网络协议之TCP/IP
计算机网络的结构是分层的，每层都有各种协议来规范，关于互联网的分层以及每一层的协议介绍请参考我的另外一篇文章：现代巴别塔（互联网）是怎么建成的。而TCP/IP是其中最重要的一个协议族，除了包括位于传输层的TCP/UDP协议和网络接口层的IP/ARP协议之外，默认还包括位于应用层的http/Ftp/Telnet等协议。
TCP
1. TCP协议的定义
TCP（Transmission Control Protocol）协议是构成整个互联网传输协议的重要一部分，它位于网络分层结构的传输层。
其实，传输层的协议有两种：TCP和UDP。但是UDP不能保证数据被准确无误的发送到目的地，而TCP要求目标主机在收到数据后发回一个确认，如果发送方在一定时间内未收到确认信息，则会重新发送数据包。因此，UDP发送速度更快，TCP发送更可靠。
2. TCP协议实现的步骤
2.1 知识储备
标志位(SYN flag)：
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紧急指针（URGENT POINTER）：立即处理不必排队
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确认（ACKNOWLEDGEMENT）：ACK=1表示确认数据包成功接收
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推送PUSH：关于优先级
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复位（RST）标志
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同步标志（SYNCHRONISATION FLAG）:SYN=1表示申请建立连接
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FIN 标志：拆除上一个标志SYN建立的连接
ack(acknowledge) number：只有ACK=1时才有效，建立连接后发送报文的ACK必须为1.
seq(sequence) number
MSL(Maximum segment lifetime)：报文最大生存时间
2.2 三次握手
三次握手即客户端与服务端传送的三个数据包
- 第一次握手：
第一次握手.png
客户端发送数据包到服务端,其中将标志位SYN置为1，发送顺序号seq=x。然后客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确认
- 第二次握手：
第二次握手.png
服务端接收到数据包，根据标志位SYN=1知道客户端请求建立连接。服务端发送确认数据包到客户端，其中将标志位ACK，SYN置为1，ack=x+1，seq=y。然后服务器进入到SYN_RCVD状态。
- 第三次握手：
第三次握手.png
客户端接收到来自服务端的确认后，检查ack是否为x+1，如果正确，则发送数据包到服务端，其中ack=y+1。服务端检查ACK是否是y+1,如果正确，则连接建立成功，客户端和服务端同时进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
2.3 数据传输
客户端序列号seq=x+1，ACK=Y+1,发送数据包给服务端，服务端收到后,ACK=y+2
2.4 四次挥手
- 第一次挥手：
客户端发送一个数据包到服务器，其中标志位FIN=1，初始化序列号seq=u,同时客户端进入FIN_WAIT_1状态。
- 第二次挥手：
服务端发回一个数据包给客户器，其中ACK=1,ack number=u+1,序列号seq=v。然后客户端进入FIN_WAIT_2状态，服务端进入CLOSE_WAIT状态。
- 第三次挥手：
服务端断开与客户端的链接，发回客户端一个数据包,其中FIN=1，ACK=1,seq=w,和ack number=u+1.服务器进入LAST_ACK状态
- 第四次挥手：
客户端发送数据包到服务端，其中ACK=1,ack number=w+1.客户端进入TIME_WAIT状态，等待2MAL进入close状态，服务器也进入close状态。
Socket连接
socket是对TCP/IP协议的封装成的接口，方便程序员更方便的使用TCP/IP协议。不过需要注意的是socket可以基于TCP也可以基于UDP。socket连接的建立至少需要一对套接字：Client socket和Server socket
1. 连接过程
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服务端监听
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客户端请求
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连接确认
特点
基于TCP的socket连接可能是长连接可能是短连接，长连接需要定时发送心跳包来维持。
HTTP协议
超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )建立在TCP/IP基础上，他的特点是客户端发送的每次请求都需要服务端的响应，请求结束后主动释放连接，所以是一种短连接。
http的请求/响应步骤
1. 客户端连接到web服务器
客户端与web服务器的HTTP端口（默认80）建立一个TCP套接字连接
2. 客户端发送HTTP请求
通过TCP套接字，客户端向web服务器发送一个请求报文。请求报文由请求行（request line）,请求头（header），空行和请求数据四部分组成。如下图
http请求报文.png
2.1 请求行
如图所示，请求行由三个字段构成：请求方法，URL，HTTP协议版本。
其中HTTP协议的请求方法有GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT
2.2 请求头
请求头由key：value的形式构成。比如
Content-Type:请求体/响应体的类型
User-Agent：产生请求的浏览器类型。
Accept：客户端可识别的内容类型列表。
Host：请求的主机名，允许多个域名同处一个IP地址，即虚拟主机。
2.3 空行
发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有请求头
2.4 请求数据
请求数据不在GET方法中使用，而是在POST方法中使用
3. 服务器接收请求并返回HTTP响应
HTTP响应报文也由四个部分组成，分别是：状态行、消息报头、空行和响应正文.如下图
http响应报文.png
4. 释放连接
若connection 模式为close，则服务器主动关闭TCP连接，客户端被动关闭连接，释放TCP连接;若connection 模式为keepalive，则该连接会保持一段时间，在该时间内可以继续接收请求
5. 客户端解析HTML内容
http与https的区别
HTTP传输的数据都是明文的，未加密的，https通过SSL（Secure Sockets Layer）协议对数据进行加密。此处不再展开
End。
