网络通讯之学无涯

什么是网络通讯协议

通讯协议即网络中（包括互联网）传递、管理信息的一些规范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。

 

名词解释：

• IP——Internet Protocol（网络之间互连的协议）的缩写，中文简称为“网协”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。IP地址具有唯一性，根据用户性质的不同，可以分为5类。另外，IP还有进入防护，知识产权，指针寄存器等含义。
• PORT——如果把IP地址比作一间房子 ，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口 可以有65536（即：2^16）个之多！端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0 到65535（2^16-1）。 在Internet上，各主机间通过TCP/IP协议发送和接收数据包，各个数据包根据其目的主机的ip地址来进行互联网络中的路由选择。可见，把数据包顺利的传送到目的主机是没有问题的。问题出在哪里呢?我们知道大多数操作系统都支持多程序（进程）同时运行，那么目的主机应该把接收到的数据包传送给众多同时运行的进程中的哪一个呢？显然这个问题有待解决，端口机制便由此被引入进来。 本地操作系统会给那些有需求的进程分配协议端口（protocol port，即我们常说的端口），每个协议端口由一个正整数标识，如：80，139，445，等等。当目的主机接收到数据包后，将根据报文首部的目的端口号，把数据发送到相应端口，而与此端口相对应的那个进程将会领取数据并等待下一组数据的到来。说到这里，端口的概念似乎仍然抽象，那么继续跟我来，别走开。 端口其实就是队，操作系统为各个进程分配了不同的队，数据包按照目的端口被推入相应的队中，等待被进程取用，在极特殊的情况下，这个队也是有可能溢出的，不过操作系统允许各进程指定和调整自己的队的大小。 不光接受数据包的进程需要开启它自己的端口，发送数据包的进程也需要开启端口，这样，数据包中将会标识有源端口，以便接受方能顺利地回传数据包到这个端口。 
  端口详解 
  在开始讲什么是端口之前，我们先来聊一聊什么是 port 呢？常常在网络上听说『我的主机开了多少的 port ，会不会被入侵呀！？或者是说『开那个 port 会比较安全？又，我的服务应该对应什么 port 呀？呵呵！很神奇吧！怎么一部主机上面有这么多的奇怪的 port 呢？这个 port 有什么作用呢？ 由于每种网络的服务功能都不相同，因此有必要将不同的封包送给不同的服务来处理，所以啰，当你的主机同时开启了FTP与 WWW 服务的时候，那么别人送来的资料封包，就会依照 TCP 上面的 port 号码来给 FTP 这个服务或者是 WWW 这个服务来处理，当然就不会搞乱啰！（注：嘿嘿！有些很少接触到网络的朋友，常常会问说：咦！为什么你的计算机同时有 FTP、WWW、E-Mail 这么多服务，但是人家传资料过来，你的计算机怎么知道如何判断？计算机真的都不会误判吗？！现在知道为什么了吗？！对啦！就是因为 port 不同嘛！你可以这样想啦，有一天，你要去银行存钱，那个银行就可以想成是主机，然后，银行当然不可能只有一种业务，里头就有相当多的窗口，那么你一进大门的时候，在门口的服务人员就会问你说："嗨！你好呀！你要做些什么事？"你跟他说："我要存钱呀！"，服务员接着就会告诉你：喝！那么请前往三号窗口！那边的人员会帮您服务！这个时候你总该不会往其它的窗口跑吧？！ ""这些窗口就可以想成是port 啰！所以啦！每一种服务都有特定的 port 在监听！您无须担心计算机会误判的问题呦！ ) 
• 端口分为两种，一种是TCP端口，一种是UDP端口。计算机之间相互通信的时候，分为两种方式：一种是发送信息以后，可以确认信息是否到达，也就是有应答的方式，这种方式大多采用TCP协议；一种是发送以后就不管了，不去确认信息是否到达，这种方式大多采用UDP协议。对应这两种协议的服务提供的端口，也就分为TCP端口和UDP端口。 
• MAC——Media Access Control   Mac地址就是在媒体接入层上使用的地址，通俗点说就是网卡的物理地址，现在的Mac地址一般都采用6字节48bit（在早期还有2字节16bit的Mac地址）。 对于MAC地址，由于我们不直接和它接触，所以大家不一定很熟悉。在OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）7层网络协议（物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层）参考模型中，第二层为数据链路层（Data Link）。它包含两个子层，上一层是逻辑链路控制（LLC：Logical Link Control），下一层即是我们前面所提到的MAC（Media Access Control）层，即介质访问控制层。所谓介质（Media），是指传输信号所通过的多种物理环境。常用网络介质包括电缆（如：双绞线，同轴电缆，光纤），还有微波、激光、红外线等，有时也称介质为物理介质。MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址，由网络设备制造商生产时写在硬件内部。这个地址与网络无关，也就是无论将带有这个地址的硬件（如网卡、集线器、路由器等）接入到网络的何处，它都有相同的MAC地址，MAC地址一般不可改变，不能由用户自己设定。
• OSI——Open System Interconnection  意为开放式系统互联。在OSI出现之前，计算机网络中存在众多的体系结构，其中以IBM公司的SNA(系统网络体系结构)和DEC公司的DNA(Digital Network Architecture)数字网络体系结构最为著名。为了解决不同体系结构的网络的互联问题，国际标准化组织ISO(注意不要与OSI搞混）于1981年制定了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。
• TCP——Transmission Control Protocol 传输控制协议TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议，由IETF的RFC 793说明（specified）。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，和UDP属同一层。每一个 TCP 连接都必须由一端（通常为 client )发起请求，这个 port 通常是随机选择大于 1024 以上（因为0-1023有特殊作用，被预定，如FTP、HTTP、SMTP等）的 port 号来进行！其 TCP 封包会将（且只将） SYN 旗标设定起来！这是整个联机的第一个封包； 如果另一端（通常为 Server ) 接受这个请求的话（当然啰，特殊的服务需要以特殊的 port 来进行，例如 FTP 的 port 21 ），则会向请求端送回整个联机的第二个封包！其上除了 SYN 旗标之外同时还将 ACK 旗标也设定起来，并同时在本机端建立资源以待联机之需； 然后，请求端获得服务端第一个响应封包之后，必须再响应对方一个确认封包，此时封包只带 ACK 旗标（事实上，后继联机中的所有封包都必须带有 ACK 旗标）； 只有当服务端收到请求端的确认（ ACK ）封包（也就是整个联机的第三个封包）之后，两端的联机才能正式建立。这就是所谓的 TCP 联机的'三次握手（ Three-Way Handshake )'的原理。经过三向交握之后，呵呵！你的 client 端的 port 通常是高于 1024 的随机取得的 port，至于主机端则视当时的服务是开启哪一个 port 而定，例如 WWW 选择 80 而 FTP 则以 21 为正常的联机信道！发送信息以后，可以确认信息是否到达，也就是有应答的方式，这种方式大多采用TCP协议；
• UDP——UDP是ISO参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分辨运行在同一台设备上的多个应用程序。    发送以后就不管了，不去确认信息是否到达，这种方式大多采用UDP协议。TCP端口和UDP端口。由于TCP和UDP 两个协议是独立的，因此各自的端口号也相互独立，比如TCP有235端口，UDP也 可以有235端口，两者并不冲突。 
• HTTP——一种详细规定了浏览器和万维网服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议 。超文本传送协议 (HTTP-Hypertext transfer protocol) 是分布式，协作式，超媒体系统应用之间的通信协议。是万维网（world wide web）交换信息的基础。它允许将超文本标记语言 (HTML) 文档从 Web 服务器传送到 Web 浏览器。HTML 是一种用于创建文档的标记语言，这些文档包含到相关信息的链接。您可以单击一个链接来访问其它文档、图像或多媒体对象，并获得关于链接项的附加信息。HTTP工作在TCP/IP协议体系中的TCP协议上。客户机和服务器必须都支持 HTTP，才能在万维网上发送和接收 HTML 文档并进行交互。现在WWW中使用的是HTTP/1.1，它是由RFCs(Requests for comments)在1990年6月制定。目前交由IETF(Internet Engineering Task Force) 和W3C(World Wide Web)负责修改。但最终还是由RFCs对外发布。HTTP协议的主要特点可概括如下：1、支持客户/服务器模式。 2、 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。 3、灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。 4、无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。 5、无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。 另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。请求信息　发出的请求信息包括以下几个： 1、请求行，例如GET /images/logo.gif HTTP/1.1，表示从/images目录下请求logo.gif这个文件。2、（请求）头，例如Accept-Language: en　3、空行 4、可选的消息体　请求行和标题必须以<CR><LF>作为结尾（也就是，回车然后换行）。空行内必须只有<CR><LF>而无其他空格。在HTTP/1.1协议中，所有的请求头，除post外，都是可选的。请求方法   HTTP/1.1协议中共定义了八种方法（有时也叫“动作”）来表明Request-URI指定的资源的不同操作方式：1、OPTIONS返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方法。也可以利用向Web服务器发送'*'的请求来测试服务器的功能性。　2、　HEAD向服务器索要与GET请求相一致的响应，只不过响应体将不会被返回。这一方法可以在不必传输整个响应内容的情况下，就可以获取包含在响应消息头中的元信息。　3、GET向特定的资源发出请求。注意：GET方法不应当被用于产生“副作用”的操作中，例如在web app.中。其中一个原因是GET可能会被网络蜘蛛等随意访问。　4、POST向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。　5、PUT 向指定资源位置上传其最新内容。　6、DELETE 请求服务器删除Request-URI所标识的资源。　7、TRACE 回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。　8、　CONNECT HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。方法名称是区分大小写的。当某个请求所针对的资源不支持对应的请求方法的时候，服务器应当返回状态码405（Method Not Allowed）；当服务器不认识或者不支持对应的请求方法的时候，应当返回状态码501（Not Implemented）。HTTP服务器至少应该实现GET和HEAD方法，其他方法都是可选的。当然，所有的方法支持的实现都应当符合下述的方法各自的语义定义。此外，除了上述方法，特定的HTTP服务器还能够扩展自定义的方法。

• SOAP——简单对象访问协议，简单对象访问协议（SOAP）是一种轻量的、简单的、基于 XML 的协议，它被设计成在 WEB 上交换结构化的和固化的信息。 SOAP 可以和现存的许多因特网协议和格式结合使用，包括超文本传输协议（ HTTP），简单邮件传输协议（SMTP），多用途网际邮件扩充协议（MIME）。它还支持从消息系统到远程过程调用（RPC）等大量的应用程序。