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一、OSI七层模式

OSI 七层模型是由国际标准化组织（ISO）在 1984 年提出的开放式系统互联通信参考模型，是一个逻辑上的网络通信架构模型。

• 应用层：为用户提供各种网络服务和应用接口，如 HTTP 协议用于网页浏览、SMTP 协议用于电子邮件发送、FTP 协议用于文件传输等。
• 表示层：主要负责处理数据的表示和转换，确保不同系统之间能够正确地理解和处理数据。它包括数据的加密和解密、压缩和解压缩、字符编码转换等功能。
• 会话层：主要负责建立、维护和管理会话连接。它允许不同主机上的应用程序之间进行会话，并提供会话的同步和恢复功能。
• 传输层：负责在不同主机上的应用程序之间提供可靠或不可靠的端到端通信（TCP和UDP）。
• 网络层：主要功能是进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的数据路由选择（路由器、交换机）。 
• 数据链路层：将物理层接收到的原始比特流转换为数据帧，并进行错误检测和纠正，同时还负责介质访问控制。
• 物理层：处理物理介质上的信号传输（以二进制形式在物理机器上实现传输）包括电缆、光纤、无线等介质。

如下列举了各层涉及的部分协议：

二、Socket技术

任何的编程语言都是支持socket（网络编程技术）技术开发，目的就是解决两个应用程序通讯的问题；注意socket不属于某种协议，只是网络编程技术。

Socket技术支持两种协议：TCP和UDP

TCP和UDP区别：

• TCP协议是一个面向连接可靠的协议，因为建立连接的时候必须通过三次握手才可以实现数据传输；所以数据不会丢失。应用场景：http协议、rpc框架
• UDP协议面向无连接协议，udp在通讯的时候不需要接受对方存在，属于不可靠传输，可能存在丢包的问题。

三、TCP协议三次握手

三次握手主要目的：保证连接可靠。

3.1、三次握手流程

• 第一次握手：客户端向服务器端发送代码SYN=1,随机产生一个数组SEQ=X，发送到服务器。
• 第二次握手：服务器端确认收到SYN和SEQ，回复给客户端：ACK=x+1和SEQ=Y，Y也是随机数。此外，服务器会将控制位中的 SYN 和 ACK 位都设置为 1，分别表示这是一个同步响应包以及对客户端请求的确认。
• 第三次握手：客户端接收SYN 和ACK值后，向服务器发送ACK=y+1.发送完毕后就可以开始建立连接。控制位中的 ACK 位会被设置为 1，表示这是一个确认包。

字段解释：SYN（建立连接）、ACK（确认标记）、FIN（终止标记）、SEQ（序列号）

图示：

以一个简单的比喻来理解三次握手：

我要去朋友家玩，我通过QQ先问朋友：“你在不在家？”这就是第一次握手。
朋友看到了QQ消息回复：“我在。”这就是第二次握手。
我看到朋友的回复后说：“那我过来找你玩。”这就是第三次握手。

3.2、控制位

在 TCP 协议中，控制位（Control Bits）是 TCP 首部中的一部分，用于控制 TCP 连接的建立、维护和关闭等操作，以及对数据传输进行管理和控制，常见的控制位包括 URG、ACK、PSH、RST、SYN 和 FIN 等，以下是具体介绍：

• URG（Urgent）：紧急指针标志位。当 URG = 1 时，表示本报文段中包含紧急数据，需要尽快处理。紧急数据的位置由紧急指针字段指出，它指向紧急数据的最后一个字节在本报文段中的偏移量。比如在某些实时控制或紧急消息传输场景中，发送方可以设置 URG 位来让接收方优先处理这些紧急数据。
• ACK（Acknowledgment）：确认标志位。若 ACK = 1，说明确认号字段有效，即该 TCP 报文段是对之前接收到的数据的确认。在三次握手中，第二次和第三次握手时 ACK 位都会被置为 1，用于确认对方发送的数据包。例如，服务器收到客户端的 SYN 包后，在发送的 SYN + ACK 包中，ACK = 1 表示对客户端 SYN 包的确认。
• PSH（Push）：推送标志位。当 PSH = 1 时，提示接收方应该尽快将这个报文段中的数据交付给应用层，而不是等到缓冲区满了再交付。比如在交互式应用中，用户输入一个命令后，希望尽快得到响应，发送方就可以设置 PSH 位，让接收方尽快处理并返回结果。
• RST（Reset）：复位标志位。若 RST = 1，表示出现了错误或异常情况，需要重置 TCP 连接。例如，当接收方收到一个序号严重错乱的数据包，或者连接出现故障时，就可能发送 RST = 1 的 TCP 报文段来强制关闭连接，然后重新建立连接。
• SYN（Synchronize）：同步标志位。在建立 TCP 连接时，SYN = 1 用于表示这是一个用于同步序列号的连接请求或响应。在三次握手的第一次和第二次握手中，SYN 位都会被置为 1，用于客户端和服务器之间同步序列号，以确保数据传输的顺序和准确性。
• FIN（Finish）：结束标志位。当 FIN = 1 时，表示发送方已经没有数据要发送了，请求关闭连接。在 TCP 连接关闭过程中，一方发送 FIN = 1 的报文段来告知对方自己的数据发送完毕，准备关闭连接。

四、TCP协议四次挥手

目的：可靠关闭连接

4.1、四次挥手的流程

第一次挥手：客户端向服务器发送FIN报文，表示不再发送数据，但仍可接收数据。

报文内容：

• FIN=1（表示请求关闭连接）
• Seq=u（u是客户端最后的序列号，随机生成）

第二次挥手：服务器收到FIN后，发送ACK报文，确认收到FIN。将控制位中的 ACK 位设置为 1，表示这是一个对 FIN 包的确认包。

报文内容：

• ACK=1（控制位的ACK，表示确认）
• Ack=u+1（确认号为客户端序列号u+1）
• Seq=v（v是服务器当前的序列号，随机生成）

第三次挥手：服务器完成数据发送后，向客户端发送FIN报文，表示不再发送数据。

报文内容：

• FIN=1（表示请求关闭连接）
• ACK=1（控制位的ACK，表示确认）
• Seq=w（w是服务器新的序列号）
• Ack=u+1（确认号仍为u+1，与第二次挥手一致）

第四次挥手：客户端收到FIN后，发送ACK报文，确认收到FIN。

报文内容：

• ACK=1（控制位的ACK，表示确认）
• Seq=u+1（客户端新的序列号）
• Ack=w+1（确认号为服务器序列号w+1）

图示：

TIME_WAIT状态：客户端在发送最后一个ACK后，会等待2MSL时间，以确保服务器收到ACK，防止旧的重复报文干扰新连接。

服务端和客户端都可以发起第一次挥手。TCP连接是双向的，双方都可以主动发起关闭连接的请求。

谁先发起的FIN谁就是主动方，主动关闭方会经历FIN_WAIT_1、FIN_WAIT_2和TIME_WAIT状态。被动关闭方会经历CLOSE_WAIT和LAST_ACK状态。

也以一个比喻来理解四次握手：

从朋友家离开，我跟朋友说：“我要走了。” 这是第一次挥手
朋友听到后回复：“稍等一下，我送你到门口。”（朋友把手上的事情做完）这是第二次挥手
到了门口朋友挥手送别：“再见，下次再来玩。” 这是第三次挥手
我听到后回复：“好的，再见。”这是第四次挥手。

五、HTTP协议

HTTP协议是对TCP的封装。

5.1、http协议特征

1. 无状态，没有记忆的会话
2. 请求与响应模型
3. 简单快捷
4. 可以灵活传输任何类型

5.2、HTTP请求数据包格式

• 请求行：由请求方法、URL 和协议版本组成，例如GET /index.html HTTP/1.1，其中GET是请求方法，/index.html是请求的资源路径，HTTP/1.1是协议版本。
• 请求头：包含了关于请求的一些附加信息，如User-Agent（浏览器类型等信息）、Accept（可接受的响应内容类型）等。每个请求头由字段名和值组成，中间用冒号分隔，例如User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/91.0.4472.124 Safari/537.36。
• 空行：用于分隔请求头和请求体，是一个必须的换行符。
• 请求体：通常在POST、PUT等请求方法中携带数据，比如表单数据username=admin&password=123456。

以下是请求数据包示例：

POST /login HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Content-Length: 26

username=admin&password=123456

5.3、HTTP响应数据包格式

• 状态行：由协议版本、状态码和状态码描述组成，例如HTTP/1.1 200 OK，200是状态码，表示请求成功，OK是对状态码的文本描述。
• 响应头：包含了关于响应的一些信息，如Content-Type（响应内容的类型）、Content-Length（响应内容的长度）等，格式与请求头类似。
• 空行：同样用于分隔响应头和响应体。
• 响应体：包含了服务器返回给客户端的数据，比如一个 HTML 页面的内容或者 JSON 格式的数据等。

以下是响应数据包示例：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json
Content-Length: 34

{"message": "Hello, World!"}

5.4、HTTP协议版本介绍

HTTP/0.9：1991 年发布，是最初的 HTTP 版本，只支持GET请求，服务器只能回应 HTML 格式字符串，没有头部信息和状态码。

HTTP/1.0：1996 年发布，引入了多种请求方法如POST、HEAD等，支持传输多种类型数据，还引入了请求头、响应头、状态码和缓存等概念，但使用非持久连接，每次请求都需重新建立连接，效率较低，也不支持管道化。

HTTP/1.1：1997 年发布，默认建立持久连接，能很好地配合代理服务器工作，引入了管道机制，允许在一个连接上发送多个请求，增加了PUT、PATCH、OPTIONS、DELETE等请求方法，是多年来的主流协议。

HTTP/2：2015 年发布，是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都采用二进制，统称为 “帧”，引入了头信息压缩机制，支持多路复用和服务器推送，解决了 HTTP/1.1 的一些性能瓶颈问题。

HTTP/3：2020 年发布，基于 UDP 协议的新一代 HTTP 协议，基于 UDP 之上的 QUIC 协议，取代 TCP 作为传输层协议，旨在进一步提升性能和安全性，尤其是在高延迟、高丢包的网络环境下表现更优。