Android 进阶之网络协议及网络知识

OSI 七层网络模型

为了使不同厂家生产的计算机可以相互通信,建立更大范围的计算机网络,国际标准化组织(ISO)在 1984 年提出了“开放系统互联参考模型”,即 OSI/RM 模型(Open System Interconnection/Reference Model)。

OSI 模型将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层,每一层都建立在它的下层之上,同时向它的上一层提供一定服务。上层只管调用下层提供的服务,而不用关心具体实现细节,有些类似我们开发中对外暴露接口隐藏实现的思想。

七层模型自下而上分别为:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。其中低四层完成数据传输,高三层面向用户。

OSI 模型

有些模型呢分为5层;


网络分层
  • 1:物理层
    该层负责比特流在节点间的传输,即负责物理传输.该层的协议既与链路有关,也与传输介质有关.通俗来讲就是把计算机链接起来的物理手段.

  • 2.数据链路层
    通过物理 网络链路提供可靠的数据传输,主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递.如果在传输数据时,接收点检测到所传数据中有差错,就要通知发送方重发这一帧.

  • 3.网络层
    该层决定如何将数据从发送方路由到接收方. 网络层通过综合考虑发送优先权,网络拥塞程度,服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络节点A到另一个网络节点B的最佳路径.

  • 4.传输层
    该层为两台主机上的应用程序提供端到端的通信.相比之下,网络层的功能是建立主机到主机的通信,传输层有两个传输协议:TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议) 和UDP(User Datagram Protocol 用户数据报协议), TCP 是一个可靠的面向连接的协议,UDP 是一个不可靠的或者无连接的协议.

  • 5.应用层
    应用程序收到传输层的数据后,接下来就是要进行解读,解读必须事先规定好格式,而应用层就是规定应用程序的数据格式的.它的主要协议有 HTTP , FTP , Telnet , SMTP , POP3等.

TCP 传输

TCP 传输

TCP 协议被认为是稳定的协议,因为它有以下特点:

  • 面向连接,“三次握手”
  • 双向通信
  • 保证数据按序发送,按序到达
  • 超时重传

TCP 的三次握手与四次挥手

TCP的三次握手

为什么要进行三次握手?

这个问题的本质是, 信道不可靠, 但是通信双发需要就某个问题达成一致. 而要解决这个问题, 无论你在消息中包含什么信息, 三次通信是理论上的最小值. 所以三次握手不是TCP本身的要求, 而是为了满足"在不可靠信道上可靠地传输信息"这一需求所导致的. 请注意这里的本质需求,信道不可靠, 数据传输要可靠. 三次达到了, 那后面你想接着握手也好, 发数据也好, 跟进行可靠信息传输的需求就没关系了. 因此,如果信道是可靠的, 即无论什么时候发出消息, 对方一定能收到, 或者你不关心是否要保证对方收到你的消息, 那就能像UDP那样直接发送消息就可以了.”。这可视为对“三次握手”目的的另一种解答思路。

为什么不是 两次 而必须是三次?

甲在路上跟乙打招呼,由于刮风什么的这句活被吹跑了,然后甲又跟打了个招呼,乙听到了并作出了回应。此时不管是三次握手还是两次握手两个人都能愉快的沟通。0.1秒后俩人四次挥手告别了。此时被风刮跑的那句话又传到了乙的耳朵里,乙认为甲又要跟他沟通,所以做出了响应的回应。(问题出现了)假如采用2次握手,乙就认定了甲要跟他沟通,于是就不停的等,浪费感情。可如果是采用3次握手,乙等了一会后发现甲没有回应他就认为甲走了然后自己也就走了!
这就很明白了,其实第三步是防止了乙的一直等待而浪费自己的时间,而不是为了保证甲能够正确回应乙的信息。

TCP三次握手
  • 客户端发送一个建立 C 到 S 连接的请求报文,其中同步标志位(SYN)置 1。Sequence Number(seq) 为x ,然后进入 SYN_SEND 状态,等待服务端确认
  • 服务端返回确认数据报文,将 ACK 置为 x+1(seq+1),同时也将 SYN 置为 1,seq为y , 请求建立 S 到 C 的连接,服务端进入 SYN_RCVD 状态.
  • 客户端返回确认数据报文,ACK 递增,设置为y+1,这时双方连接建立成功,客户端和服务端都进入 ESTABLISHED(TCP连接成功)状态.
TCP 四次挥手
TCP 四次挥手
  • 第一次分手:主机1(可以使客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number和Acknowledgment Number,向主机2发送一个FIN报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;
  • 第二次分手:主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段,Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1,我“同意”你的关闭请求;
  • 第三次分手:主机2向主机1发送FIN报文段,请求关闭连接,同时主机2进入LAST_ACK状态;
  • 第四次分手:主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。

为什么是四次呢?

TCP 连接是全双工的,每一端都可以同时发送和接受数据,关闭的时候两端都要关闭各自两个方向的通道,总共相当于要关闭四个。

第四步客户端为什么要等待 2MSL?

首先,MSL(Maximum Segment Life),是 TCP 对 TCP Segment 生存时间的限制。
客户端在发出确认服务端关闭的 ACK 后,它没有办法知道对方是否收到这个消息,于是需要等待一段时间,如果服务端没有收到关闭的消息后会重新发出 FIN 报文,这样客户端就知道自己上条消息丢了,需要再发一次;如果等待的这段时间没有在收到 FIN 的重发报文,说明它的确已经收到断开的消息并且已经断开了。
这个等待时间至少是:客户端的 timeout + FIN 的传输时间,为了保证可靠,采用更加保守的等待时间 2MSL。

UDP 协议

UDP 协议没有 TCP 协议稳定,因为它不建立连接,也不按顺序发送,可能会出现丢包现象,使传输的数据出错。

但是有得就有失,UDP 的效率更高,因为 UDP 头包含很少的字节,比 TCP 负载消耗少,同时也可以实现双向通信,不管消息送达的准确率,只负责无脑发送。

UDP 服务于很多知名应用层协议,比如 NFS(网络文件系统)、SNMP(简单网络管理协议)

UDP 一般多用于 IP 电话、网络视频等容错率强的场景。

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 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。

1.HTTP简介

HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议,由于其简捷、快速的方式,适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出,经过几年的使用与发展,得到不断地完善和扩展。

HTTP协议的主要特点
  1. 支持C/S(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。
HTTP URL 的格式如下
http://host[":"port][abs_path]

http表示要通过HTTP协议来定位网络资源;host表示合法的Internet主机域名或者IP地址;port指定一个端口号,为空则使用默认端口80;abs_path指定请求资源的URI(Web上任意的可用资源)。
HTTP有两种报文分别是请求报文和响应报文,让我们先来看看请求报文。


请求头

通常来说一个HTTP请求报文由请求行、请求报头、空行、和请求数据4个部分组成。

请求行

请求行由请求方法,URL字段和HTTP协议的版本组成,格式如下:

Method Request-URI HTTP-Version CRLF

其中 Method表示请求方法;Request-URI是一个统一资源标识符;HTTP-Version表示请求的HTTP协议版本;CRLF表示回车和换行(除了作为结尾的CRLF外,不允许出现单独的CR或LF字符)。

HTTP请求方法有8种,分别是GET、POST、DELETE、PUT、HEAD、TRACE、CONNECT 、OPTIONS。其中PUT、DELETE、POST、GET分别对应着增删改查,对于移动开发最常用的就是POST和GET了。

  1. GET:请求获取Request-URI所标识的资源
  2. POST:在Request-URI所标识的资源后附加新的数据
  3. HEAD:请求获取由Request-URI所标识的资源的响应消息报头
  4. PUT: 请求服务器存储一个资源,并用Request-URI作为其标识
  5. DELETE :请求服务器删除Request-URI所标识的资源
  6. TRACE : 请求服务器回送收到的请求信息,主要用于测试或诊断
  7. 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。
  8. OPTIONS :请求查询服务器的性能,或者查询与资源相关的选项和需求

请求报头

在请求行之后会有0个或者多个请求报头,每个请求报头都包含一个名字和一个值,它们之间用“:”分割。请求头部会以一个空行,发送回车符和换行符,通知服务器以下不会有请求头。关于请求报头,会在后面的消息报头一节做统一的解释。

请求数据

请求数据不在GET方法中使用,而是在POST方法中使用。POST方法适用于需要客户填写表单的场合,与请求数据相关的最常用的请求头是Content-Type和Content-Length。

HTTP的响应报文

先来看看响应报文的一般格式:


响应头

HTTP的响应报文由状态行、消息报头、空行、响应正文组成。响应报头后面会讲到,响应正文是服务器返回的资源的内容,先来看看状态行。

状态行

1、状态行格式如下:

HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF

其中,HTTP-Version表示服务器HTTP协议的版本;Status-Code表示服务器发回的响应状态代码;Reason-Phrase表示状态代码的文本描述。
状态代码有三位数字组成,第一个数字定义了响应的类别,且有五种可能取值:

  • 100~199:指示信息,表示请求已接收,继续处理
  • 200~299:请求成功,表示请求已被成功接收、理解、接受
  • 300~399:重定向,要完成请求必须进行更进一步的操作
  • 400~499:客户端错误,请求有语法错误或请求无法实现
  • 500~599:服务器端错误,服务器未能实现合法的请求

常见的状态码如下:

  • 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
  • 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

SOCKET原理

套接字(socket)概念

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。

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。TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议,提供可靠的连接服务,采用三次握手确认建立一个连接:

位码即tcp标志位,有6种标示:SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)
Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

看了极光推送的 文档 极光的长连接 就是采用TCP 协议来建立的长连接
对TCP 长连接进行内部自己的实现逻辑 来完成长连接的.

尽可能以最小的代价,尽可能地维持连接状态。 因为策略原因,并不会总是在每次断开后马上重新发起连接。

还有Http 有一种 keepalive connections 的机制,可以在数据传输后仍然操持连接,当客户端 需要再次获取数据时,直接使用刚刚空闲下来的连接而无须再次握手.

以上就是关于 网络方面需要知道的知识

下面是引用文章,感谢各位大佬:

https://github.com/jawil/blog/issues/14

https://blog.csdn.net/u011240877/article/details/72860483

https://blog.csdn.net/itachi85/article/details/50982995

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