OSI与TCP/IP结构模型
三次握手
当客户端发送一个http请求时,需要先建立TCP连接,即三次握手:
- 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;
- 服务器收到syn包,必须确认客户的SYN,同时自己也发送一个SYN包,即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
- 客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
SYN:(Synchronize Sequence Numbers) 即是同步序列编号
ACK:(Acknowledge character) 即是确认字符
四次挥手
因为TCP是全双工通信的
- 第一次挥手 因此当主动方发送断开连接的请求(即FIN报文)给被动方时,仅仅代表主动方不会再发送数据报文了,但主动方仍可以接收数据报文。
- 第二次挥手 被动方此时有可能还有相应的数据报文需要发送,因此需要先发送ACK报文,告知主动方“我知道你想断开连接的请求了”。这样主动方便不会因为没有收到应答而继续发送断开连接的请求(即FIN报文)。
- 第三次挥手 被动方在处理完数据报文后,便发送给主动方FIN报文;这样可以保证数据通信正常可靠地完成。发送完FIN报文后,被动方进入LAST_ACK阶段(超时等待)。
- 第四挥手 如果主动方及时发送ACK报文进行连接中断的确认,这时被动方就直接释放连接,进入可用状态。如果主动方没有及时送到ack报文,则在2msl后被动方断开
MSL:报文的最长生存时间。规定是MSL为2分钟,2MSL就是4分钟
但是实际中30秒、1分钟、2分钟都在使用
Socket的是什么
完成了三次握手,也就是建立了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,而这个接口正是Socket。因此Socket是在应用层和传输层之间的bridge,它本身并不是协议,只是把传输层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用。我们知道传输层有可靠的TCP协议,也有不可靠的UDP协议,Socket连接可以基于TCP协议,也有可能基于UDP协议。那么基于TCP协议的Socket连接同样是可靠的;基于UDP协议的Socket连接是不可靠的,大多数的即时通讯工具为了效率都是基于后者实现的。
因此三次握手建立的TCP连接实际上是建立了一个基于TCP协议的Socket连接,即HTTP请求是依赖于TCP协议的Socket连接。
HTTP短连接和持久连接
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。HTTP持久连接其实就是数据传输完成了不主动断开TCP连接,不进行挥手,这样下次就不用再握手。
在HTTP/0.9时代:每个HTTP请求都要经历一次DNS解析、三次握手、传输和四次挥手。反复创建和断开TCP连接的开销巨大,这就是短连接。
在HTTP/1.0时代:请求头部支持携带Connection: Keep-Alive,即是在向服务端请求持久连接。如果服务端接受持久连接,则会在响应header中同样携带Connection: Keep-Alive,这样客户端便会继续使用同一个TCP连接发送接下来的若干请求。(Keep-Alive的默认参数是[timout=5, max=100],即一个TCP连接可以服务至多5秒内的100次请求)
在HTTP/1.1时代:持久连接成为默认的连接方式;由于长链接有个串行导致的阻塞弊端,因此提出了pipelining概念,支持同时发送多个请求,但是依然有缺点,就是回来的顺序是按照请求的先后顺序。
在HTTP/2.0时代:提出了multiplexing技术,能够让多个请求和响应的传输完全混杂在一起进行,通过streamId来互相区别。这彻底解决了串行阻塞问题,同时还允许给每个请求设置优先级,服务端会先响应优先级高的请求。
HTTP连接和Socket连接
HTTP连接是基于Socket连接连接实现的,可以理解为 一开始Socket处于阻塞状态,接收到客户端请求后,开始处理Socket,触发了一个对HTTP请求处理的内容写进了Socket的事件,也就完成了对客户端的回复。这是一个被动的过程,是客户端触发了处理Socket的方法才能让服务端返回内容。这就是HTTP连接。而如果服务端拿到这个Socket进行内容的写入,则是主动的,这也就是所谓的长连接(Socket连接)。因此不能把HTTP的持久连接和长连接混为一谈。长连接可以让服务端主动推数据给客户端的过,而HTTP连接只是请求后响应的过程,HTTP的持久连接就是使用同个Socket对处理内容进行写入的(请求-响应)过程。
长连接的维持
由于各种环境因素可能会使TCP连接断开,比如说:服务器端或客户端主机down了,网络故障,或者两者之间长时间没有数据传输,网络防火墙可能会断开该连接以释放网络资源。所以当一个socket连接中没有数据的传输,那么为了维持连接需要发送心跳消息~~具体心跳消息格式、时间间隔等是开发者自己定义的。