网络协议相关TCP/UDP/HTTP/HTTPS/Socket等

----网络七层协议-------------------------------TCP/IP五层模型----

网络七层协议

• 应用层：
  1.用户接口、应用程序；
  2.Application典型设备：网关；
  3.典型协议、标准和应用：超文本传输协议( HTTP协议-万维网的基本协议)， 文件传输(FTP 、TFTP简单文件传输协议)， 远程登录(TELNET - 提供远程访问其它主机功能,它允许用户登录 internet主机,并在这台主机上执行命令)， 网络管理(SNMP简单网络管理协议 - 该协议提供了监控网络设备的方法,以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管理等)， 域名系统(DNS - 该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址)。

• 表示层：
  1.数据表示、压缩和加密presentation
  2.典型设备：网关
  3.典型协议、标准和应用：ASCLL、PICT、TIFF、JPEG|MPEG
  4.表示层相当于一个东西的表示，表示的一些协议，比如图片、声音和视频MPEG。

• 会话层：
  1.会话的建立和结束；
  2.典型设备：网关；
  3.典型协议、标准和应用：RPC、SQL、NFS、X WINDOWS、ASP

• 传输层：
  1.主要功能：端到端控制Transport；
  2.典型设备：网关；
  3.典型协议、标准和应用：TCP、UDP、SPX

• 网络层：
  1.主要功能：路由、寻址Network；
  2.典型设备：路由器；
  3.典型协议、标准和应用：以太网所用协议之一（Internet Packet eXchange - IPX）、可路由协议组（APPLETALK）、互联网协议（Internet Protocol - IP) 、Internet控制信息协议(ICMP)、 地址解析协议(ARP)、 反向地址解析协议(RARP) ...
  （网络访问层:网络访问层又称作主机到网络层(host-to-network). 网络访问层的功能包括IP地址与物理地址硬件的映射,以及将IP封装成帧.基于不同硬件类型的网络接口,网络访问层定义了和物理介质的连接. ）

• 数据链路层：
  1.主要功能：保证无差错的疏忽链路的data link；
  2.典型设备：交换机、网桥、网卡；
  3.典型协议、标准和应用：802.2、802.3ATM、HDLC、FRAME RELAY；

• 物理层：
  1.主要功能：传输比特流Physical；
  2.典型设备：集线器、中继器
  3.典型协议、标准和应用：V.35、EIA/TIA-232.

TCP/IP五层模型

• TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。TCP/IP协议集包括应用层,传输层，网络层，网络访问层。
• TCP/IP五层模型的协议分为：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。中继器、集线器、还有我们通常说的双绞线也工作在物理层；网桥（现已很少使用）、以太网交换机（二层交换机）、网卡（其实网卡是一半工作在物理层、一半工作在数据链路层）在数据链路层；路由器、三层交换机在网络层；传输层主要是四层交换机、也有工作在四层的路由器。

1. TCP、UDP对比

1.1 TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）

TCP是面向连接的协议，在收发数据前必须建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话(握手)”才能建立起来。TCP面向连接的通信方式（三次握手和四次挥）,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础。
TCP三次握手过程：

• 1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段, 主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.
• 2 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事: 我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我
• 3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了 这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了. 3次握手的特点 没有应用层的数据 SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1 握手完成后SYN标志位被置0

TCP断开连接4次挥手过程:

• 1 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
• 2 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
• 3 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
• 4 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.

• 名词解释 ACK TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段 都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性. SYN 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1 FIN 发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1 TCP的包头结构： 源端口 16位 目标端口 16位 序列号 32位 回应序号 32位 TCP头长度 4位 reserved 6位 控制代码 6位 窗口大小 16位 偏移量 16位 校验和 16位 选项 32位(可选) 这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。

1.2 UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）

• （1） UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
• （2） 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
• （3）UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
• （4） 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
• （5）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。
• （6）UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。 我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。 UDP的包头结构： 源端口 16位 目的端口 16位 长度 16位 校验和 16位

TCP与UDP的区别：

• TCP： 是一种流模式的协议，面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)，TCP程序结构较简单。
  UDP： 是一种数据报模式的协议，面向非连接、传输不可靠(无法保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快，对系统资源的要求少，UDP程序结构较简单。

2 HTTP、HTTPS、Socket协议

2.1 HTTP协议即超文本传送协议(HypertextTransfer Protocol)

HTTP是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，是建立在TCP协议之上的一种应用。最显著的特点是：客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

2.2HTTPS协议（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer）

HTTPS是以安全为目标的HTTP通道，是HTTP的安全版。 在HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息。

https协议需要到ca申请证书；http是超文本传输协议，信息是明文传输， https 则是 具有安全性的ssl加密传输协议； http和 https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是 80，后者是 443； http的连接很简单，是无状态的， HTTPS协议是由 SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议。

2.3 Socket协议

• 1、套接字（socket）概念
  套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应 用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。
• 2 、建立socket连接
  建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。

套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

• (1) 服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
• (2) 客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
• (3) 连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户 端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。
• 3、Socket连接与TCP连接比较
  创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），在使用TCP协议进行连接时，Socket连接就是一个TCP连接。一般情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点(如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接)，而导致 Socket 连接中断，因此需要通过"轮询"告诉网络该连接处于活跃状态。
• 4、Socket连接与HTTP连接比较
  HTTP连接使用的是“请求-响应”的方式，在请求时需要先建立连接，在客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。而且很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，所以，客户端定时向服务器端发送连接请求，可以保持在线状态，同时“询问”服务器是否有新的数据，有就将数据传给客户端。

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