1小时教你理解HTTP,TCP,UDP,Socket,WebSocket

谨以此文总结我站在iOS开发者角度对于以上关键词的形象理解,至于底层抽象的概念,别人用啥TCP/IP详解:卷一、卷二、卷三都讲不清楚,我也懒得浪费时间。前人栽树,后人乘凉,一个道理。

一、这一大堆关键词之间到底有啥区别?

有名字就有定义,理解的前提从来都是对定义有所了解。就好比现在让你形容一下梯形的定义,如果你不知道定义,你就可能把平行四边形当做特殊的梯形处理,也就有可能把TCP和Socket搞混,更加会纠结TCP连接与Socket连接以及HTTP的长/短连接之间到底有啥区别。

其实有了区别才好理解。但在这之前首先得理清一个概念,那就是OSI七层模型,以及所谓的五层模型,四层模型到底是什么鬼?

OSI七层模型是万能的国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连的理想标准,说白了理想和现实的差距就是七层模型和五层模型的差距。具体分类如下表:

七层模型 五层模型 四层模型
应用层
表示层 应用层 应用层
会话层
传输层 传输层 传输层
网络层 网络层 网络层
数据链路层 数据链路层 链接层/实体层
物理层 物理层

七层模型的上三层归为应用层即为TCP/IP五层模型,五层模型的下两层归为链接层或者说实体层即为四层模型。
也就是说,所谓的五层或者四层,其实可以认为是方便理解而形成的潜规则,而具体的实施肯定还是得根据七层的标准来。毕竟每一层都有每一层各自的功能,而为了完成每一层的功能,就需要大家遵守相关的规则,也就是协议。所以,对模型分层没必要太在意,五层也好,四层也罢,对于这些看不见摸不着的东西,你只要知道,互联网是分层的,来来去去加起来也就这么几层就够了。

那么,回到第一个问题,这一大堆关键词之间到底有啥区别?

  • 从本质上来区分,HTTP,WebSocket,TCP,UDP,IP都是协议,而TCP/IP是不同协议的组合,你也可以称之为协议栈,协议族,TCP/IP模型等等都可以,你开心就行,反正都是虚无的不能吃的东西,都是为了完成对应功能而制定的统一规则。
    而Socket(套接字)才是真正能操作的东西。Socket的本质是API,是先人对TCP/IP协议族的抽象或者说封装,它就像一个门面,给你一个操作TCP/IP协议的入口,来建立Socket连接。值得一提的是,此Socket是指网络编程下的Socket,而不是Unix中的Socket。虽然概念相似,但是Unix中的Socket不是基于这些乱七八糟的协议,而是基于操作系统本身的文件系统。

  • 从分层上来区分,HTTP,WebSocket是应用层协议,TCP,UDP是传输层协议,IP是网络层协议。

二、这些关键词之间具体有什么联系?

1.TCP和UDP

TCP是面向连接的一种传输控制协议。TCP连接之后,客户端和服务器可以互相发送和接收消息,在客户端或者服务器没有主动断开之前,连接一直存在,故称为长连接。特点:连接有耗时,传输数据无大小限制,准确可靠,先发先至。
UDP是无连接的用户数据报协议,所谓的无连接就是在传输数据之前不需要交换信息,没有握手建立连接的过程,只需要直接将对应的数据发送到指定的地址和端口就行。故UDP的特点是不稳定,速度快,可广播,一般数据包限定64KB之内,先发未必先至。

2.HTTP

HTTP是基于TCP协议的应用,请求时需建立TCP连接,而且请求包中需要包含请求方法,URI,协议版本等信息,请求结束后断开连接,完成一次请求/响应操作。故称为短连接。
而HTTP/1.1中的keep-alive所保持的长连接则是为了优化每次HTTP请求中TCP连接三次握手的麻烦和资源开销,只建立一次TCP连接,多次的在这个通道上完成请求/响应操作。
值得一提的是,服务器无法主动给客户端推送消息。

3.WebSocket

WebSocket也是一种协议,并且也是基于TCP协议的。具体流程是WebSocket通过HTTP先发送一个标记了 Upgrade 的请求,服务端解析后开始建立TCP连接,省去了HTTP长连接每次请求都要上传header的冗余,可以理解为WebSocket是HTTP的优化,但WebSocket不仅仅在Web应用程序上得到支持。

4.Socket连接和TCP连接

其实这就是一个文字游戏而已,建立Socket连接需要至少一对Socket(套接字),而创建Socket连接可以指定不同的传输层协议,即TCP或UDP,所以当采用TCP建立连接时,该Socket连接就视为一个TCP连接。而采用UDP则是无连接的。

5.Socket和WebSocket

这两个虽然名字差不多,但却是两个完全不同的概念,就好比Java和JavaScript一样毫无关系。Socket是一套协议封装后的接口,用于建立Socket连接,而WebSocket虽然是Html5的产物,但也不仅仅局限于浏览器的应用程序,许多语言都提供了WebSocket的支持,比如C,C++,Python等。

6.HTTP、WebSocket与TCP的关系

HTTP通信过程属于“你推一下,我走一下”的方式,客户端不发请求则服务器永远无法发送数据给客户端,而WebSocket则在进行第一次HTTP请求之后,其他全部采用TCP通道进行双向通讯。所以,HTTP和WebSocket虽都是基于TCP协议,但是两者属于完全不同的两种通讯方式。

能比较的都比较了,附上一张关系图强化理解。其实,如果不是专攻网络方面,作为一个程序猿,了解了不同的通讯方式及其对应的优缺点,就可以确定其应用的场景。而这些,就已经基本够用了。


HTTP-WebSocket-TCP关系图

如有理解纰漏的地方还请批评斧正。

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