OSI模型 TCP连接 HTTP连接 SOCKET原理

OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型,它是一个定义得非常好的协议规范。

OSI模型有7层结构,每层都可以有几个子层。
OSI的7层从上到下分别是
7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 ;
其中高层(即7、6、5、4层)定义了应用程序的功能,
下面3层(即3、2、1层)主要面向通过网络的端到端,点到点的数据流。

应用层
与其它计算机进行通讯的一个应用,它是对应应用程序的通信服务的。
例如,一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码,从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。
但是,如果添加了一个传输文件的选项,那么字处理器的程序就需要实现OSI的第7层。
示例:TELNET,HTTP,FTP,NFS,SMTP等。

表示层
这一层的主要功能是定义数据格式及加密。
例如,FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。
如果选择二进制,那么发送方和接收方不改变文件的内容。
如果选择ASCII格式,发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。
在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。
示例:加密,ASCII等。

会话层
它定义了如何开始、控制和结束一个会话,包括对多个双向消息的控制和管理,
以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用,从而使表示层看到的数据是连续的,
在某些情况下,如果表示层收到了所有的数据,则用数据代表表示层。示例:RPC,SQL等。

传输层
这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议,
及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用,
还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例:TCP,UDP,SPX。

网络层
这层对端到端的包传输进行定义,它定义了能够标识所有结点的逻辑地址,
还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质,
网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例:IP,IPX等。

数据链路层
它定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例:ATM,FDDI等。

物理层
OSI的物理层规范是有关传输介质的特性,这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。
连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。
物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例:Rj45,802.3等


1、TCP连接

  手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议,可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。
  TCP协议可以对上层网络提供接口,使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

  建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”:

  第一次握手:客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;

  第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;

  第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。

  握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。
  理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连 接之前,TCP 连接都将被一直保持下去。
  断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求,
  断开过程需要经过“四次握手”(过程就不细写 了,就是服务器和客户端交互,最终确定断开)

2、HTTP连接

  HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol ),是Web联网的基础,也是手机联网常用的协议之一,HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

  HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应,在请求结束后,会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

  1)在HTTP 1.0中,客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接,在处理完本次请求后,就自动释放连接。

  2)在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求,并且多个请求可以重叠进行,不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

  由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接,因此HTTP连接是一种“短连接”,要保持客户端程序的在线状态,需要不断地向服务器发起连接请求。
  通常的 做法是即时不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,
  表明知道客 户端“在线”。
  若服务器长时间无法收到客户端的请求,则认为客户端“下线”,若客户端长时间无法收到服务器的回复,则认为网络已经断开。

3、SOCKET原理

3.1套接字(socket)概念

  套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

  应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协 议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以 和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

3.2 建立socket连接

  建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。

  套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

  服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。

  客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,
  指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。

  连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,
  把服务器端套接字的描述发给客户 端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。
  而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。

4、SOCKET连接与TCP连接

  创建Socket连接时,可以指定使用的传输层协议,Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时,该Socket连接就是一个TCP连接。

5、Socket连接与HTTP连接

  由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,
  直到双方连接断开。但在实际网络应用 中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,
  大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导 致 Socket 连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。

  而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立连接,而且需要客户端向服务器发出请求后,服务器端才能回复数据。

  很多情况下,需要服务器端主动向客户端推送数据,保持客户端与服务器数据的实时与同步。
  此时若双方建立的是Socket连接,服务器就可以直接将数据传送给 客户端;若双方建立的是HTTP连接,
  则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端,因此,客户端定时向服务器端发送连接请求,
  不仅可以 保持在线,同时也是在“询问”服务器是否有新的数据,如果有就将数据传给客户端。
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 216,142评论 6 498
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,298评论 3 392
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 162,068评论 0 351
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,081评论 1 291
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,099评论 6 388
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,071评论 1 295
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,990评论 3 417
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,832评论 0 273
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,274评论 1 310
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,488评论 2 331
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,649评论 1 347
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,378评论 5 343
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,979评论 3 325
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,625评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,796评论 1 268
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,643评论 2 368
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,545评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容