网络编程

上过了计算机网络的课程，总结一下学过的知识。

网络分层

计算机网络体系结构一般采用五层协议。

1.物理层 2.数据链路层 3.网络层 4.传输层 5.应用层

TCP/IP

​ IP（Internet Protocol）协议提供了主机和主机间的通信，为了完成不同主机的通信，我们需要某种方式来唯一标识一台主机，这个标识，就是著名的 IP 地址。通过IP地址，IP 协议就能够帮我们把一个数据包发送给对方。

​ TCP 的全称是 Transmission Control Protocol，TCP 协议在 IP 协议提供的主机间通信功能的基础上，完成这两个主机上进程对进程的通信。

三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中，客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。

• 第一次握手(SYN=1, seq=x):

客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置 1 的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X，保存在包头的序列号 (Sequence Number) 字段里。发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态。

• 第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):

服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为 1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1，即 X+1。 发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

• 第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端再次发送确认包(ACK)，SYN 标志位为 0，ACK 标志位为 1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段 +1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写 ISN 的 +1

发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手结束。

四次挥手

​ TCP 的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

• 第一次挥手(FIN=1，seq=x)

假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。

发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

• 第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1)

服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。

发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

• 第三次挥手(FIN=1，seq=y)

服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为1。

发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

• 第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

摘自《计算机网络》（第7版）。

TCP 与 UDP 的区别

| 区别点 | TCP | UDP | | ——– | ——– | —— | | 连接性 | 面向连接 | 无连接 | | 可靠性 | 可靠 | 不可靠| | 有序性 | 有序 | 无序 | | 面向 | 字节流 | 报文（保留报文的边界） | | 有界性 | 有界 | 无界 | | 流量控制 | 有（滑动窗口） | 无 | | 拥塞控制 | 有（慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复） | 无 | | 传输速度 | 慢 | 快 | | 量级 | 重量级 | 轻量级 | | 双工性 | 全双工 | 一对一、一对多、多对一、多对多 | | 头部 | 大（20-60 字节） | 小（8 字节） | | 应用 | 文件传输、邮件传输、浏览器等 | 即时通讯、视频通话等 |

Socket

Socket 是一组操作 TCP/UDP 的 API，像 HttpURLConnection 和 Okhttp 这种涉及到比较底层的网络请求发送的，最终当然也都是通过 Socket 来进行网络请求连接发送，而像 Volley、Retrofit 则是更上层的封装。

使用示例

使用 socket 的步骤如下：

• 创建 ServerSocket 并监听客户连接；
• 使用 Socket 连接服务端；
• 通过 Socket.getInputStream()/getOutputStream() 获取输入输出流进行通信。

public class EchoClient {
 
    private final Socket mSocket;
 
    public EchoClient(String host, int port) throws IOException {
        // 创建 socket 并连接服务器
        mSocket = new Socket(host, port);
    }
 
    public void run() {
        // 和服务端进行通信
        Thread readerThread = new Thread(this::readResponse);
        readerThread.start();
 
        OutputStream out = mSocket.getOutputStream();
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int n;
        while ((n = System.in.read(buffer)) > 0) {
            out.write(buffer, 0, n);
        }
    }

    private void readResponse() {
        try {
            InputStream in = mSocket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int n;
            while ((n = in.read(buffer)) > 0) {
                System.out.write(buffer, 0, n);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
 
    public static void main(String[] argv) {
        try {
            // 由于服务端运行在同一主机，这里我们使用 localhost
            EchoClient client = new EchoClient("localhost", 9877);
            client.run();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

HTTP协议

HTTP简介

​ 超文本传输协议已经演化出了很多版本，它们中的大部分都是向下兼容的。在 RFC 2145 中描述了HTTP版本号的用法。客户端在请求的开始告诉服务器它采用的协议版本号，而后者则在响应中采用相同或者更早的协议版本。

HTTP/0.9 已过时。只接受GET一种请求方法，没有在通讯中指定版本号，且不支持请求头。由于该版本不支持POST方法，因此客户端无法向服务器传递太多信息。

HTTP/1.0 这是第一个在通讯中指定版本号的HTTP协议版本，至今仍被采用，特别是在代理服务器中。

HTTP/1.1 持久连接被默认采用，并能很好地配合代理服务器工作。还支持以管道方式在同时发送多个请求，以便降低线路负载，提高传输速度。

HTTP/1.1相较于HTTP/1.0协议的区别主要体现在：

• 缓存处理
• 带宽优化及网络连接的使用
• 错误通知的管理
• 消息在网络中的发送
• 互联网地址的维护
• 安全性及完整性

HTTP/2 当前版本，于2015年5月作为互联网标准正式发布。Http2.0 相对于 Http1.x 来说提升是巨大的，主要有以下几点：

• 二进制格式：http1.x 是文本协议，而 http2.0 是二进制以帧为基本单位，是一个二进制协议，一帧中除了包含数据外同时还包含该帧的标识：Stream Identifier，即标识了该帧属于哪个 request,使得网络传输变得十分灵活。
• 多路复用：多个请求共用一个TCP连接，多个请求可以同时在这个 TCP 连接上并发，一个是解决了建立多个 TCP 连接的消耗问题，一个也解决了效率的问题。
• header 压缩：主要是通过压缩 header 来减少请求的大小，减少流量消耗，提高效率。
• 支持服务端推送

HTTP协议的主要特点

• 支持C/S（客户/服务器）模式。
• 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST，每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
• 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。
• 无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
• 无状态：HTTP协议是无状态协议，无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

HTTP URL的格式：

http://host[":"port][abs_path]

http表示要通过HTTP协议来定位网络资源；host表示合法的Internet主机域名或者IP地址；port指定一个端口号，为空则使用默认端口80；abs_path指定请求资源的URI（Web上任意的可用资源）。

请求报文

<method> <request-URL> <version>
<headers>

<entity-body>

Method表示请求方法；Request-URI是一个统一资源标识符；HTTP-Version表示请求的HTTP协议版本；HTTP请求方法有8种，分别是GET、POST、DELETE、PUT、HEAD、TRACE、CONNECT 、OPTIONS。其中PUT、DELETE、POST、GET分别对应着增删改查，最常用的就是POST和GET了。

• GET：请求获取Request-URI所标识的资源
• POST：在Request-URI所标识的资源后附加新的数据
• HEAD：请求获取由Request-URI所标识的资源的响应消息报头
• PUT： 请求服务器存储一个资源，并用Request-URI作为其标识
• DELETE ：请求服务器删除Request-URI所标识的资源
• TRACE ： 请求服务器回送收到的请求信息，主要用于测试或诊断
• CONNECT： HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。
• OPTIONS ：请求查询服务器的性能，或者查询与资源相关的选项和需求

例：访问 GET https://wushiqian.github.io/ HTTP/1.1

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