网络协议与缓存

HTTP 缓存 · TCP 握手挥手 · HTTP/2/3 · HTTPS · Cookie/Session/Token/JWT/SSO · CDN · DNS

一、HTTP 缓存

1. 强缓存

Expires（HTTP 1.0）：绝对时间，受本地时间影响
Cache-Control（HTTP 1.1）：max-age 相对时间，优先级高于 Expires
no-cache：需协商缓存；no-store：禁止缓存

2. 协商缓存

Last-Modified / If-Modified-Since：基于最后修改时间（精确到秒）
ETag / If-None-Match：基于文件内容编码，更精确，优先于 Last-Modified
命中返回 304，使用本地缓存

二、TCP / HTTP 协议

1. TCP 三次握手与四次挥手

三次握手：

客户端 → SYN=1, seq=x → 服务端（SYN-SENT）
服务端 → SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1 → 客户端（SYN-RCVD）
客户端 → ACK=1, seq=x+1, ack=y+1 → 服务端（ESTABLISHED）

为什么三次：防止已失效的连接请求到达服务端导致错误建立连接

四次挥手：

主动方 → FIN=1 → 被动方（FIN-WAIT-1）
被动方 → ACK=1 → 主动方（CLOSE-WAIT，此时单向关闭）
被动方 → FIN=1 → 主动方（LAST-ACK）
主动方 → ACK=1 → 被动方（TIME-WAIT，等 2MSL 后 CLOSED）

为什么 TIME-WAIT：确保对方收到确认应答，若应答丢失对方会重发

2. 五层因特网协议栈

应用层（DNS、HTTP）：DNS 解析域名，发送 HTTP 请求
传输层（TCP、UDP）：三次握手建立 TCP 连接
网络层（IP、ARP）：IP 寻址，路由选择
数据链路层（PPP）：封装成帧，添加 MAC 地址
物理层：通过双绞线/光纤/电磁波传输比特流

3. HTTP 与 HTTPS 区别

HTTPS = HTTP + SSL/TLS 加密，更安全
默认端口：HTTP 80，HTTPS 443
HTTPS 需要 SSL 证书，性能不如 HTTP（加解密+握手开销）

4. HTTP/2 特性

特性	说明
多路复用	单 TCP 连接并行加载多资源，无并发数限制
Server Push	服务器主动推送客户端可能需要的资源
头部压缩（HPACK）	维护头部表，后续请求只发差异字段
二进制帧传输	HTTP 报文拆分为头部帧和数据帧，解析更高效
持久连接	连接永久，不依赖 keep-alive 超时

升级要求：Nginx ≥ 1.10.0，OpenSSL ≥ 1.0.2，基本只支持 HTTPS

HTTP/2 缺点：

TCP 队头阻塞未彻底解决（丢包阻塞所有流）
丢包重传影响比 HTTP/1.1 更大
服务器瞬时压力暴增（无并发限制）

5. HTTPS 握手过程（TLS 1.2）

Client-hello：客户端发送加密套件列表、随机数 random1
Server-hello：服务端选定套件、返回证书 + 随机数 random2
验证证书：从根证书开始逐级验证证书链（CA 签名）
密钥交换：客户端生成 pre-master，用公钥加密发送；双方计算出对称会话密钥
Finished：互发 Finished 验证握手成功，后续对称加密传输

对称加密 vs 非对称加密：握手用非对称加密协商密钥，传输用对称加密（兼顾安全与性能）

6. HTTP/3（基于 QUIC）

核心改进：基于 UDP 的 QUIC 协议，彻底解决 TCP 队头阻塞

特性	说明
无队头阻塞	每个流独立传输，丢包只影响单个流
连接迁移	基于连接 ID，网络切换无需重建连接
快速握手	0-RTT/1-RTT 建立连接（HTTP/2 需 3-RTT）
内置加密	头部和载荷均加密

HTTP 协议演进：

版本	传输层	核心特性	主要问题
HTTP/1.1	TCP	文本协议、持久连接	队头阻塞、头部冗余
HTTP/2	TCP	多路复用、二进制帧	TCP 队头阻塞
HTTP/3	UDP(QUIC)	独立流、连接迁移、0-RTT	生态尚在完善

7. POST 请求 Content-Type

Content-Type	用途	特点
`application/x-www-form-urlencoded`	最常见表单	数据编码为 `key1=val1&key2=val2`
`multipart/form-data`	文件上传	boundary 分隔各字段，可传文件+键值对
`application/json`	JSON 格式	序列化 JSON 字符串
`application/octet-stream`	二进制流	只传二进制数据

HTTP 是无状态协议，Cookie 用于维护会话状态
存储在客户端，下次请求同一服务器时自动携带
Cookie 不可跨域（同一级/二级域名间可通过 domain 共享）

属性	说明
`domain`	所属域名，默认当前域名
`path`	生效路径，默认 `/`
`maxAge`	失效时间（秒），负数=临时，0=删除
`secure`	仅 HTTPS 传输
`httpOnly`	JS 无法读取（防 XSS）

单个 Cookie ≤ 4KB，一个网站最多约 20 个

2. Session

存储在服务端，sessionId 存储在客户端 Cookie 中
集群部署的 Session 共享问题：多台服务器间需共享 Session（可用 Redis）
关闭浏览器 Session 不会立即消失：只是会话 Cookie 丢失导致找不到 Session

分布式 Session 共享方案：

方案	原理	优点	缺点
Session 复制	节点 Session 变化时广播给所有节点	可容错	网络压力大
粘性 Session	Nginx ip_hash 定向到同一服务器	简单	服务器故障则 Session 失效
Session 共享（常用）	Redis/Memcached 集群缓存	可扩展，重启不丢失	架构复杂
Session 持久化	存储到数据库	故障不丢失	数据库压力大

对比项	Cookie	Session
存储位置	客户端	服务端
安全性	较低（可被篡改）	较高
数据类型	仅字符串	任意类型
存储大小	≤ 4KB	远大于 Cookie
服务器压力	无	用户多时占用内存

4. Token

访问资源接口（API）时所需的资源凭证
简单组成：uid（用户唯一标识）+ time（时间戳）+ sign（签名/哈希）
token 放在 HTTP Header 的 Authorization 字段中
服务端无状态：不存储 token，用解析计算时间换取存储空间
可避开同源策略，可避免 CSRF 攻击

Access Token vs Refresh Token：

Access Token 有效期短（几分钟），用于访问资源
Refresh Token 有效期长，专用于刷新过期的 Access Token
流程：登录 → access+refresh token → access 过期 → 用 refresh 换新 access → refresh 也过期 → 重新登录

5. JWT（JSON Web Token）

JWT 结构（三段式，. 分隔）：

Header.Payload.Signature
// 例：eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VySWQiOiJhIn0.2jf3kl_uKWRkwjOP6uQRJFqMw

Header：算法类型（alg: HS256）+ 令牌类型（typ: JWT），base64url 编码
Payload：实际数据（用户信息、iat 签发时间、exp 过期时间），base64url 编码
Signature：HMACSHA256(base64(Header) + "." + base64(Payload), secret)，防篡改

防篡改原理：用户可修改 base64 数据，但无法伪造签名（因不知道 secret）

优势：无状态（可扩展）、自包含（减少数据库查询）、跨域友好（不依赖 Cookie）

缺点：无法主动废弃；默认不加密；应设置较短有效期，通过 HTTPS 传输

6. 单点登录（SSO）

同主域名：将 Cookie 的 domain 设为主域名，所有子域共享登录状态

跨主域名（真正 SSO）：

用户访问系统 A → 未登录 → 跳转 SSO
SSO 验证账号密码 → 种 SSO 域下凭证 + 下发 code（一次性）
重定向回系统 A 的 callback，携带 code
系统 A 用 code 向 SSO 换取 ticket，在 A 域下 set cookie
用户访问系统 B → 未登录 → 跳转 SSO → 已有凭证 → 下发 code → B 用 code 换 ticket

关键点：code 是一次性的，暴露在 URL 中仅用于换取 ticket，换完即失效

7. Session vs Token 对比

对比维度	Session	Token
客户端存储	Cookie（自动携带）	灵活（Cookie/localStorage/Header）
服务端存储	存储完整会话数据	不存储，仅校验签名
CSRF 风险	有（Cookie 自动携带）	无（手动放入 Header）
跨端支持	仅浏览器（依赖 Cookie）	全平台（APP/小程序/IoT）
分布式	需共享存储（Redis）	天然支持（无状态）

四、CDN 与 DNS

1. CDN（内容分发网络）

原理：在用户附近部署缓存节点，就近响应用户请求
优势：解决跨运营商/跨地域访问问题，降低延迟；分流减轻源站负载
缓存策略：通过 Cache-Control: max-age 控制节点缓存时间，过期则回源拉取

2. DNS 解析过程

浏览器自身 DNS 缓存
操作系统 hosts 文件
本地 DNS 服务器（ISP）
根服务器递归查询

网络协议与缓存 ​

一、HTTP 缓存 ​

1. 强缓存 ​

2. 协商缓存 ​

二、TCP / HTTP 协议 ​

1. TCP 三次握手与四次挥手 ​

2. 五层因特网协议栈 ​

3. HTTP 与 HTTPS 区别 ​

4. HTTP/2 特性 ​

5. HTTPS 握手过程（TLS 1.2） ​

6. HTTP/3（基于 QUIC） ​

7. POST 请求 Content-Type ​

三、Cookie / Session / Token / JWT / SSO ​

1. Cookie ​

2. Session ​

3. Cookie vs Session ​

4. Token ​

5. JWT（JSON Web Token） ​

6. 单点登录（SSO） ​

7. Session vs Token 对比 ​

四、CDN 与 DNS ​

1. CDN（内容分发网络） ​

2. DNS 解析过程 ​

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