各种网络协议的类型、优缺点、作用

一、网络协议的定义

     ● 网络协议是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能的基本机制

     ● 网络协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同规则

     ● 网络协议并不是一套单独的软件，他融合于其他所有软件系统中，协议在网络中无所

        不在

二、常用的网络协议

       TCP  UDP     HTTP   HTTPS    FTP  DNS  Telnet    TCP/IP    SSL/TLS   websocket

1、TCP协议，（transmission control protocol），传输控制协议。

      定义：TCP协议是一种面向连接的、可靠的、传输速度慢、基于字节流的传输层通信协议。

               在简化的计算机网络OSI模型中完成第四层传输层所指定的功能。

 

提供可靠的端到端的通信，可以保证接收方收到的数据与发送方发送的数据完全一致，能够保证数据不丢失、无差错，同时还有流量控制和拥塞控制的功能，所以TCP协议比较复杂，能够为要求可靠性的应用层协议提供服务，如文件传输、邮件收发、网页浏览、远程登录等等

 

 

      作用：主要用于在主机间建立一个虚拟连接，以实现高可靠性的数据包交换

 

     IP协议的作用：可以进行IP数据包的分割和组装

     IP协议的缺点：但是通过IP协议并不能清楚的了解到数据包是否顺利的发送给目标计算机

     TCP的特点：

（1）面向连接的

（2）提供可靠的数据传输服务

（3）提供流量控制。TCP能够控制进程发送数据的速率，保证另一端不被大量的数据“淹没”而出现溢出。

（4）提供拥塞控制。当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞。

（5）提供全双工通信。TCP提供双向的数据传输服务。TCP允许通信双方的应用进程在任何时候发送数据。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。

（6）TCP是面向字节流的。TCP中的“流”是指流入到进程或从进程流出的字节

 

2、UDP协议

用户数据包协议（User Datagram Protocol）

UDP协议不能保证数据不丢失、无差错，也不能保证接收方收到数据的顺序和发送方发送数据的顺序一样。UDP协议比较简单，但效率比较高，能为对可靠性要求不高，对实时性要求比较高的应用提供服务，如传输音频和视频。

定义：UDP协议是OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联)模型中的一种

无连接的、简单不可靠的、传输速度快、面向事务的传输层通信协议。

UDP协议的特点：

 

（1）无连接的。

（2）UDP是一种尽力而为的服务方式，不提供可靠的数据传输服务（比如数据的丢失、重复和无序）。

（3）UDP是高效的传输协议。

（4）UDP没有拥塞控制和流量控制。

 

TCP和UDP协议的区别

 

A、TCP面向连接（打电话要先拨号建立连接）；

      UDP是无连接的（发送数据之前不需要建立连接）。

B、TCP提供可靠的服务（通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、按序到达）；

      UDP尽最大努力交付，不保证可靠交付。

C、TCP基于字节流（实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流）。

      UDP是基于报文的，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低

     （对实时应用很有用，IP电话，实时视频电话）。

D、TCP保证数据正确性；

      UDP可能丢包。

E、TCP保证数据顺序；

      UDP不保证。

F、每一条TCP连接只能是点到点的；

     UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信

G、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道

      UDP则是不可靠信道

H、TCP的首部开销20字节

       UDP的首部开销8字节

I、TCP要求系统资源较多，UDP较少

 

3、TCP/IP协议

     实质： TCP/IP其实就是TCP和IP等协议的组合，即传输控制协议/互联网协议。

    应用场景：主要用于在安装了不同硬件和不同操作系统的计算机之间，实现可靠的网络通

                     信。TCP协议可以保证数据包传输的可靠性；IP协议可以保证数据包被传输到

                    目标计算机上。

4、FTP协议

     文件传输协议（File Transfer Protocol）。

     用途：主要用于在两台计算机之间实现文件的上传与下载，其中一台计算机作为FTP的客

                户端，另一台作为FTP的服务端。通过FTP协议可以上传、下载几乎所有的文件类

                型，比如txt  exe  doc  pdf   mp3  zip rar等

5、Telnet协议

      定义：远程登录协议，是Internet上普遍采用的仿真网络协议，同时Telnet也是从远程

                位置登录常用的程序。

      作用：通过Telnet程序登录远程Telnet计算机。一般采用授权的用户名和密码登录。登录

                之后就如同使用本地计算机一样，使用远程计算机的的硬盘、运行应用程序等。

6、DNS协议

DNS（Domain Name System，域名系统），因特网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过主机名，最终得到该主机名对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。

作用：

● 该协议主要负责将域名转换成网络可以识别的IP地址（www.cce.com.cn转换成221.122.32.15），域名和IP地址是一一对应的。

● 因为访问网站的时候，最终都是转换成IP地址进行访问的

● 直接设置DNS服务器。可以提高网络的访问速度，保证访问的正确性

 

DNS的两种查询方式：递归查询和迭代查询

a)递归解析
当局部DNS服务器自己不能回答客户机的DNS查询时，它就需要向其他DNS服务器进行查询。此时有两种方式，如图所示的是递归方式。局部DNS服务器自己负责向其他DNS服务器进行查询，一般是先向该域名的根域服务器查询，再由根域名服务器一级级向下查询。最后得到的查询结果返回给局部DNS服务器，再由局部DNS服务器返回给客户端。

b)迭代解析

当局部DNS服务器自己不能回答客户机的DNS查询时，也可以通过迭代查询的方式进行解析，如图所示。局部DNS服务器不是自己向其他DNS服务器进行查询，而是把能解析该域名的其他DNS服务器的IP地址返回给客户端DNS程序，客户端DNS程序再继续向这些DNS服务器进行查询，直到得到查询结果为止。也就是说，迭代解析只是帮你找到相关的服务器而已，而不会帮你去查。比如说：baidu.com的服务器ip地址在192.168.4.5这里，你自己去查吧，本人比较忙，只能帮你到这里了。

 

7、HTTP协议

     超文本传输协议（ Hyper Text Transfer Protocol ）

    定义：● 是用于从万维网（www）服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议

              ● 是 基于TCP/IP通信协议来传递数据（HTML、图片、查询结果等）的协议

              ● 是一个属于应用层的、面向对象的协议

              ● 由于其简捷、快速的适用于分布式超媒体信息系统

    工作原理：HTTP协议工作在客户端-服务端架构上。

                    浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端（即WEB服务器）发送请求，

                    WEB服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

    HTTP请求/响应的步骤：

               A、客户端连接到web服务器：一个HTTP客户端通常是浏览器，与web服务器的

                    HTTP端口（默认为80）建立一个TCP套接字连接

               B、发送HTTP请求：通过TCP套接字，客户端向web服务器发送一个文本的请求

                    报文，一个请求报文由请求行、请求头部、空行和请求数据组成

               C、服务器接收请求并返回HTTP响应：WEB服务器解析请求，定位请求资源。服

                     务器将资源副本写到TCP套接字，由客户端读取。一个响应由状态行、响应头

                     部、空行、响应数据组成

               D、释放TCP连接：若connection模式为close，则服务器主动关闭TCP连接，客户

                     端被动关闭连接，释放TCP连接；若connection模式为keepalive，则该连接

                     会保持一段时间，在该时间内可以接着接收请求

                E、客户端（浏览器）解析HTML内容：客户端首先解析状态行，查看表明请求是

                     否成功的状态代码  ；然后解析每一个响应头，向应头告知以下为若干字节的

                      HTML文档和文档的字符集。客户端读取响应数据HTML，根据HTML的语法

                      对其进行格式化，并在浏览器窗口中显示

     特点：● 无连接：其含义是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，断开连接，可以节省传输时间

               ● 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，则必须重传。这可能导致

                               每次连接传送的数据量增大。但是在服务器不需要先前信息时，他的应答

                               就较快

                ● 简单快速：客户向服务器发送请求时，只需传送请求方法和路径。

                                   请求方法常用POST  GET  HEAD，每种方法规定了客户与服务器联系的

                                   类型不同。

                                   HTTP协议简单，似的HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度快

                 ● 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

                              标记

                 ● 支持B/S   C/S模式

    HTTP请求方法：HTTP1.0定义三种方法，即POST   GET   HEAD

                              HTTP1.1新增5种方法，OPTIONS   PUT  DELETE  TRACE  CONNECT

                 ● GET：请求指定页面信息，并返回实体主体

                 ● POST：向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单、上传文件）

                 ● HEAD：类似GET请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头

                 ● PUT：从客户端向服务器传送的数据取代指定的文档的内容

                 ●  DELETE：请求服务器删除指定的页面

                 ●  CONNECT：HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道式的代理服务器

                 ●  OPTIONS：允许客户端查看服务器的性能

                 ● TRACE：回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断

    POST和GET的区别：

                 ● GET提交的数据会显示在地址栏中（即数据放在URL之后，以?分割URL和传输的

                    数据，参数之间以&相连）；

                   POST提交的数据放在HTTP包的body中，因此地址栏不会显示提交的数据

                 ● GET提交的数据大小有限制（因为浏览器对URL的长度有限制）；

                    POST提交的数据没有限制

                 ● GET方式提交数据会带来安全问题，比如登录页面，通过GET方式提交数据时，

                    用户名和密码会出现在地址栏上，如果页面可以被缓存或者其他人可以访问这台

                    机器，就可以从历史记录获得该用户的用户名和密码。

                     POST不存在安全问题

                ● GET方式需要使用Request.QueryString来取得变量的值

                    POST通过Request.Form来取得变量的值

8、SSL/TLS协议

     ● SSL（Secure Sockets Layer），安全套接层。上世纪90年代由网景公司设计。原先互

         联网使用的HTTP协议是明文的，存在很多缺点（传输内容会被偷窥（嗅探）和篡改）。

         SSL就是为了解决这些问题

      ● 到了1999年，SSL因为广泛应用，已经成为互联网上的事实标准。IETF就在那一年把

          SSL标准化，标准化名称改为TLS（Transport  Layer  Security），传输层安全协议

       ● SSL和TLS是同一个东西的不同阶段

9、HTTPS协议

     定义：HTTPS协议是HTTP协议和SSL/TLS协议的组合

   为什么要设计HTTPS成这样：

          ● 兼容性：基于TCP传输；单独使用新的协议将HTTP，把HTTP协议包裹起来

          ● 可扩展性

          ● 保密性（防泄密）

          ●  完整性（防篡改）

          ● 真实性（防假冒）

          ● 性能

   加密和解密的定义：

         “加密”的过程，就是把“明文”变成“密文”的过程。“解密”的过程就是将“密文”

          变成“明文”的过程。在这两个过程中，都需哟啊“密钥”。

   对称加密：“加密”和“解密”使用“相同密钥”

   非对称加密：加密”和“解密”使用“不同密钥”

   对称加密和非对称加密的优缺点：

         ● ”非对称加密“的功能比”对称加密“的功能要多

         ● ”非对称加密“涉及复杂的数学问题，所以其性能相对”对称加密“要差

 

10、websocket协议

1）WebSocket 是Web应用程序的传输协议，是一个Html5协议，它提供了双向的，按序到达的数据流

2）WebSocket的连接是持久的，他通过在客户端和服务器之间保持双工连接，服务器的更新可以被及时推送给客户端，而不需要客户端以一定时间间隔去轮询 

3）WebSocket 连接允许客户端和服务器之间进行全双工通信，以便任一方都可以通过建立的连接将数据推送到另一端。

4）WebSocket 只需要建立一次连接，就可以一直保持连接状态，这相比于轮询方式的不停建立连接显然效率要大大提高

 

11、RPC( Remote Procedure Call，远程过程调用 )协议与HTTP协议的区别

远程过程调用直观说法就是A通过网络调用B的过程方法

首先了解OSI网络七层模型

• 第一层：应用层。定义了用于在网络中进行通信和传输数据的接口；
• 第二层：表示层。定义不同的系统中数据的传输格式，编码和解码规范等；
• 第三层：会话层。管理用户的会话，控制用户间逻辑连接的建立和中断；
• 第四层：传输层。管理着网络中的端到端的数据传输；
• 第五层：网络层。定义网络设备间如何传输数据；
• 第六层：链路层。将上面的网络层的数据包封装成数据帧，便于物理层传输；
• 第七层：物理层。这一层主要就是传输这些二进制数据

五层协议结构里面是没有表示层和会话层的。应该说它们和应用层合并。

 

1）最本质的区别，就是RPC主要是基于TCP/IP协议的，而HTTP主要是基于HTTP协议的，HTTP协议是在传输层协议TCP之上的应用层，效率上，RPC当然是要更胜一筹

2）一般来说，RPC服务主要是针对大型企业的，而HTTP服务主要是针对小企业的，因为RPC效率更高，而HTTP服务开发迭代会更快

 

RPC服务

从三个角度来介绍RPC服务：RPC架构，同步异步调用、流行的RPC框架

1）RPC架构

包含了四个核心的组件，分别是Client ,Server,Client Stub以及Server Stub，这个Stub大家可以理解为存根。分别说说这几个组件：

• 客户端（Client），服务的调用方。
• 服务端（Server），真正的服务提供者。
• 客户端存根，存放服务端的地址消息，再将客户端的请求参数打包成网络消息，然后通过网络远程发送给服务方。
• 服务端存根，接收客户端发送过来的消息，将消息解包，并调用本地的方法

2）流行的RPC框架

（1）gRPC是Google最近公布的开源软件，基于最新的HTTP2.0协议，并支持常见的众多编程语言

（2）Thrift是Facebook的一个开源项目，主要是一个跨语言的服务开发框架

（3）Dubbo是阿里集团开源的一个极为出名的RPC框架，在很多互联网公司和企业应用中广泛使用