TCP/IP協議、HTTP協議、SOCKET通信詳解

一、TCP鏈接
TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議。TCP是主機對主機層的傳輸控制協議，提供可靠的鏈接服務，採用三次握確認創建一個鏈接。位碼即tcp標誌位，有6種 標示:SYN(synchronous創建聯機) ACK(acknowledgement 確認) PSH(push傳送) FIN(finish結束) RST(reset重置) URG(urgent緊急)Sequence number(順序號碼) Acknowledge number(確認號碼)。

手機可以使用聯網功能是由於手機底層實現了TCP/IP協議，可使手機終端經過無線網絡創建TCP鏈接。TCP協議能夠對上層網絡提供接口，使上層網絡數據的傳輸創建在「無差異」的網絡之上。創建起一個TCP鏈接須要通過「三次握手」：

第一次握手：客戶端發送syn包(syn=j)到服務器，並進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認；

第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時本身也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；

第三次握手：客戶端收到服務器的SYN＋ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。握手完成後，兩臺主機開始傳輸數據了。

 

握手過程當中傳送的包裏不包含數據，三次握手完畢後，客戶端與服務器才正式開始傳送數據。理想狀態下，TCP鏈接一旦創建，在通訊雙方中的任何一方主動關閉鏈接以前，TCP 鏈接都將被一直保持下去。斷開鏈接時服務器和客戶端都可以主動發起斷開TCP鏈接的請求，斷開過程須要通過「四次握手」（過程就不細寫了，就是服務器和客戶端交互，最終肯定斷開）。

實例一:
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: S 3626544836:3626544836
IP 192.168.1.123.7788 > 192.168.1.116.3337: S 1739326486:1739326486 ack 3626544837
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: ack 1739326487,ack 1

第一次握手：192.168.1.116發送位碼syn＝1,隨機產生seq number=3626544836的數據包到192.168.1.123,192.168.1.123由SYN=1知道192.168.1.116要求創建聯機;
第二次握手：192.168.1.123收到請求後要確認聯機信息，向192.168.1.116發送ack number=3626544837,syn=1,ack=1,隨機產生seq=1739326486的包;
第三次握手：192.168.1.116收到後檢查ack number是否正確，即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否爲1，若正確，192.168.1.116會再發送ack number=1739326487,ack=1，192.168.1.123收到後確認seq=seq+1,ack=1則鏈接創建成功。

實例二:
TCP的做用是流量控制，主要是控制數據流的傳輸。下面以瀏覽網頁爲例，根據自身理解來解釋一下這個過程。（注：第二個ack屬於代碼段ack位）
pc瀏覽服務器網頁此過程不包括域名查詢，只描述TCP與http數據流的變化。
pc與http服務器進行三次握手來創建鏈接。
1.pc：seq=0 ack=0 syn=1 ack=0 發送給服務器創建同步請求。
2.server： seq=0 ack=1 syn=1 ack=1 發送給客戶端創建同步響應.
3.pc:seq=1 ack=1 syn=0 ack=1 發送給服務器,三次握手完成創建同步信息成功.
4.pc產生http數據消息,向服務器發送get請求.
5.服務器收到請求併發送TCP確認,而後發送http數據信息給客戶端的瀏覽器.
6.客戶端收到服務器的http信息,而後發送TCP確認信息給服務器.
7.客戶端發送FIN+ACK給服務器,要求結束數據傳輸.
8.服務器發送TCP確認消息用於確認pc的TCP的FIN消息
9.服務器向客戶端發送FIN+ACK消息用於結束TCP會話.
10.客戶端發送確認信息給服務器,整個會話結束.

二、HTTP鏈接
HTTP協議即超文本傳送協議(Hypertext Transfer Protocol )，是Web聯網的基礎，也是手機聯網經常使用的協議之一，HTTP協議是創建在TCP協議之上的一種應用。

HTTP鏈接最顯著的特色是客戶端發送的每次請求都須要服務器回送響應，在請求結束後，會主動釋放鏈接。從創建鏈接到關閉鏈接的過程稱爲「一次鏈接」。

1）在HTTP 1.0中，客戶端的每次請求都要求創建一次單獨的鏈接，在處理完本次請求後，就自動釋放鏈接。

2）在HTTP 1.1中則能夠在一次鏈接中處理多個請求，而且多個請求能夠重疊進行，不須要等待一個請求結束後再發送下一個請求。

因爲HTTP在每次請求結束後都會主動釋放鏈接，所以HTTP鏈接是一種「短鏈接」，要保持客戶端程序的在線狀態，須要不斷地向服務器發起鏈接請求。一般的作法是即時不須要得到任何數據，客戶端也保持每隔一段固定的時間向服務器發送一次「保持鏈接」的請求，服務器在收到該請求後對客戶端進行回覆，代表知道 客戶端「在線」。若服務器長時間沒法收到客戶端的請求，則認爲客戶端「下線」，若客戶端長時間沒法收到服務器的回覆，則認爲網絡已經斷開。


三、SOCKET原理

3.1 套接字（socket）概念

套接字（socket）是通訊的基石，是支持TCP/IP協議的網絡通訊的基本操做單元。它是網絡通訊過程當中端點的抽象表示，包含進行網絡通訊必須的五種信息：鏈接使用的協議，本地主機的IP地址，本地進程的協議端口，遠地主機的IP地址，遠地進程的協議口。

應用層經過傳輸層進行數據通訊時，TCP會遇到同時爲多個應用程序進程提供併發服務的問題。多個TCP鏈接或多個應用程序進程可能須要經過同一個 TCP協議端口傳輸數據。爲了區別不一樣的應用程序進程和鏈接，許多計算機操做系統爲應用程序與TCP／IP協議交互提供了套接字(Socket)接口。應用層能夠和傳輸層經過Socket接口，區分來自不一樣應用程序進程或網絡鏈接的通訊，實現數據傳輸的併發服務。


3.2 創建socket鏈接
創建Socket鏈接至少須要一對套接字，其中一個運行於客戶端，稱爲ClientSocket ，另外一個運行於服務器端，稱爲ServerSocket 。

套接字之間的鏈接過程分爲三個步驟：服務器監聽，客戶端請求，鏈接確認。

服務器監聽：服務器端套接字並不定位具體的客戶端套接字，而是處於等待鏈接的狀態，實時監控網絡狀態，等待客戶端的鏈接請求。

客戶端請求：指客戶端的套接字提出鏈接請求，要鏈接的目標是服務器端的套接字。爲此，客戶端的套接字必須首先描述它要鏈接的服務器的套接字，指出服務器端套接字的地址和端口號，而後就向服務器端套接字提出鏈接請求。

鏈接確認：當服務器端套接字監聽到或者說接收到客戶端套接字的鏈接請求時，就響應客戶端套接字的請求，創建一個新的線程，把服務器端套接字的描述發 給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，雙方就正式創建鏈接。而服務器端套接字繼續處於監聽狀態，繼續接收其餘客戶端套接字的鏈接請求。


四、SOCKET鏈接與TCP鏈接

建立Socket鏈接時，能夠指定使用的傳輸層協議，Socket能夠支持不一樣的傳輸層協議（TCP或UDP），當使用TCP協議進行鏈接時，該Socket鏈接就是一個TCP鏈接。


五、Socket鏈接與HTTP鏈接

因爲一般狀況下Socket鏈接就是TCP鏈接，所以Socket鏈接一旦創建，通訊雙方便可開始相互發送數據內容，直到雙方鏈接斷開。但在實際網絡應用中，客戶端到服務器之間的通訊每每須要穿越多箇中間節點，例如路由器、網關、防火牆等，大部分防火牆默認會關閉長時間處於非活躍狀態的鏈接而致使 Socket 鏈接斷連，所以須要經過輪詢告訴網絡，該鏈接處於活躍狀態。而HTTP鏈接使用的是「請求—響應」的方式，不只在請求時須要先創建鏈接，並且須要客戶端向服務器發出請求後，服務器端才能回覆數據。

不少狀況下，須要服務器端主動向客戶端推送數據，保持客戶端與服務器數據的實時與同步。此時若雙方創建的是Socket鏈接，服務器就能夠直接將數據傳送給客戶端；若雙方創建的是HTTP鏈接，則服務器須要等到客戶端發送一次請求後才能將數據傳回給客戶端，所以，客戶端定時向服務器端發送鏈接請求，不只能夠保持在線，同時也是在「詢問」服務器是否有新的數據，若是有就將數據傳給客戶端。

六、IP協議

IP是英文Internet Protocol（網絡之間互連的協議）的縮寫，中文簡稱爲「網協」，也就是爲計算機網絡相互鏈接進行通訊而設計的協議。在因特網中，它是能使鏈接到網上的全部計算機網絡實現相互通訊的一套規則，規定了計算機在因特網上進行通訊時應當遵照的規則。任何廠家生產的計算機系統，只要遵照 IP協議就能夠與因特網互連互通。IP地址具備惟一性，根據用戶性質的不一樣，能夠分爲5類。另外，IP還有進入防禦，知識產權，指針寄存器等含義。

IP是怎樣實現網絡互連設備，如以太網、分組交換網等，它們相互之間不能互通，不能互通的主要緣由是由於它們所傳送數據的基本單元（技術上稱之爲「幀」）的格式不一樣。IP協議其實是一套由軟件、程序組成的協議軟件，它把各類不一樣「幀」統一轉換成「IP數據包」格式，這種轉換是因特網的一個最重要的特色，使全部各類計算機都能在因特網上實現互通，即具備「開放性」的特色。

IP協議中還有一個很是重要的內容，那就是給因特網上的每臺計算機和其它設備都規定了一個惟一的地址，叫作「IP 地址」。因爲有這種惟一的地址，才保證了用戶在連網的計算機上操做時，可以高效並且方便地從千千萬萬臺計算機中選出本身所需的對象來。現在電信網正在與 IP網走向融合，以IP爲基礎的新技術是熱門的技術，如用IP網絡傳送話音的技術（即VoIP）就很熱門，其它如IP overATM、IPoverSDH、IP over WDM等等，都是IP技術的研究重點。