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TCP/IP三次握手和HTTP過程

等待 自身 text ssi 描述 套接字 網絡連接 計算 中間

1、TCP連接

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”:

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“四次握手”(過程就不細寫了,就是服務器和客 戶端交互,最終確定斷開)


2、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為“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復,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,則認為客戶端“下線”,若客戶端長時間無法收到服務器的回復,則認為網絡已經斷開。


3、SOCKET原理

3.1 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。

應用層通過傳輸層進行數據通信時,TCP會遇到同時為多個應用程序進程提供並發服務的問題。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。為了區別不同的應用程序進程和連接,許多計算機操作系統為應用程序與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,實現數據傳輸的並發服務。


3.2 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,稱為ClientSocket ,另一個運行於服務器端,稱為ServerSocket 。

套接字之間的連接過程分為三個步驟:服務器監聽,客戶端請求,連接確認。

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。

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。為此,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。

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。

4、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。

5、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個中間節點,例如路由器、網關、防火墻等,大部分防火墻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,服務器端才能回復數據。

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。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,提供可靠的連接服務,采用三次握手確認建立一個連接:

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發送位碼為syn=1,隨機產生seq number=1234567的數據包到服務器,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信息,向A發送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,即第一次發送的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則連接建立成功。

完成三次握手,主機A與主機B開始傳送數據。

在TCP/IP協議中,TCP協議提供可靠的連接服務,采用三次握手建立一個連接。
第一次握手:建立連接時,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。 完成三次握手,客戶端與服務器開始傳送數據.

實例:

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發送位碼syn=1,隨機產生seq number=3626544836的數據包到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信息,向192.168.1.116發送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,即第一次發送的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則連接建立成功。

TCP的作用是流量控制,主要是控制數據流的傳輸。下面以瀏覽網頁為例,根據自身理解來解釋一下這個過程。(註:第二個ack屬於代碼段ack位)

pc瀏覽服務器網頁此過程不包括域名查詢,只描述TCP與http數據流的變化。
一、pc與http服務器進行三次握手來建立連接。
1.pc:seq=0 ack=0 syn=1 ack=0 發送給服務器建立同步請求。
2.server: seq=0 ack=1 syn=1 ack=1 發送給客戶端建立同步響應.
3.pc:seq=1 ack=1 syn=0 ack=1 發送給服務器,三次握手完成建立同步信息成功.
4.pc產生http數據消息,向服務器發送get請求.
5.服務器收到請求並發送TCP確認,然後發送http數據信息給客戶端的瀏覽器.
6.客戶端收到服務器的http信息,然後發送TCP確認信息給服務器.
7.客戶端發送FIN+ACK給服務器,要求結束數據傳輸.
8.服務器發送TCP確認消息用於確認pc的TCP的FIN消息
9.服務器向客戶端發送FIN+ACK消息用於結束TCP會話.
10.客戶端發送確認信息給服務器,整個會話結束.

TCP/IP三次握手和HTTP過程