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[网络协议]计算机网络

文章摘自https://juejin.cn/post/6908327746473033741#heading-78

HTTP协议

Get和Post请求的区别

Post 和 Get 是 HTTP 请求的两种方法,其区别如下:

  • 应用场景: GET 请求是一个幂等的请求,一般 Get 请求用于对服务器资源不会产生影响的场景,比如说请求一个网页的资源。而 Post 不是一个幂等的请求,一般用于对服务器资源会产生影响的情景,比如注册用户这一类的操作。
  • 是否缓存: 因为两者应用场景不同,浏览器一般会对 Get 请求缓存,但很少对 Post 请求缓存。
  • 发送的报文格式: Get 请求的报文中实体部分为空,Post 请求的报文中实体部分一般为向服务器发送的数据。
  • 安全性: Get 请求可以将请求的参数放入 url 中向服务器发送,这样的做法相对于 Post 请求来说是不太安全的,因为请求的 url 会被保留在历史记录中。
  • 请求长度: 浏览器由于对 url 长度的限制,所以会影响 get 请求发送数据时的长度。这个限制是浏览器规定的,并不是 RFC 规定的。
  • 参数类型: post 的参数传递支持更多的数据类型。

Post和Put请求的区别

  • PUT请求是向服务器端发送数据,从而修改数据的内容,但是不会增加数据的种类等,也就是说无论进行多少次PUT操作,其结果并没有不同。(可以理解为时更新数据
  • POST请求是向服务器端发送数据,该请求会改变数据的种类等资源,它会创建新的内容。(可以理解为是创建数据

常见的HTTP请求头和响应头

HTTP Request Header 常见的请求头:

  • Accept:浏览器能够处理的内容类型
  • Accept-Charset:浏览器能够显示的字符集
  • Accept-Encoding:浏览器能够处理的压缩编码
  • Accept-Language:浏览器当前设置的语言
  • Connection:浏览器与服务器之间连接的类型
  • Cookie:当前页面设置的任何Cookie
  • Host:发出请求的页面所在的域
  • Referer:发出请求的页面的URL
  • User-Agent:浏览器的用户代理字符串

HTTP Responses Header 常见的响应头:

  • Date:表示消息发送的时间,时间的描述格式由rfc822定义
  • server:服务器名称
  • Connection:浏览器与服务器之间连接的类型
  • Cache-Control:控制HTTP缓存
  • content-type:表示后面的文档属于什么MIME类型

HTTP的304

服务器为了提高网站访问速度,对之前访问的部分页面指定缓存机制,当客户端在此对这些页面进行请求,服务器会根据缓存内容判断页面与之前是否相同,若相同便直接返回304,此时客户端调用缓存内容,不必进行二次下载。

状态码304不应该认为是一种错误,而是对客户端有缓存情况下服务端的一种响应。

产生较多304状态码的原因:

  • 页面更新周期长或不更新
  • 纯静态页面或强制生成静态html

304状态码出现过多会造成以下问题:

  • 网站快照停止;
  • 收录减少;
  • 权重下降。

常见的HTTP请求方式

  • GET: 向服务器获取数据;
  • POST:将实体提交到指定的资源,通常会造成服务器资源的修改;
  • PUT:上传文件,更新数据;
  • DELETE:删除服务器上的对象;
  • HEAD:获取报文首部,与GET相比,不返回报文主体部分;
  • OPTIONS:询问支持的请求方法,用来跨域请求;
  • CONNECT:要求在与代理服务器通信时建立隧道,使用隧道进行TCP通信;
  • TRACE: 回显服务器收到的请求,主要?于测试或诊断。

HTTP和HTTPS协议的区别

HTTP和HTTPS协议的主要区别如下:

  • HTTPS协议需要CA证书,费用较高;而HTTP协议不需要;
  • HTTP协议是超文本传输协议,信息是明文传输的,HTTPS则是具有安全性的SSL加密传输协议;
  • 使用不同的连接方式,端口也不同,HTTP协议端口是80,HTTPS协议端口是443;
  • HTTP协议连接很简单,是无状态的;HTTPS协议是有SSL和HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议,比HTTP更加安全。

当浏览器中输入Google.com并且按下回车之后发生了什么

(1)解析URL: 首先会对 URL 进行解析,分析所需要使用的传输协议和请求的资源的路径。如果输入的 URL 中的协议或者主机名不合法,将会把地址栏中输入的内容传递给搜索引擎。如果没有问题,浏览器会检查 URL 中是否出现了非法字符,如果存在非法字符,则对非法字符进行转义后再进行下一过程。

(2)缓存判断: 浏览器会判断所请求的资源是否在缓存里,如果请求的资源在缓存里并且没有失效,那么就直接使用,否则向服务器发起新的请求。

(3)DNS解析: 下一步首先需要获取的是输入的 URL 中的域名的 IP 地址,首先会判断本地是否有该域名的 IP 地址的缓存,如果有则使用,如果没有则向本地 DNS 服务器发起请求。本地 DNS 服务器也会先检查是否存在缓存,如果没有就会先向根域名服务器发起请求,获得负责的顶级域名服务器的地址后,再向顶级域名服务器请求,然后获得负责的权威域名服务器的地址后,再向权威域名服务器发起请求,最终获得域名的 IP 地址后,本地 DNS 服务器再将这个 IP 地址返回给请求的用户。用户向本地 DNS 服务器发起请求属于递归请求,本地 DNS 服务器向各级域名服务器发起请求属于迭代请求。

(4)获取MAC地址: 当浏览器得到 IP 地址后,数据传输还需要知道目的主机 MAC 地址,因为应用层下发数据给传输层,TCP 协议会指定源端口号和目的端口号,然后下发给网络层。网络层会将本机地址作为源地址,获取的 IP 地址作为目的地址。然后将下发给数据链路层,数据链路层的发送需要加入通信双方的 MAC 地址,本机的 MAC 地址作为源 MAC 地址,目的 MAC 地址需要分情况处理。通过将 IP 地址与本机的子网掩码相与,可以判断是否与请求主机在同一个子网里,如果在同一个子网里,可以使用 APR 协议获取到目的主机的 MAC 地址,如果不在一个子网里,那么请求应该转发给网关,由它代为转发,此时同样可以通过 ARP 协议来获取网关的 MAC 地址,此时目的主机的 MAC 地址应该为网关的地址。

(5)TCP三次握手: 下面是 TCP 建立连接的三次握手的过程,首先客户端向服务器发送一个 SYN 连接请求报文段和一个随机序号,服务端接收到请求后向服务器端发送一个 SYN ACK报文段,确认连接请求,并且也向客户端发送一个随机序号。客户端接收服务器的确认应答后,进入连接建立的状态,同时向服务器也发送一个ACK 确认报文段,服务器端接收到确认后,也进入连接建立状态,此时双方的连接就建立起来了。

(6)HTTPS握手: 如果使用的是 HTTPS 协议,在通信前还存在 TLS 的一个四次握手的过程。首先由客户端向服务器端发送使用的协议的版本号、一个随机数和可以使用的加密方法。服务器端收到后,确认加密的方法,也向客户端发送一个随机数和自己的数字证书。客户端收到后,首先检查数字证书是否有效,如果有效,则再生成一个随机数,并使用证书中的公钥对随机数加密,然后发送给服务器端,并且还会提供一个前面所有内容的 hash 值供服务器端检验。服务器端接收后,使用自己的私钥对数据解密,同时向客户端发送一个前面所有内容的 hash 值供客户端检验。这个时候双方都有了三个随机数,按照之前所约定的加密方法,使用这三个随机数生成一把秘钥,以后双方通信前,就使用这个秘钥对数据进行加密后再传输。

(7)返回数据: 当页面请求发送到服务器端后,服务器端会返回一个 html 文件作为响应,浏览器接收到响应后,开始对 html 文件进行解析,开始页面的渲染过程。

(8)页面渲染: 浏览器首先会根据 html 文件构建 DOM 树,根据解析到的 css 文件构建 CSSOM 树,如果遇到 script 标签,则判端是否含有 defer 或者 async 属性,要不然 script 的加载和执行会造成页面的渲染的阻塞。当 DOM 树和 CSSOM 树建立好后,根据它们来构建渲染树。渲染树构建好后,会根据渲染树来进行布局。布局完成后,最后使用浏览器的 UI 接口对页面进行绘制。这个时候整个页面就显示出来了。

(9)TCP四次挥手: 最后一步是 TCP 断开连接的四次挥手过程。若客户端认为数据发送完成,则它需要向服务端发送连接释放请求。服务端收到连接释放请求后,会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包,并进入 CLOSE_WAIT 状态,此时表明客户端到服务端的连接已经释放,不再接收客户端发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的,所以服务端仍旧可以发送数据给客户端。服务端如果此时还有没发完的数据会继续发送,完毕后会向客户端发送连接释放请求,然后服务端便进入 LAST-ACK 状态。客户端收到释放请求后,向服务端发送确认应答,此时客户端进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL(最大段生存期,指报文段在网络中生存的时间,超时会被抛弃) 时间,若该时间段内没有服务端的重发请求的话,就进入 CLOSED 状态。当服务端收到确认应答后,也便进入 CLOSED 状态。

HTTP请求报文

请求报?有4部分组成:

  • 请求?
  • 请求头部
  • 空?
  • 请求体

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hMhKYwyA-1649173072512)(https://www.icode9.com/img/ll/?i=2020011410162494.jpg)]

  • User-Agent:产?请求的浏览器类型。
  • Accept:客户端可识别的内容类型列表。
  • Host:请求的主机名,允许多个域名同处?个IP地址,即虚拟主机。

请求?包括:请求?法字段、URL字段、HTTP协议版本字段。它们?空格分隔。例如,GET /index.html HTTP/1.1。

请求头部:请求头部由关键字/值对组成,每??对,关键字和值?英?冒号“:”分隔

请求体: post put等请求携带的数据

HTTP响应报文

请求报?有4部分组成:

  • 响应?
  • 响应头
  • 空?
  • 响应体
  • 响应?:由网络协议版本,状态码和状态码的原因短语组成,例如 HTTP/1.1 200 OK 。
  • 响应头:响应部?组成
  • 响应体:服务器响应的数据

HTTP的优缺点

HTTP 是超文本传输协议,它定义了客户端和服务器之间交换报文的格式和方式,默认使用 80 端口。它使用 TCP 作为传输层协议,保证了数据传输的可靠性。

HTTP协议具有以下优点

  • 支持客户端/服务器模式
  • 简单快速:客户向服务器请求服务时,只需传送请求方法和路径。由于 HTTP 协议简单,使得 HTTP 服务器的程序规模小,因而通信速度很快。
  • 无连接:无连接就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,即断开连接,采用这种方式可以节省传输时间。
  • 无状态:HTTP 协议是无状态协议,这里的状态是指通信过程的上下文信息。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息,则它必须重传,这样可能会导致每次连接传送的数据量增大。另一方面,在服务器不需要先前信息时它的应答就比较快。
  • 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 加以标记。

HTTP协议具有以下缺点

  • 无状态: HTTP 是一个无状态的协议,HTTP 服务器不会保存关于客户的任何信息。
  • 明文传输: 协议中的报文使用的是文本形式,这就直接暴露给外界,不安全。
  • 不安全:
    • 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
    • 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
    • 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改

URL的组成部分

以下面的URL为例:www.aspxfans.com:8080/news/index.…

从上面的URL可以看出,一个完整的URL包括以下几部分:

  • 协议部分:该URL的协议部分为“http:”,这代表网页使用的是HTTP协议。在Internet中可以使用多种协议,如HTTP,FTP等等本例中使用的是HTTP协议。在"HTTP"后面的“//”为分隔符;
  • 域名部分:该URL的域名部分为“www.aspxfans.com”。一个URL中,也可以使用IP地址作为域名使用
  • 端口部分:跟在域名后面的是端口,域名和端口之间使用“:”作为分隔符。端口不是一个URL必须的部分,如果省略端口部分,将采用默认端口(HTTP协议默认端口是80,HTTPS协议默认端口是443);
  • 虚拟目录部分:从域名后的第一个“/”开始到最后一个“/”为止,是虚拟目录部分。虚拟目录也不是一个URL必须的部分。本例中的虚拟目录是“/news/”;
  • 文件名部分:从域名后的最后一个“/”开始到“?”为止,是文件名部分,如果没有“?”,则是从域名后的最后一个“/”开始到“#”为止,是文件部分,如果没有“?”和“#”,那么从域名后的最后一个“/”开始到结束,都是文件名部分。本例中的文件名是“index.asp”。文件名部分也不是一个URL必须的部分,如果省略该部分,则使用默认的文件名;
  • 锚部分:从“#”开始到最后,都是锚部分。本例中的锚部分是“name”。锚部分也不是一个URL必须的部分;
  • 参数部分:从“?”开始到“#”为止之间的部分为参数部分,又称搜索部分、查询部分。本例中的参数部分为“boardID=5&ID=24618&page=1”。参数可以允许有多个参数,参数与参数之间用“&”作为分隔符。

HTTPS协议

概念

超文本传输安全协议(Hypertext Transfer Protocol Secure,简称:HTTPS)是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信,利用SSL/TLS来加密数据包。HTTPS的主要目的是提供对网站服务器的身份认证,保护交换数据的隐私与完整性。

HTTP协议采用明文传输信息,存在信息窃听信息篡改信息劫持的风险,而协议TLS/SSL具有身份验证信息加密完整性校验的功能,可以避免此类问题发生。

安全层的主要职责就是对发起的HTTP请求的数据进行加密操作对接收到的HTTP的内容进行解密操作

HTTPS握手过程

  1. 客户端向服务器发起请求,请求中包含使用的协议版本号、生成的一个随机数、以及客户端支持的加密方法。
  2. 服务器端接收到请求后,确认双方使用的加密方法、并给出服务器的证书、以及一个服务器生成的随机数。
  3. 客户端确认服务器证书有效后,生成一个新的随机数,并使用数字证书中的公钥,加密这个随机数,然后发给服 务器。并且还会提供一个前面所有内容的 hash 的值,用来供服务器检验。
  4. 服务器使用自己的私钥,来解密客户端发送过来的随机数。并提供前面所有内容的 hash 值来供客户端检验。
  5. 客户端和服务器端根据约定的加密方法使用前面的三个随机数,生成对话秘钥,以后的对话过程都使用这个秘钥来加密信息。

HTTPS的优缺点

HTTPS的优点如下:

  • 使用HTTPS协议可以认证用户和服务器,确保数据发送到正确的客户端和服务器;
  • 使用HTTPS协议可以进行加密传输、身份认证,通信更加安全,防止数据在传输过程中被窃取、修改,确保数据安全性;
  • HTTPS是现行架构下最安全的解决方案,虽然不是绝对的安全,但是大幅增加了中间人攻击的成本;

HTTPS的缺点如下:

  • HTTPS需要做服务器和客户端双方的加密个解密处理,耗费更多服务器资源,过程复杂;
  • HTTPS协议握手阶段比较费时,增加页面的加载时间;
  • SSL证书是收费的,功能越强大的证书费用越高;
  • HTTPS连接服务器端资源占用高很多,支持访客稍多的网站需要投入更大的成本;
  • SSL证书需要绑定IP,不能再同一个IP上绑定多个域名。

HTTP状态码

分类分类描述
1**信息,服务器收到请求,需要请求者继续执行操作
2**成功,操作被成功接收并处理
3**重定向,需要进一步的操作以完成请求
4**客户端错误,请求包含语法错误或无法完成请求
5**服务器错误,服务器在处理请求的过程中发生了错误
状态码状态码英文名称中文描述
100Continue继续。客户端应继续其请求
101Switching Protocols切换协议。服务器根据客户端的请求切换协议。只能切换到更高级的协议,例如,切换到HTTP的新版本协议
200OK请求成功。一般用于GET与POST请求
201Created已创建。成功请求并创建了新的资源
202Accepted已接受。已经接受请求,但未处理完成
203Non-Authoritative Information非授权信息。请求成功。但返回的meta信息不在原始的服务器,而是一个副本
204No Content无内容。服务器成功处理,但未返回内容。在未更新网页的情况下,可确保浏览器继续显示当前文档
205Reset Content重置内容。服务器处理成功,用户终端(例如:浏览器)应重置文档视图。可通过此返回码清除浏览器的表单域
206Partial Content部分内容。服务器成功处理了部分GET请求
300Multiple Choices多种选择。请求的资源可包括多个位置,相应可返回一个资源特征与地址的列表用于用户终端(例如:浏览器)选择
301Moved Permanently永久移动。请求的资源已被永久的移动到新URI,返回信息会包括新的URI,浏览器会自动定向到新URI。今后任何新的请求都应使用新的URI代替
302Found临时移动。与301类似。但资源只是临时被移动。客户端应继续使用原有URI
303See Other查看其它地址。与301类似。使用GET和POST请求查看
304Not Modified未修改。所请求的资源未修改,服务器返回此状态码时,不会返回任何资源。客户端通常会缓存访问过的资源,通过提供一个头信息指出客户端希望只返回在指定日期之后修改的资源
305Use Proxy使用代理。所请求的资源必须通过代理访问
306Unused已经被废弃的HTTP状态码
307Temporary Redirect临时重定向。与302类似。使用GET请求重定向
400Bad Request客户端请求的语法错误,服务器无法理解
401Unauthorized请求要求用户的身份认证
402Payment Required保留,将来使用
403Forbidden服务器理解请求客户端的请求,但是拒绝执行此请求
404Not Found服务器无法根据客户端的请求找到资源(网页)。通过此代码,网站设计人员可设置"您所请求的资源无法找到"的个性页面
405Method Not Allowed客户端请求中的方法被禁止
406Not Acceptable服务器无法根据客户端请求的内容特性完成请求
407Proxy Authentication Required请求要求代理的身份认证,与401类似,但请求者应当使用代理进行授权
408Request Time-out服务器等待客户端发送的请求时间过长,超时
409Conflict服务器完成客户端的 PUT 请求时可能返回此代码,服务器处理请求时发生了冲突
410Gone客户端请求的资源已经不存在。410不同于404,如果资源以前有现在被永久删除了可使用410代码,网站设计人员可通过301代码指定资源的新位置
411Length Required服务器无法处理客户端发送的不带Content-Length的请求信息
412Precondition Failed客户端请求信息的先决条件错误
413Request Entity Too Large由于请求的实体过大,服务器无法处理,因此拒绝请求。为防止客户端的连续请求,服务器可能会关闭连接。如果只是服务器暂时无法处理,则会包含一个Retry-After的响应信息
414Request-URI Too Large请求的URI过长(URI通常为网址),服务器无法处理
415Unsupported Media Type服务器无法处理请求附带的媒体格式
416Requested range not satisfiable客户端请求的范围无效
417Expectation Failed服务器无法满足Expect的请求头信息
500Internal Server Error服务器内部错误,无法完成请求
501Not Implemented服务器不支持请求的功能,无法完成请求
502Bad Gateway作为网关或者代理工作的服务器尝试执行请求时,从远程服务器接收到了一个无效的响应
503Service Unavailable由于超载或系统维护,服务器暂时的无法处理客户端的请求。延时的长度可包含在服务器的Retry-After头信息中
504Gateway Time-out充当网关或代理的服务器,未及时从远端服务器获取请求
505HTTP Version not supported服务器不支持请求的HTTP协议的版本,无法完成处理

(1)2XX 成功

  • 200 OK,表示从客户端发来的请求在服务器端被正确处理
  • 204 No content,表示请求成功,但响应报文不含实体的主体部分
  • 205 Reset Content,表示请求成功,但响应报文不含实体的主体部分,但是与 204 响应不同在于要求请求方重置内容
  • 206 Partial Content,进行范围请求

(2)3XX 重定向

  • 301 moved permanently,永久性重定向,表示资源已被分配了新的 URL
  • 302 found,临时性重定向,表示资源临时被分配了新的 URL
  • 303 see other,表示资源存在着另一个 URL,应使用 GET 方法获取资源
  • 304 not modified,表示服务器允许访问资源,但因发生请求未满足条件的情况
  • 307 temporary redirect,临时重定向,和302含义类似,但是期望客户端保持请求方法不变向新的地址发出请求

(3)4XX 客户端错误

  • 400 bad request,请求报文存在语法错误
  • 401 unauthorized,表示发送的请求需要有通过 HTTP 认证的认证信息
  • 403 forbidden,表示对请求资源的访问被服务器拒绝
  • 404 not found,表示在服务器上没有找到请求的资源

(4)5XX 服务器错误

  • 500 internal sever error,表示服务器端在执行请求时发生了错误
  • 501 Not Implemented,表示服务器不支持当前请求所需要的某个功能
  • 503 service unavailable,表明服务器暂时处于超负载或正在停机维护,无法处理请求

网络模型

OSI七层模型

(1)应用层

OSI参考模型中最靠近用户的一层,是为计算机用户提供应用接口,也为用户直接提供各种网络服务。我们常见应用层的网络服务协议有:HTTPHTTPSFTPPOP3SMTP等。

  • 在客户端与服务器中经常会有数据的请求,这个时候就是会用到http(hyper text transfer protocol)(超文本传输协议)或者https.在后端设计数据接口时,我们常常使用到这个协议。
  • FTP是文件传输协议,在开发过程中,个人并没有涉及到,但是我想,在一些资源网站,比如百度网盘``迅雷应该是基于此协议的。
  • SMTPsimple mail transfer protocol(简单邮件传输协议)。在一个项目中,在用户邮箱验证码登录的功能时,使用到了这个协议。

(2)表示层

表示层提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。如果必要,该层可提供一种标准表示形式,用于将计算机内部的多种数据格式转换成通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。

在项目开发中,为了方便数据传输,可以使用base64对数据进行编解码。如果按功能来划分,base64应该是工作在表示层。

(3)会话层

会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。

(4)传输层

传输层建立了主机端到端的链接,传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务,包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节,使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。我们通常说的,TCP UDP就是在这一层。端口号既是这里的“端”。

(5)网络层

本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接,为源端的运输层送来的分组,选择合适的路由和交换节点,正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。就是通常说的IP层。这一层就是我们经常说的IP协议层。IP协议是Internet的基础。我们可以这样理解,网络层规定了数据包的传输路线,而传输层则规定了数据包的传输方式。

(6)数据链路层

将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址 (以太网使用MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。 网络层与数据链路层的对比,通过上面的描述,我们或许可以这样理解,网络层是规划了数据包的传输路线,而数据链路层就是传输路线。不过,在数据链路层上还增加了差错控制的功能。

(7)物理层

实际最终信号的传输是通过物理层实现的。通过物理介质传输比特流。规定了电平、速度和电缆针脚。常用设备有(各种物理设备)集线器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆。这些都是物理层的传输介质。

OSI七层模型通信特点:对等通信 对等通信,为了使数据分组从源传送到目的地,源端OSI模型的每一层都必须与目的端的对等层进行通信,这种通信方式称为对等层通信。在每一层通信过程中,使用本层自己协议进行通信。

TCP/IP五层协议

  • 应用层 (application layer):直接为应用进程提供服务。应用层协议定义的是应用进程间通讯和交互的规则,不同的应用有着不同的应用层协议,如 HTTP协议(万维网服务)、FTP协议(文件传输)、SMTP协议(电子邮件)、DNS(域名查询)等。
  • 传输层 (transport layer):有时也译为运输层,它负责为两台主机中的进程提供通信服务。该层主要有以下两种协议:
    • 传输控制协议 (Transmission Control Protocol,TCP):提供面向连接的、可靠的数据传输服务,数据传输的基本单位是报文段(segment);
    • 用户数据报协议 (User Datagram Protocol,UDP):提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务,但不保证数据传输的可靠性,数据传输的基本单位是用户数据报。
  • 网络层 (internet layer):有时也译为网际层,它负责为两台主机提供通信服务,并通过选择合适的路由将数据传递到目标主机。
  • 数据链路层 (data link layer):负责将网络层交下来的 IP 数据报封装成帧,并在链路的两个相邻节点间传送帧,每一帧都包含数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。
  • 物理层 (physical Layer):确保数据可以在各种物理媒介上进行传输,为数据的传输提供可靠的环境。

TCP协议

概念

TCP的全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP 是面向连接的、可靠的流协议(流就是指不间断的数据结构)。

1)面向连接

面向连接,是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”,这样能建立可靠的连接。建立连接,是为数据的可靠传输打下了基础。

2)仅支持单播传输

每条TCP传输连接只能有两个端点,只能进行点对点的数据传输,不支持多播和广播传输方式。

3)面向字节流

TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输,而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。

4)可靠传输

对于可靠传输,判断丢包、误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据(假设丢失了)将会被重传。

5)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。

6)提供全双工通信

TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据,因为TCP连接的两端都设有缓存,用来临时存放双向通信的数据。当然,TCP可以立即发送一个数据段,也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段(最大的数据段大小取决于MSS)

TCP的重传机制

由于TCP的下层网络(网络层)可能出现丢失、重复或失序的情况,TCP协议提供可靠数据传输服务。为保证数据传输的正确性,TCP会重传其认为已丢失(包括报文中的比特错误)的包。TCP使用两套独立的机制来完成重传,一是基于时间,二是基于确认信息

TCP在发送一个数据之后,就开启一个定时器,若是在这个时间内没有收到发送数据的ACK确认报文,则对该报文进行重传,在达到一定次数还没有成功时放弃并发送一个复位信号

TCP的拥塞控制机制

TCP的拥塞控制机制主要是以下四种机制:

  • 慢启动(慢开始)
  • 拥塞避免
  • 快速重传
  • 快速恢复

TCP三次握手和四次挥手

三次握手

  • 第一次握手:客户端给服务端发一个 SYN 报文,并指明客户端的初始化序列号 ISN,此时客户端处于 SYN_SEND 状态。首部的同步位SYN=1,初始序号seq=x,SYN=1的报文段不能携带数据,但要消耗掉一个序号。

  • 第二次握手:服务器收到客户端的 SYN 报文之后,会以自己的 SYN 报文作为应答,并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN。同时会把客户端的 ISN + 1 作为ACK 的值,表示自己已经收到了客户端的 SYN,此时服务器处于 SYN_REVD 的状态。在确认报文段中SYN=1,ACK=1,确认号ack=x+1,初始序号seq=y

  • 第三次握手:客户端收到 SYN 报文之后,会发送一个 ACK 报文,当然,也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值,表示已经收到了服务端的 SYN 报文,此时客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到 ACK 报文之后,也处于 ESTABLISHED 状态,此时,双方已建立起了连接。确认报文段ACK=1,确认号ack=y+1,序号seq=x+1(初始为seq=x,第二个报文段所以要+1),ACK报文段可以携带数据,不携带数据则不消耗序号。

为什么一定要三次握手

  • 为了确认双方的接收能力和发送能力都正常
  • 如果是用两次握手,则会出现下面这种情况:

如客户端发出连接请求,但因连接请求报文丢失而未收到确认,于是客户端再重传一次连接请求。后来收到了确认,建立了连接。数据传输完毕后,就释放了连接,客户端共发出了两个连接请求报文段,其中第一个丢失,第二个到达了服务端,但是第一个丢失的报文段只是在某些网络结点长时间滞留了,延误到连接释放以后的某个时间才到达服务端,此时服务端误认为客户端又发出一次新的连接请求,于是就向客户端发出确认报文段,同意建立连接,不采用三次握手,只要服务端发出确认,就建立新的连接了,此时客户端忽略服务端发来的确认,也不发送数据,则服务端一致等待客户端发送数据,浪费资源。

总结

第一次握手: 客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后,客户端便进入 SYN-SENT 状态。

第二次握手: 服务端收到连接请求报文段后,如果同意连接,则会发送一个应答,该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号,发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。

第三次握手: 当客户端收到连接同意的应答后,还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态,服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态,此时连接建立成功。

四次挥手

  • 第一次挥手: 客户端会发送一个 FIN 报文,报文中会指定一个序列号。此时客户端处于 FIN_WAIT1 状态。即发出连接释放报文段(FIN=1,序号seq=u),并停止再发送数据,主动关闭TCP连接,进入FIN_WAIT1(终止等待1)状态,等待服务端的确认。

  • 第二次挥手:服务端收到 FIN 之后,会发送 ACK 报文,且把客户端的序列号值 +1 作为 ACK 报文的序列号值,表明已经收到客户端的报文了,此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。即服务端收到连接释放报文段后即发出确认报文段(ACK=1,确认号ack=u+1,序号seq=v),服务端进入CLOSE_WAIT(关闭等待)状态,此时的TCP处于半关闭状态,客户端到服务端的连接释放。客户端收到服务端的确认后,进入FIN_WAIT2(终止等待2)状态,等待服务端发出的连接释放报文段。

  • 第三次挥手:如果服务端也想断开连接了,和客户端的第一次挥手一样,发给 FIN 报文,且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。即服务端没有要向客户端发出的数据,服务端发出连接释放报文段(FIN=1,ACK=1,序号seq=w,确认号ack=u+1),服务端进入LAST_ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。

  • 第四次挥手:客户端收到 FIN 之后,一样发送一个 ACK 报文作为应答,且把服务端的序列号值 +1 作为自己 ACK 报文的序列号值,此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态,服务端收到 ACK 报文之后,就处于关闭连接了,处于 CLOSED 状态。即客户端收到服务端的连接释放报文段后,对此发出确认报文段(ACK=1,seq=u+1,ack=w+1),客户端进入TIME_WAIT(时间等待)状态。此时TCP未释放掉,需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后,客户端才进入CLOSED状态。

总结

第一次挥手: 若客户端认为数据发送完成,则它需要向服务端发送连接释放请求。

第二次挥手:服务端收到连接释放请求后,会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包,并进入 CLOSE_WAIT 状态,此时表明客户端到服务端的连接已经释放,不再接收客户端发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的,所以服务端仍旧可以发送数据给客户端。

第三次挥手:服务端如果此时还有没发完的数据会继续发送,完毕后会向客户端发送连接释放请求,然后服务端便进入 LAST-ACK 状态。

第四次挥手: 客户端收到释放请求后,向服务端发送确认应答,此时客户端进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL(最大段生存期,指报文段在网络中生存的时间,超时会被抛弃) 时间,若该时间段内没有服务端的重发请求的话,就进入 CLOSED 状态。当服务端收到确认应答后,也便进入 CLOSED 状态。
才进入CLOSED状态。`

总结

第一次挥手: 若客户端认为数据发送完成,则它需要向服务端发送连接释放请求。

第二次挥手:服务端收到连接释放请求后,会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包,并进入 CLOSE_WAIT 状态,此时表明客户端到服务端的连接已经释放,不再接收客户端发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的,所以服务端仍旧可以发送数据给客户端。

第三次挥手:服务端如果此时还有没发完的数据会继续发送,完毕后会向客户端发送连接释放请求,然后服务端便进入 LAST-ACK 状态。

第四次挥手: 客户端收到释放请求后,向服务端发送确认应答,此时客户端进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL(最大段生存期,指报文段在网络中生存的时间,超时会被抛弃) 时间,若该时间段内没有服务端的重发请求的话,就进入 CLOSED 状态。当服务端收到确认应答后,也便进入 CLOSED 状态。

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加:2022-04-07 23:05:00  更:2022-04-07 23:06:29 
 
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