1 七层网络模型

2 TCP(传输层)与UDP协议

计算机网络02

  • UDP 在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可 靠交付，但在某些情况下 UDP 确是一种有效的工作方式（一般用于即时通信），比如： QQ 语
    音、 QQ 视频 、直 播等等。

  • TCP 提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。 TCP 不提供广播或多播 服务。由于 TCP 要提供可靠的，面向连接的运输服务（TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立 连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资 源），这一难以避免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增 大很多，还要占用许多处理机资源。TCP 一般用于文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。

3 浏览器中输入url地址显示主页的全过程

1 URL

RL（Uniform Resource Locator），统一资源定位符，用于定位互联网上资源，俗称网址。 语法：scheme://host.domain:port/path/filename 例子： https:// www.baidu.com:80

计算机网络03

2 域名解析

  1. 域名解析：DNS 协议提供通过域名查找 IP 地址，或逆向从 IP 地址反查域名的服务。DNS 是一个网络服务器，我们的域名解析简单来说就是在 DNS 上记录一条信息记录。

  2. 目的： 浏览器是不能通过url地址查找到对应的服务器，需通过ip地址。

  3. 通过域名查找IP地址的过程：

  • 浏览器缓存

  • 操作系统缓存

  • 路由缓存

  • ISP 的 DNS 服务器：ISP 是互联网服务提供商(Internet Service Provider)的简称，ISP 有专门的 DNS 服务器应对 DNS 查询请求。

  • 根服务器

  1. 例如，要查询www.baidu.com的IP地址（DNS解析url）：

  • 浏览器搜索自己的DNS缓存（维护一张域名与IP地址的对应表）

  • 若没有，则搜索操作系统中的DNS缓存（维护一张域名与IP地址的对应表）

  • 若没有，则搜索操作系统的hosts文件（Windows环境下，维护一张域名与IP地址的对应表，位置一般在 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts）

  • 若没有，则操作系统将域名发送至 本地域名服务器- -（递归查询方式），本地域名服务器 查询自己的DNS缓存，查找成功则返回结果，否则，（以下是迭代查询方式）

    • 本地域名服务器 向根域名服务器（其虽然没有每个域名的具体信息，但存储了负责每个域，如com、net、org等的解析的顶级域名服务器的地址）发起请求，此处，根域名服务器返回com域的顶级域名服务器的地址

    • 本地域名服务器 向com域的顶级域名服务器发起请求，返回baidu.com权限域名服务器（权限域名服务器，用来保存该区中的所有主机域名到IP地址的映射）地址

    • 本地域名服务器 向baidu.com权限域名服务器发起请求，得到www.baidu.com的IP地址本地域名服务器 将得到的IP地址返回给操作系统，同时自己也将IP地址缓存起来

    • 操作系统将 IP 地址返回给浏览器，同时自己也将IP地址缓存起来

  • 至此，浏览器已经得到了域名对应的IP地址

3 TCP连接（三次握手）

计算机网络04

  • 客户端–发送带有 SYN 标志的数据包–一次握手–服务端

  • 服务端–发送带有 SYN/ACK 标志的数据包–二次握手–客户端

  • 客户端–发送带有带有 ACK 标志的数据包–三次握手–服务端

简单来说，

客户端：兄die，听得到吗？

服务器：我收到，你收到吗？

客户端：我也收到。

  • 为什么要传回 SYN
    ？

    ·接收端传回发送端所发送的 SYN 是为了告诉发送端，我接收到的信息确实就是你所发送的信号了。 SYN 是 TCP/IP 建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的 TCP 网络连接时，客户机首先 发出一个 SYN 消息，服务器使用 SYN-ACK 应答表示接收到了这个消息，后客户机再以 ACK(Acknowledgement[汉译：确认字符 ,在数据通信传输中，接收站发给发送站的一种传输控制字符。它表 示确认发来的数据已经接受无误。 ]）消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接，数据 才可以在客户机和服务器之间传递。

  • 传了 SYN,为啥还要传 ACK ？

    双方通信无误必须是两者互相发送信息都无误。传了 SYN，证明发送方到接收方的通道没有问题，但是接收方到发送 方的通道还需要 ACK 信号来进行验证。

4 发送http请求

客户端发送一个HTTP请求到服务器的请求消息包括以下格式：请求行（request line）、请求头部（header）、空行和请求数据四个部分组成

计算机网络05

  • 请求方法：包含 8 种：GET、POST、PUT、DELETE、PATCH、HEAD、OPTIONS、TRACE

    序号 方法 描述
    1 GET 请求指定的页面信息，并返回实体主体。
    2 HEAD 类似于 GET 请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头
    3 POST 向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST 请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。
    4 PUT 从客户端向服务器传送的数据取代指定的文档的内容。
    5 DELETE 请求服务器删除指定的页面。
    6 CONNECT HTTP/1.1 协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。
    7 OPTIONS 允许客户端查看服务器的性能。
    8 TRACE 回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。
    9 PATCH 是对 PUT 方法的补充，用来对已知资源进行局部更新 。

5 处理请求并返回http报文

http响应报文 包含： 响应行、响应头、响应主体。

计算机网络06

  • HTTP状态码由三个十进制数字组成，第一个十进制数字定义了状态码的类型，后两个数字没有分类的作用。HTTP状态码共分为5种类型：

    分类 分类描述
    1** 信息，服务器收到请求，需要请求者继续执行操作
    2** 成功，操作被成功接收并处理
    3** 重定向，需要进一步的操作以完成请求
    4** 客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求
    5** 服务器错误，服务器在处理请求的过程中发生了错误
计算机网络07

实例：

下面实例是一点典型的使用GET来传递数据的实例：

客户端请求：

GET /hello.txt HTTP/1.1
User-Agent: curl/7.16.3 libcurl/7.16.3 OpenSSL/0.9.7l zlib/1.2.3
Host: www.example.com
Accept-Language: en, mi

服务端响应:

HTTP/1.1 200 OK
Date: Mon, 27 Jul 2009 12:28:53 GMT
Server: Apache
Last-Modified: Wed, 22 Jul 2009 19:15:56 GMT
ETag: "34aa387-d-1568eb00"
Accept-Ranges: bytes
Content-Length: 51
Vary: Accept-Encoding
Content-Type: text/plain

输出结果：

Hello World! My payload includes a trailing CRLF.

6 TCP释放连接（四次挥手）

  1. 浏览器所在主机向服务器发出连接释放报文，然后停止发送数据；

  2. 服务器接收到释放报文后发出确认报文，然后将服务器上未传送完的数据发送完；

  3. 服务器数据传输完毕后，向客户机发送连接释放报文；

  4. 客户机接收到报文后，发出确认，然后等待一段时间后，释放TCP连接；

    即为四次挥手过程：

    计算机网络08

断开一个 TCP 连接则需要“四次挥手”：

  • 客户端-发送一个 FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送

  • 服务器-收到这个 FIN，它发回一 个 ACK，确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号

  • 服务器-关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端

  • 客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1

简单来说：

客户端：我说完了；

服务端：我知道了，继续把我要说的说完；

服务端：说完后，通知客户端我要结束了；

客户端：收到！！

4 http(应用层协议)长连接与短连接

4.1 http短连接

在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中 断连接。当客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源（如JavaScript文件、图像 文件、CSS文件等），每遇到这样一个Web资源，浏览器就会重新建立一个HTTP会话。

4.2 http长连接

HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。

而从HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头加入这行代码：
在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，客 户端再次访问这个服务器时，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时 间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。

4.3 http与TCP/IP协议的关系

HTTP属于应用层协议，在传输层使用TCP协议，在网络层使用IP协议。 IP协议主要解决网络路由和寻址问题，TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠地传递数据包，使得网络上接收端收到发送端所发出的所有包，并且顺序与发送顺序一致。TCP协议是可靠的、面向连接的。

4.4 如何理解http是无 状态的

HTTP协议是无状态的，指的是协议对于事务处理没有记忆能力，服务器不知道客户端是什么状态。也就是说，打开一个服务器上的网页和上一次打开这个服务器上的网页之间没有任何联系。HTTP是一个无状态的面向连接的协议，无状态不代表HTTP不能保持TCP连接，更不能代表HTTP使用的是UDP协议（无连接）。

4.5 TCP短连接

模拟一下TCP短连接的情况：client向server发起连接请求，server接到请求，然后双方建立连接（三次握手）。client向server发送消息，server回应client，然后一次请求就完成了。这时候双方任意都可以发起close操作，不过一般都是client先发起close操作。上述可知，短连接一般只会在 client/server间传递一次请求操作。

短连接的优点是：管理起来比较简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。

4.6 TCP长连接

我们再模拟一下长连接的情况：client向server发起连接，server接受client连接，双方建立连接（三次握手）。client与server完成一次请求后，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接。TCP的保活功能主要为服务器应用提供。如果客户端已经消失而连接未断开，则会使得服务器上保留一个半开放的连接，而服务器又在等待来自客户端的数据，此时服务器将永远等待客户端的数据。保活功能就是试图在服务端器端检测到这种半开放的连接。

如果一个给定的连接在两小时内没有任何动作，服务器就向客户发送一个探测报文段，根据客户端主机响应探测4个客户端状态：

  • 客户主机依然正常运行，且服务器可达。此时客户的TCP响应正常，服务器将保活定时器复位。
  • 客户主机已经崩溃，并且关闭或者正在重新启动。上述情况下客户端都不能响应TCP。服务端将无法收到客户端对探测的响应。服务器总共发送10个这样的探测，每个间隔75秒。若服务器没有收到任何一个响应，它就认为客户端已经关闭并终止连接。
  • 客户端崩溃并已经重新启动。服务器将收到一个对其保活探测的响应，这个响应是一个复位，使得服务器终止这个连接。
  • 客户机正常运行，但是服务器不可达。这种情况与第二种状态类似。

4.7 长连接与短连接的优缺点

  • 长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户端适合使用长连接。在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭连接，当client与server之间的连接一直不关闭，随着客户端连接越来越多，server会保持过多连接。这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有请求发生的连接，这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件允许则可以限制每个客户端的最大长连接数，这样可以完全避免恶意的客户端拖垮整体后端服务。

  • 短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费较多时间和带宽。

长连接和短连接的产生在于client和server采取的关闭策略。不同的应用场景适合采用不同的策略。

4.8 适用场景

  • **长连接：**多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接， 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。

  • **短链接：**而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。