层（Link Layer）在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。
  
  网络接口层主要为网络层提供「链路级别」传输的服务，负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址来标识网络上的设备。
  以太网在判断网络包目的地时和 IP 的方式不同，因此必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而 MAC 头部就是干这个用的，所以，在以太网进行通讯要用到 MAC 地址。
  MAC 头部是以太网使用的头部，它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息，我们可以通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址。

  总结

  CP/IP 网络通常是由上到下分成 4 层，分别是应用层，传输层，网络层和网络接口层。
  
  
  网络接口层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。

  HTTP

  HTTP简介

  HTTP 是超文本传输协议，也就是HyperText Transfer Protocol。

能否详细解释「超文本传输协议」？

• 协议
  HTTP 是一个用在计算机世界里的协议。它使用计算机能够理解的语言确立了一种计算机之间交流通信的规范（两个以上的参与者），以及相关的各种控制和错误处理方式（行为约定和规范）。
• 传输
  HTTP 是一个在计算机世界里专门用来在两点之间传输数据的约定和规范。
• 超文本
  HTML 就是最常见的超文本了，它本身只是纯文字文件，但内部用很多标签定义了图片、视频等的链接，再经过浏览器的解释，呈现给我们的就是一个文字、有画面的网页了。

HTTP 不仅是用于从互联网服务器传输超文本到本地浏览器的协议，同时也可以是服务器到服务器的协议

HTTP 是一个在计算机世界里专门在「两点」之间「传输」文字、图片、音频、视频等「超文本」数据的「约定和规范」。

HTTP常见状态码

HTTP常见字段

• Host字段
  客户端发送请求时，用来指定服务器的域名。
  
  有了 Host 字段，就可以将请求发往「同一台」服务器上的不同网站。
• Content-Length字段
  服务器在返回数据时，会有 Content-Length 字段，表明本次回应的数据长度。
  
  如上面则是告诉浏览器，本次服务器回应的数据长度是 1000 个字节，后面的字节就属于下一个回应了。
  使用了 TCP 传输协议，就会存在一个“粘包”的问题，HTTP 协议通过设置回车符、换行符作为 HTTP header 的边界，通过 Content-Length 字段作为 HTTP body 的边界，这两个方式都是为了解决“粘包”的问题。
• Connection字段
  Connection 字段最常用于客户端要求服务器使用「HTTP 长连接」机制，以便其他请求复用。
  
  HTTP 长连接的特点：只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。
  
  HTTP/1.1 版本的默认连接都是长连接，但为了兼容老版本的 HTTP，需要指定 Connection 首部字段的值为 Keep-Alive。
  开启了 HTTP Keep-Alive 机制后， 连接就不会中断，而是保持连接。当客户端发送另一个请求时，它会使用同一个连接，一直持续到客户端或服务器端提出断开连接。
• Content-Type字段
  Content-Type 字段用于服务器回应时，告诉客户端，本次数据是什么格式。
  
  上面的类型表明，发送的是网页，而且编码是UTF-8。
  客户端请求的时候，可以使用 Accept 字段声明自己可以接受哪些数据格式。
• Content-Encoding字段
  Content-Encoding 字段说明数据的压缩方法。表示服务器返回的数据使用了什么压缩格式
  
  上面表示服务器返回的数据采用了 gzip 方式压缩，告知客户端需要用此方式解压。
  客户端在请求时，用 Accept-Encoding 字段说明自己可以接受哪些压缩方法。

  GET和POST

  GET 和 POST 有什么区别？

  根据 RFC 规范，GET 的语义是从服务器获取指定的资源，这个资源可以是静态的文本、页面、图片视频等。GET 请求的参数位置一般是写在 URL 中，URL 规定只能支持 ASCII，所以 GET 请求的参数只允许 ASCII 字符 ，而且浏览器会对 URL 的长度有限制（HTTP协议本身对 URL长度并没有做任何规定）。

根据 RFC 规范，POST 的语义是根据请求负荷（报文body）对指定的资源做出处理，具体的处理方式视资源类型而不同。POST 请求携带数据的位置一般是写在报文 body 中，body 中的数据可以是任意格式的数据，只要客户端与服务端协商好即可，而且浏览器不会对 body 大小做限制。

GET 和 POST 方法都是安全和幂等的吗？

安全和幂等的概念：

• 安全，是指请求方法不会「破坏」服务器上的资源。
• 幂等，意思是多次执行相同的操作，结果都是「相同」的。

从 RFC 规范定义的语义来看：

• GET 方法就是安全且幂等的，因为它是「只读」操作，无论操作多少次，服务器上的数据都是安全的，且每次的结果都是相同的。所以，可以对 GET 请求的数据做缓存，这个缓存可以做到浏览器本身上（彻底避免浏览器发请求），也可以做到代理上（如nginx），而且在浏览器中 GET 请求可以保存为书签。
• POST 因为是「新增或提交数据」的操作，会修改服务器上的资源，所以是不安全的，且多次提交数据就会创建多个资源，所以不是幂等的。所以，浏览器一般不会缓存 POST 请求，也不能把 POST 请求保存为书签。

GET 的语义是请求获取指定的资源。GET 方法是安全、幂等、可被缓存的。

POST 的语义是根据请求负荷（报文主体）对指定的资源做出处理，具体的处理方式视资源类型而不同。POST 不安全，不幂等，（大部分实现）不可缓存。

GET 请求可以带 body 吗？

RFC 规范并没有规定 GET 请求不能带 body 的。理论上，任何请求都可以带 body 的。只是因为 RFC 规范定义的 GET 请求是获取资源，所以根据这个语义不需要用到 body。
另外，URL 中的查询参数也不是 GET 所独有的，POST 请求的 URL 中也可以有参数的。

HTTP 缓存技术

对于一些具有重复性的 HTTP 请求，比如每次请求得到的数据都一样的，我们可以把这对「请求-响应」的数据都缓存在本地，那么下次就直接读取本地的数据，不必在通过网络获取服务器的响应了，这样的话 HTTP/1.1 的性能肯定肉眼可见的提升。

所以，避免发送 HTTP 请求的方法就是通过缓存技术，HTTP 设计者早在之前就考虑到了这点，因此 HTTP 协议的头部有不少是针对缓存的字段。

实现方式

HTTP 缓存有两种实现方式，分别是强制缓存和协商缓存。

强制缓存

强制缓存指的是只要浏览器判断缓存没有过期，则直接使用浏览器的本地缓存，决定是否使用缓存的主动性在于浏览器这边。

如下图中，返回的是 200 状态码，但在 size 项中标识的是 from disk cache，就是使用了强制缓存。

强缓存是利用下面这两个 HTTP 响应头部（Response Header）字段实现的，它们都用来表示资源在客户端缓存的有效期：

• Cache-Control：相对时间
• Expires：绝对时间

如果 HTTP 响应头部同时有 Cache-Control 和 Expires 字段的话，Cache-Control 的优先级高于 Expires。

Cache-control 选项更多一些，设置更加精细，所以建议使用 Cache-Control 来实现强缓存。具体的实现流程如下：

• 当浏览器第一次请求访问服务器资源时，服务器会在返回这个资源的同时，在 Response 头部加上 Cache-Control，Cache-Control 中设置了过期时间大小；
• 浏览器再次请求访问服务器中的该资源时，会先通过请求资源的时间与 Cache-Control 中设置的过期时间大小，来计算出该资源是否过期，如果没有，则使用该缓存，否则重新请求服务器；
• 服务器再次收到请求后，会再次更新 Response 头部的 Cache-Control。

协商缓存

下图就是一个协商缓存的过程，所以协商缓存就是与服务端协商之后，通过协商结果来判断是否使用本地缓存。

协商缓存可以基于两种头部来实现。

第一种
请求头部中的 If-Modified-Since 字段与响应头部中的 Last-Modified 字段实现

• If-Modified-Since：标示这个响应资源的最后修改时间；
• Last-Modified：当资源过期了，发现响应头中具有 Last-Modified 声明，则再次发起请求的时候带上 Last-Modified 的时间，服务器收到请求后发现有 If-Modified-Since 则与被请求资源的最后修改时间进行对比（Last-Modified），如果最后修改时间较新（大），说明资源又被改过，则返回最新资源，HTTP 200 OK；如果最后修改时间较旧（小），说明资源无新修改，响应 HTTP 304 走缓存。

第二种
请求头部中的 If-None-Match 字段与响应头部中的 ETag 字段

• Etag：唯一标识响应资源；
• If-None-Match：当资源过期时，浏览器发现响应头里有 Etag，则再次向服务器发起请求时，会将请求头 If-None-Match 值设置为 Etag 的值。服务器收到请求后进行比对，如果资源没有变化返回 304，如果资源变化了返回 200。

第一种实现方式是基于时间实现的，第二种实现方式是基于一个唯一标识实现的，相对来说后者可以更加准确地判断文件内容是否被修改，避免由于时间篡改导致的不可靠问题。

如果在第一次请求资源的时候，服务端返回的 HTTP 响应头部同时有 Etag 和 Last-Modified 字段，那么客户端再下一次请求的时候，如果带上了 ETag 和 Last-Modified 字段信息给服务端，这时 Etag 的优先级更高，也就是服务端先会判断 Etag 是否变化了，如果 Etag 有变化就不用在判断 Last-Modified 了，如果 Etag 没有变化，然后再看 Last-Modified。

为什么 ETag 的优先级更高？

• 在没有修改文件内容情况下文件的最后修改时间可能也会改变，这会导致客户端认为这文件被改动了，从而重新请求；
• 可能有些文件是在秒级以内修改的，If-Modified-Since 能检查到的粒度是秒级的，使用 Etag就能够保证这种需求下客户端在 1 秒内能刷新多次；
• 有些服务器不能精确获取文件的最后修改时间。

P.S:协商缓存这两个字段都需要配合强制缓存中 Cache-Control 字段来使用，只有在未能命中强制缓存的时候，才能发起带有协商缓存字段的请求。

下图是强制缓存和协商缓存的工作流程：

• 当浏览器第一次请求访问服务器资源时，服务器会在返回这个资源的同时，在 Response 头部加上 ETag 唯一标识，这个唯一标识的值是根据当前请求的资源生成的；
• 当浏览器再次请求访问服务器中的该资源时，首先会先检查强制缓存是否过期：
  • 如果没有过期，则直接使用本地缓存；
  • 如果缓存过期了，会在 Request 头部加上 If-None-Match 字段，该字段的值就是 ETag 唯一标识；
• 服务器再次收到请求后，会根据请求中的 If-None-Match 值与当前请求的资源生成的唯一标识进行比较：
  • 如果值相等，则返回 304 Not Modified，不会返回资源；
  • 如果不相等，则返回 200 状态码和返回资源，并在 Response 头部加上新的 ETag 唯一标识；
• 如果浏览器收到 304 的请求响应状态码，则会从本地缓存中加载资源，否则更新资源。

HTTP 特性

HTTP 常见到版本有 HTTP/1.1，HTTP/2.0，HTTP/3.0，不同版本的 HTTP 特性是不一样的。

HTTP/1.1

• 优点
  • 简单
    HTTP 基本的报文格式就是 header + body，头部信息也是 key-value 简单文本的形式，易于理解，
  • 灵活，易扩展
    HTTP 协议里的各类请求方法、URI/URL、状态码、头字段等每个组成要求都没有被固定死，都允许开发人员自定义和扩充。
    同时 HTTP 由于是工作在应用层（ OSI 第七层），则它下层可以随意变化，比如：
    HTTPS 就是在 HTTP 与 TCP 层之间增加了 SSL/TLS 安全传输层；
    HTTP/1.1 和 HTTP/2.0 传输协议使用的是 TCP 协议，而到了 HTTP/3.0 传输协议改用了 UDP 协议。
  • 应用广泛，跨平台
    互联网发展至今，HTTP 的应用范围非常的广泛，从台式机的浏览器到手机上的各种 APP，同时天然具有跨平台的优越性
• 缺点
  • 无状态
    无状态的好处，因为服务器不会去记忆 HTTP 的状态，所以不需要额外的资源来记录状态信息，这能减轻服务器的负担，能够把更多的 CPU 和内存用来对外提供服务。
    无状态的坏处，既然服务器没有记忆能力，它在完成有关联性的操作时会非常麻烦。
    例如登录->添加购物车->下单->结算->支付，这系列操作都要知道用户的身份才行。但服务器不知道这些请求是有关联的，每次都要问一遍身份信息。
    对于无状态的问题，解法方案有很多种，其中比较简单的方式用 Cookie 技术。
    Cookie 通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。
    
  • 明文传输
    明文意味着在传输过程中的信息，是可方便阅读的，比如 Wireshark 抓包都可以直接肉眼查看，为我们调试工作带了极大的便利性。因此，HTTP 的所有信息都暴露在了光天化日下。
  • 不安全
    通信使用明文（不加密），内容可能会被窃听。
    不验证通信方的身份，因此有可能遭遇伪装。
    无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改。
    HTTP 的安全问题，可以用 HTTPS 的方式解决，也就是通过引入 SSL/TLS 层，使得在安全上达到了极致。

• 性能
  HTTP 协议是基于 TCP/IP，并且使用了「请求 - 应答」的通信模式，所以性能的关键就在这两点里。

  • 长连接

    早期 HTTP/1.0 性能上的一个很大的问题，那就是每发起一个请求，都要新建一次 TCP 连接（三次握手），而且是串行请求，做了无谓的 TCP 连接建立和断开，增加了通信开销。

    为了解决上述 TCP 连接问题，HTTP/1.1 提出了长连接的通信方式，也叫持久连接。这种方式的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载。
    持久连接的特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。
    

  • 管道网络传输
    可在同一个 TCP 连接里面，客户端可以发起多个请求，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。
    
    但是服务器必须按照接收请求的顺序发送对这些管道化请求的响应。
    如果服务端在处理 A 请求时耗时比较长，那么后续的请求的处理都会被阻塞住，这称为「队头堵塞」。
    所以，HTTP/1.1 管道解决了请求的队头阻塞，但是没有解决响应的队头阻塞。P.S:实际上 HTTP/1.1 管道化技术不是默认开启，而且浏览器基本都没有支持

  • 队头阻塞

    「请求 - 应答」的模式会造成 HTTP 的性能问题。

    因为当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一同被阻塞了，会招致客户端一直请求不到数据，这也就是「队头阻塞」，好比上班的路上塞车。
    

    HTTPS

    与HTTP区别

• HTTP 是超文本传输协议，信息是明文传输，存在安全风险的问题。HTTPS 则解决 HTTP 不安全的缺陷，在 TCP 和 HTTP 网络层之间加入了 SSL/TLS 安全协议，使得报文能够加密传输。

• HTTP 连接建立相对简单， TCP 三次握手之后便可进行 HTTP 的报文传输。而 HTTPS 在 TCP 三次握手之后，还需进行 SSL/TLS 的握手过程，才可进入加密报文传输。

• 两者的默认端口不一样，HTTP 默认端口号是 80，HTTPS 默认端口号是 443。

• HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字证书，来保证服务器的身份是可信的。

HTTPS 解决了 HTTP 的哪些问题？
HTTP 由于是明文传输，所以安全上存在以下三个风险：

• 窃听风险
• 篡改风险
• 冒充风险

HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加入了 SSL/TLS 协议，可以很好的解决了上述的风险：

• 信息加密：交互信息无法被窃取
• 校验机制：无法篡改通信内容，篡改了就不能正常显示
• 身份证书：证明该网站是真的

HTTPS 是如何解决上面的三个风险的？

• 混合加密
  通过混合加密的方式可以保证信息的机密性，解决了窃听的风险
  
  HTTPS 采用的是对称加密和非对称加密结合的「混合加密」方式：

  • 在通信建立前采用非对称加密的方式交换「会话秘钥」，后续就不再使用非对称加密。
  • 在通信过程中全部使用对称加密的「会话秘钥」的方式加密明文数据。

  采用「混合加密」的方式的原因：

  • 对称加密只使用一个密钥，运算速度快，密钥必须保密，无法做到安全的密钥交换。
  • 非对称加密使用两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发而私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢。

• 摘要算法 + 数字签名
  为了保证传输的内容不被篡改，我们需要对内容计算出一个「指纹」，然后同内容一起传输给对方。
  对方收到后，先是对内容也计算出一个「指纹」，然后跟发送方发送的「指纹」做一个比较，如果「指纹」相同，说明内容没有被篡改，否则就可以判断出内容被篡改了。
  那么，在计算机里会用摘要算法（哈希函数）来计算出内容的哈希值，也就是内容的「指纹」，这个哈希值是唯一的，且无法通过哈希值推导出内容。
  
  通过哈希算法可以确保内容不会被篡改，但是并不能保证「内容 + 哈希值」不会被中间人替换，因为这里缺少对客户端收到的消息是否来源于服务端的证明。
  计算机里会用非对称加密算法来解决伪造，共有两个密钥：

  • 一个是公钥，这个是可以公开给所有人的；
  • 一个是私钥，这个必须由本人管理，不可泄露。
    这两个密钥可以双向加解密的，比如可以用公钥加密内容，然后用私钥解密，也可以用私钥加密内容，公钥解密内容。
    流程的不同，意味着目的也不相同：
  • 公钥加密，私钥解密。这个目的是为了保证内容传输的安全，因为被公钥加密的内容，其他人是无法解密的，只有持有私钥的人，才能解密出实际的内容；
  • 私钥加密，公钥解密。这个目的是为了保证消息不会被冒充，因为私钥是不可泄露的，如果公钥能正常解密出私钥加密的内容，就能证明这个消息是来源于持有私钥身份的人发送的。

  一般我们不会用非对称加密来加密实际的传输内容，因为非对称加密的计算比较耗费性能的。
  所以非对称加密的用途主要在于通过私钥加密，公钥解密的方式，来确认消息的身份，我们常说的数字签名算法，就是用的是这种方式，不过私钥加密内容不是内容本身，而是对内容的哈希值加密。
  
  私钥是由服务端保管，然后服务端会向客户端颁发对应的公钥。如果客户端收到的信息，能被公钥解密，就说明该消息是由服务器发送的。

• 数字证书
  前面我们知道：

  • 可以通过哈希算法来保证消息的完整性；
  • 可以通过数字签名来保证消息的来源可靠性（能确认消息是由持有私钥的一方发送的）；

  但是这还远远不够，还缺少身份验证的环节，万一公钥是被伪造的呢？
  在计算机里，这个权威的机构就是 CA （数字证书认证机构），将服务器公钥放在数字证书（由数字证书认证机构颁发）中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。
  
  通过数字证书的方式保证服务器公钥的身份，解决冒充的风险

  HTTPS连接

  SSL/TLS 协议基本流程：

  • 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥。
  • 双方协商生产「会话秘钥」。
  • 双方采用「会话秘钥」进行加密通信。
    前两步也就是 SSL/TLS 的建立过程，也就是 TLS 握手阶段。
    TLS 的「握手阶段」涉及四次通信，使用不同的密钥交换算法，TLS 握手流程也会不一样的，现在常用的密钥交换算法有两种：RSA 算法 (opens new window)和 ECDHE 算法 (opens new window)。
    

TLS 协议建立的详细流程：

1. ClientHello

首先，由客户端向服务器发起加密通信请求，也就是 ClientHello 请求。

在这一步，客户端主要向服务器发送以下信息：

（1）客户端支持的 TLS 协议版本，如 TLS 1.2 版本。

（2）客户端生产的随机数（Client Random），后面用于生成「会话秘钥」条件之一。

（3）客户端支持的密码套件列表，如 RSA 加密算法。

1. SeverHello

服务器收到客户端请求后，向客户端发出响应，也就是 SeverHello。服务器回应的内容有如下内容：

（1）确认 TLS 协议版本，如果浏览器不支持，则关闭加密通信。

（2）服务器生产的随机数（Server Random），也是后面用于生产「会话秘钥」条件之一。

（3）确认的密码套件列表，如 RSA 加密算法。

（4）服务器的数字证书。

3.客户端回应

客户端收到服务器的回应之后，首先通过浏览器或者操作系统中的 CA 公钥，确认服务器的数字证书的真实性。

如果证书没有问题，客户端会从数字证书中取出服务器的公钥，然后使用它加密报文，向服务器发送如下信息：

（1）一个随机数（pre-master key）。该随机数会被服务器公钥加密。

（2）加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。

（3）客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供服务端校验。

上面第一项的随机数是整个握手阶段的第三个随机数，会发给服务端，所以这个随机数客户端和服务端都是一样的。

服务器和客户端有了这三个随机数（Client Random、Server Random、pre-master key），接着就用双方协商的加密算法，各自生成本次通信的「会话秘钥」。

1. 服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数（pre-master key）之后，通过协商的加密算法，计算出本次通信的「会话秘钥」。

然后，向客户端发送最后的信息：

（1）加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。

（2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供客户端校验。

至此，整个 TLS 的握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的 HTTP 协议，只不过用「会话秘钥」加密内容。

客户端校验数字证书的流程是怎样的？

如下图图所示，为数字证书签发和验证流程：

CA 签发证书的过程，如上图左边部分：

• 首先 CA 会把持有者的公钥、用途、颁发者、有效时间等信息打成一个包，然后对这些信息进行 Hash 计算，得到一个 Hash 值；
• 然后 CA 会使用自己的私钥将该 Hash 值加密，生成 Certificate Signature，也就是 CA 对证书做了签名；
• 最后将 Certificate Signature 添加在文件证书上，形成数字证书；

客户端校验服务端的数字证书的过程，如上图右边部分：

• 首先客户端会使用同样的 Hash 算法获取该证书的 Hash 值 H1；
• 通常浏览器和操作系统中集成了 CA 的公钥信息，浏览器收到证书后可以使用 CA 的公钥解密 Certificate Signature 内容，得到一个 Hash 值 H2 ；
• 最后比较 H1 和 H2，如果值相同，则为可信赖的证书，否则则认为证书不可信。

证书信任链的问题
我们向 CA 申请的证书一般不是根证书签发的，而是由中间证书签发的。

比如百度的证书，证书的层级有三级：

对于这种三级层级关系的证书的验证过程如下：

• 客户端收到 baidu.com 的证书后，发现这个证书的签发者不是根证书，就无法根据本地已有的根证书中的公钥去验证 baidu.com 证书是否可信。于是，客户端根据 baidu.com 证书中的签发者，找到该证书的颁发机构是 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2”，然后向 CA 请求该中间证书。
• 请求到证书后发现 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书是由 “GlobalSign Root CA” 签发的，由于 “GlobalSign Root CA” 没有再上级签发机构，说明它是根证书，也就是自签证书。应用软件会检查此证书有否已预载于根证书清单上，如果有，则可以利用根证书中的公钥去验证 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书，如果发现验证通过，就认为该中间证书是可信的。
• “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书被信任后，可以使用 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书中的公钥去验证 baidu.com 证书的可信性，如果验证通过，就可以信任 baidu.com 证书。
  在这四个步骤中，最开始客户端只信任根证书 GlobalSign Root CA 证书的，然后 “GlobalSign Root CA” 证书信任 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书，而 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书又信任 baidu.com 证书，于是客户端也信任 baidu.com 证书。

总括来说，由于用户信任 GlobalSign，所以由 GlobalSign 所担保的 baidu.com 可以被信任，另外由于用户信任操作系统或浏览器的软件商，所以由软件商预载了根证书的 GlobalSign 都可被信任。

为什么需要证书链这么麻烦的流程？Root CA 为什么不直接颁发证书，而是要搞那么多中间层级呢？

了确保根证书的绝对安全性，将根证书隔离地越严格越好，不然根证书如果失守了，那么整个信任链都会有问题。

HTTPS应用数据完整性

TLS 在实现上分为握手协议和记录协议两层：

• TLS 握手协议就是我们前面说的 TLS 四次握手的过程，负责协商加密算法和生成对称密钥，后续用此密钥来保护应用程序数据（即 HTTP 数据）；

• TLS 记录协议负责保护应用程序数据并验证其完整性和来源，所以对 HTTP 数据加密是使用记录协议；
  TLS 记录协议主要负责消息（HTTP 数据）的压缩，加密及数据的认证，过程如下图：
  
  具体过程如下：

• 首先，消息被分割成多个较短的片段,然后分别对每个片段进行压缩。

• 接下来，经过压缩的片段会被加上消息认证码（MAC 值，这个是通过哈希算法生成的），这是为了保证完整性，并进行数据的认证。通过附加消息认证码的 MAC 值，可以识别出篡改。与此同时，为了防止重放攻击，在计算消息认证码时，还加上了片段的编码。

• 再接下来，经过压缩的片段再加上消息认证码会一起通过对称密码进行加密。

• 最后，上述经过加密的数据再加上由数据类型、版本号、压缩后的长度组成的报头就是最终的报文数据。

记录协议完成后，最终的报文数据将传递到传输控制协议 (TCP) 层进行传输。

HTTPS 一定安全可靠吗？
客户端通过浏览器向服务端发起 HTTPS 请求时，被「假基站」转发到了一个「中间人服务器」，于是客户端是和「中间人服务器」完成了 TLS 握手，然后这个「中间人服务器」再与真正的服务端完成 TLS 握手。

具体过程如下：

• 客户端向服务端发起 HTTPS 建立连接请求时，然后被「假基站」转发到了一个「中间人服务器」，接着中间人向服务端发起 HTTPS 建立连接请求，此时客户端与中间人进行 TLS 握手，中间人与服务端进行 TLS 握手；
• 在客户端与中间人进行 TLS 握手过程中，中间人会发送自己的公钥证书给客户端，客户端验证证书的真伪，然后从证书拿到公钥，并生成一个随机数，用公钥加密随机数发送给中间人，中间人使用私钥解密，得到随机数，此时双方都有随机数，然后通过算法生成对称加密密钥（A），后续客户端与中间人通信就用这个对称加密密钥来加密数据了。
• 在中间人与服务端进行 TLS 握手过程中，服务端会发送从 CA 机构签发的公钥证书给中间人，从证书拿到公钥，并生成一个随机数，用公钥加密随机数发送给服务端，服务端使用私钥解密，得到随机数，此时双方都有随机数，然后通过算法生成对称加密密钥（B），后续中间人与服务端通信就用这个对称加密密钥来加密数据了。
• 后续的通信过程中，中间人用对称加密密钥（A）解密客户端的 HTTPS 请求的数据，然后用对称加密密钥（B）加密 HTTPS 请求后，转发给服务端，接着服务端发送 HTTPS 响应数据给中间人，中间人用对称加密密钥（B）解密 HTTPS 响应数据，然后再用对称加密密钥（A）加密后，转发给客户端。

从客户端的角度看，其实并不知道网络中存在中间人服务器这个角色。那么中间人就可以解开浏览器发起的 HTTPS 请求里的数据，也可以解开服务端响应给浏览器的 HTTPS 响应数据。相当于，中间人能够 “偷看” 浏览器与服务端之间的 HTTPS 请求和响应的数据。
但是要发生这种场景是有前提的，前提是用户点击接受了中间人服务器的证书。
所以，HTTPS 协议本身到目前为止还是没有任何漏洞的，即使你成功进行中间人攻击，本质上是利用了客户端的漏洞（用户点击继续访问或者被恶意导入伪造的根证书），并不是 HTTPS 不够安全

HTTPS 双向认证

一般 HTTPS 是单向认证，客户端只会验证了服务端的身份，但是服务端并不会验证客户端的身份。

如果用了双向认证方式，不仅客户端会验证服务端的身份，而且服务端也会验证客户端的身份。服务端一旦验证到请求自己的客户端为不可信任的，服务端就拒绝继续通信，客户端如果发现服务端为不可信任的，那么也中止通信。