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一文走进 HTTP 与 TCP 协议
网络 网络管理
UDP是面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文,UDP发送多长的报文,即一次发送一个报文。因此,应用程序必须选择合适大小的报文。

 

本文转载自微信公众号「三分钟学前端」,作者sisterAn。转载本文请联系三分钟学前端公众号。

引言

本文从 OSI 网络分层(7 层) 开始探讨 TCP 与 HTTP 的关系,包含以下几个部分:

  • OSI 网络分层(7 层)
  • TCP 协议(三次握手、四次挥手)
  • HTTP
  • TCP 与 HTTP 的区别与联系

OSI 网络分层(7 层)

Open Systems Interconncection 开放系统互联:

1 物理层 -> 2 数据链路层 -> 3 网络层(ip)-> 4 传输层(tcp) -> 5 会话层 --> 6 表示层 --> 7 应用层(http)

 

  协议 描述
第七层 应用层 支持网络应用,应用协议仅仅是网络应用的一个组成部分,运行在不同主机上的进程则使用应用层协议进行通信。主要的协议有:http、ftp、dns、telnet、smtp、pop3等。
第六层 表示层 把数据转换为合适、可理解的语法和语义
第五层 会话层 维护网络中的连接状态,即保持会话和同步,有 SSL
第四层 传输层 负责为信源和信宿提供应用程序进程间的数据传输服务,这一层上主要定义了两个传输协议,即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。
第三层 网络层 负责将数据报独立地从信源发送到信宿,主要解决路由选择、拥塞控制和网络互联等问题。IP 在这一层
第二层 数据链路层 负责将IP数据报封装成合适在物理网络上传输的帧格式并传输,或将从物理网络接收到的帧解封,取出IP数据报交给网络层。
第一层 物理层 负责将比特流在结点间传输,即负责物理传输。该层的协议既与链路有关也与传输介质有关。

HTTP 是应用层协议,而 TCP 是传输层协议,接下来我们逐一详细介绍??

TCP

TCP、UDP都是是传输层协议:

  • 用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol):
    • 无连接;
    • 尽最大努力的交付;
    • 面向报文;
    • 无拥塞控制;
    • 支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信;
    • 首部开销小(只有四个字段:源端口、目的端口、长度、检验和)。
  • 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol):
    • 面向连接;
    • 每一个TCP连接只能是点对点的(一对一);
    • 提供 可靠交付 服务;
    • 提供 全双工 通信;
    • 面向字节流。

另外,UDP是面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文,UDP发送多长的报文,即一次发送一个报文。因此,应用程序必须选择合适大小的报文

应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块(大小不等),但 TCP 把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲,当应该程序传送的数据块太长,TCP就可以把它划分短一些再传送

当网络通信时采用 TCP 协议时,在真正的读写操作之前,客户端与服务器端之间必须建立一个连接,当读写操作完成后,双方不再需要这个连接时可以释放这个连接。连接的建立依靠“三次握手”,而释放则需要“四次握手”,所以每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的

TCP连接过程(三次握手)

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。

为什么需要三次握手,2次不行吗?

喂喂喂,我是A,你听的到吗?B:在在在,我能听到,我是B,你能听到我吗? A:(听到了,老子不想理你) B:喂喂喂?听不听到?我X,对面死了,我挂了。。

如果只有 2 次的话,B 并不清楚 A 是否收到他发过去的信息。

TCP断开链接(四次挥手)

第一次挥手

若客户端 A 认为数据发送完成,则它需要向服务端 B 发送连接释放请求。

第二次挥手

B 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 A 到 B 的连接已经释放,不再接收 A 发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的,所以 B 仍旧可以发送数据给 A。

第三次挥手

B 如果此时还有没发完的数据会继续发送,完毕后会向 A 发送连接释放请求,然后 B 便进入 LAST-ACK 状态。

PS:通过延迟确认的技术(通常有时间限制,否则对方会误认为需要重传),可以将第二次和第三次握手合并,延迟 ACK 包的发送。

第四次挥手

A 收到释放请求后,向 B 发送确认应答,此时 A 进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL(最长报文段寿命,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 B 的重发请求的话,就进入 CLOSED 状态。当 B 收到确认应答后,也便进入 CLOSED 状态。

HTTP

HTTP 是建立在 TCP 上的应用层协议,超文本传送协议。

HTTP 连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应,在请求结束后,会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

http1.0 :客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接,在处理完本次请求后,就自动释放连接。

http1.1 :可以在一次连接中处理多个请求,并且多个请求可以重叠进行,不需要等待一个请求结束后就可以再发送一个新的请求

http2.0 :支持多路复用,一个 TCP 可同时传输多个 http 请求,头部数据还做了压缩

http3.0 :使用了 QUIC,开启多个 TCP 连接,在出现丢包的情况下,只有丢包的 TCP 等待重传,剩余的 TCP 连接还可以正常传输数据

HTTP特点

  • 无状态:协议对客户端没有状态存储,对事物处理没有“记忆”能力,比如访问一个网站需要反复进行登录操作。
  • 无连接:HTTP/1.1之前,由于无状态特点,每次请求需要通过TCP三次握手四次挥手,和服务器重新建立连接。比如某个客户机在短时间多次请求同一个资源,服务器并不能区别是否已经响应过用户的请求,所以每次需要重新响应请求,需要耗费不必要的时间和流量。
  • 基于请求和响应:基本的特性,由客户端发起请求,服务端响应。
  • 简单快速、灵活。
  • 通信使用明文、请求和响应不会对通信方进行确认、无法保护数据的完整性。

Method

  • GET 方法请求一个指定资源的表示形式. 使用GET的请求应该只被用于获取数据.
  • HEAD 方法请求一个与GET请求的响应相同的响应,只返回请求头,没有响应体,多数由 JavaScript 发起
  • POST 方法用于将实体提交到指定的资源,通常导致状态或服务器上的副作用的更改.
  • PUT 方法用请求有效载荷替换目标资源的所有当前表示。
  • DELETE 方法删除指定的资源。
  • CONNECT 方法建立一个到由目标资源标识的服务器的隧道,多用于 HTTPS 和 WebSocket 。
  • OPTIONS 方法,预检,用于描述目标资源的通信选项。通过该请求来知道服务端是否允许跨域请求。
  • TRACE 方法沿着到目标资源的路径执行一个消息环回测试,多数线上服务都不支持
  • PATCH 方法用于对资源应用部分修改。

HTTP 与 TCP 区别

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 对应于应用层,TCP 协议对应于传输层
  • HTTP 协议是在 TCP 协议之上建立的,HTTP 在发起请求时通过 TCP 协议建立起连接服务器的通道,请求结束后,立即断开 TCP 连接
  • HTTP 是无状态的短连接,而 TCP 是有状态的长连接
  • 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

说明:从HTTP/1.1起,默认都开启了Keep-Alive,保持连接特性,简单地说,当一个网页打开完成后,客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭,如果客户端再次访问这个服务器上的网页,会继续使用这一条已经建立的连接Keep-Alive不会永久保持连接,它有一个保持时间,可以在不同的服务器软件(如Apache)中设定这个时间。

来自:https://github.com/Advanced-Frontend/Daily-Interview-Question

 

责任编辑:武晓燕 来源: 三分钟学前端
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