网络编程基础 - 1 （概念和TCP/IP协议、TCP三次握手、四次挥手、HTTP1.0与HTTP1.1、HTTP与HTTPS）

Aaron学习之路
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1. 网络通信协议

1.1 网络通信协议概念

通俗来说，网络协议就是网络之间沟通、交流的桥梁，只有相同网络协议的计算机才能进行信息的沟通与交流。这就好比人与人之间交流所使用的各种语言一样，只有使用相同语言才能正常、顺利地进行交流。从专业角度定义，网络协议是计算机在网络中实现通信时必须遵守的约定，也就是通信协议。

主要是对信息传输的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等做出规定并制定标准。

常用的网络通信协议：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。

1.2 TCP/IP协议

概念：互联网相关联的协议集合起来总称为TCP/IP。

传输控制协议/因特网互联协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是Internet最基本、最广泛的一套协议。它定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在他们之间传输的标准。他的内部包含了一系列的用于处理数据通信的协议，并且采取了4层的分层结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

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  • OSI：Open System Interconnection 开放式系统互联参考模型

1.3 TCP和UPD协议

通信的协议比较复杂，Java提供了Java.net包，我们可以直接使用里面的类和接口来进行网络程序开发，而不用考虑通信的细节。

Java.net包中提供了2种常见的网络协议支持：TCP、UDP。

TCP：传输控制协议（Transmission Control Protocol）。TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，需要在发送端和接收端建立逻辑连接，然后才能传输数据。它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。建立一次连接需要完成三次握手后，客户端和服务端就可以开始进行数据传输了，数据传输完成之后，通过四次挥手关闭连接。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

UDP：用户数据报送协议（User Datagram Protocol）。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小控制在64K以内。他是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用在视频会议、直播等。

TCP的三次握手

三次握手：TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端和服务端之间的三次交互，以保证连接的可靠。

1. 客户端 - 发送带有SYN标志的数据包 - 1次握手 - 服务端

2. 服务端 - 发送带有SYN/ACK标志的数据包 - 2次握手 - 客户端

3. 客户端 - 发送带有ACK标志的数据包 - 3次握手 - 服务端

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为什么要进行三次握手？

目的：建立可靠的通信信道，说到通信，简单来说，就是数据的发送与接收，而三次握手最主要的目的就是**双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。

第一次握手： Client什么都不能确认；Server确认了对方发送正常，自己接收正常。

第二次握手： Client确认了自己发送、接收正常，对方发送、接收正常。Server确认了：对方发送正常，自己接收正常。

第三次握手： Client确认了自己发送、接收正常，对方发送、接收正常。Server确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常。

TCP四次挥手

image.png 断开一个TCP连接需要进行四次挥手：

1、 客户端 - 发送一个FIN，用来关闭客户端到服务端的数据传送。

2、 服务端 - 收到这个FIN, 发回一个ACK，确认序号为收到的序号+1。和SYN一样，一个FIN占用一个序号。

3、 服务端 - 关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端。

4、 客户端 - 发送ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号+1.

为什么需要进行四次挥手：任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后，进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送时，则发出连接释放通知，对方确认后，就完全关闭了TCP连接。

1.4 输入URL地址到显示网页经历了哪些过程，会使用到哪些协议？

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过程：

  1. 浏览器查询域名对应的IP地址。

    DNS查找过程：浏览器缓存 -》主机HOST -》路由器缓存 -》DNS缓存 -》根域名解析服务器

  2. 浏览器给Web服务器发送一个HTTP请求，Cookies会随着请求发送给服务器。

  3. 服务器处理请求：获取参数和Cookies，处理请求生成一个html响应体

  4. 服务器返回HTML。

  5. 浏览器渲染HTML。

使用的协议：

  • DNS协议：获取域名对应的IP
  • HTTP协议 - 应用层：使用HTTP协议访问网页，建立可靠连接与传输数据需要依靠TCP协议与IP协议
  • TCP协议 - 传输层：与服务器建立连接，并传输数据
  • IP协议 - 网络层：建立TCP协议之后，发送数据在网络层依靠IP协议

1.5 HTTP1.0与HTTP1.1的区别是什么？

  1. 长连接

    在HTTP1.0中，默认使用的是短连接，也就是说每次请求都要重新建立一次连接。HTTP是基于TCP/IP协议的，每次断开和建立都需要经历三次握手四次挥手的开销，如果每次请求都要这样的话，开销会比较大。因此最好能维持一个长连接，可以用长连接来发多个请求。

    HTTP1.1起，默认使用长连接，默认开启Connection: keep-alive。HTTP1.1的持续连接方式有流水线（pipelining）方式和非流水线方式。

  • 流水线方式：客户在收到HTTP的响应报文之前，就能接着发送新的请求报文，其实就是并行发送请求。
  • 非流水线方式：客户在收到前一个人响应后，才能继续发送下一个请求，其实就是串行发送请求。
  1. 错误响应码： 在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码
  2. 缓存处理：在HTTP1.0中缓存判断标准单一，HTTP1.1引入了更多的缓存控制策略。
  3. 带宽优化及网络连接的使用：HTTP1.0不支持断点续传功能，存在一些浪费带宽的现象。HTTP1.1加入了断点续传的支持。允许只请求资源的某个部分，充分利用带宽和连接，避免浪费带宽。

1.6 HTTP和HTTPS的区别是什么？

  • 端口： HTTP的URL由"http:/" 起始且默认使用端口80，而HTTPS的URL由"https://" 起始且默认使用端口443。
  • 安全性和资源消耗： HTTP协议是运行在TCP之上的，所有传输的内容都是明文，客户端和服务端都无法验证对方的身份。HTTPS是运行在SSL/TLS之上的HTTP协议，SSL/TLS运行在TCP之上。所有传输的内容都经过加密，加密采用对称加密，但对称加密的密钥用服务器方的证书进行了非对称加密。所以说，HTTP的安全性没有HTTPS高，但是HTTPS比HTTP更消耗服务器资源
  • HTTPS = HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护。

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对称加密：密钥只有一个，加密解密为同一个密码，且加解密速度快，典型的对称加密算法有DES、AES等。

非对称加密：密钥成对出现，且根据公钥（public key）无法推知私钥，根据私钥也无法推知公钥，加密解密使用不同的密钥。公钥加密需要私钥解密，私钥加密需要公钥解密，相比对称加密速度慢，典型的非对称加密算法有RSA、DSA等。

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