osi七层模型 及tcp UDP http协议

ISO/OSI

OSI(Open System Interconnect),即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型,是ISO(国际标准化组织)组织在1985年研究的网络互联模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架(物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层),即ISO开放系统互连参考模型。注意这仅仅是一个参考模型,实际用得更多的是更成熟的tcp/ip4层模型

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上三层总称应用层负责用户输出输入的,是控制软件方面的。下四层总称数据流层,负责数据传输的,是用来管理硬件的。

OSI参考模型中的数据传输过程

在OSI参考模型中,不同主机对等层之间按相应协议进行通信,同一主机不同层之间通过接口进行通信。除了最低层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外,其他对等层之间的通信均为逻辑通信。在这个模型中,每一层将上层传递过来的通信数据加上若干控制位后再传递给下一层,最终由物理层传递到对方物理层,再逐级上传,从而实现对等层之间的逻辑通信,如下图所示。

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二、osi七层模型

1.物理层:建立、维护、断开物理连接;

2.数据链路层:建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能;

3.网络层:进行逻辑地址寻址、实现不同网络之间的路径选择;

4.传输层:定义传输数据得协议端口,以及流程和差错校验,协议有TCP、UDP,数据包一旦离开网卡即进入网络传输层;

5.会话层:建立、管理、终止会话;

6.表示层:数据的表示、安全、压缩;

7.应用层:网络协议与最终用户得一个接口,协议有http  ftp  tftp  smtp  snmp  dns  telnet  https  pop3  dhcp。

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通过初步的了解,我知道IP协议对应于网络层,TCP协议对应于传输层,而HTTP协议对应于应用层,三者从本质上来说没有可比性,socket则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。


TCP/IP协议分层

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TCP/IP协议族按照层次由上到下,层层包装。



TCP三次握手

所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发,整个流程如下图所示:

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(1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。

(2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。

(3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

简单来说,就是

1、建立连接时,客户端发送SYN包(SYN=i)到服务器,并进入到SYN-SEND状态,等待服务器确认

2、服务器收到SYN包,必须确认客户的SYN(ack=i+1),同时自己也发送一个SYN包(SYN=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN-RECV状态

3、客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认报ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据。

SYN攻击

在三次握手过程中,Server发送SYN-ACK之后,收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect),此时Server处于SYN_RCVD状态,当收到ACK后,Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址,并向Server不断地发送SYN包,Server回复确认包,并等待Client的确认,由于源地址是不存在的,因此,Server需要不断重发直至超时,这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列,导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃,从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击,检测SYN攻击的方式非常简单,即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的,则可以断定遭到SYN攻击了,使用如下命令可以让之现行:

#netstat -nap | grep SYN_RECV

TCP四次挥手

所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发,整个流程如下图所示:

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TCP四次挥手.png

由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。

(1)第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

(2)第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

(3)第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

(4)第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。


以上这些文字虽然很好,但是并不以理解,接下来通俗解释一下吧!
无论多少次握手都不能满足传输的绝对可靠。
TCP的核心思想: 保证数据可靠传输
其次:保证传输效率。

那么,就可以开始回答了:

为什么要握手(为什么不是2次握手)?

**为了保证传输的可靠。**
第一次握手CLIENT告诉SERVER“我将要开始传输数据了”。
第二次握手SERVER告诉CLIENT“我已经知道你将要传输数据了,我已经做好准备”。
第三次握手CLIENT告诉SERVER“我已经知道你已经知道'我知道你已经做好准备'”,SERVER端收到这个信号,开始传输数据。
但是此时CLIENT并不知道SERVER已经知道“CLIENT 已经知道SERVER已经知道”(有点绕,可以忽略这一句)。

为什么是3次而不是4次?

**为了提高传输的效率**
总之不管多少次握手,总会有一方不知道对方已经知道。因此为了传输效率,只要3次握手就认为已经可以开始传输数据,三次握手之后,
CLIENT和SERVER就进入ESTABLISHED状态,开始数据传输。


以下有在网上盗的一幅图,仅供参考: 
osi七层模型 及tcp UDP http协议_第7张图片

TCP
    TCP的目的是提供可靠的数据传输,并在相互进行通信的设备或服务之间保持一个虚拟连接。TCP在数据包接收无序、丢失或在交付期间被破坏时,负责数据恢复。它通过为其发送的每个数据包提供一个序号来完成此恢复。记住,较低的网络层会将每个数据包视为一个独立的单元,因此,数据包可以沿完全不同的路径发送,即使它们都是同一消息的组成部分。这种路由与网络层处理分段和重新组装数据包的方式非常相似,只是级别更高而已。
    为确保正确地接收数据,TCP要求在目标计算机成功收到数据时发回一个确认(即 ACK)。如果在某个时限内未收到相应的 ACK,将重新传送数据包。如果网络拥塞,这种重新传送将导致发送的数据包重复。但是,接收计算机可使用数据包的序号来确定它是否为重复数据包,并在必要时丢弃它。

TCP和UDP的区别

一、TCP是面向链接的,虽然说网络的不安全不稳定特性决定了多少次握手都不能保证连接的可靠性,但TCP的三次握手在最低限度上(实际上也很大程度上保证了)保证了连接的可靠性;而UDP不是面向连接的,UDP传送数据前并不与对方建立连接,对接收到的数据也不发送确认信号,发送端不知道数据是否会正确接收,当然也不用重发,所以说UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。
二、也正由于1所说的特点,使得UDP的开销更小数据传输速率更高,因为不必进行收发数据的确认,所以UDP的实时性更好。知道了TCP和UDP的区别,就不难理解为何采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢了,但并不能说QQ的通信是不安全的,因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证,比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证啊什么的,即使是这样,UDP因为在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”而实现了TCP所无法达到的传输效率。

tcp协议和udp协议的差别 
名称…………… TCP ………………UDP 
是否连接…… 面向连接 ………面向非连接 
传输可靠性…… 可靠 …………不可靠 
应用场合 ……传输大量数据…… 少量数据 
速度 ……………慢………………… 快

简单的说,TCP注重数据可靠性,而UDP数据传输快点,但安全性一般

TCP与UDP的选择  

    如果比较UDP包和TCP包的结构,很明显UDP包不具备TCP包复杂的可靠性与控制机制。与TCP协议相同,UDP的源端口数和目的端口数也都支持一台主机上的多个应用。一个16位的UDP包包含了一个字节长的头部和数据的长度,校验码域使其可以进行整体校验。(许多应用只支持UDP,如:多媒体数据流,不产生任何额外的数据,即使知道有破坏的包也不进行重发。)  
    很明显,当数据传输的性能必须让位于数据传输的完整性、可控制性和可靠性时,TCP协议是当然的选择。当强调传输性能而不是传输的完整性时,如:音频和多媒体应用,UDP是最好的选择。在数据传输时间很短,以至于此前的连接过程成为整个流量主体的情况下,UDP也是一个好的选择,如:DNS交换。把SNMP建立在UDP上的部分原因是设计者认为当发生网络阻塞时,UDP较低的开销使其有更好的机会去传送管理数据。TCP丰富的功能有时会导致不可预料的性能低下,但是我们相信在不远的将来,TCP可靠的点对点连接将会用于绝大多数的网络应用。

HTTP

HTTP属于TCP/IP应用层协议,应用层协议有很多,比如HTTP、FTP、TELNET等,也可以自己定义应用层协议。
WEB使用HTTP协议作应用层协议,以封装HTTP文本信息,然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。
HTTP协议是建立在请求/响应模型上的。首先由客户建立一条与服务器的TCP链接,并发送一个请求到服务器,请求中包含请求方法、URI、协议版本以及相关的MIME样式的消息。服务器响应一个状态行,包含消息的协议版本、一个成功和失败码以及相关的MIME式样的消息。
HTTP/1.0为每一次HTTP的请求/响应建立一条新的TCP链接,因此一个包含HTML内容和图片的页面将需要建立多次的短期的TCP链接。一次TCP链接的建立将需要3次握手。但HTTP/1.1里面有所改变,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。
由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接,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。通常的做法是即时不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,表明知道客户端“在线”。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。

工作特点:

1.基于B/S模型;

2.通信开销小,简单快速,传输成本低;

3.使用灵活,可使用超文本传输协议;

4.节省传输时间;

5.无状态;

工作原理:

客户端发送请求给服务器,创建一个tcp连接,指定端口号,默认80,连接到服务器,服务器监听到浏览器请求,一旦听到客户端请求,分析请求类型后,服务器会向客户端返回状态信息和数据内容;

http协议状态码

成功2XX        成功处理了请求的状态码。
200                   服务器已成功处理了请求并提供了请求的网页。
204                   服务器成功处理了请求,但没有返回任何内容。

204                   服务器成功处理了请求,但返回部分内容。                          

重定向3XX      每次请求中使用重定向不要超过 5 次。
301                   请求的网页已永久移动到新位置。当URLs发生变化时,使用301代码。搜索引擎索引中保存新的URL。
302                   请求的网页临时移动到新位置。搜索引擎索引中保存原来的URL。
304                   如果网页自请求者上次请求后没有更新,则用304代码告诉搜索引擎机器人,可节省带宽和开销。

客户端错误4XX  表示请求可能出错,妨碍了服务器的处理。
400                   服务器不理解请求的语法。
403                   服务器拒绝请求。
404                   服务器找不到请求的网页。服务器上不存在的网页经常会返回此代码。
410                   请求的资源永久删除后,服务器返回此响应。该代码与 404(未找到)代码相似,
但在资源以前存在而现在不存在的情况下,有时用来替代404 代码。如果资源已永久删除,应当使用 301 指定资源的新位置。

服务器错误5XX  表示服务器在处理请求时发生内部错误。这些错误可能是服务器本身的错误,而不是请求出错。
500                   服务器遇到错误,无法完成请求。
503                   服务器目前无法使用(由于超载或停机维护)。通常,这只是暂时状态

我们的网站和APP开发都是基于http协议来的,常用的get和post都是属于http协议中的方法,在浏览器中输入网址到打开网站就是一个http的旅程:http://blog.csdn.net/saiwaifeike/article/details/8789624

HTTP链接的特点

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol ),是Web联网的基础,也是手机联网常用的协议之一,HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接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”。

利用Socket建立网络连接的步骤

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

套接字


TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点,这种端点就叫做套接字(socket)或插口。
套接字用(IP地址:端口号)表示。
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需的五种信息: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。

套接字,是支持 TCP/IP的 网络通信的基本操作单元,可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点,简单的说就是通信的两方的一种约定,用套接字中的相关函数来完成通信过程。
非常非常简单的举例说明下:Socket=Ip address+ TCP/UDP + port。

分类

常用的TCP/IP协议的3种套接字类型如下所示。
流式套接字(SOCK_STREAM):
流式套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复发送,并按顺序接收。流式套接字之所以能够实现可靠的数据服务,原因在于其使用了传输控制协议,即TCP(The Transmission Control Protocol)协议。
数据报套接字(SOCK_DGRAM):
数据报套接字提供了一种 无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性,数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复,且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP(User Datagram Protocol)协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性,对于有可能出现的数据丢失情况,需要在程序中做相应的处理。
原始套接字(SOCK_RAW):
原始套接字(SOCKET_RAW)允许对较低层次的协议直接访问,比如IP、 ICMP协议,它常用于检验新的协议实现,或者访问现有服务中配置的新设备,因为RAW SOCKET可以自如地控制Windows下的多种协议,能够对网络底层的传输机制进行控制,所以可以应用原始套接字来操纵网络层和传输层应用。比如,我们可以通过RAW SOCKET来接收发向本机的ICMP、IGMP协议包,或者接收TCP/IP栈不能够处理的IP包,也可以用来发送一些自定包头或自定协议的IP包。网络监听技术很大程度上依赖于SOCKET_RAW
原始套接字与标准套接字(标准套接字指的是前面介绍的流式套接字和数据报套接字)的区别在于:原始套接字可以读写 内核没有处理的IP数据包,而流式套接字只能读取TCP协议的数据,数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此,如果要访问其他协议发送数据必须使用原始套接字。

连接方式

应用层通过传输层进行数据通信时,TCP和UDP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题

本文转载多处,时间紧急,没有过多整理,敬请包涵!!

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