常用的各種網絡協議概念關係整理

本文理清網絡開發相關知識。包括各種協議之間的關係。

0x01 TCP/IP協議

TCP/IP協議是一個協議簇。裏面包括很多協議的。包括UDP，TCP,IP協議。

TCP/IP協議集包括應用層,傳輸層，網絡層，網絡訪問層。

應用層

• 超文本傳輸協議(HTTP):萬維網的基本協議.
• 文件傳輸(TFTP簡單文件傳輸協議):
• 遠程登錄(Telnet),提供遠程訪問其它主機功能,它允許用戶登錄 internet主機,並在這臺主機上執行命令.
• 網絡管理(SNMP簡單網絡管理協議),該協議提供了監控網絡設備的方法,以及配置管理,統計信息收集,性能管理及安全管理等.
• 域名系統(DNS),該系統用於在internet中將域名及其公共廣播的網絡節點轉換成IP地址.

運輸層

• TCP 傳輸控制協議
• UDP 用戶數據報協議

網絡層

處理分組在網絡中的活動，如分組的選路；網絡層的協議包括

• IP協議
• ICMP協議（Internet互聯網控制報文協議）
• IGMP協議（Internet組管理協議）

鏈路層

也稱數據鏈路層或網絡接口層，包括設備驅動程序和網絡接口卡，它們一起處理與電纜的物理接口細節。鏈路層主要有三個目的

• 爲IP模塊發送和接受IP數據
• 爲ARP模塊發送ARP請求和接受ARP應答
• 外RARP發送RARP請求和接受RARP應答

0x02 IP協議

IP協議是TCP/IP協議的核心，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的數據都以IP數據格式傳輸。要注意的是，IP不是可靠的協議，這是說，IP協議沒有提供一種數據未傳達以後的處理機制–這被認爲是上層協議–TCP或UDP要做的事情。

下圖是IP頭部結構，20個字節

0x03 TCP協議

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）

是面向連接的協議，也就是說，在收發數據前，必須和對方建立可靠的連接。

TCP三次握手過程

1. 主機A通過向主機B 發送一個含有同步序列號的標誌位的數據段給主機B ,向主機B 請求建立連接,通過這個數據段,主機A告訴主機B 兩件事:我想要和你通信 和 你可以用此序列號作爲起始數據段來回應我.
2. 主機B收到主機A的請求後,用一個帶有確認應答(ACK)和同步序列號(SYN)標誌位的數據段響應主機A,也告訴主機A兩件事:我已經收到你的請求了,你可以傳輸數據了 和 你要用此序列號作爲起始數據段來回應我
3. 主機A收到這個數據段後,再發送一個確認應答,確認已收到主機B的數據段:我已收到回覆,我現在要開始傳輸實際數據了

TCP斷開連接四次握手

1. 當主機A完成數據傳輸後,將控制位FIN置1,提出停止TCP連接的請求
2. 主機B收到FIN後對其作出響應,確認這一方向上的TCP連接將關閉,將ACK置1
3. 由B 端再提出反方向的關閉請求,將FIN置1
4. 主機A對主機B的請求進行確認,將ACK置1,雙方向的關閉結束.

由TCP的三次握手和四次斷開可以看出,TCP使用面向連接的通信方式,大大提高了數據通信的可靠性,使發送數據端和接收端在數據正式傳輸前就有了交互,爲數據正式傳輸打下了可靠的基礎.

TCP頭部結構

0x04 UDP協議

UDP(User Data Protocol，用戶數據報協議)

UDP是一個簡單的面向數據報的傳輸層協議。

UDP頭部結構

0x05 TCP與UDP的區別

1. TCP基於連接，UDP無連接
2. TCP需要較多系統資源，UDP需要較少系統資源
3. TCP程序結構較複雜，UDP程序結構簡單
4. TCP流模式，UDP數據報模式
5. TCP保證數據正確性，UDP更容易丟包
6. TCP保證數據順序，UDP不保證數據順序

0x06 遊戲中的長短連接

短連接
連接->傳輸數據->關閉連接
HTTP是無狀態的，瀏覽器和服務器每進行一次HTTP操作，就建立一次連接，但任務結束就中斷連接。
也可以這樣說：短連接是指 Socket 連接後發送後接收完數據後馬上斷開連接。

長連接
連接->傳輸數據->保持連接 -> 傳輸數據-> 。。。 ->關閉連接。
長連接指建立 Socket 連接後不管是否使用都保持連接，但安全性較差。

0x07 Socket

socket是對TCP/IP協議的封裝，Socket本身並不是協議，而是一個調用接口（API），
通過Socket，我們才能使用TCP/IP協議。
實際上，Socket跟TCP/IP協議沒有必然的聯繫。Socket編程接口在設計的時候，就希望也能適應其他的網絡協議。
所以說，Socket的出現只是使得程序員更方便地使用TCP/IP協議棧而已，是對TCP/IP協議的抽象，
從而形成了我們知道的一些最基本的函數接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等

socket的抽象層位於應用層和運輸層之間。

TCP編程的服務器端一般步驟：
1. 創建一個socket，用函數socket()；
2. 設置socket屬性，用函數setsockopt(); * 可選
3. 綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind();
4. 開啓監聽，用函數listen()；
5. 接收客戶端上來的連接，用函數accept()；
6. 收發數據，用函數send()和recv()，或者read()和write();
7. 關閉網絡連接；
8. 關閉監聽；

TCP編程的客戶端一般步驟：
1. 創建一個socket，用函數socket()；
2. 設置socket屬性，用函數setsockopt();* 可選
3. 綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind();* 可選
4. 設置要連接的對方的IP地址和端口等屬性；
5. 連接服務器，用函數connect()；
6. 收發數據，用函數send()和recv()，或者read()和write();
7. 關閉網絡連接；

UDP編程的服務器端一般步驟：
1. 創建一個socket，用函數socket()；
2. 設置socket屬性，用函數setsockopt();* 可選
3. 綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind();
4. 循環接收數據，用函數recvfrom();
5. 關閉網絡連接；

UDP編程的客戶端一般步驟：
1. 創建一個socket，用函數socket()；
2. 設置socket屬性，用函數setsockopt();* 可選
3. 綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind();* 可選
4. 設置對方的IP地址和端口等屬性;
5. 發送數據，用函數sendto();
6. 關閉網絡連接；

0x08 Http協議

HTTP協議即超文本傳送協議(HypertextTransfer Protocol)是一個基於請求與響應模式的、無狀態的、應用層的協議，通常基於TCP協議之上。

HTTP請求

由三部分組成：請求行、消息報頭、請求正文

請求行格式 Method Request-URI HTTP-Version CRLF

• Method表示請求方法
• Request-URI是一個統一資源標識符
• HTTP-Version表示請求的HTTP協議版本
• CRLF表示回車和換行（除了作爲結尾的CRLF外，不允許出現單獨的CR或LF字符）

請求方法（所有方法全爲大寫）有多種，各個方法的解釋如下：
GET 請求獲取Request-URI所標識的資源
POST 在Request-URI所標識的資源後附加新的數據
HEAD 請求獲取由Request-URI所標識的資源的響應消息報頭
PUT 請求服務器存儲一個資源，並用Request-URI作爲其標識
DELETE 請求服務器刪除Request-URI所標識的資源
TRACE 請求服務器回送收到的請求信息，主要用於測試或診斷
CONNECT 保留將來使用
OPTIONS 請求查詢服務器的性能，或者查詢與資源相關的選項和需求

HTTP響應也由三個部分組成：

狀態行、消息報頭、響應正文

狀態行格式 HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF

• HTTP-Version表示服務器HTTP協議的版本；
• Status-Code表示服務器發回的響應狀態代碼；
• Reason-Phrase表示狀態代碼的文本描述。

狀態代碼有三位數字組成，第一個數字定義了響應的類別，且有五種可能取值

1xx：指示信息--表示請求已接收，繼續處理
2xx：成功--表示請求已被成功接收、理解、接受
3xx：重定向--要完成請求必須進行更進一步的操作
4xx：客戶端錯誤--請求有語法錯誤或請求無法實現
5xx：服務器端錯誤--服務器未能實現合法的請求

HTTP消息報頭（之後文章詳解，此處不做說明）