Network学习笔记

整理了一些网络学习中易混淆的名词。

说到网络,不得不提的就是分层模型。

七层模型 五层模型 四层模型
应用层
表示层 应用层 应用层
会话层
传输层 传输层 传输层
网络层 网络层 网络层
数据链路层 数据链路层 链接层/实体层
物理层 物理层

七层模型的上三层归为应用层即为TCP/IP五层模型,五层模型的下两层归为链接层或者说实体层即为四层模型。

也就是说,所谓的五层或者四层,其实可以认为是方便理解而形成的潜规则,而具体的实施肯定还是得根据七层的标准来。毕竟每一层都有每一层各自的功能,而为了完成每一层的功能,就需要大家遵守相关的规则,也就是协议。

IP

IP协议(网际协议)对应于网络层,在网络通信中,网络组件的寻址对信息的路由选择和传输来说是相当关键的。相同网络中的两台机器间的消息传输有各自的技术协定。LAN 是通过提供6字节的唯一标识符(“MAC”地址)在机器间发送消息的。SNA 网络中的每台机器都有一个逻辑单元及与其相应的网络地址。

TCP

TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是基于连接的协议,也就是说,在正式收发数据前,必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来,握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。

理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前,TCP 连接都将被一直保持下去。

断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求,断开过程需要经过“四次握手”(过程就不细写了,就是服务器和客户端交互,最终确定断开)

通过序列化应答和必要时重发数据包,TCP 为应用程序提供了可靠的传输流和虚拟连接服务,使一台计算机发出的字节流无差错地发往网络上的其他计算机,对可靠性要求高的数据通信系统往往使用TCP协议传输数据。TCP 还提供有效流控制,全双工操作和多路传输技术。

TCP是传输层协议,每一条TCP连接只能是点到点的,数据包在网络传输过程中,HTTP被封装在TCP包内。

UDP

UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是面向非连接的协议,它不与对方建立连接,而是直接就把数据包发送过去!

UDP 适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。比如,我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实 “ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。例如, 在默认状态下,一次“ping”操作发送4个数据包。大家可以看到,发送的数据包数量是4包,收到的也是4包(因为对方主机收到后会发回一 个确认收到的数据包)。

这充分说明了UDP协议是面向非连接的协议,没有建立连接的过程。正因为UDP协议没有连接的过程,使得UDP的开销更小数据传输速率更高,因为不必进行收发数据的确认,所以UDP的实时性更好通信效果高。但也正因为如此,它的可靠性不如TCP协议高,可能会出现先发未必先至现象。QQ就使用UDP发消息,因此有时会出现收不到消息的情况。

UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信,可以实现广播。

知道了TCP和UDP的区别,就不难理解为何采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢了,但并不能说QQ的通信是不安全的,因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证,比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证啊什么的,即使是这样,UDP因为在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”而实现了TCP所无法达到的传输效率。

HTTP

HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)的缩写,是用于从万维网(WWW:World Wide Web )服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据(HTML 文件, 图片文件, 查询结果等)。

HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议,由于其简捷、快速的方式,适用于分布式超媒体信息系统。

HTTP协议工作于客户端-服务端架构为上。浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求。Web服务器根据接收到的请求后,向客户端发送响应信息。

HTTP协议定义Web客户端如何从Web服务器请求Web页面,以及服务器如何把Web页面传送给客户端。HTTP协议采用了请求/响应模型。客户端向服务器发送一个请求报文,请求报文包含请求的方法、URL、协议版本、请求头部和请求数据。服务器以一个状态行作为响应,响应的内容包括协议的版本、成功或者错误代码、服务器信息、响应头部和响应数据。

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”。HTTP是无状态的短连接,就是经过一次一来一回的即断开连接。无法记录状态,所以引进session还有cookie弥补他无状态的缺陷。

WebSocket

WebSocket也是一种协议,并且也是基于TCP协议的。具体流程是WebSocket通过HTTP先发送一个标记了 Upgrade 的请求,服务端解析后开始建立TCP连接,省去了HTTP长连接每次请求都要上传header的冗余,可以理解为WebSocket是HTTP的优化,但WebSocket不仅仅在Web应用程序上得到支持。

WebSocket是在H5之后发布的,可以实现双向通信,也是基于TCP的应用层协议。 在他的握手请求中会比HTTP协议多出两行代码:

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

他保证了服务器识别该协议为WebSocket协议。

总结一下,TCP/IP协议是传输层协议,主要解决数据如何在网络中传输,而HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据。

关于TCP/IP和HTTP协议的关系,网络有一段比较容易理解的介绍:“我们在传输数据时,可以只使用(传输层)TCP/IP协议,但是那样的话,如果没有应用层,便无法识别数据内容。如果想要使传输的数据有意义,则必须使用到应用层协议。应用层协议有很多,除 HTTP ,WebSocket外还有 FTP、TELNET 等,也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议,以封装HTTP文本信息,然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

HTTP通信过程属于“你推一下,我走一下”的方式,客户端不发请求则服务器永远无法发送数据给客户端。在HTTP上实现长连接以前可用AJAX轮询(就是隔一段时间发送ajax来保证数据,但这样会耗费大量资源)。而WebSocket则在进行第一次HTTP请求之后,其他全部采用TCP通道进行双向通讯。所以,HTTP和WebSocket虽都是基于TCP协议,但是两者属于完全不同的两种通讯方式。

Socket

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。实际上,Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。

Socket编程接口在设计的时候,就希望也能适应其他的网络协议。所以说,Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已,是对TCP/IP协议的抽象,从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口,比如create、listen、connect、accept、send、read和write等等。
建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

1、服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。

2、客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。

为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。

3、连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。

而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。

传输层的TCP是基于网络层的IP协议的,而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的,而Socket本身不算是协议,就像上面所说,它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。