1.這些都是什么?
既然是網(wǎng)絡(luò)傳輸，涉及幾個(gè)系統(tǒng)之間的交互，那么首先要考慮的是如何準(zhǔn)確的定位到網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)或者幾臺(tái)主機(jī)，另一個(gè)是如何進(jìn)行可靠高效的數(shù)據(jù)傳輸.這里就要使用到TCP/IP協(xié)議。
1.1 TCP/IP協(xié)議組
TCP/IP協(xié)議(傳輸控制協(xié)議)由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。
- IP層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的定位,數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚?由IP地址可以唯一的確定Internet上的一臺(tái)主機(jī)。
- TCP層負(fù)責(zé)面向應(yīng)用的可靠的或費(fèi)可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，這是網(wǎng)絡(luò)編程的主要對(duì)象。
TCP/IP是個(gè)協(xié)議組,可分為三個(gè)層次:網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層和應(yīng)用層:
- 網(wǎng)絡(luò)層：IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、ARP協(xié)議、RARP協(xié)議和BOOTP協(xié)議；
- 傳輸層：TCP協(xié)議與UDP協(xié)議；
- 應(yīng)用層：FTP、HTTP、TELNET、SMTP、DNS等協(xié)議；
HTTP是應(yīng)用層協(xié)議，其傳輸都是被包裝成TCP協(xié)議傳輸?？梢杂肧ocket實(shí)現(xiàn)HTTP。Socket是實(shí)現(xiàn)傳輸層協(xié)議的一種編程API,可以是TCP，也可以是UDP。
1.2 TCP
- TCP，即傳輸控制協(xié)議，提供的是面向連接、可靠的字節(jié)流服務(wù)。當(dāng)客戶(hù)和服務(wù)器彼此交換數(shù)據(jù)前，必須先在雙方之間建立一個(gè)TCP連接，之后才能傳輸數(shù)據(jù)。TCP提供超時(shí)重發(fā)，丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，流量控制等功能，保證數(shù)據(jù)能從一端傳到另一端。理想狀態(tài)下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動(dòng)關(guān)閉連接前，TCP連接都將被一直保持下去。斷開(kāi)連接時(shí)服務(wù)器和客戶(hù)端均可以主動(dòng)發(fā)起斷開(kāi)TCP連接的請(qǐng)求。
- TCP是一種面向連接的保證可靠傳輸?shù)膮f(xié)議。通過(guò)TCP協(xié)議，得到的是一個(gè)順序的無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)流。發(fā)送方和接收方的成對(duì)的兩個(gè)Socket之間必須建立連接，以便在TCP協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行通信，當(dāng)一個(gè)Socket(通常都是Server Socket)等待建立連接時(shí)，另一個(gè)Socket可以要求進(jìn)行連接，一旦這兩個(gè)Socket連接起來(lái)，它們就可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，雙方都可以進(jìn)行發(fā)送和接收操作。
TCP特點(diǎn)
- TCP是面向連接的協(xié)議，通過(guò)三次握手建立連接，通訊完成時(shí)要拆除連接，由于TCP是面向連接協(xié)議，所以只能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊。而且建立連接也需要消耗時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)。
- TCP傳輸數(shù)據(jù)無(wú)大小限制，進(jìn)行大數(shù)據(jù)傳輸。
- TCP是一個(gè)可靠的協(xié)議，它能保證接收方能夠完整正確地接收到發(fā)送方發(fā)送的全部數(shù)據(jù)。
TCP的三次握手
第一次握手：客戶(hù)端發(fā)送syn包(syn=j)到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)；
第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認(rèn)客戶(hù)的SYN（ack=j+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；
第三次握手：客戶(hù)端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶(hù)端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手；
【適用情況】
- TCP發(fā)送的包有序號(hào)，對(duì)方收到包后要給一個(gè)反饋，如果超過(guò)一定時(shí)間還沒(méi)收到反饋就自動(dòng)執(zhí)行超時(shí)重發(fā)，因此TCP最大的優(yōu)點(diǎn)是可靠。一般網(wǎng)頁(yè)（http）、郵件（SMTP)、遠(yuǎn)程連接(Telnet)、文件(FTP)傳送就用TCP
- TCP在網(wǎng)絡(luò)通信上有極強(qiáng)的生命力，例如遠(yuǎn)程連接（Telnet）和文件傳輸（FTP）都需要不定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)被可靠地傳輸。但是可靠的傳輸是要付出代價(jià)的，對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容正確性的檢驗(yàn)必然占用計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)的帶寬，因此TCP傳輸?shù)男什蝗鏤DP高。
1.3 UDP
- UDP,即用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，是一個(gè)無(wú)連接的簡(jiǎn)單的面向數(shù)據(jù)報(bào)的運(yùn)輸層協(xié)議。UDP不提供可靠性，它只是把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去，但是并不能保證它們能到達(dá)目的地。由于UDP在傳輸數(shù)據(jù)報(bào)前不用在客戶(hù)端和服務(wù)器之間建立一個(gè)連接，且沒(méi)有超時(shí)重發(fā)等機(jī)制，固而傳輸速度很快。
- UDP是一種面向無(wú)連接的協(xié)議，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都是一個(gè)獨(dú)立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在網(wǎng)路上以任何可能的路徑傳往目的地，因此能否到達(dá)目的地，到達(dá)目的地的時(shí)間已經(jīng)內(nèi)容的正確性都是不能被保證的。
UDP特點(diǎn)：
- UDP是面向無(wú)連接的通訊協(xié)議，UDP數(shù)據(jù)包括目的端口號(hào)和源端口號(hào)信息，由于通訊不需要連接，所以可以實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送。
- UDP傳輸數(shù)據(jù)時(shí)有大小限制，每個(gè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)必須限定在64KB之內(nèi)。
- UDP是一個(gè)不可靠的協(xié)議，發(fā)送方所發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)并不一定以相同的次序到達(dá)接收方。
【適用情況】
- UDP是面向消息的協(xié)議，通訊時(shí)不需要建立連接，數(shù)據(jù)的傳輸自然是不可靠的，UDP一般多用于多點(diǎn)通訊和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，比如語(yǔ)音廣播、視頻、QQ、TFTP（簡(jiǎn)單文件傳送）、SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)、RTP（實(shí)時(shí)傳送協(xié)議）RIP（路由信息協(xié)議，如報(bào)告股票市場(chǎng)，航空信息）、DNS(域名解釋?zhuān)Ｗ⒅厮俣攘鲿场?/li>
- UDP操作簡(jiǎn)單，而且僅需要較少的監(jiān)護(hù)，因此通常用于局域網(wǎng)高可靠性的分散系統(tǒng)中client/server應(yīng)用程序。例如視頻會(huì)議系統(tǒng)，并不要求音頻視頻數(shù)據(jù)絕對(duì)的正確，只要保證連貫性就可以了，這種情況下顯然使用UDP會(huì)更合理一些。
1.4 Socket
Socket通常也稱(chēng)作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄。網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序通過(guò)一個(gè)雙向的通訊連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個(gè)雙向鏈路的一端稱(chēng)為一個(gè)Socket,一個(gè)Socket由一個(gè)IP地址和一個(gè)端口號(hào)唯一確定。應(yīng)用程序通常通過(guò)“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。Socket是TCP/IP協(xié)議的一個(gè)十分流行的編程界面，但是，Socket所支持的協(xié)議種類(lèi)也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒(méi)有必然聯(lián)系的。
Socket通訊過(guò)程：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)某個(gè)端口是否有連接請(qǐng)求，客戶(hù)端向服務(wù)端發(fā)送連接請(qǐng)求，服務(wù)端收到連接請(qǐng)求向客戶(hù)端發(fā)出接收信息，這樣一個(gè)連接就建立起來(lái)了?？蛻?hù)端和服務(wù)端都可以相互發(fā)送消息與對(duì)方進(jìn)行通訊。
Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計(jì)模式中，Socket其實(shí)就是一個(gè)門(mén)面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，一組簡(jiǎn)單的接口就是全部，讓Scoket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。
由于通常情況下Socket連接就是TCP連接，因此Socket連接一旦建立，通信雙方即可開(kāi)始相互發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，直到雙方連接斷開(kāi)。但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，客戶(hù)端到服務(wù)器之間的通信往往需要穿越多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，例如路由器、網(wǎng)關(guān)、防火墻等，大部分防火墻默認(rèn)會(huì)關(guān)閉長(zhǎng)時(shí)間處于非活躍狀態(tài)的連接而導(dǎo)致Socket連接斷連，因此需要通過(guò)輪詢(xún)告訴網(wǎng)絡(luò)，該連接處于活躍狀態(tài)。
1.套接字（socket）概念
- 套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。它是網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中端點(diǎn)的抽象表示，包括進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信必需的五種信息：連接使用的協(xié)議、本地主機(jī)的IP地址、本地進(jìn)程的協(xié)議端口、遠(yuǎn)地主機(jī)的IP地址，遠(yuǎn)地進(jìn)程的協(xié)議端口。
- 應(yīng)用層通過(guò)傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，TCP會(huì)遇到同時(shí)為多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程提供并發(fā)服務(wù)的問(wèn)題。多個(gè)TCP連接或多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程可能需要通過(guò)同一個(gè)TCP協(xié)議端口傳輸數(shù)據(jù)。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序進(jìn)程和連接，許多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP／IP協(xié)議交互提供了套接字(Socket)接口。應(yīng)用層可以和傳輸層通過(guò)Socket接口，區(qū)分來(lái)自不同應(yīng)用程序進(jìn)程或網(wǎng)絡(luò)連接的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務(wù)。
2.建立socket連接
建立Socket連接至少需要一對(duì)套接字，其中一個(gè)運(yùn)行于客戶(hù)端，稱(chēng)為ClientSocket ，另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，稱(chēng)為ServerSocket。
套接字之間的連接過(guò)程分為三個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，客戶(hù)端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。
服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)：服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶(hù)端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，等待客戶(hù)端的連接請(qǐng)求；
客戶(hù)端請(qǐng)求：指客戶(hù)端的套接字提出連接請(qǐng)求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶(hù)端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號(hào)，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求。
連接確認(rèn)：當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽(tīng)到或者說(shuō)接收到客戶(hù)端套接字的連接請(qǐng)求時(shí)，就響應(yīng)客戶(hù)端套接字的請(qǐng)求，建立一個(gè)新的線(xiàn)程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶(hù)端，一旦客戶(hù)端確認(rèn)了此描述，雙方就正式建立連接。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶(hù)端套接字的連接請(qǐng)求。
3.Socket連接與TCP連接
- 創(chuàng)建Socket連接時(shí)，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket可以支持不同的傳輸層協(xié)議（TCP或UDP），當(dāng)使用TCP協(xié)議進(jìn)行連接時(shí)，該Socket連接就是一個(gè)TCP連接。
【適用情況】
很多情況下，需要服務(wù)器端主動(dòng)向客戶(hù)端推送數(shù)據(jù)，保持客戶(hù)端與服務(wù)器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)與同步。此時(shí)若雙方建立的是Socket連接，服務(wù)器就可以直接將數(shù)據(jù)傳送給客戶(hù)端；
1.5 HTTP
HTTP協(xié)議是建立在TCP協(xié)議之上的一種應(yīng)用，HTTP連接使用的是“請(qǐng)求—響應(yīng)”的方式，不僅在請(qǐng)求時(shí)需要先建立TCP連接，而且需要客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求請(qǐng)求中包含請(qǐng)求方法、URI、協(xié)議版本以及相關(guān)的MIME樣式的消息，服務(wù)器端才能回復(fù)數(shù)據(jù)。服務(wù)器響應(yīng)包含消息的協(xié)議版本、一個(gè)成功和失敗碼以及相關(guān)的MIME式樣的消息。在請(qǐng)求結(jié)束后，會(huì)主動(dòng)釋放連接。從建立連接到關(guān)閉連接的過(guò)程稱(chēng)為“一次連接”。由于HTTP在每次請(qǐng)求結(jié)束后都會(huì)主動(dòng)釋放連接，因此HTTP連接是一種“短連接”，要保持客戶(hù)端程序的在線(xiàn)狀態(tài)，需要不斷地向服務(wù)器發(fā)起連接請(qǐng)求。通常的做法是即使不需要獲得任何數(shù)據(jù)，客戶(hù)端也保持每隔一段固定的時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送一次“保持連接”的請(qǐng)求，服務(wù)器在收到該請(qǐng)求后對(duì)客戶(hù)端進(jìn)行回復(fù)，表明知道客戶(hù)端“在線(xiàn)”。若服務(wù)器長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收到客戶(hù)端的請(qǐng)求，則認(rèn)為客戶(hù)端“下線(xiàn)”，若客戶(hù)端長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收到服務(wù)器的回復(fù)，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開(kāi)。
為了獲得適當(dāng)?shù)膫鬏斔俣?，則需要TCP花費(fèi)額外的回路鏈接時(shí)間（RTT）。每一次鏈接的建立需要這種經(jīng)常性的開(kāi)銷(xiāo)，而其并不帶有實(shí)際有用的數(shù)據(jù)，只是保證鏈接的可靠性。因此HTTP/1.1提出了可持續(xù)鏈接的實(shí)現(xiàn)方法：HTTP/1.1將只建立一次TCP的鏈接而重復(fù)地使用它傳輸一系列的請(qǐng)求/響應(yīng)消息，因此減少了鏈接建立的次數(shù)和經(jīng)常性的鏈接開(kāi)銷(xiāo)。
結(jié)論：HTTP是應(yīng)用層協(xié)議，其傳輸都是被包裝成TCP協(xié)議傳輸?？梢杂肧OCKET實(shí)現(xiàn)HTTP。SOCKET是實(shí)現(xiàn)傳輸層協(xié)議的一種編程API，可以是TCP，也可以是UDP。
【適用情況】
若雙方建立的是HTTP連接，則服務(wù)器需要等到客戶(hù)端發(fā)送一次請(qǐng)求后才能將數(shù)據(jù)傳回給客戶(hù)端，因此，客戶(hù)端定時(shí)向服務(wù)器端發(fā)送連接請(qǐng)求，不僅可以保持在線(xiàn)，同時(shí)也是在“詢(xún)問(wèn)”服務(wù)器是否有新的數(shù)據(jù)，如果有就將數(shù)據(jù)傳給客戶(hù)端。
