网络编程--Socket、TCP/IP、UDP、Http之间的关系

      OSI/RM开放系统互联/参考模型，七层模型由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。一般编程人员接触最多的就是应用层和运输层，再往下的就是所谓的媒体层了，不是我们研究的对象。



      TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。
      TCP/IP协议模块关系：从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。

下面是应用层、运输层，网络层、链路层通信协议概图。我们经常接触到的一般是：

http协议：应用层协议，并且http协议是基于tcp连接的，主要解决的是如何包装协议的。

tcp协议：运输层协议，通常也叫做tcp/ip协议，主要解决数据如何在网络中传输。

udp协议：运输层协议，用户数据报协议，不可靠的协议，只负责把应用层的协议的数据传送到ip层的数据报，而不管数据是否到达。

ip协议：网络层。

socket连接：长连接。

http连接：短连接。



下面详细介绍网络通信中的几个概念与原理：

1、Socket(套接字)

      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。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

      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。

      ps：说白了，socket就是一组调用接口（API），封装了做tcp/ip开发的网络接口，通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

2、Tcp连接

      第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认； 

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

      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状态，完成三次握手。    

      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，断开过程需要经过“四次握手”。

3、Socket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。

      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。

4、Http连接

      HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用，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。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”。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。

5、TCP/IP协议和Http协议之间的关系

      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，而socket则是对TCP/IP协议的封装和应用（程序员层面上）。实际上http协议就是建立在tcp/ip协议之上的。关于TCP/IP和HTTP协议的关系：

      “我们在传输数据时，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。”

6、Socket和TCP/IP协议之间的关系

      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，我们才能使用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，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、
listen、connect、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：

      “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。”

7、tcp/ip协议,http协议，socket三者之间的关系

      实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。 socket
属于api
，是对tcp/ip的封装。我们通常说的网络编程，不过就是使用SocketAPI实现的应用程序网络通信罢了。

      CSDN上有个比较形象的描述：HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式;Socket是发动机，提供了网络通信的能力。

8、TCP&UDP

       UDP深入： http://blog.csdn.net/ljheee/article/details/51722792

       UDP和TCP的区别：http://blog.csdn.net/ljheee/article/details/50823050

 

参见http://blog.csdn.net/lanhuzi9999/article/details/32713815