HTTP、TCP、Socket和WebSocket的区别和联系

妖狐艹你老母 2024-04-27 15:40 79阅读 0赞

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**目录**

一、OSI网络七层模型

二、TCP连接

三、HTTP连接

四、 WebSocket

五、Socket

六、SOCKET连接与HTTP连接

七、SOCKET连接与TCP/IP连接

八、WebSocket与Socket的关系

九、WebSocket与HTTP的关系

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### 一、OSI网络七层模型 ###

**`OSI`**是**`Open System Interconnection`**的缩写，译为“**开放式系统互联**”。

**`OSI`**模型把网络通信的工作分为 7 层，从下到上分别是**物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层**。

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*  第一层：**应用层**，定义了用于在网络中进行通信和传输数据的接口；（Http协议位于该层）
 *  第二层：**表示层**，定义不同系统中数据的传输格式，编码和解码规范等
 *  第三层：**会话层**，管理用户的会话，控制用户间逻辑连接的建立和中断；
 *  第四层：**传输层**，管理着网络中端到端的数据传输；（`Tcp`协议位于该层）
 *  第五层：**网络层**，定义网络设备间如何传输数据；（`IP`位于该层）
 *  第六层：**链路层**，将上面的网络层的数据包封装成数据帧，便于物理层传输；
 *  第七层：**物理层**，这一层主要就是传输这些二进制数据。

但是，`OSI` 只是存在于概念和理论上的一种模型，它的缺点是分层太多，增加了网络工作的复杂性，所以没有大规模应用。后来人们对 OSI 进行了简化，合并了一些层，最终只保留了 4 层，从下到上分别是**接口层、网络层、传输层和应用层**，这就是大名鼎鼎的 **TCP/IP 模型**。

这个网络模型究竟是干什么呢？简而言之就是进行数据封装的。

我们平常使用的程序（或者说软件）一般都是通过应用层来访问网络的，程序产生的数据会一层一层地往下传输，直到最后的网络接口层，就通过网线发送到互联网上去了。数据每往下走一层，就会被这一层的协议增加一层包装，等到发送到互联网上时，已经比原始数据多了四层包装。整个数据封装的过程就像俄罗斯套娃。

当另一台计算机接收到数据包时，会从网络接口层再一层一层往上传输，每传输一层就拆开一层包装，直到最后的应用层，就得到了最原始的数据，这才是程序要使用的数据。

给数据加包装的过程，实际上就是在数据的头部增加一个标志（一个数据块），表示数据经过了这一层，我已经处理过了。给数据拆包装的过程正好相反，就是去掉数据头部的标志，让它逐渐现出原形。

由上所述，在互联网上传输一份数据是多么地复杂啊，而我们却感受不到，这就是网络模型的厉害之处。我们只需要在代码中调用一个函数，就能让下面的所有网络层为我们工作。

我们所说的 socket 编程，是站在传输层的基础上，所以可以使用 TCP/UDP 协议，但是不能干「访问网页」这样的事情，因为访问网页所需要的 http 协议位于应用层。

两台计算机进行通信时，必须遵守以下原则：

必须是同一层次进行通信，比如，A 计算机的应用层和 B 计算机的传输层就不能通信，因为它们不在一个层次，数据的拆包会遇到问题。  
每一层的功能都必须相同，也就是拥有完全相同的网络模型。如果网络模型都不同，那不就乱套了，谁都不认识谁。  
数据只能逐层传输，不能跃层。  
每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务。

### 二、TCP连接 ###

建立起一个`TCP`连接需要经过“**三次握手**”：

> 第1次握手：客户端发送一个带有SYN（synchronize）标志的数据包给服务端；
> 
> 第2次握手：服务端接收成功后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息，表示我收到了；
> 
> 第3次握手：客户端再回传一个带有ACK标志的数据包，表示我知道了，握手结束。
> 
> 其中：SYN标志位数置1，表示建立TCP连接；ACK标志表示验证字段。

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求。

SYN攻击就是利用三次握手的第二次握手时进行的，这时候服务器处于SYN\_RECV状态，等待客户端进行确认ACK，SYN会伪造不存在的源IP，就会有大量的链接处于等待或重试发送SYN+ACK包，导致该阶段队列持续增长，进而导致后续正常请求被丢弃。

> **图文 更容易理解**

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### 三、HTTP连接 ###

**`HTTP`**协议即超文本传送协议(**`Hypertext Transfer Protocol`** )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，**`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**连接是一种“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，通常情况下即使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。

**为什么要有http，不能直接用TCP通信吗？**

TPC/**IP协议**是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

> 在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议

应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。

### **四、 WebSocket** ###

WebSocket也是基于TCP协议之上的应用层协议，他的出现解决了HTTP协议无法服务器主动推送的问题。

### **五、Socket** ###

长久以来，我绝对技术猿们搞不清楚Socket是有原因的，网上很多文章会把Socket叫做Socket协议或socket连接，这其实是不对的，很容易让人误解Socket也是一个协议。但其实

> Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，才能使用TCP/IP协议。

什么意思呢？比如你要喝水，你是不是要吸管？吸管就可以理解为Socket，而水就是TCP协议。

你不给我吸管我怎么喝豆浆？你不给我筷子我怎么吃饭？你不给我方向盘我怎么开车？我感觉我的话已经触及到你们的灵魂。

也就是说，可以把Socket理解为一个工具，可以用这个工具来使用TCP协议。

> TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。

实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了一些最基本的函数接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。

### **六、SOCKET连接与HTTP连接** ###

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。

###  **七、**SOCKET连接与TCP/IP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**则是对TCP/IP协议的封装和应用（程序员层面上）。也可以说，TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

关于**TCP/IP**和**HTTP**协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：

> 在传输数据时，可以只使用（传输层）**TCP/IP**协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。

平时说的最多的**Socket**是什么呢，实际上**Socket**是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过**Socket**，才能使用TCP/IP协议。

实际上，**Socket**跟**TCP/IP**协议没有必然的联系。**Socket**编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，**Socket**的出现 只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了一些最基本的函数接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。

> **TCP/IP**只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，`TCP/IP`也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是**Socket**编程接口。

实际上，传输层`TCP`是基于网络层`IP`协议的，而应用层`HTTP`协议又是基于传输层**`TCP`**协议的，而**Socket**本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对**`TCP`**或者**`UDP`**编程的接口。

总结：

*  **HTTP**是应用层协议，定义的是传输数据的内容以及格式的规范。
 *  **`TCP`**是底层通讯协议，定义的是数据传输和连接方式的规范。
 *  **Socket**可以支持不同的传输层协议（`TCP`/`UDP`），当使用`TCP`协议进行连接时，该`Socket`连接就是一个`TCP`连接，**Socket**是发动机，提供了网络通信的能力。

### 八、WebSocket与Socket的关系 ###

**`Socket`**其实并不是一个协议，而是为了方便使用`TCP/UDP`而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口。

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> **`Socket`**是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口，提供一套调用**`TCP/IP`**协议的API。在设计模式中，**`Socket`**其实就是一个门面模式，它把复杂的**`TCP/IP`**协议族隐藏在**`Socket`**接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让**`Socket`**去组织数据，以符合指定的协议。

当两台主机通信时，必须通过**`Socket`**连接，**`Socket`**则利用**`TCP/IP`**协议建立**`TCP`**连接。`TCP`连接则更依靠于底层的`IP`协议，`IP`协议的连接则依赖于链路层等更低层次。

**`WebSocket`**就像**`HTTP`**一样，是一个典型的应用层协议。

总结：

*  **`Socket`**是传输控制层接口，**`WebSocket`**是应用层协议。

### 九、WebSocket与HTTP的关系 ###

**`WebSocket`**是HTML5规范提出的一种协议。**HTML5 Web Sockets**规范定义了**Web Sockets API**，支持页面使用**`WebSocket`**协议与远程主机进行全双工的通信。它引入了**`WebSocket`**接口并且定义了一个**全双工**的通信通道，通过一个单一的套接字在Web上进行操作。

**HTML5 Web Sockets**以最小的开销高效地提供了Web连接。相较于经常需要使用推送实时数据到客户端甚至通过维护两个HTTP连接来模拟全双工连接的旧的轮询或长轮询（**Comet**）来说，这就极大的减少了不必要的网络流量与延迟。

**相同点：**

*  都是一样基于`TCP`的，都是可靠性传输协议。
 *  都是应用层协议。

**不同点：**

*  **`WebSocket`**是双向通信协议，模拟`Socket`协议，可以双向发送或接受信息。`HTTP`是单向的。
 *  **`WebSocket`**是需要浏览器和服务器握手进行建立连接的。而`http`是浏览器发起向服务器的连接，服务器预先并不知道这个连接。

**联系：**  
**`WebSocket`**在建立握手时，数据是通过**`HTTP`**传输的。但是建立之后，在真正传输时候是不需要`HTTP`协议的。

**`WebSocket`**连接的过程：

1.  客户端发起**`http`**请求，经过3次握手后，建立起`TCP`连接；`http`请求里存放**`WebSocket`**支持的版本号等信息，如：**`Upgrade、Connection、WebSocket-Version`**等；
2.  服务器收到客户端的握手请求后，同样采用**`HTTP`**协议回馈数据；
3.  客户端收到连接成功的消息后，开始借助于**`TCP`**传输信道进行**全双工通信**。

总结：

*  在**`WebSocket`**中，只需要服务器和浏览器通过**`HTTP`**协议进行一个握手的动作，然后单独建立一条**`TCP`**通信通道进行数据传送。

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[Link 2]: https://bbs.csdn.net/forums/947a8b4d170b4a8f8d6bbfbf524c1a1e?spm=1001.2014.3001.6682
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