TCP/IP网络模型、HTTP/HTTPS协议

2020-04-09  本文已影响0人  佳节明月

TCP/IP网络模型

TCP/IP 是互联网相关的各类协议族的总称，比如：TCP，UDP，IP，HTTP，FTP，SMTP，ICMP 等都属于 TCP/IP 族内的协议。
TCP/IP模型是互联网的基础，它是一系列网络协议的总称。这些协议可以划分为四层，分别为链路层、网络层、传输层和应用层。
链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP报文等。
网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。
传输层：负责对报文进行分组和重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。
应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

划分

在网络体系结构中网络通信的建立必须是在通信双方的对等层进行，不能交错。 在整个数据传输过程中，数据在发送端时经过各层时都要附加上相应层的协议头和协议尾（仅数据链路层需要封装协议尾）部分，也就是要对数据进行协议封装，以标识对应层所用的通信协议。

知识点补充：

IP协议：负责Internet上网络之间的通信，并规定了将数据从一个网络传输到另一个网络应遵循的规则，是TCP/IP协议的核心。
IP协议是点到点的，协议简单，但不能保证传输的可靠性，它采用无连接数据报机制，对数据是“尽力传递”，不验证正确与否，也不保证分组顺序，不发确认。所以IP协议提供的是主机间不可靠的、无连接数据报传送。

TCP/IP协议体系结构分为四个层次，从高到低依次是网络接口层、网络互联层、传输层、应用层。
网络接口层主要负责利用物理介质将数据流传送给网络层所需要的功能。
网络互联层主要负责主机间或与路由器、交换机间对分组数据的路由选择和传递。
传输层主要负责整个报文从进程到进程的传送。
应用层主要负责提供用户接口和服务支持。

在传输层，TCP/IP定义了3个协议：传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）、流控制传输协议（SCTP）；
在网络互联层，TCP/IP定义的主要协议是网际协议（IP）。

IP协议是为了在分组交换（Packet-witched，又译为包交换）计算机通信网络的互联系统中使用而设计的，其只负责数据的路由和传输，在源节点（传输数据的出发源点）与目的节点（传输数据的最终接收点）之间传送数据报，并不处理数据内容。此外，它也不负责解决数据报传达的可靠性等安全问题，而这些问题主要由TCP协议负责完成。

UDP（用户数据报协议）

它有以下几个特点：

  1. 面向无连接
    首先 UDP 是不需要和 TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的，想发数据就可以开始发送了。并且也只是数据报文的搬运工，不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。
    具体来说就是：
    在发送端，应用层将数据传递给传输层的 UDP 协议，UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议，然后就传递给网络层了
    在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP 只去除 IP 报文头就传递给应用层，不会任何拼接操作

  2. 有单播，多播，广播的功能
    UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。

  3. UDP是面向报文的
    发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文

  4. 不可靠性
    首先不可靠性体现在无连接上，通信都不需要建立连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。
    并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。
    再者网络环境时好时坏，但是 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

  5. 头部开销小，传输数据报文时是很高效的。

UDP头部

UDP 头部包含了以下几个数据：

因此 UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的

TCP（传输控制协议）

TCP协议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，由 IETF 的RFC 793定义。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，你可以把它想象成排水管中的水流。

  1. TCP连接过程

如下图所示，可以看到建立一个TCP连接的过程为（三次握手的过程）:

TCP连接过程

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。

这里可能大家会有个疑惑：为什么 TCP 建立连接需要三次握手，而不是两次？
这是因为这是为了防止出现失效的连接请求报文段被服务端接收的情况，从而产生错误。
比如：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段，但是server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求，于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了，由于client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据，但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。所以没有采用“三次握手”，这种情况下server的很多资源就白白浪费掉了。
TCP 为什么三次握手而不是两次握手（正解版） <= 这里有详细描述，解决了困扰我多年的头疼- -

  1. TCP断开链接
TCP断开链接

TCP 是全双工的，在断开连接时两端都需要发送 FIN 和 ACK。

第一次握手

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。

第二次握手

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。

第三次握手

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。

第四次握手

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 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。

  1. TCP协议的特点

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.TCP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和UDP的比较

  1. 对比


    对比

  2. 总结
    TCP向上层提供面向连接的可靠服务 ，UDP向上层提供无连接不可靠服务。
    虽然 UDP 并没有 TCP 传输来的准确，但是也能在很多实时性要求高的地方有所作为
    对数据准确性要求高，速度可以相对较慢的，可以选用TCP

HTTP/HTTPS协议

HTTP（超文本传输协议）

HTTP 是一个网络协议，专门用来帮你传输 Web 内容的。

HTTP 和 TCP 之间的关系

HTTP 和 TCP 之间的关系

简单地说，TCP 协议是 HTTP 协议的基石——HTTP 协议需要依靠 TCP 协议来传输数据。在网络分层模型中，TCP 被称为“传输层协议”，而 HTTP 被称为“应用层协议”。

HTTP 对 TCP 连接的使用，分为两种方式：俗称“短连接”和“长连接”（“长连接(Keep-Alive)”又称“持久连接(Persistent Connection)”）。

HTTP 的缺点
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

HTTPS的诞生

SSL（安全套接层）/TLS（传输层安全协议）

HTTP与HTTPS对比 对称加密 非对称加密 被劫持

CA证书

CA证书的获取

SPDY

三者对比

SPDY位于HTTP之下，TCP和SSL之上，这样可以轻松兼容老版本的HTTP协议(将HTTP1.x的内容封装成一种新的frame格式)，同时可以使用已有的SSL功能。

HTTP2.0

HTTP2.0可以说是SPDY的升级版（其实原本也是基于SPDY设计的），但是，HTTP2.0 跟 SPDY 仍有不同的地方，主要是以下两点：
HTTP2.0 支持明文 HTTP 传输，而 SPDY 强制使用 HTTPS。
HTTP2.0 消息头的压缩算法采用 HPACK，而非 SPDY 采用的 DEFLATE。

一文搞懂TCP与UDP的区别
一篇文章看明白 HTTP，HTTPS，SSL/TSL 之间的关系

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