HTTP、TCP、UDP、Socket解讀

這是一個建立於 的文章，其中的資訊可能已經有所發展或是發生改變。

1、導讀

記得上大學時上過《電腦網路基礎》專門課，當時真是單純善良無知，覺得我以後又不搞網路這一塊的東西，沒必要好好學習電腦網路這們課程，只要考試通過就行了。但是工作後的我發現，不管是我們是不是做軟體開發，都會多多少少接觸接觸到電腦網路，因為電腦網路無處不在。平時生活中我們要接觸到路由器，交換器，dns，ping，修改dns等等這些基本的操作，作為軟體開發人員，我們要接觸到tcp、udp、http、tcp串連三向交握，斷開四次揮手、socket等等這些專業點的知識，真是這些專業點的知識真是書到用時方恨少啊，接下來我們就好好複習吧。

OSI是Open System Interconnection的縮寫，意為開放式系統互聯。國際標準組織（ISO）制定了OSI模型，該模型定義了不同電腦互聯的標準，是設計和描述電腦網路通訊的基本架構。OSI模型把網路通訊的工作分為7層，分別是物理層、資料連結層、網路層、傳輸層、會話層、展示層和應用程式層。

記憶方法：記住前面的第一個字

物 數 網 傳 會 表 應

這七層每一層都有自己的作用，作用如分解：

這裡寫圖片描述

2、Http

HTTP（HyperText Transfer Protocol、超文字傳輸通訊協定 (HTTP))是OSI七層中應用程式層的協議。

協議解釋：

HTTP 是基於 TCP/IP協議的應用程式層協議。它不涉及資料包（packet）傳輸，主要規定了用戶端和伺服器之間的通訊格式，預設使用80連接埠。

有人說HTTP是一個基於TCP/IP通訊協定來傳遞資料（HTML 檔案, 圖片檔案, 查詢結果等），我覺這句話有問題，HTTP要是定義為協議那麼http只是一種規定規則，規定了用戶端的URI請求格式以及服務端資料響應格式，要說HTTP請求這個概念久比較籠統了，用戶端發送一次HTTP請求，經過OSI的七層協議的組裝、傳輸、拆分、傳輸等一些操作，最終可以獲得我們想要的資料。

用途描述：

解決用戶端和服務端的資料如何封裝，封裝兩端最後得到的資料可以被識別。

關係描述：

TPC/IP協議是傳輸層協議，主要解決資料 如何在網路中傳輸，而HTTP是應用程式層協議，主要解決如何封裝資料，而socket則是對TCP/IP協議的封裝和應用（程式員層面上）。實際上http協議就是建立在tcp/ip協議之上的。，幾乎每一種語言都有自己的Http實現，當然也有自己的Socket實現，比如Golang、Java，在自己的net包裡都可以找到原始碼。使用TCP協議是需要串連三向交握，中斷連線三次揮手的。

HTTP 是無狀態協議，它不對之前發生過的請求和響應的狀態進行管理。也就是說，無法根據之前的狀態進行本次的請求處理。但是使用Cookie和Session可以儲存狀態和識別。HTTP只能是由用戶端發起，服務端是無法主動想用戶端發送資料的。

2、TCP

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制通訊協定）是OSI七層中傳輸層的協議。

協議解釋：

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制通訊協定）是基於串連的協議，也就是說，在正式收發資料前，必須和對方建立可靠的串連。TCP提供逾時重發，丟棄重複資料，檢驗資料，流量控制等功能，保證資料能從一端傳到另一端。 理想狀態下，TCP串連一旦建立，在通訊雙方中的任何一方主動關閉串連前，TCP 串連都將被一直保持下去。中斷連線時伺服器和用戶端均可以主動發起斷開TCP串連的請求 。

安全體現在哪兒？
串連安全：三向交握 四次揮手，具體請參考：TCP詳解。
資料安全：TCP提供逾時重發，丟棄重複資料，檢驗資料，流量控制等功能，保證資料能從一端傳到另一端。

用途描述：

解決網路中的資料可以安全無錯的傳送

關係描述：

HTTP協議是基於TCP的，由於HTTP請求是一次請求一次應答，由於請求和應答都只有一次，所以就必須保證資料的安全性，在這一次的傳送中不好遺失資料，所以HTTP是要基於更加安全的TCP協議而不是UDP協議，Socket串連可以基於TCP也可以基於UDP，看具體的業務的需求了。HTTP請求使用基於TCP的Socket串連。

TCP發送的包有序號，對方收到包後要給一個反饋，如果超過一定時間還沒收到反饋就自動執行逾時重發，因此TCP最大的優點是可靠。一般網頁（http）、郵件（SMTP)、遠端連線(Telnet)、檔案(FTP)傳送就用TCP 。

TCP互動流程圖

3、UDP

UDP (User Datagram Protocol,使用者資料包通訊協定)是OSI參考模型中不需連線的傳輸層協議.

協議解釋：

UDP使用者資料包通訊協定，是一個不需連線的簡單的面向資料報的運輸層協議。UDP不提供可靠性，它只是把應用程式傳給IP層的資料報發送出去，但是並不能保證它們能到達目的地。由於UDP在傳輸資料報前不用在客戶和伺服器之間建立一個串連，且沒有逾時重發等機制，故而傳輸速度很快。

用途描述：

解決網路中的資料可以高效的傳送

關係描述：

OSI參考模型中傳輸協議只有TCP和UDP兩種，TCP需要連結安全效率低，UDP無線串連不安全效率高，我們平時使用做多的HTTP協議基於TCP，很多語言都有HTTP請求的封裝，用起來很方便，但是想使用UDP就沒那麼方便了，想使用UDP我們就需要自己去寫一個Socket UDP了，Socket UDP不需要連結，用戶端知道服務端的IP和連接埠號碼直接發送資料就可以了，Socket TCP由於需要連結所以使用的時候需要心跳機制來確保連結沒有斷開。

UDP一般用於多點通訊和即時的資料業務，比如語音廣播、視頻、QQ、TFTP(簡單檔案傳送）、SNMP（簡易網路管理通訊協定）、RTP（即時傳送協議）RIP（路由資訊協議，如報告股票市場，航空資訊）、DNS(網域名稱解釋）。注重速度流暢。

UDP互動流程圖

4、Socket

名詞解釋：

socket是對TCP或者UDP協議的封裝和實現，socket並不是協議，差不多每一種語言都實現了對TCP和UDP封裝和實現的Socket程式碼程式庫，方便開發程式員使用。

用途描述：

socket是對TCP或者UDP協議的封裝和實現，這樣我就可以基於你所使用語言的Socket來實現更多的功能，有基於Socket TCP的HTTP請求，有基於Socket TCP長串連的訊息推送，也可以基於Socket TCP/UDP自訂一套自己的通訊協定。

關係描述：

HTTP基於TCP，HTTP請求需要使用Socket TCP來完成。

5、一次HTTP請求的心路曆程

由於一次HTTP請求會涉及到HTTP TCP Socket DNS 等等，弄清楚一次HTTP的流程大概可以知道網路請求的原理。那麼我們發送一次HTTP請求到底要經曆什嗎？
一次HTTP請求和響應要經曆的幾個步驟：

(1)網域名稱解析

網域名稱解析介意是用戶端的工作，用戶端只有服務端的網域名稱(類似www.baidu.com)，並不知道服務端的IP地址，需要用戶端拿著網域名稱到DNS伺服器擷取網域名稱對應的IP地址。

(2) 建立TCP串連

由用戶端發起，在三向交握後用戶端和服務端建立TCP串連。所謂三向交握(Three-way Handshake)，是指建立一個TCP串連時，需要用戶端和伺服器總共發送3個包。
　　三向交握的目的是串連伺服器指定連接埠，建立TCP串連,並同步串連雙方的序號和確認號並交換 TCP 視窗大小資訊.在 Socket 編程中，用戶端執行connect()時。將觸發三向交握。

　　
TCP三向交握
　　　首先瞭解一下幾個標誌，SYN（synchronous），同步標誌，ACK (Acknowledgement），即確認標誌，seq應該是Sequence Number，序號的意思，另外還有四次握手的fin，應該是final，表示結束標誌。

第一次握手：用戶端發送一個TCP的SYN標誌位置1的包指明客戶打算已連線的服務器的連接埠，以及初始序號X,儲存在包頭的序號(Sequence Number)欄位裡。

第二次握手：伺服器發回確認包(ACK)應答。即SYN標誌位和ACK標誌位均為1同時，將確認序號(Acknowledgement Number)設定為客戶的序號加1以，即X+1。

第三向交握：用戶端再次發送確認包(ACK) SYN標誌位為0，ACK標誌位為1。並且把伺服器發來ACK的序號欄位+1，放在確定欄位中發送給對方.並且在資料區段放寫序號的+1。

(3)發起http請求發送請求報文

由用戶端發起，用戶端組裝好請求報文，向服務端發送HTTP請求，HTTP由固定的格式，具體想看：

HTTP請求報文

HTTP請求報文由3部分組成（請求行+要求標頭+請求體），這三部分還有自己的組裝格式，這裡就不詳細說明了。

(4)伺服器端響應http請求

服務端收到用戶端的HTTP請求拿到請求報文後就響應請求，就是根據請求報文處理後發送資料到用戶端。服務端發送到用戶端的資料叫做響應報文，由服務端組裝，格式如下：

HTTP響應報文

① 報文協議及版本；
② 狀態代碼及狀態原因；
③ 響應報文頭，也是由多個屬性群組成；
④ 響應報文體，即我們真正要的“乾貨”。

(5)用戶端接收響應資料報文

在響應報文體裡面才是我們用戶端正真想要的東西，對於Android/IOS移動端來說一般都是Json資料，對於web瀏覽器來說一般都是HTML，用戶端獲得響應報文後就處理資料。

(6)關閉TCP串連

一般情況下TCP串連是由於用戶端主動關閉的，關閉需要用戶端主動發起四次揮手，才可以關閉TCP串連。一般情況下，一旦請求和響應完成了，就要關閉TCP串連，然後如果用戶端或者伺服器在其頭資訊加入了這行代碼：Connection:keep-alive，TCP串連在發送後將仍然保持開啟狀態，於是，用戶端可以繼續通過相同的串連發送請求。保持串連節省了為每個請求建立新串連所需的時間，還節約了網路頻寬。

TCP的串連的拆除需要發送四個包，因此稱為四次揮手(four-way handshake)。用戶端或伺服器均可主動發起揮手動作，在socket

編程中，任何一方執行close()操作即可產生揮手操作。

TCP斷開四次揮手

其實有個問題，為什麼串連的時候是三向交握，關閉的時候卻是四次揮手？

因為當Server端收到Client端的SYN串連請求報文後，可以直接發送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來 同步的。但是關閉串連時，當Server端收到FIN報文時，很可能並不會立即關閉SOCKET，所以只能先回複一個ACK報文，告訴Client端，” 你發的FIN報文我收到了”。只有等到我Server端所有的報文都發送完了，我才能發送FIN報文，因此不能一起發送。故需要四步握手。　
　　　
　舉例說明用戶端主動發送TCP關閉請求步驟：

第一次揮手：Client發送一個FIN，表示需要關閉Client到Server的資料傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態
　
第二次揮手：Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSE_WAIT狀態

第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的資料傳送，Server進入LAST_ACK狀態

第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接著發送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手

最後圖解一次HTTP請求的心路曆程：

圖解一次HTTP請求的心路曆程

參考文章：
HTTP、TCP、UDP、Socket 知識總結
面試複習——Android工程師之網路基礎
Android網路請求心路曆程