网络协议

网络协议分层一图简介：

OSI七层模型、TCP/IP四层模型、五层模型

5层模型只是OSI和TCP/IP的综合模型，是业界产生出来的非官方协议模型，但是很多具体的应用。OSI是理论模型，实际应用还是TCP/IP的四层结构。

OSI的七层模型首字母可以组成一个句子：All People Seem To Need Data Processing，与之对应的七层拼写为：Application、Presentation、Session、Transport、Network、Data Link、Physical。

1. 五层参考模型¶

网络分层从上到下分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

应用层
应用层为用户提供所需要的各种服务，它的主要协议有HTTP、FTP、Telnet、SMTP、POP3等。
传输层
该层 为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性 。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP)。
TCP协议提供的是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不保证可靠的（并不是不可靠）、无连接的数据传输服务。
网络层
该层 主要解决主机到主机的通信问题 。它所包含的协议涉及数据包在整个网络上的逻辑传输，注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。
IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。
数据链路层
该层控制网络层与物理层之间的通信，其主要功能是 如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递 。为了保证传输，从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始数据，还包括发送方和接收方的物理地址以及纠错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。如果在传送数据时，接收点检测到所传数据中有差错，就要通知发送方重发这一帧。
物理层
该层负责比特流在节点间的传输，即 负责物理传输 。该层的协议既与链路有关，也与传输介质有关。其通俗来讲就是把计算机连接起来的物理手段。

2. TCP与UDP¶

TCP/UDP都属于传输层的协议，其区别在于：

TCP是 面向连接 的传输层协议，提供可靠服务（传送的数据无差错，不丢失，不重复，且按序到达），但在建立、断开连接需要经历三次握手、四次挥手；主要用在对可靠性要求较高的地方。
UDP是 无连接 的传输层协议，尽最大努力交付，即 不保证可靠交付 ；主要用于实时性要求较高的场合如事实视频会议等。

3. TCP的三次握手¶

TCP流程

几个名词

seq为Sequence Number
SYN为SYNchronize
ACK为ACKnowledge
FIN为FINish
MSL为the maximum segment lifetime

SYN、ACK大写时为标志位，值为0或1；小写时表示序号。

TCP三次握手（SYN，SYN-ACK，ACK）：

客户端向服务器端发送报文，报文中设置标志位SYN=1，生成随机序列号seq=x，此时客户端进入 SYN_SENT 状态
服务端收到客户端的报文，由SYN=1可以知道客户端请求建立连接。服务端给客户端发送报文，设置标志位SYN=1，ACK=1，生成随机序列号seq=y，设置确认号ack=x+1，此时服务器端进入 SYN_RCVD 状态
客户端接收到服务器的报文，检查ACK是否为1，ack是否为x+1。如果正确置ACK=1，seq=x+1，ack=y+1，并将该数据包发送给服务器端，服务器端检查ACK是否为1，ack是否为y+1。如果正确则连接建立成功，服务器端和客户端进入 ESTABLISHED 状态，完成三次握手

为什么需要三次握手，两次确认？

为什么客户端还要发送一次确认呢，主要是为了防止已失效的连接请求报文突然又传送到了服务器端，造成错误。比如：客户端发送连接请求，因为网络或者一些其他因素造成没有在一定时间到达服务器端，所以客户端没有收到确认。于是客户端会重发一次连接请求，通过三次握手与服务器建立连接，但是这时上次的请求到达服务器端了，服务器会误以为客户端又发来了一次新的连接请求，会向客户端发送报文同意建立连接，但是客户端已经建立了，就会放弃掉该报文，服务器端没有收到响应，也就不会建立连接了。

4. TCP的四次挥手¶

四次挥手（FIN，ACK，FIN，ACK）：

客户端发送报文，标志位FIN=1，seq=n，此时客户端进入到 **FIN_WAIT_1**状态，表示客户端没有数据要发送给服务器
服务端收到客户端发送的FIN报文，然后向客户端发送一个报文，设置标志位为ACK=1，确认序列号为ack=n+1，此时服务端进入 CLOSE_WAIT 状态.表示客户端到服务端的发送连接已经断开
服务器发送报文到客户端，报文标志位FIN=1，seq=m，用来关闭服务器到客户端的数据传输，服务端进行 LAST_ACK 状态
客户端收到服务器发送的标志位为FIN的报文，然后向服务器发送一个标志位为ACK=1的报文，确认序列号为ack=m+1，客户端进入到 TIME_WAIT 状态。等待2MSL（最大报文段生存时间）后依然没有收到回复，则说明服务端已正常关闭，这样客户端也可以关闭连接了

为什么要等待2MSL

客户端发送的第4次握手报文，服务器没有收到。这时候服务器端会再次发送一个FIN=1的报文，而这个时候客户端还处于**CLIENT_WAIT**状态，所以可以再次发送确认消息。

5. HTTP各版本的区别¶

HTTP1.0和1.1的区别

长连接：HTTP1.0需要使用keep-alive参数来告知服务器端要建立一个长连接，而HTTP1.1默认支持长连接
节约带宽：HTTP1.1支持只发送header信息(不带任何body信息)，如果服务器认为客户端有权限请求服务器，则返回100，否则返回401。客户端如果接受到100，才开始把请求body发送到服务器，客户端如果接受到401，客户端就可以不用发送body信息，节约了带宽
HOST域：HTTP1.0是没有host域的，HTTP1.1才支持这个参数

Http1.1和2.0的区别

多路复用：HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级
数据压缩：HTTP1.1不支持header数据的压缩，HTTP2.0使用HPACK算法对header的数据进行压缩，这样数据体积小了，在网络上传输就会更快
服务器推送：当我们对支持HTTP2.0的web server请求数据的时候，服务器会顺便把一些客户端需要的资源一起推送到客户端，免得客户端再次创建连接发送请求到服务器端获取，服务器端推送的这些资源其实存在客户端的某处地方，客户端直接从本地加载这些资源就可以了，不用走网络，速度自然是快很多的

6. HTTPS¶

HTTPS协议是由HTTP+SSL协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，主要用到对称加密、非对称加密、证书等技术进行加密，其默认端口为443。它是一个安全通信通道，它基于HTTP开发，用于在客户计算机和服务器之间交换信息，它使用安全套接字层(SSL，SSL使用40位关键字作为RC4流加密算法)进行信息交换，简单来说它是HTTP的安全版

TLS (**T**ransport **L**ayer **S**ecurity)，传输层安全性协议
SSL (**S**ecure **S**ockets **L**ayer)，安全套接层

HTTP与HTTPS的区别如下：

区别	HTTP	HTTPS
URL地址	URL以http://开头	URL以https://开头
安全性	不安全的	安全的
默认端口	默认端口是80	默认端口是443
工作环境	工作于OSI模型中的应用层	工作于OSI模型中的传输层
数据加密	传输的数据无需加密	传输的数据进行加密
传输速度	传输速度快	传输速度慢
证书	访问无需证书	访问需要认证证书

7. SSL工作原理¶

SSL握手原理

详细介绍一下图中过程：

客户端给出协议版本号、一个客户端随机数A（Client random）以及客户端支持的加密方式
服务端确认双方使用的加密方式，并给出数字证书、一个服务器生成的随机数B（Server random）
客户端确认数字证书有效，生成一个新的随机数C（Pre-master-secret），使用证书中的公钥对C加密，发送给服务端
服务端使用自己的私钥解密出C
客户端和服务器根据约定的加密方法，使用三个随机数ABC，生成对话秘钥，之后的通信都用这个对话秘钥进行加密

关于HTTPS更多理论基础，可以参考HTTPS理论基础及其在Android中的最佳实践