网络协议-补充（笔记）

WebSocket

◼ WebSocket，是基于TCP的支持全双工通信的应用层协议
在2011年由IETF标准化为RFC 6455，后由RFC 7936补充规范
客户端、服务器，任何一方都可以主动发消息给对方
◼ WebSocket的应用场景很多
社交订阅、股票基金报价、体育实况更新、多媒体聊天、多玩家游戏等

WebSocket与Http

◼ HTTP请求的特点：通信只能由客户端发起。所以，早期很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询
轮询是指由浏览器每隔一段时间（如每秒）向服务器发出HTTP请求，然后服务器返回最新的数据给客户端
为了能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯，HTML5规范中出现了WebSocket协议

◼ WebSocket和HTTP属于平级关系，都是应用层的协议
其实TCP本身就是支持全双工通信的（客户端、服务器均可主动发消息给对方）
只是HTTP的“请求-应答模式”限制了TCP的能力
◼ WebSocket使用80（ws://）、443（wss://）端口，可以绕过大多数防火墙的限制
ws://example.com/wsapi
wss://secure.example.com/wsapi
◼ 与HTTP不同的是，WebSocket需要先建立连接
这就使得WebSocket成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息
而HTTP请求可能需要在每个请求都额外携带状态信息（如身份认证等）

WebScoket-建立连接

◼ WebSocket需要借助HTTP协议来建立连接（也叫作握手，Handshake）
由客户端（浏览器）主动发出握手请求

◼ Connection必须设置Upgrade
表示客户端希望连接升级
◼ Upgrade必须设置websocket
表示希望升级到WebSocket协议
◼ Sec-WebSocket-Version
表示支持的Websocket版本
RFC 6455要求使用的版本是13

◼Sec-WebSocket-Key是客户端生成的随机字符串，比如例子中的dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
◼服务器接收到客户端的Sec-WebSocket-Key后，会进行以下操作
①Sec-WebSocket-Key加上一个固定的GUID值（258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11）
258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11
②将①的结果进行SHA-1摘要计算
b37a4f2cc0624f1690f64606cf385945b2bec4ea
③将②的结果进行Hex To Base64编码
s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
④将③的结果做为Sec-WebSocket-Accept响应头的值，返回给客户端

WebScoket-使用

◼ WebSocket体验和演示
https://www.websocket.org/echo.html
◼ W3C标准化了一套WebSocket API，可以直接使用JS调用

WebService

◼ WebService，译为：Web服务，是一种跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术标准
◼ WebService使用场景举例
天气预报、手机归属地查询、航班信息查询、物流信息查询等
比如天气预报，是气象局把自己的服务以WebService形式暴露出来，让第三方程序可以调用这些服务功能
http://www.webxml.com.cn/zh_cn/index.aspx
◼ 事实上，WebService完全可以用普通的Web API取代（比如HTTP + JSON）
现在很多企业的开放平台都是直接采用Web API

核心概念

◼ SOAP（Simple Object Access Protocol），译为：简单对象访问协议
很多时候，SOAP = HTTP + XML
WebService使用SOAP协议来封装传递数据

◼ WSDL（Web Services Description Language），译为：Web服务描述语言
一个XML文档，用以描述WebService接口的细节（比如参数、返回值等）
一般在WebService的URL后面跟上?wsdl获取WSDL信息
✓ 比如：http://ws.webxml.com.cn/WebServices/WeatherWS.asmx?wsdl

RESTful

简介

◼ 的全称是：REpresentational State Transfer
译为“表现层状态转移”
◼ 是一种互联网软件架构设计风格
定义了一组用于创建 服务的约束
符合REST架构的Web服务，称为RESTful web服务

实践建议

◼ 中使用名词（建议用复数形式），不使用动词
推荐：/users 、/users/6
不推荐：/listUsers 、/getUser?id=6 、/user/list 、/user/get?id=6

◼ 使用HTTP的方法表达动作

◼一个资源连接到其他资源，使用子资源的形式
GET /users/6/cars/88
查询用户id为6下车id为88的车
POST /users/8/cars
创建一个用户id为8的车

◼API版本化
baidu.com/v1/users
baidu.com/v1/users/66

◼返回JSON格式的数据

◼发生错误时，不要返回200状态码

HTTPDNS

◼ HTTPDNS是基于HTTP协议向DNS服务器发送域名解析请求
替代了基于DNS协议向运营商Local DNS发起解析请求的传统方式
可以避免Local DNS造成的域名劫持和跨网访问问题
常用在移动互联网中（比如在Android、iOS开发中）

HTTPDNS-使用

◼市面上已经有现成的解决方案
腾讯云：https://cloud.tencent.com/product/httpdns
阿里云：https://help.aliyun.com/product/30100.html
◼移动端集成相关的SDK即可使用HTTPDNS服务

FTP

◼FTP（FileTransportProtocol），译为：文件传输协议，RFC 959定义了此规范，是基于TCP的应用层协议
在RFC1738中有定义，FTP的URL格式为：ftp://[user[:password]@]host[:port]/url-path

FTP-连接模式

◼FTP有2种连接模式：主动（Active）和被动（Passive）
◼不管是哪种模式，都需要客户端和服务器建立2个连接
①控制连接：用于传输状态信息（命令，cmd）
②数据连接：用于传输文件和目录信息（data）

FTP-主动模式

①客户端打开一个随机的命令端口
端口号大于1024，假设为N
同时连接至服务器的命令端口21

②客户端开始监听N+1数据端口
同时向服务器发送一个Port命令给服务器的命令端口21
此命令告诉服务器
✓客户端正在监听的数据端口N+1
✓并且已准备好从此端口接收数据

③ 服务器打开20号数据端口，并且创建和客户端数据端口（N+1）的连接

FTP-被动模式

◼客户端通过两个随机的端口与服务器建立连接
命令端口N
数据端口N+1

① 客户端的命令端口N用于连接服务器的命令端口
②客户端通过命令端口N发送PASV命令给服务器的命令端口21
③ 服务器打开一个随机的数据端口P，并告知客户端该端口号P
④ 客户端数据端口N+1发起与服务器数据端口P的连接

邮件相关的协议

◼发邮件使用的协议
SMTP（SimpleMailTransferProtocol），译为：简单邮件传输协议
✓基于TCP，标准参考RFC 5321
✓服务器默认使用25端口，SSL/TLS使用465端口

◼收邮件使用的协议
POP（PostOfficeProtocol），译为：邮局协议
✓基于TCP，最新版是POP3，标准参考RFC 1939
✓服务器默认使用110端口，SSL/TLS使用995端口

IMAP（InternetMessageAccessProtocol），译为：因特网信息访问协议
✓基于TCP，最新版是IMAP4，标准参考RFC 3501
✓服务器默认使用143端口，SSL/TLS使用993端口

收发邮件的过程

POP vs IMAP

◼POP的特点
客户端连接服务器时，将会从服务器下载所有邮件
✓可以设置下载完后，立即或一段时间后删除服务器邮件
客户端的操作（比如删除邮件、移动到文件夹）不会跟服务器同步
每个客户端都是独立的，都可以获得其自己的电子邮件副本

◼IMAP的特点
客户端连接服务器时，获取的是服务器上邮件的基本信息，并不会下载邮件
✓等打开邮件时，才开始下载邮件
客户端的操作（比如删除邮件、移动到文件夹）会跟服务器同步
所有客户端始终会看到相同的邮件和相同的文件夹

IPv6

◼ IPv6（Internet Protocol version 6），译为：网际协议第6版
用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题，同时它也在其他方面对于IPv4有许多改进
然而长期以来IPv4在互联网流量中仍占据主要地位，IPv6的使用增长缓慢
在2019年12月，通过IPv6使用Google服务的用户百分率首次超过30%
✓ 因为需要设备、操作系统内核升级支持IPv6
◼ IPv6采用128位的地址，而IPv4使用的是32位
支持 2^128 （约 3.4 ∗ 10^38 ）个地址
就以地球人口70亿人计算，每人平均可分得约 4.86 ∗10^28个IPv6地址

地址格式

◼ IPv6地址为128bit，每16bit一组，共8组
◼ 每组以冒号“:”隔开，每组以4位十六进制方式表示
例如2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344
◼ 类似于IPv4的点分十进制，同样也存在点分十六进制的写法
2.0.0.1.0.d.b.8.8.5.a.3.0.8.d.3.1.3.1.9.8.a.2.e.0.3.7.0.7.3.4.4

◼ 每组前面连续的0可以省略。下面的IPv6地址是等价的
2001:0db8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13
2001:db8:2de:0:0:0:0:e13
◼ 可以用双冒号“::”表示一组0或多组连续的0，但只能出现一次。下面的IPv6地址是等价的
2001:db8:2de:0:0:0:0:e13
2001:db8:2de::e13
◼ 2001::25de::cade是非法的，因为双冒号出现了两次，会造成歧义
2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade
2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade
◼ ::1是本地环回地址（0:0:0:0:0:0:0:1）

IPv4 VS IPv6

首部格式

◼ 有40字节的固定首部

◼ Version（占4bit，0110）：版本号
◼ Traffic Class（占8bit）：交通类别
指示数据包的类别或优先级，可以帮助路由器根据数据包的优先级处理流量
如果路由器发生拥塞，则优先级最低的数据包将被丢弃
◼ Payload Length（占16bit）：有效负载长度
最大值65535字节
包括了扩展头部、上层（传输层）数据的长度

◼ Hop Limit（占8bit）：跳数限制
与IPv4数据包中的TTL相同
◼ Source Address（占128bit）：源IPv6地址
◼ Destination Address（占128bit）：目的IPv6地址
◼ Flow Label（占20bit）：流标签
指示数据包属于哪个特定序列（流）
用数据包的源地址、目的地址、流标签标识一个流

拓展头部

◼ Next Header（占8bit）：下一个头部
指示扩展头部（如果存在）的类型、上层数据包的协议类型（例如TCP、UDP、ICMPv6）

即时通信

◼ 即时通信（Instant Messaging，简称IM），平时用的QQ、微信，都属于典型的IM应用
◼ 国内的IM开发者社区
http://www.52im.net/
◼ IM云服务
网易云信、腾讯云、环信等
◼ 常用的协议
XMPP、MQTT、自定义协议

XMPP

◼ XMPP（Extensible Messaging and Presence Protocol）
译为：可扩展消息与存在协议，前身是Jabber
基于TCP，默认端口5222、5269
◼ 特点
使用XML格式进行传输，体积较大
比较成熟的IM协议，开发者接入方便

MQTT

◼ MQTT（Message Queuing Telemetry Transport），译为：消息队列遥测传输
基于TCP，默认端口1883、8883（带SSL/TLS）
◼ 特点
开销很小，以降低网络流量，信息冗余远小于XMPP
不是专门为IM设计的协议，很多功能需要自己实现
很多人认为MQTT是最适合物联网（IoT，Internet of Things）的网络协议

◼ 发布者：客户端
◼ 代理：服务器
◼ 订阅者：客户端

流媒体

◼ 流媒体（Streaming Media），又叫流式媒体
是指将一连串的多媒体数据压缩后，经过互联网分段发送数据，在互联网上即时传输影音以供观赏的一种技术
此技术使得资料数据包得以像流水一样发送，不使用此技术，就必须在使用前下载整个媒体文件

常用协议

◼ RTP（Real-Time Transport Protocol），译为：实时传输协议
参考：RFC 3550、RFC 3551，基于UDP
◼ RTCP（Real-Time Transport Control Protocol），译为：实时传输控制协议
参考：RFC 3550，基于UDP，使用RTP的下一个端口
◼ RTSP（Real-Time Streaming Protocol），译为：实时流协议，参考：RFC 7820
基于TCP、UDP的554端口
◼ RTMP（Real-Time Messaging Protocol），译为：实时消息传输协议，由Adobe公司出品
默认基于TCP的1935端口
◼ HLS（HTTP Live Streaming），基于HTTP的流媒体网络传输协议，苹果公司出品，参考：RFC 8216

笔记内容大部分来自于小码哥教育