TCP/IP三向交握和HTTP過程

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1、TCP串連

手機能夠使用連網功能是因為手機底層實現了TCP/IP協議，可以使手機終端通過無線網路建立TCP串連。TCP協議可以對上層網路提供介面，使上層網路資料的傳輸建立在“無差別”的網路之上。

建立起一個TCP串連需要經過“三向交握”：

第一次握手：用戶端發送syn包(syn=j)到伺服器，並進入SYN_SEND狀態，等待伺服器確認；

第二次握手：伺服器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN_RECV狀態；

第三向交握：用戶端收到伺服器的SYN＋ACK包，向伺服器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，用戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態，完成三向交握。

      握手過程中傳送的包裡不包含資料，三向交握完畢後，用戶端與伺服器才正式開始傳送資料。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之前，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，斷開過程需要經過“四次握手”（過程就不細寫了，就是伺服器和客 戶端互動，最終確定斷開）

2、HTTP串連

HTTP協議即超文本傳送協議(Hypertext Transfer Protocol )，是Web連網的基礎，也是手機連網常用的協議之一，HTTP協議是建立在TCP協議之上的一種應用。

HTTP串連最顯著的特點是用戶端發送的每次請求都需要伺服器回送響應，在請求結束後，會主動釋放串連。從建立串連到關閉串連的過程稱為“一次串連”。

1）在HTTP 1.0中，用戶端的每次請求都要求建立一次單獨的串連，在處理完本次請求後，就自動釋放串連。

2）在HTTP 1.1中則可以在一次串連中處理多個請求，並且多個請求可以重疊進行，不需要等待一個請求結束後再發送下一個請求。

      由於HTTP在每次請求結束後都會主動釋放串連，因此HTTP串連是一種“短串連”，要保持用戶端程式的線上狀態，需要不斷地向伺服器發起串連請求。通常 的做法是即時不需要獲得任何資料，用戶端也保持每隔一段固定的時間向伺服器發送一次“保持串連”的請求，伺服器在收到該請求後對用戶端進行回複，表明知道 用戶端“線上”。若伺服器長時間無法收到用戶端的請求，則認為用戶端“下線”，若用戶端長時間無法收到伺服器的回複，則認為網路已經斷開。

3、SOCKET原理

 

3.1 通訊端（socket）概念

       通訊端（socket）是通訊的基石，是支援TCP/IP協議的網路通訊的基本操作單元。它是網路通訊過程中端點的抽象表示，包含進行網路通訊必須的五種資訊：串連使用的協議，本地主機的IP地址，本地進程的協議連接埠，遠地主機的IP地址，遠地進程的協議連接埠。

       應用程式層通過傳輸層進行資料通訊時，TCP會遇到同時為多個應用程式進程提供並發服務的問題。多個TCP串連或多個應用程式進程可能需要通過同一個 TCP協議連接埠傳輸資料。為了區別不同的應用程式進程和串連，許多電腦作業系統為應用程式與TCP／IP協議互動提供了通訊端(Socket)介面。應 用層可以和傳輸層通過Socket介面，區分來自不同應用程式進程或網路連接的通訊，實現資料轉送的並發服務。

3.2 建立socket串連     

       建立Socket串連至少需要一對通訊端，其中一個運行於用戶端，稱為ClientSocket ，另一個運行於伺服器端，稱為ServerSocket 。

       通訊端之間的串連過程分為三個步驟：伺服器監聽，用戶端請求，串連確認。

       伺服器監聽：伺服器端通訊端並不定位具體的用戶端通訊端，而是處於等待串連的狀態，即時監控網路狀態，等待用戶端的串連請求。

       用戶端請求：指用戶端的通訊端提出串連請求，要串連的目標是伺服器端的通訊端。為此，用戶端的通訊端必須首先描述它要已連線的服務器的通訊端，指出伺服器端通訊端的地址和連接埠號碼，然後就向伺服器端通訊端提出串連請求。

       串連確認：當伺服器端通訊端監聽到或者說接收到用戶端通訊端的串連請求時，就響應用戶端通訊端的請求，建立一個新的線程，把伺服器端通訊端的描述發 給用戶端，一旦用戶端確認了此描述，雙方就正式建立串連。而伺服器端通訊端繼續處於監聽狀態，繼續接收其他用戶端通訊端的串連請求。

 

4、SOCKET串連與TCP串連

建立Socket串連時，可以指定使用的傳輸層協議，Socket可以支援不同的傳輸層協議（TCP或UDP），當使用TCP協議進行串連時，該Socket串連就是一個TCP串連。

 

5、Socket串連與HTTP串連

      由於通常情況下Socket串連就是TCP串連，因此Socket串連一旦建立，通訊雙方即可開始相互發送資料內容，直到雙方串連斷開。但在實際網 絡應用中，用戶端到伺服器之間的通訊往往需要穿越多個中間節點，例如路由器、網關、防火牆等，大部分防火牆預設會關閉長時間處於非活躍狀態的串連而導致 Socket 串連斷連，因此需要通過輪詢告訴網路，該串連處於活躍狀態。

      而HTTP串連使用的是“請求—響應”的方式，不僅在請求時需要先建立串連，而且需要用戶端向伺服器發出請求後，伺服器端才能回複資料。

      很多情況下，需要伺服器端主動向用戶端推送資料，保持用戶端與伺服器資料的即時與同步。此時若雙方建立的是Socket串連，伺服器就可以直接將數 據傳送給用戶端；若雙方建立的是HTTP串連，則伺服器需要等到用戶端發送一次請求後才能將資料傳回給用戶端，因此，用戶端定時向伺服器端發送串連請求， 不僅可以保持線上，同時也是在“詢問”伺服器是否有新的資料，如果有就將資料傳給用戶端。TCP(Transmission Control Protocol)　傳輸控制通訊協定

 

TCP是主機對主機層的傳輸控制通訊協定，提供可靠的串連服務，採用三向交握確認建立一個串連:

位碼即tcp標誌位,有6種標示:SYN(synchronous建立聯機) ACK(acknowledgement 確認) PSH(push傳送) FIN(finish結束) RST(reset重設) URG(urgent緊急)

Sequence number(順序號碼) Acknowledge number(確認號碼)

 

第一次握手：主機A發送位碼為syn＝1,隨機產生seq number=1234567的資料包到伺服器，主機B由SYN=1知道，A要求建立聯機；

第二次握手：主機B收到請求後要確認聯機資訊，向A發送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=7654321的包

第三向交握：主機A收到後檢查ack number是否正確，即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否為1，若正確，主機A會再發送ack number=(主機B的seq+1),ack=1，主機B收到後確認seq值與ack=1則串連建立成功。

完成三向交握，主機A與主機B開始傳送資料。

 

在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的串連服務，採用三向交握建立一個串連。 
第一次握手：建立串連時，用戶端發送syn包(syn=j)到伺服器，並進入SYN_SEND狀態，等待伺服器確認； 

第二次握手：伺服器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN_RECV狀態；

第三向交握：用戶端收到伺服器的SYN＋ACK包，向伺服器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，用戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態，完成三向交握。 完成三向交握，用戶端與伺服器開始傳送資料.

 

執行個體:

IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: S 3626544836:3626544836
IP 192.168.1.123.7788 > 192.168.1.116.3337: S 1739326486:1739326486 ack 3626544837
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: ack 1739326487,ack 1

第一次握手：192.168.1.116發送位碼syn＝1,隨機產生seq number=3626544836的資料包到192.168.1.123,192.168.1.123由SYN=1知道192.168.1.116要求建立聯機;

第二次握手：192.168.1.123收到請求後要確認聯機資訊，向192.168.1.116發送ack number=3626544837,syn=1,ack=1,隨機產生seq=1739326486的包;

第三向交握：192.168.1.116收到後檢查ack number是否正確，即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否為1，若正確，192.168.1.116會再發送ack number=1739326487,ack=1，192.168.1.123收到後確認seq=seq+1,ack=1則串連建立成功。

 

 

 

TCP的作用是流量控制，主要是控制資料流的傳輸。下面以瀏覽網頁為例，根據自身理解來解釋一下這個過程。（註：第二個ack屬於程式碼片段ack位）

 

pc瀏覽伺服器網頁此過程不包括網域名稱查詢，只描述TCP與http資料流的變化。
一、pc與http伺服器進行三向交握來建立串連。
1.pc：seq=0 ack=0 syn=1 ack=0 發送給伺服器建立同步請求。
2.server： seq=0 ack=1 syn=1 ack=1 發送給用戶端建立同步響應.
3.pc:seq=1 ack=1 syn=0 ack=1 發送給伺服器,三向交握完成建立同步資訊成功.
4.pc產生http資料訊息,向伺服器發送get請求.
5.伺服器收到請求並發送TCP確認,然後發送http資料資訊給用戶端的瀏覽器.
6.用戶端收到伺服器的http資訊,然後發送TCP確認資訊給伺服器.
7.用戶端發送FIN+ACK給伺服器,要求結束資料轉送.
8.伺服器發送TCP確認訊息用於確認pc的TCP的FIN訊息
9.伺服器向用戶端發送FIN+ACK訊息用於結束TCP會話.
10.用戶端發送確認資訊給伺服器,整個會話結束.

 

TCP/IP三向交握和HTTP過程