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关于socket,http,udp,ip等之间 的关系

发布时间:2021-05-30 来源:未知 点击:

网络七层由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层,一般编程人员接触最多的就是应用层和运输层,再往下的就是所谓的媒体层了,不是我们研究的对象。

下面是应用层、运输层,网络层、链路层通信协议概图。我们经常接触到的一般是:

http协议:应用层协议,并且http协议是基于tcp连接的,主要解决的是如何包装协议的

tcp协议:运输层协议,通常也叫做tcp/ip协议,主要解决数据如何在网络中传输

udp协议:运输层协议,用户数据报协议,不可靠的协议,只负责把应用层的协议的数据传送到ip层的数据报,而不管数据是否到达。

ip协议:网络层。

socket连接:长连接

http连接:短连接

这里写图片描述

下面详细介绍网络通信中的几个概念与原理:

(1)Socket(套接字):

套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

ps:说白了,socket就是一组调用接口(API),封装了做tcp/ip开发的网络接口,通过Socket,我们才能使用TCP/IP协议。

(2)Tcp连接:

第一次握手:客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭 连接之前,TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求,断开过程需要经过“四次握手”。

(3)Socket连接:

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,直到双方连接断开。但在实际网络应用中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。

建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

1。服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。

2。客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。

3。连接确认:当服 务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端 确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。

(4)Http连接:

HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用,HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立连接,而且需要客户端向服务器发出请求后,服务器端才能回复数据。在请求结束后,会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接,因此HTTP连接是一种“短连接”,要保持客户端程序的在线状态,需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求,则认为客户端“下线”,若客户端长时间无法收到服务器的回复,则认为网络已经断开。

(5)TCP/IP协议和Http协议之间的关系:

TPC/IP协议是传输层协议,主要解决数据 如何在网络中传输,而HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据,而socket则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。实际上http协议就是建立在tcp/ip协议之上的。关于TCP/IP和HTTP协议的关系:

“我们在传输数据时,可以只使用(传输层)TCP/IP协议,但是那样的话,如 果没有应用层,便无法识别数据内容,如果想要使传输的数据有意义,则必须使用到应用层协议,应用层协议有很多,比如HTTP、FTP、TELNET等,也 可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议,以封装HTTP文本信息,然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

(6)Socket和TCP/IP协议之间的关系:

socket是对TCP/IP协议的封装,Socket本身并不是协议,而是一个调用接口(API),通过Socket,我们才能使用TCP/IP协议。 实际上,Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候,就希望也能适应其他的网络协议。所以说,Socket的出现 只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已,是对TCP/IP协议的抽象,从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口,比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理 解:

“TCP/IP只是一个协议栈,就像操作系统的运行机制一样,必须要具体实现,同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口,比如win32编程接口一样,TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口,这就是Socket编程接口。”

(7)tcp/ip协议, http协议,socket三者之间的关系:

实际上,传输层的TCP是基于网络层的IP协议的,而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的,而Socket本身不算是协议,它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。

(8)tcp协议和udp协议之间的区别:

TCP — 传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前,必须先在双方之间建立一个TCP连接,之后才能传输数据。TCP提供超时重发,丢弃重复数据,检验数据,流量控制等功能,保证数据能从一端传到另一端。 理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连接前,TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求

UDP — 用户数据报协议,是一个无连接的简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性,它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去,但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,故而传输速度很快

TCP发送的包有序号,对方收到包后要给一个反馈,如果超过一定时间还没收到反馈就自动执行超时重发,因此TCP最大的优点是可靠。一般网页(http)、邮件(SMTP)、远程连接(Telnet)、文件(FTP)传送就用TCP

UDP是面向消息的协议,通信时不需要建立连接,数据的传输自然是不可靠的,UDP一般用于多点通信和实时的数据业务,比如语音广播、视频、QQ、TFTP(简单文件传送)、SNMP(简单网络管理协议)、RTP(实时传送协议)RIP(路由信息协议,如报告股票市场,航空信息)、DNS(域名解释)。注重速度流畅。

(9)FTP协议:

文件传输协议(File Transfer Protocol, FTP)是TCP/IP网络上两台计算机传送文件的协议,FTP是在TCP/IP网络和INTERNET上最早使用的协议之一,它属于网络协议组的应用层。FTP客户机可以给服务器发出命令来下载文件,上载文件,创建或改变服务器上的目录。


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