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📄 Network Protocols

1. Please describe TCP、HTTP、HTTPS、WebSocket​

  1. TCP (傳輸控制協議)： TCP 是一種可靠的、面向連接的協議，用於在網際網路上的兩台計算機之間可靠地傳送數據。它保證了數據包的順序和可靠性—這意味著無論網絡條件如何，數據都會完整無缺地抵達目的地。

  2. HTTP (超文本傳輸協議)： HTTP 是用於傳遞超文本（即網頁）的協議。它建立在 TCP 協議之上，提供了一種讓瀏覽器和伺服器通信的方式。HTTP 是無狀態的，這意味著伺服器不會保存任何有關用戶的信息。

  3. HTTPS (安全超文本傳輸協議)： HTTPS 是 HTTP 的安全版本。它通過 SSL/TLS 協議加密 HTTP 數據傳輸，保護交換數據的安全，防止中間人攻擊，從而確保數據的私密性和完整性。

  4. WebSocket： WebSocket 協議提供了一種在用戶端和伺服器之間建立持久連接的方式，使得雙方可以在建立連接後進行實時、雙向的數據傳輸。這與傳統的 HTTP 請求不同，在傳統的 HTTP 請求中，每個傳輸都需要建立一個新的連接。WebSocket 更適合即時通訊和需要快速數據更新的應用程序。

2. What is Three Way Handshake?​

三次握手是指在 TCP/IP 的網路中，server 端和 client 端之間建立連接的過程。在過程中會經歷三個步驟，來確認雙方的接受和發送能力都正常，同時也要透過初始序列號(ISN)來確保資料的同步和安全性。

TCP Message Type​

在開始理解步驟前，需要先明白，每個類型的訊息，其主要功能為何 ?

MessageDescription
SYN用於啟動和建立連結，同時也能幫助設備之間同步序列號
ACK用於向對方確認已收到 SYN
SYN-ACK同步確認，除了發出己方的 SYN，並送出 ACK
FIN終止連結

Steps​

  1. client 端開始和 server 端建立連接，並發出 SYN 訊息，告知 server 端準備開始通信，以及它送出的序列號是多少 ?
  2. server 端接收 SYN 訊息後，準備響應給 client 端，先將接收到的 SYN 序列號 +1，並透過 ACK 發回，同時也發出 server 端自己的 SYN 訊息。
  3. client 端確認 server 端已響應，雙方都已經建立穩定連結，開始傳輸數據。

Example​

Host A 向主機發送一個 TCP SYN 數據資料，其中會包含一個隨機序列號，這邊假設為 1000

Host A ===(SYN=1000)===> Server

Server 需要針對 Host A 給出的序列號進行響應，所以會將序列號 + 1，同時給出自己的 SYN

Host A <===(SYN=2000 ACK=1001)=== Server

Host A 接收到 Server 的 SYN 後，需要發出確認的序列號來回應，所以會將 Server 給的序列號 + 1

Host A ===(ACK=2001)===> Server

如果只有兩次握手可以嗎 ?​

  1. 三次握手的目的，是為了確認 client 和 server 兩端的收發能力都正常，如果只有兩次握手，將導致 server 無法判斷 client 的接收能力。
  2. 因為缺乏第三次握手，client 會無法收到 server 的序列號，自然也無法發送確認，這可能會讓資料的安全性存疑。
  3. 在弱網環境中，數據抵達的時間可能存在差異，如果新舊資料出現先後抵達的時間錯亂，如果沒有第三次握手的 SYN 確認即建立連結，可能會產生網路錯誤。

ISN 是什麼 ?​

ISN 全稱 Initial Sequence Number，用來告訴接收方，我方發送數據時的序列號，這是一個隨機動態生成的序列號，避免因為第三方入侵時猜到，進而偽造訊息。

三次握手中，什麼時間點會開始傳輸資料 ?​

第一次和第二次握手的目的，都是為了確認雙方的接發能力，並不能傳輸資料，假設在第一次握手時就可以傳輸資料，那惡意的第三方可能會透過大量傳輸假資料，迫使 server 端消耗內存空間進行緩存，這就給了被攻擊的機會。

只有第三次握手時，因為雙方都已同步確認完畢，並處於連接狀態，這時才允許傳輸資料。

Reference​

3. Please describe the HTTP caching mechanism​

HTTP 快取機制是一種在 HTTP 協議中用於臨時儲存（或"快取"）網頁資料的技術，目的是減少服務器負擔、降低延遲以及提高網頁加載速度。這裡有幾種主要的快取策略：

  1. 強快取（Freshness）：通過設置Expires或Cache-Control: max-age響應 head，指示資料可以在特定時間內被視為新鮮的，client 端無需向服務器確認即可直接使用。

  2. 驗證快取（Validation）：使用Last-Modified和ETag響應 head，client 端可以向服務器發送一個條件性請求，若資料未修改則返回 304（Not Modified）狀態碼，表示可以使用本地快取資料。

  3. 協商快取（Negotiation）：這種方式依賴於Vary響應 head，服務器根據 client 端的請求（如Accept-Language）來決定是否提供不同版本的快取內容。

  4. 不快取（No-store）：如果設置了Cache-Control: no-store，則表示資料不應被快取，每次請求都需要從服務器獲取最新的資料。

快取策略的選擇會根據資料的類型和更新頻率等因素來確定，有效的快取策略可以顯著提升網絡應用的性能。

Service Worker​

個人經驗，在替 Web App 設定好 PWA 後，可以將一些基礎的樣式或是 logo，甚至可以準備離線用的 offline.html，註冊在 service-worker.js 中，這樣即使客戶處於斷線狀態下，透過這個快取機制，也能知道目前網站或網路狀態，保持一定程度的使用體驗。