常用网络协议简介

1.TCP协议

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于IP的传输层协议，由IETF的RFC 793说明（specified）。TCP在IP报文的协议号是6。

当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP则把数据流分割成适当长度的报文段，最大传输段大小（ MSS）通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元（ MTU）限制。之后TCP把数据包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证报文传输的可靠 [1]   ，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。

• 在数据正确性与合法性上，TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误，在发送和接收时都要计算校验和；同时可以使用md5认证对数据进行加密。
• 在保证可靠性上，采用超时重传和捎带确认机制。
• 在流量控制上，采用滑动窗口协议，协议中规定，对于窗口内未经确认的分组需要重传。

在拥塞控制上，采用广受好评的TCP拥塞控制算法（也称AIMD算法）。该算法主要包括三个主要部分：1）加性增、乘性减；2）慢启动；3）对超时事件做出反应。

TCP/IP

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 即传输控制协议/ 网间协议，是一个工业标准的 协议集，它是为 广域网（WAN）设计的。它是由ARPANET网的研究机构发展起来的。

TCP/IP的标准在一系列称为RFC的文档中公布。文档由技术专家、特别工作组、或RFC编辑修订。公布一个文档时，该文档被赋予一个RFC编号，如RFC959（FTP的说明文档）、RFC793（TCP的说明文档）、RFC791（IP的说明文档）等。最初的RFC一直保留而从来不会被更新，如果修改了该文档，则该文档又以一个新号码公布。因此，重要的是要确认你拥有了关于某个专题的最新RFC文档。通常在RFC的开头部分，有相关RFC的更新(update)、修改（errata）、作废（obsolete）信息，提示读者信息的时效性。

UDP

UDP协议的全称是用户数据报协议，在 网络中它与 TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在 OSI模型中，在第四层—— 传输层，处于IP层的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在 计算机之间传输数据的网络应用。包括 网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 　

TCP与UDP的区别

1. TCP协议面向连接，UDP协议面向非连接；
2. TCP协议传输速度慢，UDP协议传输速度快
3. TCP有丢包重传机制，UDP没有；
4. TCP协议保证数据正确性，UDP协议可能丢包；

3TCP首部编辑

TCP的首部格式图右图所示：

---Source Port是源端口，16位。

TCP首部

---Destination Port是目的端口，16位。

---Sequence Number是发送数据包中的第一个字节的序列号，32位。

---Acknowledgment Number是确认序列号，32位。

---Data Offset是数据偏移，4位，该字段的值是TCP首部（包括选项）长度乘以4。

---标志位： 6位，URG表示Urgent Pointer字段有意义：

ACK表示Acknowledgment Number字段有意义

PSH表示Push功能，RST表示复位TCP连接

SYN表示SYN报文（在建立TCP连接的时候使用）

FIN表示没有数据需要发送了（在关闭TCP连接的时候使用）

Window表示接收缓冲区的空闲空间，16位，用来告诉TCP连接对端自己能够接收的最大数据长度。

---Checksum是校验和，16位。

---Urgent Pointers是紧急指针，16位，只有URG标志位被设置时该字段才有意义，表示紧急数据相对序列号（Sequence Number字段的值）的偏移。

4TCP连接编辑

TCP连接建立

TCP是因特网中的传输层协议，使用 三次握手协议建立连接。当主动方发出SYN连接请求后，等待对方回答

TCP的三次握手

SYN+ACK [1]   ，并最终对对方的 SYN 执行 ACK 确认。这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接，TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。

TCP三次握手的过程如下：

1. 客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态。
2. 服务器端收到SYN报文，回应一个SYN （SEQ=y）ACK(ACK=x+1）报文，进入 SYN_RECV状态。
3. 客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK(ACK=y+1）报文，进入Established状态。

三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。

TCP连接终止

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。具体过程如下图所示。

TCP连接的终止

(1) 某个应用进程首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。

(2) 接收到这个FIN的对端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认。

注意：FIN的接收也作为一个文件结束符（end-of-file）传递给接收端应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。

(3) 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。

(4) 接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。

既然每个方向都需要一个FIN和一个ACK，因此通常需要4个分节。

注意：

(1) “通常”是指，某些情况下，步骤1的FIN随数据一起发送，另外，步骤2和步骤3发送的分节都出自执行被动关闭那一端，有可能被合并成一个分节。

(2) 在步骤2与步骤3之间，从执行被动关闭一端到执行主动关闭一端流动数据是可能的，这称为“半关闭”（half-close）。

(3) 当一个Unix进程无论自愿地（调用exit或从main函数返回）还是非自愿地（收到一个终止本进程的信号）终止时，所有打开的描述符都被关闭，这也导致仍然打开的任何TCP连接上也发出一个FIN。

无论是客户还是服务器，任何一端都可以执行主动关闭。通常情况是，客户执行主动关闭，但是某些协议，例如，HTTP/1.0却由服务器执行主动关闭。

5TCP如何提供可靠性编辑

　TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。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）在彼此交换数据包之前必须先建立一个TCP连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和 多播不能用于TCP。

TCP通过下列方式来提供可靠性：

1．应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（segment）。

2．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。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。TCP有延迟确认的功能，在此功能没有打开，则是立即确认。功能打开，则由定时器触发确认时间点。

3．TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）。

4．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。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

5．既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

6．TCP还能提供流量控制。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。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

两个应用程序通过TCP连接交换8bit字节构成的字节流。TCP不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流服务（bytestreamservice）。如果一方的应用程序先传10字节，又传20字节，再传50字节，连接的另一方将无法了解发方每次发送了多少字节。只要自己的接收缓存没有塞满，TCP 接收方将有多少就收多少。一端将字节流放到TCP连接上，同样的字节流将出现在TCP连接的另一端。

另外，TCP对字节流的内容不作任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据，还是ASCⅡ字符、EBCDIC字符或者其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。

这种对字节流的处理方式与Unix操作系统对文件的处理方式很相似。Unix的内核对一个应用读或写的内容不作任何解释，而是交给应用程序处理。对Unix的内核来说，它无法区分一个二进制文件与一个文本文件。

2.HTTP协议

超文本传送协议 (HTTP-Hypertext transfer protocol) 是一种详细规定了浏览器和万维网服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议。

HTTP协议的主要特点可概括如下：

1、支持客户/服务器模式。支持基本认证 [11]  和安全认证(见后文《安全协议》)。

http 协议 简介

2、 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。

3、灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。

4、HTTP 0.9和1.0使用非持续连接：限制每次连接只处理一个请求，服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

HTTP 1.1使用持续连接：不必为每个web对象创建一个新的连接，一个连接可以传送多个对象。

5、无状态：HTTP协议是 无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大 [12]  。

另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

4请求信息编辑

发出的请求信息包括以下几个：

●请求行，例如GET /images/logo.gif HTTP/1.1，表示从/images目录下请求logo.gif这个文件。

●（请求）头，例如Accept-Language: en

●空行

●可选的消息体　请求行和标题必须以作为结尾（也就是，回车然后换行）。空行内必须只有而无其他空格。在HTTP/1.1协议中，所有的请求头，除host外，都是可选的。

5请求方法编辑

HTTP/1.1协议中共定义了八种方法（有时也叫“动作”）来表明Request-URI指定的资源的不同操作方式：

OPTIONS - 返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方法。也可以利用向Web服务器发送'*'的请求来测试服务器的功能性。

HEAD- 向服务器索要与GET请求相一致的响应，只不过响应体将不会被返回。这一方法可以在不必传输整个响应内容的情况下，就可以获取包含在响应消息头中的元信息。

GET - 向特定的资源发出请求。注意：GET方法不应当被用于产生“副作用”的操作中，例如在web app.中。其中一个原因是GET可能会被 网络蜘蛛等随意访问。

POST - 向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。

PUT - 向指定资源位置上传其最新内容。

DELETE - 请求服务器删除Request-URI所标识的资源。

TRACE- 回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。

CONNECT - HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的 代理服务器。

PATCH - 用来将局部修改应用于某一资源，添加于规范RFC5789。

方法名称是区分大小写的。当某个请求所针对的资源不支持对应的请求方法的时候，服务器应当返回状态码405（Method Not Allowed）；当服务器不认识或者不支持对应的请求方法的时候，应当返回状态码501（Not Implemented）。

HTTP服务器至少应该实现 GET和 HEAD方法，其他方法都是可选的。当然，所有的方法支持的实现都应当符合下述的方法各自的语义定义。此外，除了上述方法，特定的HTTP服务器还能够扩展自定义的方法。

6响应头编辑

客户端向服务器发送一个请求，服务器以一个状态行作为响应，响应的内容包括：消息协议的版本、成功或者错误编码、服务器信息、实体元信息以及必要的实体内容。根据响应类别的类别，服务器响应里可以含实体内容，但不是所有的响应都有实体内容。本节仅简述响应头 [13]  。

响应头第一行

响应头第一行也称为状态行，格式如下：

HTTP-Version 空格 Status-Code 空格 Reason-Phrase CRLF

HTTP- Version表示HTTP版本，例如为HTTP/1.1。Status- Code是结果代码，用三个数字表示。Reason-Phrase是个简单的文本描述，解释Status-Code的具体原因。Status-Code用于机器自动识别，Reason-Phrase用于人工理解。Status-Code的第一个数字代表响应类别，可能取5个不同的值。后两个数字没有分类作用。Status-Code的第一个数字代表响应的类别，后续两位描述在该类响应下发生的具体状况，具体请参见： HTTP状态码 。

响应头域

服务器需要传递许多附加信息，这些信息不能全放在状态行里。因此，需要另行定义响应头域，用来描述这些附加信息。响应头域主要描述服务器的信息和Request-URI的信息。响应头举例、实体头以及实体请参见：  服务器头文件响应