TCP/IP http协议基本概念、原理

参考：https://www.cnblogs.com/lexus/archive/2012/02/21/2360944.html

           https://www.jianshu.com/p/c793a279f698

           https://www.cnblogs.com/Jessy/p/3535612.html

 

计算机网络OSI模型:

TCP/IP协议族是参考OSI模型设计的物联网协议族，其中http、ftp、ssh等协议包含会话层、表示层、应用层的协议，所以在TCP/IP协议族这三层看做是一层，即应用层。

HTTP协议

http协议中用于OSI会话层的部分：在http1.1中默认是长连接，即http server在处理完http请求，返回response后不会立即断开连接。client可设置connection为false，server返回response后会主动断开连接。request header与body之间有一个空行，header中会通过content-len 指明body的大小，这样server就可以通过空行获得header，再从header中获得body的大小，再读取到body。

http协议中用于OSI表示层的部分：request header中content-encoding指明了数据的编码方式, content-type指明了传输数据的格式, accept 指明了client可接收的内容，accept-encoding指明了client可接收的编码方式。

http协议中用于OSI应用层的部分：request header 中url指明了操作的资源，请求方法指明了要做的操作。client（浏览器），server根据这些内容作出相应的操作，应用可以根据需求在header中添加字段，如cookei，token等。response中状态码表示操作结果。

http消息首部字段

• 通用首部字段（请求报文与响应报文都会使用的首部字段）
  • Date：创建报文时间
  • Connection：连接的管理
  • Cache-Control：缓存的控制
  • Transfer-Encoding：报文主体的传输编码方式
• 请求首部字段（请求报文会使用的首部字段）
  • Host：请求资源所在服务器
  • Accept：可处理的媒体类型
  • Accept-Charset：可接收的字符集
  • Accept-Encoding：可接受的内容编码
  • Accept-Language：可接受的自然语言
• 响应首部字段（响应报文会使用的首部字段）
  • Accept-Ranges：可接受的字节范围
  • Location：令客户端重新定向到的URI
  • Server：HTTP服务器的安装信息
• 实体首部字段（请求报文与响应报文的的实体部分使用的首部字段）
  • Allow：资源可支持的HTTP方法
  • Content-Type：实体主类的类型
  • Content-Encoding：实体主体适用的编码方式
  • Content-Language：实体主体的自然语言
  • Content-Length：实体主体的的字节数
  • Content-Range：实体主体的位置范围，一般用于发出部分请求时使用

http请求的过程：

1、用户在浏览器输入url

2、浏览器向DNS服务器请求主机名对应的IP地址

3、浏览器与server建立TCP连接

4、浏览器向server发送http request消息

5、反向代理收到http 请求消息后根据host找到匹配的upstream，根据负载均衡算法从server中选择则一个，将http请求消息发送给对应的web server。

6、websever收到http消息后解析http消息，并按照wsgi协议调用wsgi应用

7、中间件处理，如session中间、crsf中间件等 

8、进入试图函数，返回response

9、中间件处理response

10、websever将response返回给反向代理

11、反向代理将response返回给浏览器

12、浏览器解析response，渲染显示html内容。

 

 

TCP协议

保证连接的可靠性的三次握手：1、client首先向server发送一个请求连接的请求，client变为SYN_SENT状态 。2、server收到后向client返回一个确认消息，告诉client自己接受连接，server变为SYN_RECV状态。3、client向server返回一个确认消息，告诉server自己收到了确认消息，client变为ESTABILSHED状态。4、server收到该确认消息后变为ESTABILSHED状态，连接建立成功。

异常情况：1、client进入SYN_SENT状态后，收不到ack消息，timeout后client会重发消息，重试n次后连接失败。2、server进入SYN_RECV状态后，收不到ack消息，timeout后server会重发消息，重试n次后放弃该连接。

三次握手的原因：TCP报文内是没有时间戳的，server端收到client的syn消息后，并不能确定这是一个有效的syn还是很久之前的一个syn，所以server段确认了这个syn后需要client对其再发一个确认消息，以保证请求连接的syn是有效的。

四次挥手：1、A首先向B发送一个FIN消息，进入FIN_WAIT1状态，A不再向socket中写数据。2、B收到该FIN消息后，向A发送确认消息，A在收到该确认消息后进入FIN_WAIT2状态，即等待B读完数据后关闭，B根据FIN的Sequence number可以知道自己是否已经读完了A的所有数据，B在读完A的所有数据前处于CLOSE_WAIT状态。3、B在读完A的所有数据后，向A发送FIN消息，进入LAST_ACK状态，即B不再写也不再读，只是等待最后一个确认关闭的ack。4、A在收到B的FIN后，发送ack消息，之后进入TIME_WAIT状态，timeout后释放socket。5、B收到A发送的lask ack后同样进入后释放socket。

四次挥手的原因：TCP是全双工的协议，两端都可读写，为保证可靠性，自己只能主动关闭本端的写，所以需要两端各自发送一次关闭消息后连接才可以可靠的关闭。

为什么要有TIME_WAIT状态？
<1>可靠终止TCP连接。如果最后一个ACK报文因为网络原因被丢弃，此时server因为没有收到ACK而超时重传FIN报文，处于TIME_WAIT状态的client可以继续对FIN报文做回复，向server发送ACK报文。

<2>保证让迟来的TCP报文段有足够的时间被识别和丢弃。连接结束了，网络中的延迟报文也应该被丢弃掉，以免影响立刻建立的新连接。

为什么TCP的挥手需要四次？

TCP是全双工的连接，两端都可以在连接上进行读写，两端都需要对连接进行关闭，才可以保证连接被可靠的关闭。

DOS攻击 ：
DOS攻击利用合理的服务请求占用过多的服务资源，使正常用户的请求无法得到相应。

常见的DOS攻击有计算机网络带宽攻击和连通性攻击。

带宽攻击指以极大的通信量冲击网络，使得所有可用网络资源都被消耗殆尽，最后导致合法的用户请求无法通过。

连通性攻击指用大量的连接请求冲击计算机，使得所有可用的操作系统资源都被消耗殆尽，最终计算机无法再处理合法用户的请求。

SYN洪水攻击 
SYN洪水攻击属于DOS攻击的一种，它利用TCP协议缺陷，通过发送大量的半连接请求，耗费CPU和内存资源。

客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN报文，服务器回复ACK确认报文，并等待客户的确认，由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN报文被丢弃，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

死亡值ping

许多操作系统的TCP/IP协议栈规定ICMP包大小为64KB，且在对包的标题头进行读取之后，要根据该标题头里包含的信息来为有效载荷生成缓冲区。”死亡值ping”就是故意产生畸形的测试ping包，声称自己的尺寸超过ICMP上限，也就是加载的尺寸超过64KB上限，使未采取保护措施的网络系统出现内存分配错误，导致TCP/IP协议栈崩溃，最终接收方宕机。
 

TCP粘包：

TCP是可靠的传输协议，对每次发送的数据，对端都应该返回一个确认消息，这样如果把数据分为多份来发，对端就需要返回多个ack，这样就增加了网络的负担。为了减轻网络负担，TCP会在尝试先将要发送的数据放在缓冲区，当数据足够多时再一起发送。这样就会使的多条独立的数据一次性发送给对端，对端收到数据后需要将数据进行拆分，也就是拆包。如果对端读的比较慢，也会造成数据在缓冲区堆积，同样会造成粘包。

要解决粘包的问题，就需要对双方对传输数据的格式有一个共同的约定，如http协议规定请求header与body之间有两个回车换行符，header包含了body的大小的信息，这样webserver就可以对http消息进行拆包了。

UDP不存在粘包的问题，因为UDP不会将数据合并发送，接收端接收到数据后，也会在缓冲区独立存放。