协议初学

协议

网络通信协议是一种网络通用语言，为连接不同操作系统和不同硬件体系结构的互联网络引提供通信支持，是一种网络通用语言。

常见的网络通信协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。

 

TCP/IP分层协议

共分为四层（每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求）：

网络接口层（又称链路层）、网络层（又称互联层）、传输层、应用层。

 

 

 

链路层（网卡和网卡驱动程序）：

物理层负责将比特流转换成信号，并传递给线缆。既不知道信号会发往何处，也不在意某一位是否会在某处丢失。

数据链路层提供了一种能够正确且稳定地传输比特流的结构，把数据传输到目的地。

数据链路层在意的是，数据是从哪个端口来的，应该送到哪个端口。

（这个端口是指物理交换机上的物理端口，也就是接口）

传输数据格式：

在数据链路层会把数据进行封闭，封装后的数据叫作帧。帧的组成如下：

    前导码（8字节）+目的MAC地址（6字节）+源MAC地址（6字节）+类型（2字节）+数据包（46~1500字节）+FCS（字节）

MAC地址是由48位组成的唯一信息，其中前24位是运营商地址，由IEEE管理分配。后24位是运营商管理的唯一信息。

 

 

网络层（IP）：

网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。

网络层定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX等。

IP(Internet Protocol)协议是一种低级路由协议，该协议主要实现将传输数据分解成许多小数据包，接着通过网络将这些数据包传到一个指定地址，IP协议并不会保证传输的数据包一定到达目的地，或者是数据包的完整性！

它只是尽可能快地把分组从源结点送到目的结点，但是、并不提供 任何可靠性保证。同时被TCP和UDP使用。TCP和UDP的每组数据都通过端系统和每个中间路、由器中的IP层在互联网中 进行传输。

ICMP是IP协议的附属协议。IP层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。

IGMP是Internet组管理协议。它用来把一个UDP数据报多播到多个主机。

 

传输层(TCP/UDP)：

传输层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

TCP是一个传输控制协议，它为两台主机提供了可靠性的数据通信，它所做的工作包括把应用程序交给它的数据进行合适 的分块交给下层的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等

TCP(Thransfer Control Protocol)协议，属于一种较高级的协议，它实现了数据包的有力捆绑，通过排序和重传来确保数据传输的可靠(即数据的准确传输以及完整性)。排序可以保证数据的读取是按照正确的格式进行，重传则保证了数据能够准确传送到目的地！

UDP是用户数据报协议，它为应用层提供了简单的服务，它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另外一台主机，并 不保证该数据报能到达另外一端。

UDP协议与TCP协议类似，它们之间的区别在于TCP协议是面向连接的可靠数据传输协议，而UDP协议是面向数据报的不可靠数据传输协议；UDP协议可以要求数据传输的目的地可以没有连接甚至不存在，数据传输效率更快，但可靠性低，TCP正好相反。

 

应用层（HTTP）：

应用层协议(application layer protocol)定义了运行在不同端系统上的应用程序进程如何相互传递报文。

应用层协议的定义:

(1)交换的报文类型，如请求报文和响应报文；

(2)各种报文类型的语法，如报文中的各个字段公共详细描述;

(3)字段的语义，即包含在字段中信息的含义；

(4)进程何时、如何发送报文及对报文进行响应。

有些应用层协议是由RFC文档定义的，因此它们位于公共领域。例如，web的应用层的协议HTTP(超文本传输协议，RFC 2616)就作为一个RFC供大家使用。

 

HTTP:

超文本传输协议(HTTP): 用于传输组成万维网Web页面的文件，大部分Web项目都是基于该协议实现用户数据的传输。

 

1、特点：
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。

 

 

2、客户端请求格式：

客户端发送一个HTTP请求到服务器的请求消息包括以下格式：

请求行（request line）、请求头部（header）、空行和请求数据四个部分组成。

 

第一部分：请求行，用来说明请求类型,要访问的资源以及所使用的HTTP版本.

GET说明请求类型为GET,[/562f25980001b1b106000338.jpg]为要访问的资源，该行的最后一部分说明使用的是HTTP1.1版本。

第二部分：请求头部，紧接着请求行（即第一行）之后的部分，用来说明服务器要使用的附加信息

从第二行起为请求头部，HOST将指出请求的目的地.User-Agent,服务器端和客户端脚本都能访问它,它是浏览器类型检测逻辑的重要基础.该信息由你的浏览器来定义,并且在每个请求中自动发送等等

第三部分：空行，请求头部后面的空行是必须的

即使第四部分的请求数据为空，也必须有空行。

第四部分：请求数据也叫主体，可以添加任意的其他数据。

3、服务器响应格式：

服务器接收并处理客户端发过来的请求后会返回一个HTTP的响应消息。

HTTP响应也由四个部分组成，分别是：状态行、消息报头、空行和响应正文。

 

第一部分：状态行，由HTTP协议版本号， 状态码， 状态消息 三部分组成。

第一行为状态行，（HTTP/1.1）表明HTTP版本为1.1版本，状态码为200，状态消息为（ok）

第二部分：消息报头，用来说明客户端要使用的一些附加信息

第二行和第三行为消息报头，
Date:生成响应的日期和时间；Content-Type:指定了MIME类型的HTML(text/html),编码类型是UTF-8

第三部分：空行，消息报头后面的空行是必须的

第四部分：响应正文，服务器返回给客户端的文本信息。

空行后面的html部分为响应正文。

 

4、HTTP之状态码

状态代码有三位数字组成，第一个数字定义了响应的类别，共分五种类别:

1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理

2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受

3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作

4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现

5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求

常见状态码：

200 OK                        //客户端请求成功

400 Bad Request               //客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解

401 Unauthorized              //请求未经授权，这个状态代码必须和 WWW-Authenticate报头域一起使用

403 Forbidden                 //服务器收到请求，但是拒绝提供服务

404 Not Found                 //请求资源不存在，eg：输入了错误的URL

500 Internal Server Error     //服务器发生不可预期的错误

503 Server Unavailable        //服务器当前不能处理客户端的请求，一段时间后可能恢复正常

更多状态码http://www.runoob.com/http/http-status-codes.html

5、HTTP请求方法

根据HTTP标准，HTTP请求可以使用多种请求方法。
HTTP1.0定义了三种请求方法： GET, POST 和 HEAD方法。
HTTP1.1新增了五种请求方法：OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE 和 CONNECT 方法。

GET     请求指定的页面信息，并返回实体主体。

HEAD     类似于get请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头

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。

PUT     从客户端向服务器传送的数据取代指定的文档的内容。

DELETE      请求服务器删除指定的页面。

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。

OPTIONS     允许客户端查看服务器的性能。

TRACE     回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。

 

6、HTTP工作原理

HTTP协议定义Web客户端如何从Web服务器请求Web页面，以及服务器如何把Web页面传送给客户端。HTTP协议采用了请求/响应模型。客户端向服务器发送一个请求报文，请求报文包含请求的方法、URL、协议版本、请求头部和请求数据。服务器以一个状态行作为响应，响应的内容包括协议的版本、成功或者错误代码、服务器信息、响应头部和响应数据。

以下是 HTTP 请求/响应的步骤：

1）客户端连接到Web服务器

一个HTTP客户端，通常是浏览器，与Web服务器的HTTP端口（默认为80）建立一个TCP套接字连接。例如，http://www.oakcms.cn。

2）发送HTTP请求

通过TCP套接字，客户端向Web服务器发送一个文本的请求报文，一个请求报文由请求行、请求头部、空行和请求数据4部分组成。

3）服务器接受请求并返回HTTP响应

Web服务器解析请求，定位请求资源。服务器将资源复本写到TCP套接字，由客户端读取。一个响应由状态行、响应头部、空行和响应数据4部分组成。

4）释放连接TCP连接

若connection 模式为close，则服务器主动关闭TCP连接，客户端被动关闭连接，释放TCP连接;若connection 模式为keepalive，则该连接会保持一段时间，在该时间内可以继续接收请求;

5）客户端浏览器解析HTML内容

客户端浏览器首先解析状态行，查看表明请求是否成功的状态代码。然后解析每一个响应头，响应头告知以下为若干字节的HTML文档和文档的字符集。客户端浏览器读取响应数据HTML，根据HTML的语法对其进行格式化，并在浏览器窗口中显示。

例如：在浏览器地址栏键入URL，按下回车之后会经历以下流程：

1、浏览器向 DNS 服务器请求解析该 URL 中的域名所对应的 IP 地址;

2、解析出 IP 地址后，根据该 IP 地址和默认端口 80，和服务器建立TCP连接;

3、浏览器发出读取文件(URL 中域名后面部分对应的文件)的HTTP 请求，该请求报文作为 TCP 三次握手的第三个报文的数据发送给服务器;

4、服务器对浏览器请求作出响应，并把对应的 html 文本发送给浏览器;

5、释放 TCP连接;

6、浏览器将该 html 文本并显示内容; 　　

 

HTTPS:

HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。

 

HTTPS和HTTP的区别:

 

1、https协议需要到ca申请证书，一般免费证书很少，需要交费。

2、http是超文本传输协议，信息是明文传输，https 则是具有安全性的ssl加密传输协议。

3、http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

4、http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全(Transport Layer Security，TLS)是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。

SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层：SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

SSL协议提供的服务主要有哪些

1）认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器

2）加密数据以防止数据中途被窃取

3）维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。

SSL协议的工作流程

服务器认证阶段：

1）客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接；

2）服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息；

3）客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器；

4）服务器恢复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。