網絡互聯參考模型(詳解):http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7249611
網絡模型
OSI層模型、TCP/IP的層模型如下所示。
TCP/IP各層對應的協議如下所示。
通過初步的瞭解,我知道:
> IP協議:對應於網絡層,是網絡層的協議,
> TCP協議:對應於傳輸層,是傳輸層的協議,主要解決數據如何在網絡中傳輸。
> HTTP協議:對應於應用層,是應用層的協議,主要解決如何包裝數據。
> Socket:本身不是協議,而是對TCP/IP協議的封裝和應用的調用接口API,通過它我們才能使用TCP/IP協議。
TCP/IP協議
TCP/IP 指傳輸控制協議/網際協議 (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)。
TCP/IP 是供已連接因特網的計算機進行通信的通信協議。
TCP/IP 定義了電子設備(比如計算機)如何連入因特網,以及數據如何在它們之間傳輸的標準。
這裏有一張圖,表明了這些協議的關係。
HTTP協議和TCP/IP協議的關係
“我們在傳輸數據時,可以只使用(傳輸層)TCP/IP協議,但是那樣的話,如果沒有應用層,便無法識別數據內容。
如果想要使傳輸的數據有意義,則必須使用到應用層協議。
應用層協議有很多,比如HTTP、FTP、TELNET等,也可以自己定義應用層協議。
WEB使用HTTP協議作應用層協議,以封裝HTTP文本信息,然後使用TCP/IP做傳輸層協議將它發到網絡上。”
Socket與TCP/IP協議的關係
實際上,Socket跟TCP/IP協議沒有必然的聯繫。
Socket編程接口在設計的時候,就希望也能適應其他的網絡協議。所以說,Socket的出現只是使得程序員更方便地使用TCP/IP協議棧而已,是對TCP/IP協議的抽象,從而形成了我們知道的一些最基本的函數接口,比如create、listen、connect、accept、send、read和write等等。
網絡有一段關於socket和TCP/IP協議關係的說法比較容易理解:
“TCP/IP只是一個協議棧,就像操作系統的運行機制一樣,必須要具體實現,同時還要提供對外的操作接口。這個就像操作系統會提供標準的編程接口,比如win32編程接口一樣,TCP/IP也要提供可供程序員做網絡開發所用的接口,這就是Socket編程接口。”
Socket在哪裏呢?
CSDN上有個比較形象的描述:HTTP是轎車,提供了封裝或者顯示數據的具體形式;Socket是發動機,提供了網絡通信的能力。
實際上,傳輸層的TCP是基於網絡層的IP協議的,而應用層的HTTP協議又是基於傳輸層的TCP協議的,而Socket本身不算是協議,就像上面所說,它只是提供了一個針對TCP或者UDP編程的接口。
TCP連接
要想明白Socket連接,先要明白TCP連接。手機能夠使用聯網功能是因爲手機底層實現了TCP/IP協議,可以使手機終端通過無線網絡建立TCP連接。TCP協議可以對上層網絡提供接口,使上層網絡數據的傳輸建立在“無差別”的網絡之上。
建立起一個TCP連接需要經過“三次握手”:
(1)第一次握手:客戶端發送syn包(syn=j)到服務器,並進入SYN_SEND狀態,等待服務器確認。
(2)第二次握手:服務器收到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,此時服務器進入SYN_RECV狀態。
(3)第三次握手:客戶端收到服務器的SYN+ACK包,向服務器發送確認包ACK(ack=k+1),此包發送完畢,客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。
注意:握手過程中傳送的包裏不包含數據,三次握手完畢後,客戶端與服務器才正式開始傳送數據。理想狀態下,TCP連接一旦建立,在通信雙方中的任何一方主動關閉連接之前,TCP 連接都將被一直保持下去。
(4)斷開連接時:服務器和客戶端均可以主動發起斷開TCP連接的請求,斷開過程需要經過“四次揮手”(過程就不細寫了,就是服務器和客戶端交互,最終確定斷開)
HTTP連接
HTTP協議即超文本傳送協議(HyperText Transfer Protocol),是Web聯網的基礎,也是手機聯網常用的協議之一,HTTP協議是建立在TCP協議之上的一種應用。
HTTP連接使用的是“請求—響應”的方式。最顯著的特點是客戶端發送的每次請求都需要服務器回送響應,在請求結束後,會主動釋放連接。從建立連接到關閉連接的過程稱爲“一次連接”。
(1)在HTTP 1.0中,客戶端的每次請求都要求建立一次單獨的連接,在處理完本次請求後,就自動釋放連接。
(2)在HTTP 1.1中則可以在一次連接中處理多個請求,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連接,因此HTTP連接是一種“短連接”。
要保持客戶端程序的在線狀態,需要不斷地向服務器發起連接請求。通常的做法是即時不需要獲得任何數據,客戶端也保持每隔一段固定的時間向服務器發送一次“保持連接”的請求,服務器在收到該請求後對客戶端進行回覆,表明知道客戶端“在線”。若服務器長時間無法收到客戶端的請求,則認爲客戶端“下線”,若客戶端長時間無法收到服務器的回覆,則認爲網絡已經斷開。
Socket原理
(1)套接字(socket)概念
套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP協議的網絡通信的基本操作單元。它是網絡通信過程中端點的抽象表示,包含進行網絡通信必須的五種信息:連接使用的協議,本地主機的IP地址,本地進程的協議端口,遠地主機的IP地址,遠地進程的協議端口。
套接字: { IP地址 : 端口號 }
應用層通過傳輸層進行數據通信時,TCP會遇到同時爲多個應用程序進程提供併發服務的問題。多個TCP連接或多個應用程序進程可能需要通過同一個TCP協議端口傳輸數據。爲了區別不同的應用程序進程和連接,許多計算機操作系統爲應用程序與TCP/IP協議交互提供了套接字(Socket)接口。應用層可以和傳輸層通過Socket接口,區分來自不同應用程序進程或網絡連接的通信,實現數據傳輸的併發服務。
(2)建立socket連接
建立Socket連接至少需要一對套接字,其中一個運行於客戶端,稱爲ClientSocket ,另一個運行於服務器端,稱爲ServerSocket 。
套接字之間的連接過程分爲三個步驟:服務器監聽,客戶端請求,連接確認。
(a)服務器監聽:服務器端套接字並不定位具體的客戶端套接字,而是處於等待連接的狀態,實時監控網絡狀態,等待客戶端的連接請求。
(b)客戶端請求:指客戶端的套接字提出連接請求,要連接的目標是服務器端的套接字。爲此,客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務器的套接字,指出服務器端套接字的地址和端口號,然後就向服務器端套接字提出連接請求。
(c)連接確認:當服務器端套接字監聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求時,就響應客戶端套接字的請求,建立一個新的線程,把服務器端套接字的描述發給客戶端,一旦客戶端確認了此描述,雙方就正式建立連接。而服務器端套接字繼續處於監聽狀態,繼續接收其他客戶端套接字的連接請求。
Socket連接與TCP連接
創建Socket連接時,可以指定使用的傳輸層協議,Socket可以支持不同的傳輸層協議(TCP或UDP),當使用TCP協議進行連接時,該Socket連接就是一個TCP連接。
Socket連接與HTTP連接
由於通常情況下Socket連接就是TCP連接,因此Socket連接一旦建立,通信雙方即可開始相互發送數據內容,直到雙方連接斷開。但在實際網絡應用中,客戶端到服務器之間的通信往往需要穿越多箇中間節點,例如路由器、網關、防火牆等,大部分防火牆默認會關閉長時間處於非活躍狀態的連接而導致 Socket 連接斷連,因此需要通過輪詢告訴網絡,該連接處於活躍狀態。
而HTTP連接使用的是“請求—響應”的方式,不僅在請求時需要先建立連接,而且需要客戶端向服務器發出請求後,服務器端才能回覆數據。
很多情況下,需要服務器端主動向客戶端推送數據,保持客戶端與服務器數據的實時與同步。此時若雙方建立的是Socket連接,服務器就可以直接將數據傳送給客戶端;若雙方建立的是HTTP連接,則服務器需要等到客戶端發送一次請求後才能將數據傳回給客戶端,因此,客戶端定時向服務器端發送連接請求,不僅可以保持在線,同時也是在“詢問”服務器是否有新的數據,如果有就將數據傳給客戶端。
下面是一些經常在筆試或者面試中碰到的重要的概念,特在此做摘抄和總結。
一、TCP連接的三次握手
第一次握手:客戶端發送syn包(syn=j)到服務器,並進入SYN_SEND狀態,等待服務器確認;
第二次握手:服務器收到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,此時服務器進入SYN_RECV狀態;
第三次握手:客戶端收到服務器的SYN+ACK包,向服務器發送確認包ACK(ack=k+1),此包發送完畢,客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。
握手過程中傳送的包裏不包含數據,三次握手完畢後,客戶端與服務器才正式開始傳送數據。
理想狀態下,TCP連接一旦建立,在通信雙方中的任何一方主動關閉連接之前,TCP 連接都將被一直保持下去。
斷開連接時:服務器和客戶端均可以主動發起斷開TCP連接的請求,斷開過程需要經過“四次揮手”(過程就不細寫了,就是服務器和客戶端交互,最終確定斷開)
二、利用Socket建立網絡連接的步驟
建立Socket連接至少需要一對套接字,其中一個運行於客戶端,稱爲ClientSocket ,另一個運行於服務器端,稱爲ServerSocket 。
套接字之間的連接過程分爲三個步驟:服務器監聽,客戶端請求,連接確認。
(1)服務器監聽:服務器端套接字並不定位具體的客戶端套接字,而是處於等待連接的狀態,實時監控網絡狀態,等待客戶端的連接請求。
(2)客戶端請求:指客戶端的套接字提出連接請求,要連接的目標是服務器端的套接字。
爲此,客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務器的套接字,指出服務器端套接字的地址和端口號,然後就向服務器端套接字提出連接請求。
(3)連接確認:當服務器端套接字監聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求時,就響應客戶端套接字的請求,建立一個新的線程,把服務器端套接字的描述發給客戶端,一旦客戶端確認了此描述,雙方就正式建立連接。
而服務器端套接字繼續處於監聽狀態,繼續接收其他客戶端套接字的連接請求。
三、HTTP鏈接的特點
HTTP協議即超文本傳送協議(HyperText Transfer Protocol ),是Web聯網的基礎,也是手機聯網常用的協議之一,HTTP協議是建立在TCP協議之上的一種應用。
HTTP連接最顯著的特點是客戶端發送的每次請求都需要服務器回送響應,在請求結束後,會主動釋放連接。從建立連接到關閉連接的過程稱爲“一次連接”。
四、TCP和UDP的區別(考得最多。。快被考爛了我覺得- -#)
(1)TCP是面向鏈接的,雖然說網絡的不安全不穩定特性決定了多少次握手都不能保證連接的可靠性,但TCP的三次握手在最低限度上(實際上也很大程度上保證了)保證了連接的可靠性;
(2)UDP不是面向連接的,UDP傳送數據前並不與對方建立連接,對接收到的數據也不發送確認信號,發送端不知道數據是否會正確接收,當然也不用重發,所以說UDP是無連接的、不可靠的一種數據傳輸協議。
(3)也正由於(1)(2)所說的特點,使得UDP的開銷更小數據傳輸速率更高,因爲不必進行收發數據的確認,所以UDP的實時性更好。
知道了TCP和UDP的區別,就不難理解爲何採用TCP傳輸協議的MSN比採用UDP的QQ傳輸文件慢了,但並不能說QQ的通信是不安全的,
因爲程序員可以手動對UDP的數據收發進行驗證,比如發送方對每個數據包進行編號然後由接收方進行驗證啊什麼的,
即使是這樣,UDP因爲在底層協議的封裝上沒有采用類似TCP的“三次握手”而實現了TCP所無法達到的傳輸效率。