通信协议简介

悠悠 2022-04-12 10:57 283阅读 0赞

## HTTP、TCP、UDP三者的关系如下: ##

TCP/IP是个协议组，可分为四个层次：网络接口层、网络层、传输层和应用层。

在网络层有IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议和BOOTP协议。

在传输层中有TCP协议与UDP协议。

在应用层有HTTP、FTP、TELNET、SMTP、DNS等协议。

**形象比喻：IP（公路），TCP/UDP（货车），HTTP（货物），SSL（包装箱）**

### 一、HTTP与HTTPS ###

*  HTTP和HTTPS的基本概念

HTTP：是互联网上应用最为广泛的一种网络协议 ，是一个客户端和服务器端请求和应答的标准（TCP），用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议，它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。

HTTPS：是以安全为目标的HTTP通道，简单讲就是HTTP的安全版，即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详情内容就需要SSL。

HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

*  HTTP与HTTPS的区别

HTTP协议传输的数据都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP协议传输隐私信息非常不安全，为了保证这些隐私数据能加密传输，于是网景公司设计了SSL（Secure Sockets Layer）协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密，从而就诞生HTTPS。

简单来说，HTTP协议是有SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输，身份认证的网络协议，要比HTTP协议安全。

HTTPS和HTTP的区别主要如下

1.  HTTPS协议需要到ca申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。
2.  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。
3.  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，比HTTP协议安全

### 二、TCP与UDP ###

*  TCP和UDP的基本概念

TCP（Transmission Control Protocol），又叫传输控制协议。

UDP（User Datagram Protocol），又叫用户数据报协议。

*  TCP和UDP的区别

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>TCP面向<strong>有链接</strong>的通信服务</td> 
   <td>UDP面向<strong>无连接</strong>的通信服务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP提供可靠的通信传输</td> 
   <td>UDP不可靠,会丢包</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP保证数据顺序</td> 
   <td>UDP不保证</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP数据无边界</td> 
   <td>UDP有边界</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP速度快</td> 
   <td>UDP速度慢</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP面向字节流</td> 
   <td>UDP面向报文</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP一对一</td> 
   <td>UDP可以一对一，一对多</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP报头至少20字节</td> 
   <td>UDP报头8字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TCP有流量控制，拥塞控制</td> 
   <td>UDP没有</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**什么时候使用TCP**

当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下： 浏览器，用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输

**什么时候使用UDP**

当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。 比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下： QQ语音、QQ视频、TFTP

**TCP的三次握手和四次挥手**

### **三次握手** ###

TCP是面向连接的，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。在TCP/IP协议中，TCP 协议提供可靠的连接服务，连接是通过三次握手进行初始化的。三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小信息。

根据下面这幅图我们来看一下TCP三次握手。ps: 每个箭头代表一次握手。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0MzEzNjM1_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**第一次握手**

起初两端都处于CLOSED关闭状态，Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN-SENT状态，等待Server确认；

**第二次握手**

Server收到数据包后，由标志位SYN=1得知Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN-RCVD状态，此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量；

**第三次握手**

Client收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并且此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为y+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和Server就可以开始传输数据。

**我们可以将它形象为**

客户端：我要对你讲话，你能听到吗；

服务端：我能听到；而且我也要对你讲话，你能听到吗；

客户端：我也能听到。

…….

互相开始通话

……..

### **四次挥手** ###

以下面这张图为例，我们来分析一下TCP四次挥手的过程。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0MzEzNjM1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**第一次挥手**

client发送一个**FIN(M)包**，此时client进入`FIN-WAIT-1`状态，这表明client已经没有数据要发送了。

**第二次挥手**

server收到了client发来的FIN(M)包后，向client发回一个**ACK(M+1)包**，此时server进入`CLOSE-WAIT`状态，client进入`FIN-WAIT-2`状态。

**第三次挥手**

server向client发送**FIN(N)包**，请求关闭连接，同时server进入`LAST-ACK`状态。

**第四次挥手**

client收到server发送的FIN(N)包，进入`TIME-WAIT`状态。向server发送ACK(N+1)包，server收到client的ACK(N+1)包以后，进入`CLOSE`状态；client等待一段时间还没有得到回复后判断server已正式关闭，进入`CLOSE`状态。

**我们可以将它形象为**

客户端：我说完了，我要闭嘴了；  
服务端：我收到请求，我要闭耳朵了；  
（客户端收到这个确认，于是安心地闭嘴了。）  
…….  
    服务端还没倾诉完自己的故事，于是继续唠唠叨叨向客户端说了半天，直到说完为止  
…….  
服务端：我说完了，我也要闭嘴了；  
客户端：我收到请求，我要闭耳朵了；（事实上，客户端为了保证这个确认包成功送达，等待了两个最大报文生命周期后，才闭上耳朵。）  
（服务端收到这个确认，于是安心地闭嘴了。）

**为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？**

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

**为什么要三次握手?**

既然总结了TCP的三次握手，那为什么非要三次呢?怎么觉得两次就可以完成了。那TCP为什么非要进行三次连接呢?在谢希仁的《计算机网络》中是这样说的：

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。

在书中同时举了一个例子，如下：

"已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，

而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一

个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新

的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server

发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，

也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，

server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，

client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。"

这就很明白了，防止了服务器端的一直等待而浪费资源。

**为什么要四次挥手?**

那四次挥手又是为何呢?TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2， 它的数据已经全部发送完毕了;但是，这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据;当主机2返回ACK报文 段时，表示它已经知道主机1没有数据发送了，但是主机2还是可以发送数据到主机1的;当主机2也发送了FIN 报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此 就会愉快的中断这次TCP连接。如果要正确的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手过程中的状态变化。

FIN\_WAIT\_1: 这个状态要好好解释一下，其实FIN\_WAIT\_1和FIN\_WAIT\_2状态的真正含义都是表示等 待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN\_WAIT\_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时， 它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN\_WAIT\_1状态。而当对方回应ACK报 文后，则进入到FIN\_WAIT\_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK 报文，所以FIN\_WAIT\_1状态一般是比较难见到的，而FIN\_WAIT\_2状态还有时常常可以用netstat看到。 (主动方)

FIN\_WAIT\_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN\_WAIT\_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即 有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息)，稍后再关闭连接。 (主动方)

CLOSE\_WAIT：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢?当对方close一个SOCKET后发送FIN 报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE\_WAIT状态。接下来呢，实 际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个 SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE\_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关 闭连接。(被动方)

LAST\_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报 文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。(被动方)

TIME\_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。 如果FINWAIT1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME\_WAIT状态，而无 须经过FIN\_WAIT\_2状态。(主动方)

CLOSED: 表示连接中断。

**为什么 TIME\_WAIT 状态要等待 2MSL 之后才关闭连接**

1、2MSL表示两个MSL的时长，MSL全称为Maximum Segment Life，表示TCP 对TCP Segment 生存时间的限制。

2、为了保证主动关闭方A发送的最后一个ACK报文段能够到达被动关闭方B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST\_ACK状态的B收不到对自己已发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段。而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。最后A和B都正常进入到CLOSED状态。如果A在TIME\_WAIT状态不等待一段时间，而是在发送完ACK报文段后立即释放连接，那么就无法收到B重传的FIN+ACK报文段，因而也不会在发送一次确认报文段。这样，B就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。

3、防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后，在经过2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

### **三、HTTP和TCP** ###

TCP协议对应于传输层，而HTTP协议对应于应用层，从本质上来说，二者没有可比性。

HTTP协议（比喻为货物）是建立在TCP协议（比喻为货车）基础之上的，当浏览器需要从服务器获取网页数据的时候，会发出一次HTTP请求。HTTP会通过TCP建立起一个到服务器的连接通道，当本次请求需要的数据完毕后，HTTP会立即将TCP连接断开，这个过程是很短的。所以HTTP连接是一种短连接，是一种无状态的连接。所谓的无状态，是指浏览器每次向服务器发起请求的时候，不是通过一个连接，而是每次都建立一个新的连接。如果是一个连接的话，服务器进程中就能保持住这个连接并且在内存中记住一些信息状态。而每次请求结束后，连接就关闭，相关的内容就释放了，所以记不住任何状态，成为无状态连接。

*  TCP是传输层协议，定义的是数据传输和连接方式的规范。
 *  HTTP是应用层协议，定义的是传输数据的内容的规范。
 *  HTTP协议中的数据是利用TCP协议传输的，所以支持HTTP就一定支持TCP。

### **四、SOCKET** ###

这是为了实现以上的通信过程而建立成来的通信管道，其真实的代表是客户端和服务器端的一个通信进程，双方进程通过socket进行通信，而通信的规则采用指定的协议。

**socket只是一种连接模式，不是协议，socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），**通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。tcp、udp，简单的说（虽然不准确）是两个最基本的协议，很多其它协议都是基于这两个协议，如HTTP就是基于TCP的，用socket可以创建tcp连接，也可以创建udp连接。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0MzEzNjM1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220412/187ff78294494171b0b1a709ef5eb4c3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0MzEzNjM1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220412/820d655856774b4fbc6c332783d13915.png