网络编程之通信协议

计算机网络整个体系有两个大的分类:一个是国际组织制定的OSI七层模型,一种是实际使用中的TCP/IP四层模型。

OSI七层模型 TCP/IP四层模型
应用层
表示层 应用层(HTTP协议)
会话层
传输层 传输层(TCP/UDP协议)
网络层 网络层(IP协议)
数据链路层 物理接入层
物理层

一、HTTP协议

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol ),是Web联网的基础,也是手机联网常用的协议之一,HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
1、特点
支持客户/服务器模式
简单快速:客户向服务端请求服务时,只需传送请求方式和路径。
灵活:允许传输任意类型的数据对象。由Content-Type加以标记。
无连接:每次响应一个请求,响应完成以后就断开连接。
无状态:服务器不保存浏览器的任何信息。

2、常用请求方法
GET:请求获取Request-URI所标识的资源
POST:在Request-URI所标识的资源后附加新的数据

Post一般用于更新或者添加资源信息 Get一般用于查询操作,而且应该是安全和幂等的
Post更加安全 Get会把请求的信息放到URL的后面
Post传输量一般无大小限制 Get不能大于2KB
Post执行效率低 Get执行效率略高

二、IP协议

IP(Internet Protocol 网络之间互连的协议)协议也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议,是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。

特点:
不可靠:它不能保证 I P数据报能成功地到达目的地。 IP仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时,如某个路由器暂时用完了缓冲区, IP有一个简单的错误
无连接:IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。
每个数据报的处理是相互独立的。这也说明, I P数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报(先是 A,然后是B) ,每个数据报都是独立地进行路由
选择,可能选择不同的路线,因此B可能在A到达之前先到达。

三、TCP协议

TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP协议可以对上层网络提供接口,使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”:
1、客户端发送:SYN = 1, SEQ = X, 端口号
2、服务器回复:SYN = 1, ACK = X + 1, SEQ = Y
3、客户端发送:ACK = Y + 1, SEQ = X + 1

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”:
1、A向B提出停止连接请求,FIN = 1
2、B收到,ACK = 1
3、B向A提出停止连接请求,FIN = 1
4、A收到,ACK = 1

优点:可靠,稳定
1、传递数据前,会有三次握手建立连接
2、传递数据时,有确认、窗口、重传、拥塞控制
3、传递数据后,会断开连接节省系统资源

缺点:传输慢,效率低,占用系统资源高
1、传递数据前,建立连接需要耗时
2、传递数据时,确认、重传、拥塞等会消耗大量时间以及CPU和内存等硬件资源
缺点:容易被攻击
1、因为有确认机制,三次握手等机制,容易被人利用,实现DOS 、DDOS攻击

四、UDP协议

UDP(User Datagram Protocol)协议全称是用户数据报协议,网络中它与TCP协议一样用于处理数据包,是一种无连接的协议。

传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快的把它扔到网络上
在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制
在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段
由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息
UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小
吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制
UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表。
UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。

优点:
传输速率快
1、传输数据前,不需要像TCP一样建立连接
2、传输数据时,没有确认、窗口、重传、拥塞控制等机制
较安全
1、由于没有了TCP的一些机制,被攻击者利用的漏洞就少了

缺点:
不可靠,不稳定
1、由于没有了TCP的机制,在数据传输时如果网络不好,很可能丢包

五、TCP与UDP的区别

TCP面向有连接的通信服务 UDP面向无连接的通信服务
TCP提供可靠的通信传输 UDP不可靠,会丢包
TCP保证数据顺序 UDP不保证
TCP数据无边界 UDP有边界
TCP速度快 UDP速度慢
TCP面向字节流 UDP面向报文
TCP一对一 UDP可以一对一,一对多
TCP报头至少20字节 UDP报头8字节
TCP有流量控制,拥塞控制 UDP没有

什么时候使用TCP:
当对网络通讯质量有要求的时候,比如:整个数据要准确无误的传递给对方,这往往用于一些要求可靠的应用,比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议,POP、SMTP等邮件传输的协议。 在日常生活中,常见使用TCP协议的应用如下: 浏览器,用的HTTP FlashFXP,用的FTP Outlook,用的POP、SMTP Putty,用的Telnet、SSH QQ文件传输

什么时候使用UDP:
当对网络通讯质量要求不高的时候,要求网络通讯速度能尽量的快,这时就可以使用UDP。 比如,日常生活中,常见使用UDP协议的应用如下: QQ语音 QQ视频 TFTP

六、TCP/IP协议

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protoco 传输控制协议/因特网互联协议)协议,又名网络通讯协议,是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。
TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言:TCP负责发现传输的问题,一有问题就发出信号,要求重新传输,直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

特点:
1、TCP/IP协议不依赖于任何特定的计算机硬件或操作系统,提供开放的协议标准,所以TCP/IP协议成为一种联合各种硬件和软件的实用系统。
2、TCP/IP协议并不依赖于特定的网络传输硬件,所以TCP/IP协议能够集成各种各样的网络。
3、统一的网络地址分配方案,使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址。
4、标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。

缺点:
1、它在服务、接口与协议的区别上就不是很清楚。一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开来,TCP/IP恰恰没有很好地做到这点,就使得TCP/IP参考模型对于使用新的技术的指导意义是不够的。TCP/IP参考模型不适合于其他非TCP/IP协议簇。
2、主机-网络层本身并不是实际的一层,它定义了网络层与数据链路层的接口。物理层与数据链路层的划分是必要和合理的,一个好的参考模型应该将它们区分开,而TCP/IP参考模型却没有做到这点。

七、TCP/IP与HTTP

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。
关于TCP/IP和HTTP协议的关系,网络有一段比较容易理解的介绍:
“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。”

【参考资料:
TCP、UDP、IP 协议分析
Android网络编程(一)HTTP协议原理
计算机网络基础汇总

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