网络协议-IP/TCP/Http/websocket协议

jason_yang
310 阅读8分钟

1.理论

7层为标准

OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互连模型。

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  • 7.应用层：FTP、DNS、Telnet、SSH、 SMTP、HTTP、WWW、NFS
  • 6.表示层：JPEG、MPEG、ASII
  • 5.会话层：NFS、SQL、NETBIOS、RPC
  • 4.传输层：TCP、UDP、SPX
  • 3.网络层：IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF、IPX、RIP、IGRP、 （路由器）
  • 2.数据链路：PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC  （网桥，交换机）
  • 1.物理层：RJ45、CLOCK、IEEE802.3    （中继器，集线器，网关）

4层理论TCP/IP

  • 4.应用层：FTP、DNS、Telnet、SMTP、HTTP、WWW、NFS

  • 3.传输层：TCP、UDP、SPX

  • 2.网络层：IP

  • 1.数据链路： 以太网

2.IP协议

1.定义：

IP指网际互连协议，Internet Protocol的缩写，是[TCP/IP] 体系中的网络层协议

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Data，是我们实际要传输的数据，除了Data 以外的都可以交Header

  1. “尽最⼤努⼒的交付传输数据”，数据有可能丢失
  2. 不能保证顺序，可能我发送是 1，2,3,4 。但是接受可能是 2,4,3,1
  3. IP 协议是⽆连接的，在发送数据前，不需要先建立连接，直接发送

地址⻓度:

  • IPv4协议具有32位(4字节)地址⻓度
  • IPv6协议具有128位(16字节)地址⻓度;

3.UDP协议

属于传输层，用于扩展IP协议，在IP协议基础上，新增的源端口和目标端口，以解决数据包是发送到电脑里面的那个应用。

即：1个应用对应1个端口

3.TCP协议

TCP和UDP属于传输层协议

1.TCP:(基于连接)

如：打电话。

1.电话接通 2，互相通话 3，对话结束。 有顺序，可控 , 但效率底1

TCP是“全双工的字节流”

TCP（Transmission Control Protocol）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协议。TCP就是对于传输、发送、通信进行控制的协议。

2.UDP:(非连接)

如： 邮寄

1.是否收到 2，内容是否完整 3，顺是否正确 。 不可控, 但效率高

tcp头部信息

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  1. 源端口和目的端口：用于寻找发端和收端的应用程序。这两个值加上IP首部的源端IP和目的端IP唯一确定一个TCP连接；

  3. 序号（Seq）：标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它标识在这个报文段中的第一个数据字节的序号。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32bit的无符号数，序号到达2的32次方减一后又从0开始。SYN标志消耗一个序号；

  4. 确认序号（ACK）：如果上次成功收到数据字节序号加一。只有ACK标志为1时确认序号才有效，ACK = Seq + 1；

  5. 报文长度/数据偏移：标识该TCP头部有多少个32bit（4字节），4比特最大表示15，TCP头部最长为60字节；

  6. 窗口大小：TCP流量控制的手段，告诉对方，我的TCP接收端缓冲区还能容纳多少个字节，这样对方能控制发送数据的速度；

  7. 校验和：由发送端填充，接收端对TCP报文执行CRC算法，以检验TCP报文段是否损毁。不仅校验头部，还包括数据部分；

  8. 紧急指针：也称为紧急偏移。紧急指针是一个正的偏移量，和序号字段的值相加表示最后一个紧急指针的下一字节的序号。是相对于当前序号的偏移。紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法；

  9. 标志位:

    • URG：表示紧急指针是否有效；
    • ACK：表示确认号是否有效，携带ACK标志的数据报文段为确认报文段；
    • PSH：提示接收端的应用程序应该立即从TCP接受缓冲区中读走数据，为接受后数据腾出空间；
    • RST：表示要求对方重新建立连接，携带RST标志位的TCP报文段称为复位报文段；
    • SYN： 表示请求建立一个连接，携带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段；
    • FIN：通知对方本端要关闭了，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段；

9）TCP头部选项：头部选项是一个可变长的信息，这部分最多包含40个字节（前面20字节是固定的）

三次握手的流程

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  1. 客户端发起请求，同时生成客户端标识SYN包 seq number=100，发送给服务端。

  2. 服务端 记录SYN包 seq number=100 是那个客户端发送过来，同时生成服务端标识ACK包 ack number=1，和新的SYN包 seq number = 200 返回给客户端。

  3. 客户端通过判断ACK包 ack number 与自己之前发送的SYN seq比较， 确认是自己上一次的请求,客户端进入establish状态，同时新增ACK包 ack =200 + 1 返回给服务端。

  4. 服务端接收到ACK包 ack number= 200+1 与上一次SYN seq = 200 判断，确定是上次的请求信息，证明是客户端已经应答，服务端也进入establish。

     三次握⼿的时间消耗为⾄少⼀个 RTT(Round Trip Time)，即⽹路上⾄少⼀个来回，⼤部分时候这意味着 ⼏百毫秒的时间，

为啥不是二次握手？

因为当客户端A发起第一次请求到服务端B，可能出现网络的阻塞，客户端以为失败了，又会重新发起第二次新的请求连接。第二次完成连接后，这时第一次请求又恢复正常，服务端为第一次请求一直进入等待状态并返回。但是这时客户端已经不处理第一次请求的。服务端的资源就会一直等待耗费。

ack和ACK区别

  • 小写的ack代表的是头部的确认号Acknowledge number， 缩写ack，是对上一个包的序号进行确认的号，ack=seq+1。
  • 大写的ACK，则是我们上面说的TCP首部的标志位，用于标志的TCP包是否对上一个包进行了确认操作，如果确认了，则把ACK标志位设置成1。

四次挥手

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本质上是：客户端发起一次关闭请求，服务端应答。然后服务端发起一次关闭请求，客户端应答。

  1. 客户端主动发起FIN请求关闭，自己进入FIN-WAIT-1状态
  2. 服务端接受到FIN包，返回ACK 确认接收，自己进入CLOSE-WAIT关闭等待状态。
  3. 客户端接收到ACK，自己进入FIN-WAIT-2等待状态。
  4. 服务端再主动发起FIN包应答可以关闭，同时自己变成LAST-ACK状态，客户端接收到FIN，返回ACK确认，并进入TIME-WAIT状态。
  5. 服务端接受到 ACK后，确认状态后进入CLOSE状态
  6. 客户端等待一段时间后，也自动进入CLOSE。

为什么服务端要等一会，因为客户端和服务端有可能还在传输数据。要等服务器任务都传完了在告诉客户端可以关闭。

为什么 客户端要进入TIME-WAIT ，而不是直接CLOSE，因为客户端返回的ACK有可能丢包。这时候，服务端由于没有收到客户端的ACK，还会重新发送FIN要求确认。

传输原理

如何解决 丢包，乱序问题。

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  1. 客户端把 本地完整的文件切割成多个小文件放到缓冲区
  2. 每次只拿出一部分数据请求服务端。在报文中描述文件的序列号+ 长度 + 数据内容。（注意客户端一次可以请求多个拆散的文件给服务端，服务端也只需回复一次ACK）
  3. 服务端接受后，返回确认的序列号+ 长度
  4. 客户端根据序号+长度，对比本地缓存，知道哪些还未请求，继续请求。
  5. 最后服务端把所有小文件根据报文，重新合并成原来的文件。

栗子

基于传输层tcp协议实现的聊天室

const net = require('net')
const chatServer = net.createServer()
const clientList = []
chatServer.on('connection',client => {
    client.write('Hi!\n')
    clientList.push(client)
    client.on('data',data => {
        console.log('receive:',data.toString())
        clientList.forEach(v => {
            v.write(data)
        })
    })
})
chatServer.listen(9000)

//测试代码
telnet localhost 9000

socket

Socket是一组编程接口(API) 是对TCP 或 UDP协议的封装和应用

websocket

websocket是应用层协议， 跟http是同等级别 传输层使用的是TCP

原理：

  1. 先使用http建立连接握手
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com 
Upgrade: websocket 
Connection: Upgrade  
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==  
Origin: http://xxxx.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat 
Sec-WebSocket-Version:
  1. 使用tcp发送数据

关键词学习：

  • TCP : Transmission Control Protocol传输控制协议
  • UDP : User Datagram Protocol 用户数据报协议
  • IP : Internet Protocol Address，互联网协议地址
  • HTTP : HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议
  • Seq : Sequence Number
  • ACK：acknowledge 承认
  • SYN：Synchronize Sequence Numbers 同步序列编号
  • establish 建立

全双工：意味着，TCP的收发是可以同时进行的。亦即接收的时候可以发送，发送的时候也可以接收，两者互不冲突，可同时进行。

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