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TCP/IP三次握手和HTTP過程(備忘)

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1、TCP連線

手機能夠使用聯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連線。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連線需要經過“三次握手”:

第一次握手:客戶端傳送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),同時自己也傳送一個SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此時伺服器進入SYN_RECV狀態;

第三次握手:客戶端收到伺服器的SYN+ACK包,向伺服器傳送確認包ACK(ack=k+1),此包傳送完畢,客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。

握手過程中傳送的包裡不包含資料,三次握手完畢後,客戶端與伺服器才正式開始傳送資料。理想狀態下,TCP連線一旦建立,在通訊雙方中的任何一方主 動關閉連線之前,TCP 連線都將被一直保持下去。斷開連線時伺服器和客戶端均可以主動發起斷開TCP連線的請求,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連線

HTTP協議即超文字傳送協議(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連線最顯著的特點是客戶端傳送的每次請求都需要伺服器回送響應,在請求結束後,會主動釋放連線。從建立連線到關閉連線的過程稱為“一次連線”。

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線,在處理完本次請求後,就自動釋放連線。

2)在HTTP 1.1中則可以在一次連線中處理多個請求,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線,因此HTTP連線是一種“短連線”,要保持客戶端程式的線上狀態,需要不斷地向伺服器發起連線請求。通常 的做法是即時不需要獲得任何資料,客戶端也保持每隔一段固定的時間向伺服器傳送一次“保持連線”的請求,伺服器在收到該請求後對客戶端進行回覆,表明知道 客戶端“線上”。若伺服器長時間無法收到客戶端的請求,則認為客戶端“下線”,若客戶端長時間無法收到伺服器的回覆,則認為網路已經斷開。


3、SOCKET原理

3.1 套接字(socket)概念

套接字(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:連線使用的協議,本地主機的IP地址,本地程序的協議埠,遠地主機的IP地址,遠地程序的協議埠。

應用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程序提供併發服務的問題。多個TCP連線或多個應用程式程序可能需要通過同一個 TCP協議埠傳輸資料。為了區別不同的應用程式程序和連線,許多計算機作業系統為應用程式與TCP/IP協議互動提供了套接字(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程序或網路連線的通訊,實現資料傳輸的併發服務。


3.2 建立socket連線
建立Socket連線至少需要一對套接字,其中一個運行於客戶端,稱為ClientSocket ,另一個運行於伺服器端,稱為ServerSocket 。

套接字之間的連線過程分為三個步驟:伺服器監聽,客戶端請求,連線確認。

伺服器監聽:伺服器端套接字並不定位具體的客戶端套接字,而是處於等待連線的狀態,實時監控網路狀態,等待客戶端的連線請求。

客戶端請求:指客戶端的套接字提出連線請求,要連線的目標是伺服器端的套接字。為此,客戶端的套接字必須首先描述它要連線的伺服器的套接字,指出伺服器端套接字的地址和埠號,然後就向伺服器端套接字提出連線請求。

連線確認:當伺服器端套接字監聽到或者說接收到客戶端套接字的連線請求時,就響應客戶端套接字的請求,建立一個新的執行緒,把伺服器端套接字的描述發 給客戶端,一旦客戶端確認了此描述,雙方就正式建立連線。而伺服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線請求。


4、SOCKET連線與TCP連線

建立Socket連線時,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協議進行連線時,該Socket連線就是一個TCP連線。


5、Socket連線與HTTP連線

由於通常情況下Socket連線就是TCP連線,因此Socket連線一旦建立,通訊雙方即可開始相互發送資料內容,直到雙方連線斷開。但在實際網 絡應用中,客戶端到伺服器之間的通訊往往需要穿越多箇中間節點,例如路由器、閘道器、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連線而導致 Socket 連線斷連,因此需要通過輪詢告訴網路,該連線處於活躍狀態。

而HTTP連線使用的是“請求—響應”的方式,不僅在請求時需要先建立連線,而且需要客戶端向伺服器發出請求後,伺服器端才能回覆資料。

很多情況下,需要伺服器端主動向客戶端推送資料,保持客戶端與伺服器資料的實時與同步。此時若雙方建立的是Socket連線,伺服器就可以直接將數 據傳送給客戶端;若雙方建立的是HTTP連線,則伺服器需要等到客戶端傳送一次請求後才能將資料傳回給客戶端,因此,客戶端定時向伺服器端傳送連線請求, 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客戶端。TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議

TCP是主機對主機層的傳輸控制協議,提供可靠的連線服務,採用三次握手確認建立一個連線:

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重置) URG(urgent緊急)

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

第一次握手:主機A傳送位碼為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傳送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=7654321的包

第三次握手:主機A收到後檢查ack number是否正確,即第一次傳送的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則連線建立成功。

完成三次握手,主機A與主機B開始傳送資料。


在TCP/IP協議中,TCP協議提供可靠的連線服務,採用三次握手建立一個連線。 
第一次握手:建立連線時,客戶端傳送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),同時自己也傳送一個SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此時伺服器進入SYN_RECV狀態; 第三次握手:客戶端收到伺服器的SYN+ACK包,向伺服器傳送確認包ACK(ack=k+1),此包傳送完畢,客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。 完成三次握手,客戶端與伺服器開始傳送資料.

例項:

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傳送位碼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傳送ack number=3626544837,syn=1,ack=1,隨機產生seq=1739326486的包;

第三次握手:192.168.1.116收到後檢查ack number是否正確,即第一次傳送的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則連線建立成功。