计算机网络

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) 是 SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2) 系列中最常用和最广为人知的加密散列函数之一。它由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 于 2001 年发布，作为 MD5 和 SHA-1 的替代品，旨在提供更高的安全强度。SHA-256 能够将任意长度的输入数据（消息）通过哈希运算转换成一个固定长度的 256 位（32 字节）散列值，通常以 64 位十六进制字符串表示。它广泛应用于数字签名、数据完整性校验、密码存储以及区块链技术等领域，是目前主流且被认为安全的哈希算法。 一、加密哈希函数的基本特性在深入 SHA-256 之前，理解一个安全的加密哈希函数应具备的关键特性至关重要： 确定性 (Deterministic)：相同的输入消息总是产生相同的哈希值。 计算效率 (Computational Efficiency)：对于任意输入消息，计算其哈希值是高效的。 抗原像性 / 单向性 (Preimage Resistance / One-Way)：给定一个哈希值，从计...

SHA (Secure Hash Algorithm) 是一系列由美国国家安全局 (NSA) 设计，并由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 发布的安全散列算法。与 MD5 类似，SHA 算法家族将任意长度的输入数据（消息）转换为固定长度的小型字节串，即消息摘要 (Message Digest) 或 哈希值 (Hash Value)。SHA 系列算法在密码学和信息安全领域扮演着至关重要的角色，广泛应用于数字签名、数据完整性校验、密码存储和区块链等场景。 核心思想：通过设计精密的数学和逻辑运算，确保输入数据的微小改变会导致输出哈希值的巨大、不可预测的变化（雪崩效应），并使其具有单向性和抗碰撞性，从而提供数据的完整性和认证功能。 一、SHA 算法家族概述SHA 家族包括以下主要算法版本： SHA-0：1993 年发布，很快发现安全漏洞，被 SHA-1 取代。 SHA-1：1995 年发布，输出 160 位哈希值。曾被广泛使用，但现在已被认为不安全。 SHA-2：2001 年发布，是一个包含多个变体的家族，包括 SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-...

MD5 (Message Digest Algorithm 5) 是一种广泛使用的加密散列函数，由 Ronald Rivest 于 1991 年设计。它能够将任意长度的输入数据（通常称为“消息”或“原文”）通过哈希运算转换成一个固定长度的 128 位（16 字节）散列值，通常以 32 位十六进制字符串表示。MD5 的设计初衷是用于验证数据完整性，即确保数据在传输或存储过程中未被篡改。 重要安全提示： MD5 算法已被证实存在严重的碰撞漏洞。这意味着可以找到两个不同的输入数据，它们会产生完全相同的 MD5 散列值。因此，MD5 已不再被认为是安全的加密哈希函数，不应再用于需要密码学安全性的场景，如数字签名、密码存储（即使加盐也不推荐）或生成 SSL 证书。 它主要仍用于非安全敏感场景下的文件完整性校验和快速数据比对。 一、引言：哈希函数的基本概念哈希函数 (Hash Function)，也称为散列函数，是一类将任意大小的数据映射到固定大小值的函数。在密码学领域，加密哈希函数 (Cryptographic Hash Function) 需要满足更严格的特性： 确定性 (De...

AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data)，即带关联数据的认证加密，是现代密码学中的一个重要概念和加密模式。它不仅仅提供传统加密算法的机密性 (Confidentiality)，还能同时保障数据的完整性 (Integrity) 和真实性 (Authenticity)。此外，AEAD 模式允许对“关联数据”进行认证，这些数据不需要加密，但其完整性也需要被验证。 核心思想：将加密（提供机密性）和消息认证码 (MAC, 提供完整性和真实性) 组合到一个单一的密码操作中，同时允许对非加密数据进行认证。 一、为什么需要 AEAD？在 AEAD 出现之前，密码学中存在两种主要的安全目标： 机密性 (Confidentiality)：通过加密手段（如 AES、ChaCha20）使未经授权的方无法读取数据。 完整性 (Integrity) 和真实性 (Authenticity)：通过消息认证码 (MAC) 或数字签名来确保数据在传输过程中未被篡改，并确认数据确实来自声称的发送方。 传统的加密方式（如 ECB、CBC 模式的...

重放攻击 (Replay Attack)，又称回放攻击或重播攻击，是计算机网络安全领域中的一种常见攻击方式。其基本原理是攻击者通过窃听（截获）合法的网络通信数据包，然后将这些截获到的数据包原封不动地重新发送给一个或多个目标系统，以此来欺骗系统或获得未授权的效应。即使攻击者不知道数据包内容的具体含义，也可以通过重放这些合法的数据包来达到攻击目的。 核心思想：攻击者窃取一次成功的会话或请求，并在之后的时间里重复发送这段数据，以冒充合法用户获得同样的权限或发起相同的操作。 一、重放攻击的工作原理重放攻击的步骤通常如下： 窃听 (Eavesdropping)：攻击者使用网络嗅探工具（如 Wireshark）在网络上监听和截获合法用户与服务器之间的通信。这可能包括登录凭证（尽管通常是哈希或加密的）、交易请求、授权令牌等。 截获 (Interception)：攻击者捕获到完整的、有效的通信数据包或消息序列。 重放 (Replay)：在一段时间之后，攻击者将这些截获到的数据包原封不动地重新发送给目标服务器。 欺骗 (Deception)：如果目标服务器没有有效的机制来验证请求的新鲜性...

gRPC (Google Remote Procedure Call) 是由 Google 开发的一款高性能、开源的通用 RPC 框架。它基于 HTTP/2 协议，并使用 Protocol Buffers (Protobuf) 作为其接口定义语言 (IDL) 和消息序列化协议。gRPC 旨在提供一种语言中立、平台中立、高效且可扩展的方式来连接服务，非常适合微服务架构中的服务间通信。 核心思想： gRPC 结合了 HTTP/2 的多路复用和二进制帧特性，以及 Protobuf 的高效序列化，旨在实现比传统 RESTful API 更低的延迟、更高的吞吐量，并提供强类型接口和多种服务交互模型（如流式 RPC）。 一、为什么需要 gRPC？传统的基于 HTTP/1.1 和 JSON/XML 的 RESTful API 在以下方面存在一些局限性： 性能开销： HTTP/1.1 的队头阻塞：每个请求需要独立的 TCP 连接或通过连接复用，但存在队头阻塞问题。 文本协议 (JSON/XML)：数据量大，解析开销高，效率相对...

RPC (Remote Procedure Call)，即远程过程调用，是一种分布式计算技术，它允许程序调用位于不同地址空间（通常是不同计算机上）的子程序或函数，就像调用本地子程序一样。RPC 屏蔽了底层网络通信的复杂性，让开发者可以专注于业务逻辑，提高开发效率。 核心思想： RPC 的目标是透明化 (Transparency) 远程服务的调用过程，让客户端感觉就像在调用本地方法，而实际上调用的请求被序列化并通过网络传输到远程服务，远程服务执行后将结果序列化并返回给客户端。 一、为什么需要 RPC？在传统的单体应用中，所有功能都运行在同一个进程中，方法调用直接发生在内存中。然而，随着业务复杂性和系统规模的增长，单体应用面临诸多挑战： 扩展性差：难以针对不同模块的负载压力独立扩展。 开发效率低：团队协作困难，代码冲突多。 容错性差：单个模块故障可能导致整个系统崩溃。 技术栈限制：难以在不同模块中使用最佳技术栈。 为了解决这些问题，系统架构逐渐向分布式系统和微服务架构演进。在这种架构中，一个大型应用被拆分成多个独立的服务，每个服务运行在不同的进程中，甚至不同的物理机器上。...

CIDR (Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由) 和子网掩码 (Subnet Mask) 是 IP 地址管理和路由技术中的两个核心概念。它们共同解决了传统 IP 地址分类的局限性，实现了更高效的 IP 地址分配和更灵活的网络划分。理解这两个概念对于构建和管理现代 IP 网络至关重要。 核心思想：CIDR 使用“IP 地址/前缀长度”的格式，通过前缀长度直接表示网络部分和主机部分，从而废除了传统的 A/B/C 类地址概念。子网掩码则是这种前缀长度的二进制表示，用于在 IP 地址中区分网络地址和主机地址。 一、IP 地址基础回顾在深入 CIDR 和子网掩码之前，我们先快速回顾一下 IP 地址的基础知识： IP 地址 (IPv4)：一个 32 位的二进制数字，通常表示为四个十进制数（0-255）由点分隔的形式，例如 192.168.1.1。 网络地址 (Network Address)：用于标识一个 IP 子网，所有在该子网内的主机都共享相同的网络地址。 主机地址 (Host Address)：用于标识子...

中国联通 (China Unicom) 在国际互联方面，主要通过其两个自治系统 (AS, Autonomous System) 来承载流量：AS4837（通常被称为“联通 169 网络”）和 AS9929（通常被称为“联通 A 级精品网络”）。它们类似于中国电信的 163 网和 CN2，旨在为不同需求的用户提供差异化的国际互联服务。了解这两个 AS 的特点，对于选择合适的联通国际线路至关重要。 核心思想：AS4837 是联通的骨干网络，承载大部分流量，经济实惠但国际互联速度一般。AS9929 是联通的精品网络，提供更高质量、低延迟、低丢包率的国际互联服务，但成本较高。 一、为什么中国联通需要多个 AS 号？与中国电信类似，中国联通面对庞大的用户群和不断增长的国际互联需求，也需要对其网络进行分层和优化，以提供差异化的服务。 分担流量：不同的 AS 号可以帮助联通在逻辑上区分和管理不同优先级或性质的流量。 提供差异化服务：通过部署不同等级的网络基础设施和路由策略，为普通用户和高端企业用户提供不同的质量保证。 满足国际互联需求：随着国际业务的扩张和国际数据流量的剧增，需要建设...

CN2 (ChinaNet Next Generation Carrying Network)，即中国电信下一代承载网络，是中国电信于 2005 年推出的新一代骨干网络。它旨在提供高质量、高可靠、低延迟的网络服务，主要面向政府、企业和高端个人用户。CN2 与传统的 ChinaNet (AS4134，163骨干网) 在架构和技术上都有显著区别，以提供更优质的国际互联体验。 核心思想：将互联网流量分为“优质”和“普通”两类通道，CN2 提供优质通道，通过更少的跳数、更小的丢包率和更低的延迟，显著提升国际互联的稳定性和速度。 一、为什么需要 CN2？1.1 ChinaNet (163骨干网) 的局限性传统的中国电信互联网骨干网，通常被称为 163 网（因其 AS 号为 4134，而 163 是其常用接入号），是国内用户最广泛使用的网络。然而，163 网在国际互联方面存在一些固有的问题： 链路拥堵：作为最常用的骨干网，163 网承载了大量流量，尤其在国际出口处容易出现拥堵，导致延迟高、丢包率大。 路由跳数多：在国际互联时，163 网的路由路径通常较长，经过的中间节点和运营商较多...

CMI (China Mobile International)，即中国移动国际网络，是中国移动的国际出口骨干网络。与中国电信的 CN2 和中国联通的 AS4837/AS9929 类似，CMI 专注于提供中国移动用户的高质量国际互联服务。它随着中国移动国际业务的扩张而迅速发展，成为连接中国大陆与全球各地的重要网络基础设施之一。 核心思想：CMI 是中国移动为提升其用户国际访问体验而建立的国际骨干网络。它通过建设自有海缆和海外节点，提供相对稳定、大带宽的国际互联通道。 一、为什么需要 CMI？1.1 中国移动网络的挑战在早期的国际互联方面，中国移动（China Mobile）主要依靠租用其他运营商的国际出口带宽，或者将流量转接到中国电信或中国联通的网络进行国际互联。这种方式存在一些固有的问题： 网络质量不稳定：路由路径通常较长，经过的中间运营商和节点多，导致延迟高、丢包率大。 带宽不足：租用带宽的成本和可用性限制，使得在国际流量高峰期容易出现拥堵。 服务不可控：缺乏对国际链路的端到端控制，难以保证服务质量 (QoS)。 成本高昂：长期租用国际带宽的成本较高。 ...

渗透测试（Penetration Testing） 是一种有目的、有计划的模拟攻击行为，旨在评估信息系统、网络、应用程序或组织的安全防护能力。它模拟恶意攻击者可能使用的技术和方法，主动发现系统中的安全漏洞、弱点和配置错误，并评估这些漏洞可能造成的潜在影响。渗透测试的最终目标是帮助组织识别并修复安全缺陷，提高整体的安全韧性，而非破坏或窃取数据。 核心思想：渗透测试像一次“模拟实战演习”，由专业的“红队”（渗透测试人员）扮演“黑客”，通过合法授权的攻击手段，挑战组织的“蓝队”（安全防护系统），从而发现真实世界中可能存在的安全盲点和薄弱环节。 一、为什么需要渗透测试？在当今高度互联的世界中，网络攻击日益频繁且复杂。传统的安全审计、漏洞扫描、代码审查等方法虽然重要，但它们往往局限于静态分析或已知漏洞的检测。渗透测试的价值在于： 主动发现未知漏洞：通过模拟真实攻击者的思维和手法，发现仅靠工具扫描难以识别的逻辑漏洞、业务漏洞和组合漏洞。 验证安全控制的有效性：测试已部署的安全设备（如防火墙、IDS/IPS）、安全策略和人员响应机制是否能有效抵御攻击。 评估业务影响：清晰地...

NAT (Network Address Translation) 是一种在 IP 数据包通过路由器或防火墙时，修改 IP 地址信息 (通常是 IP 地址和端口号) 的技术。其主要目的是缓解 IPv4 地址枯竭问题，并为内部网络提供地址隐藏和一定的安全性。然而，NAT 也为点对点 (P2P) 通信带来了挑战，因为不同类型的 NAT 对数据包的转发行为差异巨大。 通过了解 NAT 的不同类型，我们可以选择合适的 NAT 穿越技术 (如 STUN, TURN, ICE) 来实现内网设备间的直接通信。 一、NAT 的基本概念与作用基本概念： NAT 是将一个 IP 地址空间映射到另一个 IP 地址空间的技术。最常见的是将私有 IP 地址（如 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16）映射到公有 IP 地址。 主要作用： 缓解 IPv4 地址枯竭：允许一个公网 IP 地址被多个内网设备共享，大大减少所需公网 IP 的数量。 隐藏内部网络拓扑：对外只暴露一个或少数几个公网 IP 地址，内部网络结构对外部透明，...

STUN (Session Traversal Utilities for NAT)，即 NAT 会话穿越工具，是一种网络协议，它允许位于NAT (Network Address Translation，网络地址转换) 设备之后的客户端发现其外部（公共）IP 地址和端口号，以及 NAT 设备的类型。STUN 的主要目的是协助建立对等连接 (P2P)，尤其是在 VoIP、视频会议和 WebRTC 等实时通信应用中。 核心思想：帮助内网主机探测 NAT 类型和获取公网 IP:Port，为 P2P 连接做准备。 一、为什么需要 STUN？现代互联网中，IPv4 地址资源日益枯竭，导致大多数终端设备都部署在 NAT 设备（如路由器）之后。NAT 设备通过将内部私有 IP 地址映射到外部公共 IP 地址和端口，允许多个内部设备共享一个公共 IP 地址访问互联网。 然而，NAT 给直接的点对点 (P2P) 通信带来了巨大的挑战： 内网 IP 地址不可路由：内部私有 IP 地址在公共互联网上是不可见的，外部设备无法直接通过私有 IP 地址联系到内部设备。 端口映射不确定：NAT 设备...

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)，即动态主机配置协议，是一个应用层协议，它允许服务器动态地为客户端（例如计算机、智能手机、物联网设备等）分配 IP 地址和其他网络配置参数。DHCP 是目前最常用的网络配置方式，极大地简化了网络管理，避免了手动配置 IP 地址可能出现的冲突和错误。 核心思想：自动化分配 IP 地址和其他网络参数，简化网络管理，提高效率。 一、为什么需要 DHCP？在没有 DHCP 的情况下，每台连接到 TCP/IP 网络的设备都需要手动配置以下信息： IP 地址：设备在网络上的唯一标识。 子网掩码：用于区分 IP 地址的网络部分和主机部分。 默认网关：设备访问外部网络的路由器的 IP 地址。 DNS 服务器地址：用于将域名解析为 IP 地址的服务器。 手动配置的弊端显而易见： 复杂且耗时：对于大型网络，手动配置数百甚至数千台设备的网络参数是一项繁琐且容易出错的工作。 易出错：人为输入错误可能导致网络连接问题或 IP 地址冲突。 IP 地址冲突：如果不小心将同一个 IP 地址分配给多台设备，...

NAT (Network Address Translation，网络地址转换) 是一种在 IP 数据包通过路由器或防火墙时，修改其 IP 地址信息（有时也包括端口号）的技术。NAT 是 IPv4 时代的核心网络技术之一，它在缓解 IPv4 地址枯竭和提高内部网络安全性方面发挥了不可或缺的作用。 核心思想：NAT 允许一个拥有私有 IP 地址的内部网络通过一个或几个公共 IP 地址与外部网络（如互联网）通信，从而实现地址共享和隐藏内部拓扑。 一、NAT 的背景与重要性1.1 IPv4 地址枯竭原始的 IPv4 地址空间大约为 40 亿个地址。随着互联网和智能设备的普及，全球对 IP 地址的需求爆炸式增长，远超 IPv4 的设计容量。NAT 的出现使得多个设备可以共享一个公有 IP 地址，极大地延缓了 IPv4 地址耗尽的速度。 1.2 网络安全考量通过 NAT，内部网络的私有 IP 地址空间对外部网络是不可见的。外部攻击者无法直接访问内部主机，因为他们只看到 NAT 设备的公共 IP 地址。这为内部网络提供了一层基本的安全屏障。 1.3 灵活的网络设计NAT 允许企业和...

在现代 Web 和移动应用中，基于 Token 的认证方式（如 JWT）已成为主流。它解决了传统 Session-Cookie 认证在分布式系统和跨域场景下的诸多痛点。然而，Token 的有效期问题又带来了新的挑战：如果 Access Token 长期有效，一旦泄露风险巨大；如果短期有效，用户又会频繁因 Token 过期而被迫重新登录，严重影响用户体验。无感刷新 Token (Silent Token Refresh) 正是为了解决这一矛盾而生，它旨在提升安全性、兼顾用户体验，让用户在不感知的情况下，始终保持登录状态。 “无感刷新 Token 的核心思想是：使用一个短期有效的 Access Token 负责日常业务访问，同时使用一个长期有效但受严密保护的 Refresh Token 来在 Access Token 过期时重新获取新的 Access Token，从而实现长期登录且不牺牲安全性的目标。” 一、为什么需要无感刷新 Token？在基于 Token 的认证系统中，通常会涉及到两种 Token： Access Token (访问令牌)： 用途：用于访问受保护的资源...

JWT (JSON Web Token) 是一个开放标准 (RFC 7519)，它定义了一种简洁、自包含且安全的方式，用于在各方之间安全地传输信息。这些信息通过数字签名进行验证，可以被信任。JWT 通常用作无状态 (Stateless) 认证机制，替代传统的 Session-Cookie 模式。 核心思想：将用户认证信息和少量授权信息编码进 Token 本身，并通过签名确保其不可篡改。 服务端无需存储 Session 状态，只需验证 Token 即可。 一、为什么需要 JWT？传统的基于 Session-Cookie 的认证方式有其局限性： 有状态 (Stateful)：服务端需要存储每个用户的 Session 信息。随着用户量增加，存储和管理 Session 成为负担，特别是分布式部署和微服务架构下，Session 共享和同步变得复杂。 跨域问题：Cookie 默认是同源策略，跨域请求携带 Cookie 会比较复杂，需要复杂的 CORS (Cross-Origin Resource Sharing) 配置。 移动端不友好：移动应用通常不依赖 Cookie，需要更灵活的...

五层因特网协议栈 (Five-Layer Internet Protocol Stack) 是现代因特网使用的核心架构模型。它是在 OSI 七层模型和早期 ARPANET 四层模型（即经典的 TCP/IP 模型）的基础上，结合实际应用和教学的便利性而形成的一种常用分层模型。这个模型将复杂的网络通信过程划分为五个相对独立的层次，每一层都负责特定的功能，并向上层提供服务。 核心思想：分而治之，各司其职。将复杂的网络通信过程分解为易于管理和理解的模块化层次，每个层次只关注自己的功能，并通过协议与对等层通信，同时向相邻层提供服务。 一、为什么需要分层模型？网络通信系统极其复杂，涉及硬件设备、软件协议、数据编码、路由选择等诸多方面。如果不进行分层，整个系统将难以设计、实现、维护和扩展。分层模型带来了以下显著优势： 模块化 (Modularity)：每层实现特定功能，层次之间相对独立，便于开发和调试。 灵活性 (Flexibility)：可以替换或升级某个层次的协议，而不影响其他层次。例如，可以从 IPv4 升级到 IPv6 而不改变传输层和应用层协议。 标准化 (Sta...

BBR (Bottleneck Bandwidth and Round-trip Propagation Time) 是由 Google 开发的一种 TCP 拥塞控制算法。与传统的基于丢包的拥塞控制算法（如 Cubic, Reno）不同，BBR 专注于测量网络瓶颈带宽 (Bottleneck Bandwidth) 和往返传播时间 (Round-trip Propagation Time)，并以此为基础来控制发送速率，旨在达到高吞吐量和低延迟的最佳平衡。 核心思想：基于带宽和 RTT 测量，而不是丢包，来探知网络的实际容量，从而更精准地控制发送速率，避免不必要的丢包，并充分利用带宽。 一、为什么需要 BBR？传统的 TCP 拥塞控制算法（如 Cubic、Reno）主要依赖于丢包作为网络拥塞的信号。它们的工作原理是： 不断增加发送窗口，直到出现丢包。 丢包发生后，认为网络拥塞，降低发送窗口。 循环往复，形成“锯齿状”的发送速率。 这种基于丢包的机制存在以下问题： “缓冲区膨胀” (Bufferbloat)： 现代网络设备通常拥有较大的缓冲区。当网络开始拥塞时，数据包不会...