01-http简介-四层七层三次握手

Posted 2020-12-27 licker

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了01-http简介-四层七层三次握手相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

接下来想系统的回顾一下TCP/IP协议族的相关东西，当然这些东西大部分是在大学的时候学过的，但是那句话，基础的东西还是要不时的回顾回顾的。接下来的几篇博客都是关于TCP/IP协议族的，本篇博客就先简单的聊一下TCP/IP协议族，然后聊一下HTTP协议，然后再聊一下SSL上的HTTP（也就是HTTPS）了。当然TCP/IP协议族是个老生常谈的话题，网络上关于该内容的文章一抓一大把呢，但是鉴于其重要性，还是有必要系统的总结一下的。

1. TCP/IP协议族简述

在聊HTTP与HTTPS之前呢，我们先简单的聊一下TCP/IP协议族。TCP/IP不单单指的就是TCP和IP这两个协议，而是指的与其相关的各种协议。比如HTTP, FTP, DNS, TCP, UDP, IP, SNMP等等都属于TCP/IP协议族的范畴。

1.1. TCP/IP协议的分层

TCP/IP协议族是分层管理的，在OSI标准中可以分为7层（应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层，可记为：应表会传网数物），本篇博客我们采用的是TCP/IP协议族中的四层（应用层、传输层、网络层、链路层）。下方是对四层中每层的简单介绍：

应用层：该层是面向用户的一层，也就是说用户可以直接操作该层，该层决定了向用户提供应用服务时的通信活动。本篇博客要聊的HTTP（HyperText Transfer Protocol：超文本传输协议）就位于该层。我们经常使用的FTP(File Transfer Protocol: 文件传输协议)和DNS (Domain Name System: 域名系统)都位于该层。FTP简单的说就是用来文件传输的。而DNS则负责域名解析的，通过DNS可以将域名（比如：www.cnblogs.com）与IP地址（201.33.xx.09）进行相互的转换。在7层中，又将该层分为：应用层、表示层和会话层。
传输层：应用层的下方是传输层，应用层会将数据交付给传输层进行传输。TCP(Transmission Control Prococol:传输控制协议)和UDP(User Data Protocol: 用户数据协议)位于该层，当然见名知意，该层是用来提供处于网络连接中的两台计算机直接的数据传输的。TCP建立连接是需要三次握手来确认连接情况，而UDP则没有三次握手的过程。稍后会介绍。
网络层：传输层的下方是网络层，网络层用来处理在网络上流动的数据包，IP(Internet Protocol: 网际协议)就位于这层。该层负责在众多网络线路中选择一条传输线路。当然这个选择传输线路的过程需要IP地址和MAC地址的支持。
链路层：在7层协议中，将链路层分为数据链路层和物理层。该部分主要是用来处理网络的硬件部分，我们常说的NIC（Net Work Card），也就是网卡就位于这一部分，当然光纤也是链路层的一部分。

在TCP/IP协议族中的每次直接在传输数据时的协作关系，以及交互过程，还是引用《图解HTTP》一书上的一张图来解释吧。下图就是这四层协议在数据传输过程中的工作方式。下面这张图还是相当直观的。在发送端是应用层-->链路层这个方向的封包过程，每经过一层都会增加该层的头部。而接收端则是从链路层-->应用层解包的过程，每经过一层则会去掉相应的首部。

1.2. TCP协议的三次握手

在聊HTTP协议之前，我们先简单的聊一下TCP三次握手的过程，在后面的博客中我们将会对TCP和IP协议进行详述，本篇博客就先简单的聊一下做HTTP协议的基础。

TCP协议位于传输层，为了确保传输的可靠性，TCP协议在建立连接时需要三次握手（Three-way handshaking）。下方这个简图就是TCP协议建立连接时三次握手的过程。

第一次握手：发送端发送一个带SYN(Synchronize [?s??kr?na?z]使同步)标志的数据包给接收端，用于询问接收端是否可以接收。如果可以，就进行第二次握手。
第二次握手：接收端回传给发送端一个带有SYN/ACK(Acknowledgement [?k?n?l?d?m?nt]确认)的数据包，给发送端说，我收到你给我发送的SYN标志了，我再给你传一个ACK标志，你能收到吗？如果发送端收到了SYN/ACK这个数据包，就可以确认接收端收到了之前发送的SYN, 然后进行第三次握手。
第三次握手：发送端会给接收端发送一个带有ACK标志的数据包，告诉接收端我可以收到你给我发送的SYN/ACK标志。接收端如果收到了这个来自客户端的ACK标志，就意味着三次握手完成，连接建立，就可以开始传输数据了。

1.3. TCP协议的四次挥手

TCP三次握手是TCP连接建立的过程，TCP四次挥手则是TCP连接释放的过程。下面是TCP四次挥手的流程图：

当客户端没有数据再需要发送给服务端时，就需要释放客户端的连接，这整个过程为：

客户端发送一个报文给服务端（没有数据），其中FIN设置为1，Sequence Number置为u，客户端进入FIN_WAIT_1状态
服务端收到来自客户端的请求，发送一个ACK给客户端，Acknowledge置为u+1，同时发送Sequence Number为v，服务端进入CLOSE_WAIT状态
服务端发送一个FIN给客户端，ACK置为1，Sequence置为w，Acknowledge置为u+1，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态
客户端收到FIN后，进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务端，Acknowledge置为w+1，Sequence Number置为u+1，最后客户端和服务端都进入CLOSED状态

这里的一个问题是，为什么TCP连接的建立只需要三次握手而TCP连接的释放需要四次握手呢：

因为服务端在LISTEN状态下，收到建立请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而连接关闭时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方没有需要发送的数据了，但是还能接收数据，己方未必数据已经全部发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以将应该发送的数据全部发送完毕后再发送FIN报文给客户端来表示同意现在关闭连接。

从这个角度而言，服务端的ACK和FIN一般都会分开发送。

2. HTTP报文结构

HTTP协议全称是HyperText Transfer Protocol，即超文本传输协议，用户客户端和服务器之前的通信，目前普遍使用版本为HTTP/1.1。协议本质上就是规范，我们之前提到过的“面向接口”编程，其实就是“面向协议”编程。先定义好类的协议，也就是接口，相关类都遵循该协议，这样一来我们就规范了这些类的调用方式。而HTTP协议是规范客户端和服务器之间通信的协议。也就是说所有的客户端或者服务器都遵循了HTTP这个通信协议，那么也就是意味着他们对外传输数据的接口是一直的，就可以在其中间连接上管道，这样一来就可以进行传输了。

这些协议就是接口，有着共同的通信协议，多个端就可以相互通信。采用相同的协议，就是便于个个设备之间进行沟通交流。HTTP协议的作用如下所示。

HTTP协议的作用是用来规范通信内容的，在HTTP协议中可以分为请求报文和响应报文。顾名思义，请求报文是请求方发出的信息，而响应报文是响应端收到请求后响应的内容。接下来我们就来看看请求报文和响应报文的整体结构。

1.1. 请求报文（Request Message）结构

下方是请求报文的整体结构。请求报文主要分为两大部分，一个是请求头（Request Headers）另一个是请求体（Request Body）。这两者之间由空行分割。在请求头中又分为请求行（Request Line），请求头部字段，通用头部字段和实体头部字段等，这个稍后会详细介绍。下方就是请求报文的结构。

下方这个截图就是请求博客园某个页面时的Request Headers。在请求行中的第一个“GET”是当前请求的方法，稍后会做介绍。中间的就是请求资源的路径，最后一个HTTP/1.1就是当前使用请求协议及其版本。下方这些就是请求头了，稍后会对常用的请求头进行解说。而请求体就是你往服务端传输的数据，比如form表单神马的。