聊聊TCP/IP、HTTP和Socket

作者: Coder_Fsh_Messi | 来源:发表于2016-06-19 21:12 被阅读1482次

    1.这些都是什么?

    既然是网络传输,涉及几个系统之间的交互,那么首先要考虑的是如何准确的定位到网络上的一台或者几台主机,另一个是如何进行可靠高效的数据传输.这里就要使用到TCP/IP协议。

    1.1 TCP/IP协议组

    TCP/IP协议(传输控制协议)由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。
    • IP层负责网络主机的定位,数据传输的路由,由IP地址可以唯一的确定Internet上的一台主机。
    • TCP层负责面向应用的可靠的或费可靠的数据传输机制,这是网络编程的主要对象。
    TCP/IP是个协议组,可分为三个层次:网络层,传输层和应用层:
    • 网络层:IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议和BOOTP协议;
    • 传输层:TCP协议与UDP协议;
    • 应用层:FTP、HTTP、TELNET、SMTP、DNS等协议;

    HTTP是应用层协议,其传输都是被包装成TCP协议传输。可以用Socket实现HTTP。Socket是实现传输层协议的一种编程API,可以是TCP,也可以是UDP。

    1.2 TCP

    • TCP,即传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前,必须先在双方之间建立一个TCP连接,之后才能传输数据。TCP提供超时重发,丢弃重复数据,检验数据,流量控制等功能,保证数据能从一端传到另一端。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。
    • TCP是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议,得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个Socket之间必须建立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个Socket(通常都是Server Socket)等待建立连接时,另一个Socket可以要求进行连接,一旦这两个Socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送和接收操作。
    TCP特点
    1. TCP是面向连接的协议,通过三次握手建立连接,通讯完成时要拆除连接,由于TCP是面向连接协议,所以只能用于点对点的通讯。而且建立连接也需要消耗时间和开销。
    2. TCP传输数据无大小限制,进行大数据传输。
    3. TCP是一个可靠的协议,它能保证接收方能够完整正确地接收到发送方发送的全部数据。
    TCP的三次握手

    第一次握手:客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
    第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
    第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手;

    【适用情况】
    • TCP发送的包有序号,对方收到包后要给一个反馈,如果超过一定时间还没收到反馈就自动执行超时重发,因此TCP最大的优点是可靠。一般网页(http)、邮件(SMTP)、远程连接(Telnet)、文件(FTP)传送就用TCP
    • TCP在网络通信上有极强的生命力,例如远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此TCP传输的效率不如UDP高。

    1.3 UDP

    • UDP,即用户数据报协议,是一个无连接的简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性,它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去,但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户端和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,固而传输速度很快。
    • UDP是一种面向无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网路上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间已经内容的正确性都是不能被保证的。
    UDP特点:
    1. UDP是面向无连接的通讯协议,UDP数据包括目的端口号和源端口号信息,由于通讯不需要连接,所以可以实现广播发送。
    2. UDP传输数据时有大小限制,每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
    3. UDP是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。
    【适用情况】
    • UDP是面向消息的协议,通讯时不需要建立连接,数据的传输自然是不可靠的,UDP一般多用于多点通讯和实时的数据业务,比如语音广播、视频、QQ、TFTP(简单文件传送)、SNMP(简单网络管理协议)、RTP(实时传送协议)RIP(路由信息协议,如报告股票市场,航空信息)、DNS(域名解释)。注重速度流畅。
    • UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

    1.4 Socket

    • Socket通常也称作“套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。应用程序通常通过“套接字”向网络发送请求或者应答网络请求。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,但是,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此两者之间是没有必然联系的。

    • Socket通讯过程:服务器监听某个端口是否有连接请求,客户端向服务端发送连接请求,服务端收到连接请求向客户端发出接收信息,这样一个连接就建立起来了。客户端和服务端都可以相互发送消息与对方进行通讯。

    • Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Scoket去组织数据,以符合指定的协议。

    • 由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,直到双方连接断开。但在实际网络应用中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致Socket连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。

    1.套接字(socket)概念
    • 套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包括进行网络通信必需的五种信息:连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。
    • 应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。
    2.建立socket连接
    • 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。

    • 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;

    • 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。

    • 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。

    3.Socket连接与TCP连接
    • 创建Socket连接时,可以指定使用的传输层协议,Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时,该Socket连接就是一个TCP连接。
    【适用情况】

    很多情况下,需要服务器端主动向客户端推送数据,保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接,服务器就可以直接将数据传送给客户端;

    1.5 HTTP

    • HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用,HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立TCP连接,而且需要客户端向服务器发出请求请求中包含请求方法、URI、协议版本以及相关的MIME样式的消息,服务器端才能回复数据。服务器响应包含消息的协议版本、一个成功和失败码以及相关的MIME式样的消息。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”。由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接,因此HTTP连接是一种“短连接”,要保持客户端程序的在线状态,需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即使不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求,则认为客户端“下线”,若客户端长时间无法收到服务器的回复,则认为网络已经断开。

    • 为了获得适当的传输速度,则需要TCP花费额外的回路链接时间(RTT)。每一次链接的建立需要这种经常性的开销,而其并不带有实际有用的数据,只是保证链接的可靠性。因此HTTP/1.1提出了可持续链接的实现方法:HTTP/1.1将只建立一次TCP的链接而重复地使用它传输一系列的请求/响应消息,因此减少了链接建立的次数和经常性的链接开销。

    • 结论:HTTP是应用层协议,其传输都是被包装成TCP协议传输。可以用SOCKET实现HTTP。SOCKET是实现传输层协议的一种编程API,可以是TCP,也可以是UDP。

    【适用情况】

    若双方建立的是HTTP连接,则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端,因此,客户端定时向服务器端发送连接请求,不仅可以保持在线,同时也是在“询问”服务器是否有新的数据,如果有就将数据传给客户端。

    相关文章

      网友评论

        本文标题:聊聊TCP/IP、HTTP和Socket

        本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/ifibdttx.html