android 網絡編程--socket tcp/ip udp http之間的關係

網絡七層由下往上分別爲物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層,一般編程人員接觸最多的就是應用層和運輸層,再往下的就是所謂的媒體層了,不是我們研究的對象。

下面是應用層、運輸層,網絡層、鏈路層通信協議概圖。我們經常接觸到的一般是:

http協議:應用層協議,並且http協議是基於tcp連接的,主要解決的是如何包裝協議的

tcp協議:運輸層協議,通常也叫做tcp/ip協議,主要解決數據如何在網絡中傳輸

udp協議:運輸層協議,用戶數據報協議,不可靠的協議,只負責把應用層的協議的數據傳送到ip層的數據報,而不管數據是否到達。

ip協議:網絡層。

socket連接:長連接

http連接:短連接

下面詳細介紹網絡通信中的幾個概念與原理:

(1)Socket(套接字):

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會遇到同時爲多個應用程序進程提供併發服務的問題。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。爲了區別不同的應用程序進程和連接,許多計算機操作系統爲應用程序與TCPIP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,實現數據傳輸的併發服務。

ps:說白了,socket就是一組調用接口(API),封裝了做tcp/ip開發的網絡接口,通過Socket,我們才能使用TCP/IP協議。

(2)Tcp連接

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”。

(3)Socket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箇中間節點,例如路由器、網關、防火牆等,大部分防火牆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。

建立Socket連接至少需要一對套接字,其中一個運行於客戶端,稱爲ClientSocket ,另一個運行於服務器端,稱爲ServerSocket 。

套接字之間的連接過程分爲三個步驟:服務器監聽,客戶端請求,連接確認。

1。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。

2。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。爲此,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。

3。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)Http連接

HTTP協議是建立在TCP協議之上的一種應用,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,服務器端才能回覆數據。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爲“一次連接”。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覆,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,則認爲客戶端“下線”,若客戶端長時間無法收到服務器的回覆,則認爲網絡已經斷開。

(5)TCP/IP協議和Http協議之間的關係

TPC/IP協議是傳輸層協議,主要解決數據 如何在網絡中傳輸,而HTTP是應用層協議,主要解決如何包裝數據,而socket則是對TCP/IP協議的封裝和應用(程序員層面上)。實際上http協議就是建立在tcp/ip協議之上的。關於TCP/IP和HTTP協議的關係:

我們在傳輸數據時,可以只使用(傳輸層)TCP/IP協議,但是那樣的話,如 果沒有應用層,便無法識別數據內容,如果想要使傳輸的數據有意義,則必須使用到應用層協議,應用層協議有很多,比如HTTP、FTP、TELNET等,也 可以自己定義應用層協議。WEB使用HTTP協議作應用層協議,以封裝HTTP文本信息,然後使用TCP/IP做傳輸層協議將它發到網絡上。

(6)Socket和TCP/IP協議之間的關係

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。網絡有一段關於socket和TCP/IP協議關係的說法比較容易理 解:

TCP/IP只是一個協議棧,就像操作系統的運行機制一樣,必須要具體實現,同時還要提供對外的操作接口。這個就像操作系統會提供標準的編程接口,比如win32編程接口一樣,TCP/IP也要提供可供程序員做網絡開發所用的接口,這就是Socket編程接口。”

(7)tcp/ip協議, http協議,socket三者之間的關係

實際上,傳輸層的TCP是基於網絡層的IP協議的,而應用層的HTTP協議又是基於傳輸層的TCP協議的,而Socket本身不算是協議,它只是提供了一個針對TCP或者UDP編程的接口。

(8)tcp協議和udp協議之間的區別

TCP --- 傳輸控制協議,提供的是面向連接、可靠的字節流服務。當客戶和服務器彼此交換數據前,必須先在雙方之間建立一個TCP連接,之後才能傳輸數據。TCP提供超時重發,丟棄重複數據,檢驗數據,流量控制等功能,保證數據能從一端傳到另一端。 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 

UDP --- 用戶數據報協議,是一個無連接的簡單的面向數據報的運輸層協議。UDP不提供可靠性,它只是把應用程序傳給IP層的數據報發送出去,但是並不能保證它們能到達目的地。由於UDP在傳輸數據報前不用在客戶和服務器之間建立一個連接,且沒有超時重發等機制,故而傳輸速度很快

TCP發送的包有序號,對方收到包後要給一個反饋,如果超過一定時間還沒收到反饋就自動執行超時重發,因此TCP最大的優點是可靠。一般網頁(http)、郵件(SMTP)、遠程連接(Telnet)、文件(FTP)傳送就用TCP  

UDP是面向消息的協議,通信時不需要建立連接,數據的傳輸自然是不可靠的,UDP一般用於多點通信和實時的數據業務,比如語音廣播、視頻、QQ、TFTP(簡單文件傳送)、SNMP(簡單網絡管理協議)、RTP(實時傳送協議)RIP(路由信息協議,如報告股票市場,航空信息)、DNS(域名解釋)。注重速度流暢。 

 (9)FTP協議

文件傳輸協議(File Transfer Protocol, FTP)是TCP/IP網絡上兩臺計算機傳送文件的協議,FTP是在TCP/IP網絡和INTERNET上最早使用的協議之一,它屬於網絡協議組的應用層。FTP客戶機可以給服務器發出命令來下載文件,上載文件,創建或改變服務器上的目錄。

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