25 (OC)* iOS网络HTTP、TCP、UDP、Socket 知识总结

• 应用层：
  1.用户接口、应用程序；
  2.Application典型设备：网关；
  3.典型协议、标准和应用：TELNET、FTP、HTTP

• 表示层：
  1.数据表示、压缩和加密presentation
  2.典型设备：网关
  3.典型协议、标准和应用：ASCLL、PICT、TIFF、JPEG|MPEG
  4.表示层相当于一个东西的表示，表示的一些协议，比如图片、声音和视频MPEG。

• 会话层：
  1.会话的建立和结束；
  2.典型设备：网关；
  3.典型协议、标准和应用：RPC、SQL、NFS、X WINDOWS、ASP

• 传输层：
  1.主要功能：端到端控制Transport；
  2.典型设备：网关；
  3.典型协议、标准和应用：TCP、UDP、SPX

• 网络层：
  1.主要功能：路由、寻址Network；
  2.典型设备：路由器；
  3.典型协议、标准和应用：IP、IPX、APPLETALK、ICMP；

• 数据链路层：
  1.主要功能：保证无差错的疏忽链路的data link；
  2.典型设备：交换机、网桥、网卡；
  3.典型协议、标准和应用：802.2、802.3ATM、HDLC、FRAME RELAY；

• 物理层：
  1.主要功能：传输比特流Physical；
  2.典型设备：集线器、中继器
  3.典型协议、标准和应用：V.35、EIA/TIA-232.一、前言

         以下是我自己的学习加理解，分享给大家，同时也算是自己做的笔记吧，俗话说好记性不如烂笔头，希望来的你能有所帮助，有什么理解不到位的地方，还请大神些多多指教。

二、网络模型

   OSI 七层模型：我们一般使用的网络数据传输由下而上共有七层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

 

OSI网络七层模型

TCP/IP模型：TCP/IP 模型分为四层,由下而上分别为网络接口层、网络层、传输层、应用层。

 

 

 

TCP/IP网络模型

 

 

三、概念

   短连接：

   连接 -> 传输数据->关闭连接。就建立一次，但任务结束就中断连接。 

  长连接：

    连接 -> 传输数据 -> 保持连接 -> 传输数据。。。-> 关闭连接。是指连接后不管是否使用都保持连接，但安全性较差。

  长连接、短连接用法：

         长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多的情况下。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理 速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接， 如果用短连接频繁的通信会造成Socket错误，而且频繁的Socket创建也是对资源的浪费。

        而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接 会更省一些资源，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下 需用短连好。

总之，长连接和短连接的选择要视情况而定。

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HTTP

http连接：

http协议即超文本传送协议，是web联网的基础，也是手机联网常用协议之一，http协议是建立在tcp协议之上的一种应用。

          http连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

       1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

        2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

       由于http在每次请求结束后都会主动释放连接，因此http连接是“短连接”。要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的 做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客 户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

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Socket

       套接字(socket)是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。

        应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

 

socket

建立socket连接

            建立 Socket 连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。

            套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

             服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

             客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

             连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

Socket连接与TCP连接

                创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

Socket连接与HTTP连接

                 由于通常情况下 Socket 连接就是TCP连接，因此 Socket 连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

                 而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

                 很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给 客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

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TCP与UDP的区别

          TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。

          UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

TCP三次握手：指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

          第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

          第二次握手：服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。

           第三次握手：客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。

 

 

 

tcp三次握手

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QQ、微信为什么是UDP而不是TCP:

           像腾讯QQ之类的大规模即时通讯软件，经常性的是几千万用户同时在线 如果都采用长连接的方式。岂不是要服务器的硬件防火墙监控数千万个连接了，就算分布式服务端能承受这么多用户 网关也受不了，而且有理由相信服务器也受不了 。所以对于大规模即时通讯，尤其是用户数量众多 肯定不能用TCP常连接的方式，这种方式只适合于小规模的即时通讯，如局域网，公司内部的即时通讯等 对于大规模的，用户数量众多的C/S软件 应当采用UDP协议进行数据传输，网关就不停收发数据包就可以了。 

           使用TCP协议和客户端进行短命连接，用了就关 比如客户登陆请求好友列表，我们就和他建立TCP连接发给他好友列表，然后关掉连接 当用户要给另外一个客户发信心我们再建立连接，数据传完我们又关掉连接 这种方式，无疑服务器可以承载更多的用户登陆。但是缺点也是非常明显的 一般情况下我们接收的数据都不大，每次发一点点消息都要建立连接 TCP本来就比较消耗网络资源，这样毫无规律的断断连连 连连断断，加上本来这种方式就有较高的延迟 也不适合大规模的即时通讯

           事实上，在Internet上传输的UDP包从A发送给B 它完整地到达几率一般情况下还是相当之高的。我们开发一个多用户的即时通讯软件 采用UDP传输消息的时候，报文被划分成包 一个UDP包究竟是多大？经过我的了解一个UDP用户包最大大小是64KB 根据网络状况，实际在传输包的时候可能把包划成若干个分片 一个分片的最大大小是1640B 可以保存好几百个汉字。UDP协议提供数据报机制传输信息 如果报文比较长，比如一个文件，一个图片 要被划分成若干个数据包，由于对于一般的文字消息和其它指令都是比较小的 它们会被放在一个包里面，由于UDP是无连接的 不可靠的，如果发生丢包，不会重传 所以不能保证数据包能完整并准确地到达目的地，但是对于我们的即时通讯软件来说 一般的聊天信息比较小，比如我们给一个好友发送一条聊天信息“今天我很高兴”，会不会服务器转发的时候只收到“今天我很高”，再传给好友的时候变成了“今天”，答案是不会发生这种情况的 UDP虽然描述是不可靠，不过依然在数据包中包含了头信息描述了包的大小等信息，在包进行转发的过程中 如果数据不完整，是会被网络设备发现的，比如中途一个转发这个包的路由器发现了一个不完整的UDP包会直接丢弃，如果是TCP 当有包被丢弃了会进行重传，对于UDP 包在传输过程中由于数据的缺失被丢弃不会进行重传 我们顶多就是一条信息发送失败了，而这种概率一般情况下是非常低的 。

开发时到底选择TCP还是UDP:

        如果是由客户端间歇性的发起无状态的查询，并且偶尔发生延迟是可以容忍，那么使用HTTP/HTTPS吧。

        如果客户端和服务器都可以独立发包，但是偶尔发生延迟可以容忍（比如：在线的纸牌游戏，许多MMO类的游戏），那么使用TCP长连接吧。

        如果客户端和服务器都可以独立发包，而且无法忍受延迟（比如：大多数的多人动作类游戏，一些MMO类游戏），那么使用UDP吧。

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基本TCP客户—服务器程序设计基本框架

 

 

tcp

基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图

 

 

 

一：TCP/IP协议

 

 

二：七层协议

1：物理层

物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

 1.1：传输媒体和互连设备 

      物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。

      通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。数据传输通常是经过DTE——DCE，再经过DCE——DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，发送器，中继器等都属物理层的媒体和连接器。

      

      DTE（Data Terminal Equipment（DTE））即数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。

      DCE（数据通信设备 Data Communication Equipment（DCE））则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等

 1.2：物理层的主要功能

　　1.2.1：为数据终端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接.所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。

　　 1.2.2:  传输比特流数据. 物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数)，以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。

1.3：物理层的一些重要标准

　　这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：RS-232、RS-449、Rj45、等。

 　　ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配"。它与EIA(美国电子工业协会)的"RS-232-C"基本兼容。

　　 ISO2593:称为"数据通信----34芯DTE/DCE----接口连接器和插针分配"。

       ISO4092:称为"数据通信----37芯DTE/DEC----接口连接器和插针分配".与EIARS-449兼容。

　　CCITT V.24:称为"数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备之间的接口电路定义表".其功能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上。

 

         Rj45：连接器的一种，连接器由插头（接头、水晶头）和插座（模块）组成，左边：RJ45。右边：RS-232.

              

2：数据链路层

 2.1：数据链路层

      1：数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。

　   2：在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输。

 

2.2：链路层的主要功能

　　链路层是为网络层提供数据传送服务的,这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层应具备如下功能:

　　1：链路连接的建立，拆除，分离。

　   2：帧定界和帧同步。链路层的数据传输单元是帧,协议不同,帧的长短和界面也有差别，但无论如何必须对帧进行定界。

　　3：顺序控制,指对帧的收发顺序的控制。

　　4：差错检测和恢复，还有链路标识,流量控制等等.差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码,而帧丢失等用序号检测.各种错误的恢复则常靠反馈重发技术来完成。

 

2.3：数据链路层的主要协议

　　1：ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议：是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

　　2：RARP：Reverse Address Resolution Protocol ，反向地址转换协议：许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP 地址。

　　3：HDLC：High Level Data Link Control（高级数据链路控制协议）。帧结构

　　4：PPP点对点协议（Point to Point Protocol，）为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。 

3：网络层协议

3.1：网络层的任务就是

　　1:进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择， 确保数据包及时传送。    “第三层交换机”

3.2：网络层的功能包括：建立和拆除网络连接、路径选择和中继、网络连接多路复用、分段和组块、服务选择和流量控制。

3.3：主要协议：

　　 1：IP协议

       2：ICMP：（Internet Control Message Protocol）互联网控制报文协议。它是TCP/IP协议簇的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。

 　　3：IGMP：Internet 组管理协议称为IGMP协议（Internet Group Management Protocol）

 

4：传输层

4.1: a: 网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac地址帮我们找到主机，端口帮我们找到应用程序。

　　b: 只在通信双方的节点上（比如计算机终端）进行处理，而无需在路由器上处理，传输层是OSI中最重要、最关键的一层,是唯一负责总体的数据传输和数据控制的一层；

传输层提供端到端的交换数据的机制，检查分组编号与次序，传输层对其上三层如会话层等，提供可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息主要功能

 

4.2：功能：

　　1：建立端口到端口的通信。

　　2：这种传输服务分为可靠和不可靠的,其中Tcp是典型的可靠传输,而Udp则是不可靠传输

　　3：为端到端连接提供流量控制,差错控制,服务质量(Quality of Service,QoS)等管理服务

 

4.3：主要协议：

　　TCP：传输控制协议，传输效率低，可靠性强

      UDP：用户数据报协议，适用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据（比如QQ）

 

5：会话层

5.1：会话层

 　　1：建立、管理、终止会话。

 　  2：对应主机进程，管理不同设备之间通信

　　3：将不同应用程序的数据分离

5.2：主要协议

　　SSL：SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),

　　TLS：传输层安全（Transport Layer Security，TLS）

 

6：表示层

6.1：数据的表示（将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式）、加密、压缩。

 

7：应用层

应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

TCP协议：

1：超文本传输协议HTTP（HyperText Transfer Protocol,）：这是一种最基本的客户机/服务器的访问协议；浏览器向服务器发送请求，而服务器回应相应的网页

2：文件传送协议FTP（File Transfer Protocol）：提供交互式的访问，基于客户服务器模式，面向连接 使用TCP可靠的运输服务

   主要功能:减少/消除不同操作系统下文件的不兼容性 

3：远程登录协议TELNET：客户服务器模式，能适应许多计算机和操作系统的差异，网络虚拟终端NVT的意义

4：简单邮件传送协议SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：Client/Server模式，面向连接 

   基本功能：写信、传送、报告传送情况、显示信件、接收方处理信件 

5：POP3：（Post Office Protocol - Version 3）”，即“邮局协议版本3

6：IMAP（Internet Mail Access Protocol）以前称作交互邮件访问协议

UDP协议：

7：简单文件传送协议TFTP（Trivial File Transfer Protocol）：客户服务器模式，使用UDP数据报，只支持文件传输，不支持交互，TFTP代码占内存小 

8：简单网络管理协议（SNMP（Simple Network Management Protocol））: SNMP模型的4个组件：被管理结点、管理站、管理信息、管理协议

   SNMP代理：运行SNMP管理进程的被管理结点

   对象：描述设备的变量

   管理信息库（MIB）：保存所有对象的数据结构

9：DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）动态主机配置协议: 发现协议中的引导文件名、空终止符、属名或者空,DHCP供应协议中的受限目录路径名 Options –可选参数字段，参考定义选择列表中的选择文件

 

10：DNS（Domain Name System）域名解析协议：DNS是一种用以将域名转换为IP地址的Internet服务

DNS占用53号端口，同时使用TCP和UDP协议。那么DNS在什么情况下使用这两种协议？

DNS在区域传输的时候使用TCP协议，其他时候使用UDP协议。

DNS区域传输的时候使用TCP协议：

1.辅域名服务器会定时（一般3小时）向主域名服务器进行查询以便了解数据是否有变动。如有变动，会执行一次区域传送，进行数据同步。区域传送使用TCP而不是UDP，因为数据同步传送的数据量比一个请求应答的数据量要多得多。

2.TCP是一种可靠连接，保证了数据的准确性。

域名解析时使用UDP协议：

客户端向DNS服务器查询域名，一般返回的内容都不超过512字节，用UDP传输即可。不用经过三次握手，这样DNS服务器负载更低，响应更快。理论上说，客户端也可以指定向DNS服务器查询时用TCP，但事实上，很多DNS服务器进行配置的时候，仅支持UDP查询包。

三：网络互联设备

互连设备	工作层次	主要功能
中继器	物理层	对接收信号进行再生和发送，只起到扩展传输距离的作用，对高层协议是透明的，但使用个数有限。
集线器	物理层	多端口的中继器
网桥	数据链路层	根据帧物理地址进行网络之间的信息转发，可缓解网络通信繁忙度，提高效率。网桥纳入存储和转发功能可使其适应于连接使用不同MAC 协议的两个LAN，因而构成一个不同LAN 混连在一起的混合网络环境。
二层交换机	数据链路层	指传统的交换机，多端口网桥。
三层交换机	网络层	带路由功能的二层交换机。
路由器	网络层	通过逻辑地址进行网络之间的信息转发，可完成异构网络之前的互联互通，只能连接使用相同网络协议的子网。
多层交换机	高层（第4~7层）	带协议转换的交换机。
网关	高层（第4~7层）	最复杂的网络互连设备，用户连接网络层以上执行不同协议的子网。

网卡是物理层的设备。

 

OSI 整个模型层次大致可以分为3个主要层面来看
|.............主机...............| 操作系统和软件等 应用、表示、会话
|.............网络...............| 互联网络和相关协议 传输、网络 （TCP/IP）
|.............介质...............| 物理介质相关 数据链路、物理