面試官:HTTP、TCP和UDP之間的區(qū)別,你真的清楚嗎?

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在解釋HTTP、TCP和UDP之前的區(qū)別之前，先為大家介紹一下三者的含義。TCP：傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，由IETF的RFC 793 [1] 定義。TCP旨在適應(yīng)支持多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分層協(xié)議層次結(jié)構(gòu)。連接到不同但互連的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的主計(jì)算機(jī)中的成對(duì)進(jìn)程之間依靠TCP提供可靠的通信服務(wù)。TCP假設(shè)它可以從較低級(jí)別的協(xié)議獲得簡(jiǎn)單的，可能不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。原則上，TCP應(yīng)該能夠在從硬線連接到分組交換或電路交換網(wǎng)絡(luò)的各種通信系統(tǒng)之上操作。UDP：Internet 協(xié)議集支持一個(gè)無(wú)連接的傳輸協(xié)議，該協(xié)議稱為用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP，User Datagram Protocol）。UDP 為應(yīng)用程序提供了一種無(wú)需建立連接就可以發(fā)送封裝的 IP 數(shù)據(jù)包的方法。RFC 768 [1] 描述了 UDP。Internet 的傳輸層有兩個(gè)主要協(xié)議，互為補(bǔ)充。無(wú)連接的是 UDP，它除了給應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)包功能并允許它們?cè)谒璧膶哟紊霞軜?gòu)自己的協(xié)議之外，幾乎沒有做什么特別的事情。面向連接的是 TCP，該協(xié)議幾乎做了所有的事情。HTTPS：超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）是一個(gè)簡(jiǎn)單的請(qǐng)求-響應(yīng)協(xié)議，它通常運(yùn)行在TCP之上。它指定了客戶端可能發(fā)送給服務(wù)器什么樣的消息以及得到什么樣的響應(yīng)。請(qǐng)求和響應(yīng)消息的頭以ASCII形式給出；而消息內(nèi)容則具有一個(gè)類似MIME的格式。這個(gè)簡(jiǎn)單模型是早期Web成功的有功之臣，因?yàn)樗归_發(fā)和部署非常地直截了當(dāng)。看到這里如果你還不是很理解三者的意思，你可以簡(jiǎn)單的記住：TCP是一種傳輸可靠連接的協(xié)議；UDP是一種傳輸不可靠的連接；HTTP是基于TCP的一種超文本連接；下面我會(huì)詳細(xì)的給大家介紹。

TCP連接

為了能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，就需要使用TCP/IP的概念.TCP/IP不是一種協(xié)議,而是一個(gè)協(xié)議族的統(tǒng)稱，其中包括IP協(xié)議、IMCP協(xié)議、TCP協(xié)議，以及我們常見的http、ftp協(xié)議等。計(jì)算機(jī)定義了協(xié)議，就像兩個(gè)不同國(guó)籍的人之間約定使用國(guó)際通用語(yǔ)言交流一樣，雙方都能準(zhǔn)確的理解對(duì)方所表達(dá)的意思。上面也介紹了TCP是一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸連接，那么究竟可靠在哪里呢？首先我們看一下TCP與其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

• 應(yīng)用層：應(yīng)用程序間溝通層，如簡(jiǎn)單電子郵件傳輸(SMPT)、文件傳輸協(xié)議(FTP)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問協(xié)議(Telnet)等。

• 傳輸層：在此層中，他提供了節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)，主要功能是數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)確認(rèn)和丟失重傳等。如傳輸控制協(xié)議(TCP)、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)等，TCP和UDP給數(shù)據(jù)包加入傳輸數(shù)據(jù)并把它傳輸?shù)较乱粚又校@一層負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)，并且確定數(shù)據(jù)已被送達(dá)并接收。

• 互連網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)提供基本的數(shù)據(jù)封包傳送功能，讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達(dá)目的主機(jī)(但不檢查是否被正確接收)，如網(wǎng)際協(xié)議(IP)。

• 網(wǎng)絡(luò)接口層(主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層):接收IP數(shù)據(jù)報(bào)并進(jìn)行傳輸，從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽取IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)交給下一層，對(duì)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)媒體的管理，定義如何使用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)(如Ethernet、Serial Line等)來(lái)傳送數(shù)據(jù)。

TCP三次握手

TCP在傳輸層中由一個(gè)確認(rèn)和重傳操作，可以保證我們傳輸文件的完成性。TCP傳輸文件在連接之前需要建立連接，這個(gè)連接就是三次握手，計(jì)算機(jī)通過三次握手建立一個(gè)持久性、穩(wěn)定的連接。就像是兩個(gè)人之間打電話，當(dāng)電話打通時(shí)，兩個(gè)人就建立起一條持久性的連接，別人是沒辦法去干擾通話的。第一次握手：客戶主動(dòng)(activate open)去connect服務(wù)器,并且發(fā)送SYN假設(shè)序列號(hào)為J，服務(wù)器是被動(dòng)打開(passive open)。第二次握手：服務(wù)器在收到SYN后，它會(huì)發(fā)送一個(gè)SYN以及一個(gè)ACK(應(yīng)答)給客戶，ACK的序列號(hào)是J+1，表示是給SYN J的應(yīng)答，新發(fā)送的SYN K 序列號(hào)是K。第三次握手：客戶在收到新SYN K，ACK J+１，也回應(yīng)了ACK　K+１以表示收到了，然后兩邊就可以開始數(shù)據(jù)發(fā)送和接收了。看到上面的描述,如果你沒有學(xué)過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是很難搞懂上面的專業(yè)術(shù)語(yǔ)的,下面我來(lái)詳細(xì)的說明一下TCP報(bào)文結(jié)構(gòu)。

TCP報(bào)文結(jié)構(gòu)：

TCP報(bào)文格式詳解:

• 端口號(hào)：用來(lái)標(biāo)識(shí)同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的不同的應(yīng)用進(jìn)程。
• 源端口：源端口和IP地址的作用是標(biāo)識(shí)報(bào)文的返回地址。
• 目的端口：端口指明接收方計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序接口。
• 序號(hào)：是TCP可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵部分。序號(hào)是本報(bào)文段發(fā)送的數(shù)據(jù)組的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。在TCP傳送的流中，每一個(gè)字節(jié)一個(gè)序號(hào)。如果一個(gè)報(bào)文段的序號(hào)為300，此報(bào)文段數(shù)據(jù)部分共有100字節(jié)，則下一個(gè)報(bào)文段的序號(hào)為400.所以序號(hào)確保看TCP傳輸?shù)挠行蛐浴?/li>
• 確認(rèn)號(hào)：確認(rèn)號(hào)，即ACK，指明洗一個(gè)期待都收到的字節(jié)序號(hào)，表明該序號(hào)之前的所有數(shù)據(jù)已經(jīng)確認(rèn)無(wú)誤的收到。確認(rèn)號(hào)只有當(dāng)ACK標(biāo)志為1時(shí)才有效。比如建立連接時(shí)，SNY報(bào)文的ACK標(biāo)志位為0。
• 數(shù)據(jù)偏移/首部長(zhǎng)度：4bits。有序首部可能含有可選內(nèi)容，因此TCP報(bào)頭的長(zhǎng)度是不確定的，報(bào)頭不包含任何選字段則長(zhǎng)度為20字節(jié)，4位首部長(zhǎng)度字段所標(biāo)識(shí)的最大值為1111，轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制為15，15*32/8=60，所以報(bào)頭最大長(zhǎng)度為60字節(jié)。首部長(zhǎng)度也叫數(shù)據(jù)偏移，是因?yàn)槭撞块L(zhǎng)度實(shí)際上指示了數(shù)據(jù)區(qū)在報(bào)文段中的起始偏移值。
• 保留：為將來(lái)定義新的用途保留，現(xiàn)在一般置0.
• 控制位：URG　ACK　PSH　RST　SYN　FIN共６個(gè)，每一個(gè)標(biāo)志位標(biāo)識(shí)一個(gè)控制功能。
• URG：緊急指針標(biāo)志，為１時(shí)標(biāo)識(shí)緊急指針有效，為０時(shí)則忽略緊急指針。
• ACK：確認(rèn)序號(hào)標(biāo)志，為1時(shí)標(biāo)識(shí)確認(rèn)號(hào)有效，為0時(shí)表示報(bào)文中不含確認(rèn)信息，忽略確認(rèn)號(hào)字段。
• PSH：push標(biāo)志，為1表示是帶有push標(biāo)志的數(shù)據(jù)，指示接收放在接收到該報(bào)文段以后，應(yīng)盡快將這個(gè)報(bào)文段交給應(yīng)用程序，而不是在緩沖區(qū)排隊(duì)。
• RST?：重置連接標(biāo)志，用于重置由于主機(jī)崩潰或其他原因而出現(xiàn)錯(cuò)誤的連接。或者用于拒絕非法的報(bào)文段和拒絕連接請(qǐng)求。
• SYN：同步序號(hào)，用于建立連接過程，在連接請(qǐng)求中，SYN=1和ACK=0表示該數(shù)據(jù)段沒有使用捎帶的確認(rèn)域，而連接應(yīng)答捎帶一個(gè)確認(rèn)，即SYN=1和ACK=1.
• FIN：finish標(biāo)志，用于釋放連接，為1時(shí)表示發(fā)送方已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送了，即關(guān)閉奔放數(shù)據(jù)流。
• 窗口：滑動(dòng)窗口大小，用來(lái)告知發(fā)送端接收端的緩存大小，為此控制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，從而達(dá)到流量控制。
• 校驗(yàn)和：奇偶校驗(yàn)，此校驗(yàn)和是對(duì)整個(gè)的TCP報(bào)文段，包括TCP頭部和TCP數(shù)據(jù)，以16位字段進(jìn)行計(jì)算所得，由發(fā)送端計(jì)算和存儲(chǔ)，并由接收段驚醒校驗(yàn)。
• 緊急指針：只有當(dāng)URG標(biāo)志置1時(shí)謹(jǐn)記指針才有效。緊急指針是一個(gè)正的偏移量，和順序號(hào)字段中的值相加表示緊急數(shù)據(jù)最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。TCP的緊急方式時(shí)發(fā)送端像另一端發(fā)送緊急數(shù)據(jù)的一種方式。
• 選項(xiàng)和填充：最常見的可選字段是最長(zhǎng)報(bào)文大小，又稱為MSS（Maximum Segment Size），每個(gè)連接方通常都在通信的第一個(gè)報(bào)文段（為建立連接而設(shè)置SYN標(biāo)志為1的那個(gè)段）中指明這個(gè)選項(xiàng)，它表示本端所能接受的最大報(bào)文段的長(zhǎng)度。選項(xiàng)長(zhǎng)度不一定是32位的整數(shù)倍，所以要加填充位，即在這個(gè)字段中加入額外的0，以保證TCP頭是32的整數(shù)倍。
• 數(shù)據(jù)部分：TCP報(bào)文段中的數(shù)據(jù)部分是可選的。在一個(gè)連接建立和一個(gè)連接終止時(shí)，雙方交換的報(bào)文段僅有TCP首部，如果一方?jīng)]有數(shù)據(jù)要發(fā)送，也使用沒有任何數(shù)據(jù)的首部來(lái)確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)。在處理超時(shí)的許多情況中，也會(huì)發(fā)送不帶任何數(shù)據(jù)的報(bào)文段。

TCP四次揮手

由于TCP連接是全雙工的，因此每個(gè)方向都必須單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉。這個(gè)原則是當(dāng)一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后就能發(fā)送一個(gè)FIN來(lái)終止這個(gè)方向的連接。收到一個(gè) FIN只意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)，一個(gè)TCP連接在收到一個(gè)FIN后仍能發(fā)送數(shù)據(jù)。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉。第一次揮手：客戶端A發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉客戶A到服務(wù)器B的數(shù)據(jù)傳送（報(bào)文段4）。第二次揮手：服務(wù)器B收到這個(gè)FIN，它發(fā)回一個(gè)ACK，確認(rèn)序號(hào)為收到的序號(hào)加1（報(bào)文段5）。和 SYN一樣，一個(gè)FIN將占用一個(gè)序號(hào)。第三次揮手：服務(wù)器B關(guān)閉與客戶端A的連接，發(fā)送一個(gè)FIN給客戶端A（報(bào)文段6）。第四次揮手：客戶端A發(fā)回ACK報(bào)文確認(rèn)，并將確認(rèn)序號(hào)設(shè)置為收到序號(hào)加1（報(bào)文段7）TCP采用四次揮手關(guān)閉連接，為什么建立連接協(xié)議是三次握手，而關(guān)閉連接卻是四次握手呢？ 這是因?yàn)榉?wù)端的LISTEN狀態(tài)下的SOCKET當(dāng)收到SYN報(bào)文的建連請(qǐng)求后，它可以把ACK和SYN（ACK起應(yīng)答作用，而SYN起同步作用）放在一個(gè)報(bào)文里來(lái)發(fā)送。但關(guān)閉連接時(shí)，當(dāng)收到對(duì)方的FIN報(bào)文通知時(shí)，它僅僅表示對(duì)方?jīng)]有數(shù)據(jù)發(fā)送給你了；但未必你所有的數(shù)據(jù)都全部發(fā)送給對(duì)方了，所以你可以未必會(huì)馬上會(huì)關(guān)閉SOCKET,也即你可能還需要發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對(duì)方之后，再發(fā)送FIN報(bào)文給對(duì)方來(lái)表示你同意可以關(guān)閉連接了，所以它這里的ACK報(bào)文和FIN報(bào)文多數(shù)情況下都是分開發(fā)送的。

UDP

UDP協(xié)議與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，在OSI模型中，兩者都位于傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，也就是說，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后，是無(wú)法得知其是否安全完整到達(dá)的。UDP用來(lái)支持那些需要在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋，但即使在今天UDP仍然不失為一項(xiàng)非常實(shí)用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。

UDP報(bào)文

特點(diǎn)

UDP是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不建立連接，當(dāng)它想傳送時(shí)就簡(jiǎn)單地去抓取來(lái)自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡(luò)上。在發(fā)送端，UDP傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)的速度、計(jì)算機(jī)的能力和傳輸帶寬的限制；在接收端，UDP把每個(gè)消息段放在隊(duì)列中，應(yīng)用程序每次從隊(duì)列中讀一個(gè)消息段。由于傳輸數(shù)據(jù)不建立連接，因此也就不需要維護(hù)連接狀態(tài)，包括收發(fā)狀態(tài)等，因此一臺(tái)服務(wù)機(jī)可同時(shí)向多個(gè)客戶機(jī)傳輸相同的消息。UDP信息包的標(biāo)題很短，只有8個(gè)字節(jié)，相對(duì)于TCP的20個(gè)字節(jié)信息包而言UDP的額外開銷很小。

TCP和UDP協(xié)議對(duì)比

UDP和TCP協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳遞方面不同。TCP協(xié)議中包含了專門的傳遞保證機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來(lái)的信息時(shí)，會(huì)自動(dòng)向發(fā)送方發(fā)出確認(rèn)消息；發(fā)送方只有在接收到該確認(rèn)消息之后才繼續(xù)傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認(rèn)信息為止。與TCP不同，UDP協(xié)議并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測(cè)或提示。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。TCP 是面向連接的傳輸控制協(xié)議，而UDP 提供了無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)；TCP 具有高可靠性，確保傳輸數(shù)據(jù)的正確性，不出現(xiàn)丟失或亂序；UDP在傳輸數(shù)據(jù)前不建立連接，不對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行檢查與修改，無(wú)須等待對(duì)方的應(yīng)答，所以會(huì)出現(xiàn)分組丟失、重復(fù)、亂序，應(yīng)用程序需要負(fù)責(zé)傳輸可靠性方面的所有工作；UDP具有較好的實(shí)時(shí)性，工作效率較 TCP 協(xié)議高；UDP 段結(jié)構(gòu)比 TCP 的段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此網(wǎng)絡(luò)開銷也小。TCP協(xié)議可以保證接收端毫無(wú)差錯(cuò)地接收到發(fā)送端發(fā)出的字節(jié)流，為應(yīng)用程序提供可靠的通信服務(wù)。對(duì)可靠性要求高的通信系統(tǒng)往往使用 TCP 傳輸數(shù)據(jù)

HTTP協(xié)議

HTTP是基于TCP完成的，HTTP是應(yīng)用層協(xié)議，同其他應(yīng)用層協(xié)議一樣，是為了實(shí)現(xiàn)某一類具體應(yīng)用的協(xié)議，并由某一運(yùn)行在用戶空間的應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。HTTP是一種協(xié)議規(guī)范，這種規(guī)范記錄在文檔上，為真正通過HTTP進(jìn)行通信的HTTP的實(shí)現(xiàn)程序。現(xiàn)在我們所常見的超文本傳輸協(xié)議是HTTPS，HTTPS是HTTP的一種升級(jí)版，HTTPS 協(xié)議是由 HTTP 加上 TLS/SSL 協(xié)議構(gòu)建的可進(jìn)行加密傳輸、身份認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要通過數(shù)字證書、加密算法、非對(duì)稱密鑰等技術(shù)完成互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸加密，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)傳輸安全保護(hù)。

HTTP報(bào)文

HTTP工作原理

HTTP是基于客戶/服務(wù)器模式，且面向連接的。典型的HTTP事務(wù)處理有如下的過程：

• 客戶與服務(wù)器建立連接；
• 客戶向服務(wù)器提出請(qǐng)求；
• 服務(wù)器接受請(qǐng)求，并根據(jù)請(qǐng)求返回相應(yīng)的文件作為應(yīng)答；
• 客戶與服務(wù)器關(guān)閉連接。

<END>

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