网络协议详解

一.网络协议

1.简介

网络协议是 计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。

2.组成要素

网络协议由三个要素组成：

<1> 语义。语义是解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。
<2> 语法。语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。
<3> 时序。时序是对事件发生顺序的详细说明。（也可称为“同步”）。

这三个要素可以描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。

3.层次划分

计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层（Physics Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）、应用层（Application Layer）。

二.TCP详解

1.简介

TCP属于网络分层中的传输层。

所谓的“三次握手”：为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商，确保数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。

为了提供可靠的传送，TCP在发送新的数据之前，以特定的顺序将数据包的序号，并需要这些包传送给目标机之后的确认消息。TCP总是用来发送大批量的数据。当应用程序在收到数据后要做出确认时也要用到TCP。

2.握手过程

<1> 图解

<2> 文字描述

第一次
第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（seq=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

总结：第一次握手就是客户端告诉服务端，客户端要发送数据。

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

总结：第二次握手就是服务端反馈给客户端，服务端收到了客户端要发送数据的通知。

第三次
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（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

总结：第三次握手就是客户端开始真正的向服务端发送数据。

3.总结

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。

三.UDP详解

1.简介

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。属于网络分层中的传输层。

UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。

2.特点

<1> 面向无连接
UDP是不需要和 TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的，想发数据就可以开始发送了。并且也只是数据报文的搬运工，不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。

<2> 有单播，多播，广播的功能
UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。

<3> UDP是面向报文的
发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文

<4> 不可靠性
首先不可靠性体现在无连接上，通信都不需要建立连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。

再者网络环境时好时坏，但是 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

<5> 头部开销小，传输数据报文时是很高效的。如下图

UDP 头部包含了以下几个数据

(1) 两个十六位的端口号，分别为源端口（可选字段）和目标端口。

(2) 整个数据报文的长度。

(3) 整个数据报文的检验和（IPv4 可选 字段），该字段用于发现头部信息和数据中的错误。

因此 UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的。

四.TCP&UDP区别

1.对比

2.总结

<1> TCP向上层提供面向连接的可靠服务 ，UDP向上层提供无连接不可靠服务。

<2> 虽然 UDP 并没有 TCP 传输来的准确，但是也能在很多实时性要求高的地方有所作为。
 

<3> 对数据准确性要求高，速度可以相对较慢的，可以选用TCP。

五.HTTP1和HTTP2的区别

<1> 新的二进制格式（Binary Format），HTTP1.x的解析是基于文本。基于文本协议的格式解析存在天然缺陷，文本的表现形式有多样性，要做到健壮性考虑的场景必然很多，二进制则不同，只认0和1的组合。基于这种考虑HTTP2.0的协议解析决定采用二进制格式，实现方便且健壮。

<2> 多路复用（MultiPlexing），即连接共享，即每一个request都是是用作连接共享机制的。一个request对应一个id，这样一个连接上可以有多个request，每个连接的request可以随机的混杂在一起，接收方可以根据request的 id将request再归属到各自不同的服务端请求里面。

<3> header压缩，如上文中所言，对前面提到过HTTP1.x的header带有大量信息，而且每次都要重复发送，HTTP2.0使用encoder来减少需要传输的header大小，通讯双方各自cache一份header fields表，既避免了重复header的传输，又减小了需要传输的大小。