图解HTTP之TCP/IP

图解HTTP协议笔记

HTTP

全名HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议。

TCP/IP

通常使用的网络,包括互联网是在TCP/IP协议族的基础上运作的。而HTTP属于它内部的一个子集。

常见的协议有TCP,FTP,UDP,IP等等,TCP/IP是互联网相关的各类协议族的总称。像这样把互联网相关的协议集合起来总称为TCP/IP。

TCP/IP的分层管理

TCP/IP协议族里重要的一点就是分层,TCP/IP协议族按层次分别为以下4层,它们分别是:

  • 应用层

  • 传输层

  • 网络层

  • 数据链路层

层次化之后,设计也变得相对简单了,处于应用层的应用可以只考虑分派给自己的任务,而不需要弄清对方在地球上那个地方,对方的传输路线是怎样的,是否能确保传输送达等问题。

应用层

应用层决定了向用户提供应用服务时的活动。

TCP/IP协议族内预存了各类通用的应用服务,比如,FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议)和DNS(Domain Name System,域名系统)服务就是其中的两类。

传输层

传输层对上层应用层,提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。

在传输层有两个性质不同的协议:TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)和UDP(User Date Protocol,用户数据报协议)。

网络层 (又称网络互联层)

网络层用来处理在网络上流动的数据包,数据包是网络传输的最小数据单位,该层规定了通过怎样的路径(所谓的传输路线)到达对方的计算机,并把数据包传送给对方。

与对方的计算机之间通过多台计算机或者网络设备进行传输时,网络层的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

链路层(又名数据链路层,网络接口层)

用来处理链接网络的硬件部分。包括控制操作系统,硬件的设备驱动,NIC(Network Interface Card,网络适配器,即网卡),以及光纤等物理可见部分(还包括连接器等一切传输媒介)。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

在进行网络通信时,一般通过分层顺序与对方进行通信,发送端从应用层往下走,接收端则往应用层往上走。

eg:客户端请求服务端通讯例子:

客户端:应用层(HTTP) --> 传输层(TCP) --> 网络层(IP)--> 链路层(网络) ↓
服务端: 应用层(HTTP) --> 传输层(TCP) --> 网络层(IP)--> 链路层(网络)←

  • 客户端在应用层(HTTP协议)发出一个想看某个Web页面的HTTP请求。

  • 传输层(TCP协议)把从应用层接收到的数据(HTTP请求报文)进行分割,并在各个报文上标记序号以及端口号后转发给网络层。

  • 网络层(IP协议),增加作为通信目的地的MAC地址后转发给链路层,这样一来,发送网络的通信请求就准备齐全了。

接收端的服务器在链路层收到数据,按序往上层发送,一直到应用层,当传输到应用层的时候,才能真正接收到由客户端发送过来的HTTP请求。

发送端在层与层之间传输数据的时候,每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之,接收端在层与层传输数据时,每经过一层时会把对应的首部消去。

这种把数据信息包装起来的做法称为封装(encapsulate)。

1.4 与HTTP关系密切的协议:IP,TCP和DNS

负责传输的IP协议

按层次来分,IP(Internet Protocol)互联网协议,几乎所有的使用网络的系统都会用到IP协议,”IP“其实是一种协议。和“IP”地址无关。

IP协议的作用是把各种数据包传送给对方,而要保证确实传送到对方那里,则需要满足各类条件,其中连个重要的条件就是IP地址,和MAC地址(Media Access Control Address)

IP地址指明了节点被分配到的地址,MAC地址是指网卡所属的固定的地址。IP地址可以和MAC地址进行配对。IP地址可以变换,但是MAC地址基本上不会更改。

使用ARP协议凭借MAC地址进行通讯。

IP间的通信依赖MAC地址,在网络上,通讯的双方在同一局域网(LAN)内的请情况是很少的,通常是经过多台计算机和网络设备中转才能连接到对方。而在中转时,会利用下一站中转设备的MAC地址来搜索下一个中转目标,这时,会采用ARP协议(Address Resolution Protocol)。ARP是一种用以解析地址的协议,根据通信方的IP地址就可以反查处对应的MAC地址。在中转过程中,还会有路由器等网络设备进行路由选择,有点像快递公司的送货过程。

确保可靠性的TCP协议

按层次来分,TCP位于传输层,提供可靠的字节流服务。

所谓的字节流服务(Byte Stream Service)是指,为了方便传输,将大块数据分割成以报文段(segment)为单位的数据包进行管理。

而可靠的传输服务是指,能够把数据准确可靠地传给对方。一言以蔽之,TCP协议为了更容易传送大数据才把数据分割,而且TCP协议能够确认数据最终是否到达对方。确保数据能到达目标,为了准确无误地将数据送达目标处,TCP协议采用了三次握手(three-way handshaking)策略。用TCP协议把数据包送出去后,TCP不会对传送后的情况置之不理,他一定会向对方确认是否成功送达。

握手过程中使用了TCP的标志(flag) -------SYN(synchronize)和ACK(acknowledgement)。

什么意思呢?发送端先发送一个带有SYN标志的数据包给对方,接收端收到之后,回传一个带有SYN/ACK 标志的数据包以表示传达确认信息。最后,发送端在回传一个带ACK标志的数据包,代表“握手”结束。

如果在握手的过程中某个阶段莫名的中断,TCP协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。除了这种三次握手之外,TCP协议还有其他各种手段来保证通信的可靠性。

负责域名解析的DNS服务

DNS(Domain Name System)服务是和HTTP协议一样位于应用层的协议,它提供域名带IP地址之间的解析服务。

计算机既可以被赋予IP地址,也可以被赋予主机名和域名,比如

www.gogle.com

DNS协议提供通过域名查找IP地址,或者逆向的从IP地址反查找域名的服务。

最后我们通过一张图来看各种协议和HTTP协议之间的关系。

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