网络协议从入门到底层原理（10）WebSocket、WebService、RESTful、HTTPDNS、FTP文件传输协议、邮件相关协议、IPv6

女爷i 2022-11-19 07:44 279阅读 0赞

### 其他协议 ###

*  WebSocket
 *   *  WebSocket - 建立连接
 *  WebService
 *  RESTful
 *  HTTPDNS
 *  FTP文件传输协议
 *  邮件相关的协议（SMTP、POP、IMAP）
 *   *  POP vs IMAP
 *  IPv6
 *   *  IPv6 - 地址格式
     *  IPv6 - 首部格式
     *  IPv6 - 拓展头部

> [【网络协议从入门到底层原理】学习笔记汇总][Link 1]

# WebSocket #

> **Socket** 是一套**网络编程API**，利用它可以建立网络连接，一般都是操作系统底层实现的。  
> **WebSocket** 是一个**网络协议**。

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**：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  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70]
 *  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**

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**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 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）

> **WebSocket 使用**  
> WebSocket 体验和演示：[https://www.websocket.org/echo.html][https_www.websocket.org_echo.html]  
> W3C 标准化了一套 WebSocket API，可以直接使用JS调用：
> 
>     let ws = new WebSocket('wss://example.com')

## WebSocket - 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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 2]

> [GUID][]  
> [SHA-1摘要计算][SHA-1]  
> [Hex TO Base64编码][Hex TO Base64]

# WebService #

**WebService**，译为：**Web服务**，是一种**跨编程语言**和**跨操作系统**的**远程调用技术标准**

> 其实 WebService 是比较老的技术，放到现在已经可以由普通的 Web API 取代

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][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

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**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  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 3]

**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][http_ws.webxml.com.cn_WebServices_WeatherWS.asmx_wsdl]

# RESTful #

**REST (REpresentational State Transfer)**，**表现层状态转移**

REST是一种互联网软件架构**设计风格**

*  定义了一组用于创建Web服务的**约束**
 *  符合REST架构的Web服务，称为 RESTful Web服务

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**RESTful 的实践建议**

1、URL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：listsers、/getser?id=6，/uer/list、/user/get?id=6

2、使用 **HTTP的请求方法** 表达动作：  
![在这里插入图片描述][20210127223130287.png]  
一个资源连接到其他资源，使用子资源的形式：

*  GET /users/6/cars/8
 *  POST /users/8/cars

3、API 版本化

*  mj.com/v1/users
 *  mj.com/v2/users/66

4、返回 JSON格式的数据

5、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）  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 4]

> **HTTPDNS使用**  
> 1、市面上已经有现成的解决方案
> 
>  *  腾讯云：[https://cloud.tencent.com/product/httpdns][https_cloud.tencent.com_product_httpdns]
>  *  阿里云：[https://help.aliyun.com/product/30100.html][https_help.aliyun.com_product_30100.html]  
>       
>     
> 
> 2、**移动端**集成相关的SDK即可使用HTTPDNS服务

# FTP文件传输协议 #

**FTP (File Transport Protocol)，文件传输协议**，[RFC 959][] 定义了此规范，是**基于TCP**的**应用层协议**

*  [RFC 1738][] 中有定义，FTP的URL格式为：**ftp://\[user\[:password\]@\]host\[:port\]/url-path**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 5]

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）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 6]

**FTP - 主动模式**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 7]  
**FTP - 被动模式**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 8]

# 邮件相关的协议（SMTP、POP、IMAP） #

**发邮件使用的协议**

*  **SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)，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 (Post Office Protocol)**，**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 (Internet Message Access Protocol)**，**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**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 9]

## 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（如列表），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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 10]

# IPv6 #

**IPv6 (Internet Protocol version 6)**，**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%  
    因为使用IPv6需要设备、操作系统内核升级支持IPv6  
    不像HTTP升级到HTTP2一样方便

IPv6采用**128**位的地址，而IPv4使用的是**32**位

*  支持2128（约3.4 ∗ 1038 ）个地址
 *  以地球人口70亿人计算，每人平均可分得约 4.86 ∗ 1028个IPv6地址
 *  解决了IPv4地址枯竭问题

## IPv6 - 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**，**IPv6**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**。下列IPv6地址是等价的：

*  2001:0db8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13
 *  2001:db8:2de:0:0:0:0:e13

双冒号 `::` 表示**一组0**或**多组连续的0**，但只能出现一次。下列IPv6地址等价：

*  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`

*  `ping ::1` 可以ping通本机

## IPv6 - 首部格式 ##

IPv6 有40字节的**固定首部**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 11]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 12]  
**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）数据的长度首部格式

**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

## IPv6 - 拓展头部 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**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）  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43734095/article/details/112449428
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221119/169e801cd4d0490ab0f38f7235116ea7.png
[RFC 6455]: https://tools.ietf.org/html/rfc6455
[RFC 7936]: https://tools.ietf.org/html/rfc7936
[https_www.websocket.org_echo.html]: https://www.websocket.org/echo.html
[Handshake]: https://tools.ietf.org/html/rfc6455#section-1.3
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221119/5aa4d54331eb4286a9b439d5b1ec4ad2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221119/1653c3d130aa46509b88672140c911b0.png
[GUID]: https://tools.ietf.org/html/rfc4122
[SHA-1]: http://encode.chahuo.com/
[Hex TO Base64]: https://base64.guru/converter/encode/hex
[http_www.webxml.com.cn_zh_cn_index.aspx]: http://www.webxml.com.cn/zh_cn/index.aspx
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221119/d6349e2f038240fbac12cd20f3c3b333.png
[http_ws.webxml.com.cn_WebServices_WeatherWS.asmx_wsdl]: http://ws.webxml.com.cn/WebServices/WeatherWS.asmx?wsdl
[20210127223130287.png]: /images/20221119/afc4163c6e4f433dbe5acdd8dc4a5a6b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221119/d4d9788399334afaae6ac9b990e6aaa6.png
[https_cloud.tencent.com_product_httpdns]: https://cloud.tencent.com/product/httpdns
[https_help.aliyun.com_product_30100.html]: https://help.aliyun.com/product/30100.html
[RFC 959]: https://tools.ietf.org/html/rfc959
[RFC 1738]: https://tools.ietf.org/html/rfc1738
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20221119/fd257716c55e40ec9929c511512e3071.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20221119/0b7636b664c74a20876b4b7b2a28f5b5.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20221119/90758744e6da4996b7375db3b8d256a1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20221119/07b105133c2d455e9307b80f2e848e0d.png
[RFC 5321]: https://tools.ietf.org/html/rfc5321
[RFC 1939]: https://tools.ietf.org/html/rfc1939
[RFC 3501]: https://tools.ietf.org/html/rfc3501
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 9]: /images/20221119/6c7bc581f27c4d94af7e4840b04001c3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 10]: /images/20221119/ceb878fefc6549fc94ec5b1029129a74.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 11]: /images/20221119/ca907cc7093f41ebac8d44a22871eaf4.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 12]: /images/20221119/61dde70fee334ecdbde0d5fa01df063d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221119/c19e3786f0a549bb98922efae30fb6b8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221119/e5fc547cf6e349759659ecf6c2da6863.png