网络:TCP、IP协议族(一) HTTP简介、请求方法与响应状态码

方志朋 2020-11-13 06:44:32
http 网络 TCP 协议 ip


接下来想系统的回顾一下TCP/IP协议族的相关东西,当然这些东西大部分是在大学的时候学过的,但是那句话,基础的东西还是要不时的回顾回顾的。接下来的几篇博客都是关于TCP/IP协议族的,本篇博客就先简单的聊一下TCP/IP协议族,然后聊一下HTTP协议,然后再聊一下SSL上的HTTP(也就是HTTPS)了。当然TCP/IP协议族是个老生常谈的话题,网络上关于该内容的文章一抓一大把呢,但是鉴于其重要性,还是有必要系统的总结一下的。

TCP/IP协议组简述

在聊HTTP与HTTPS之前呢,我们先简单的聊一下TCP/IP协议族。TCP/IP不单单指的就是TCP和IP这两个协议,而是指的与其相关的各种协议。比如HTTP, FTP, DNS, TCP, UDP, IP, SNMP等等都属于TCP/IP协议族的范畴。

TCP/IP协议的分层

TCP/IP协议族是分层管理的,在OSI标准中可以分为7层(应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层,可记为:应表会传网数物),本篇博客我们采用的是TCP/IP协议族中的四层(应用层、传输层、网络层、链路层)。下方是对四层中每层的简单介绍:

  • 应用层:该层是面向用户的一层,也就是说用户可以直接操作该层,该层决定了向用户提供应用服务时的通信活动。本篇博客要聊的HTTP(HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议)就位于该层。我们经常使用的FTP(File Transfer Protocol: 文件传输协议)和DNS (Domain Name System: 域名系统)都位于该层。FTP简单的说就是用来文件传输的。而DNS则负责域名解析的,通过DNS可以将域名(比如:www.cnblogs.com)与IP地址(201.33.xx.09)进行相互的转换。在7层中,又将该层分为:应用层、表示层和会话层。
  • 传输层:应用层的下方是传输层,应用层会将数据交付给传输层进行传输。TCP(Transmission Control Prococol:传输控制协议)和UDP(User Data Protocol: 用户数据协议)位于该层,当然见名知意,该层是用来提供处于网络连接中的两台计算机直接的数据传输的。TCP建立连接是需要三次握手来确认连接情况,而UDP则没有三次握手的过程。稍后会介绍。
  • 网络层:传输层的下方是网络层,网络层用来处理在网络上流动的数据包,IP(Internet Protocol: 网际协议)就位于这层。该层负责在众多网络线路中选择一条传输线路。当然这个选择传输线路的过程需要IP地址和MAC地址的支持。
  • 链路层:在7层协议中,将链路层分为数据链路层和物理层。该部分主要是用来处理网络的硬件部分,我们常说的NIC(Net Work Card),也就是网卡就位于这一部分,当然光纤也是链路层的一部分。

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在TCP/IP协议族中的每次直接在传输数据时的协作关系,以及交互过程,还是引用《图解HTTP》一书上的一张图来解释吧。下图就是这四层协议在数据传输过程中的工作方式。下面这张图还是相当直观的。在发送端是应用层–>链路层这个方向的封包过程,每经过一层都会增加该层的头部。而接收端则是从链路层–>应用层解包的过程,每经过一层则会去掉相应的首部。

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TCP协议的三次握手

在聊HTTP协议之前,我们先简单的聊一下TCP三次握手的过程,在后面的博客中我们将会对TCP和IP协议进行详述,本篇博客就先简单的聊一下做HTTP协议的基础。

TCP协议位于传输层,为了确保传输的可靠性,TCP协议在建立连接时需要三次握手(Three-way handshaking)。下方这个简图就是TCP协议建立连接时三次握手的过程。

  • 第一次握手:发送端发送一个带SYN(Synchronize)标志的数据包给接收端,用于询问接收端是否可以接收。如果可以,就进行第二次握手。
  • 第二次握手:接收端回传给发送端一个带有SYN/ACK(Acknowledgement)的数据包,给发送端说,我收到你给我发送的SYN标志了,我再给你传一个ACK标志,你能收到吗?如果发送端收到了SYN/ACK这个数据包,就可以确认接收端收到了之前发送的SYN, 然后进行第三次握手。
  • 第三次握手:发送端会给接收端发送一个带有ACK标志的数据包,告诉接收端我可以收到你给我发送的SYN/ACK标志。接收端如果收到了这个来自客户端的ACK标志,就意味着三次握手完成,连接建立,就可以开始传输数据了。

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HTTP报文结构

HTTP协议全称是HyperText Transfer Protocol,即超文本传输协议,用户客户端和服务器之前的通信,目前普遍使用版本为HTTP/1.1。协议本质上就是规范,我们之前提到过的“面向接口”编程,其实就是“面向协议”编程。先定义好类的协议,也就是接口,相关类都遵循该协议,这样一来我们就规范了这些类的调用方式。而HTTP协议是规范客户端和服务器之间通信的协议。也就是说所有的客户端或者服务器都遵循了HTTP这个通信协议,那么也就是意味着他们对外传输数据的接口是一直的,就可以在其中间连接上管道,这样一来就可以进行传输了。

这些协议就是接口,有着共同的通信协议,多个端就可以相互通信。采用相同的协议,就是便于个个设备之间进行沟通交流。HTTP协议的作用如下所示。

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HTTP协议的作用是用来规范通信内容的,在HTTP协议中可以分为请求报文和响应报文。顾名思义,请求报文是请求方发出的信息,而响应报文是响应端收到请求后响应的内容。接下来我们就来看看请求报文和响应报文的整体结构。

请求报文(Request Message)结构

下方是请求报文的整体结构。请求报文主要分为两大部分,一个是请求头(Request Headers)另一个是请求体(Request Body)。这两者之间由空行分割。在请求头中又分为请求行(Request Line),请求头部字段,通用头部字段和实体头部字段等,这个稍后会详细介绍。下方就是请求报文的结构。

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下方这个截图就是请求博客园某个页面时的Request Headers。在请求行中的第一个“GET”是当前请求的方法,稍后会做介绍。中间的就是请求资源的路径,最后一个HTTP/1.1就是当前使用请求协议及其版本。下方这些就是请求头了,稍后会对常用的请求头进行解说。而请求体就是你往服务端传输的数据,比如form表单神马的。

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响应报文(Response Message)结构

聊完请求报文,接下来我们来聊聊响应报文,响应报文的结构与请求报文的结构类似,也分为报文头和报文体。下方就是响应报文的结构图。响应头(Response Headers)分为状态行(State Line),响应头部字段,通用头部字段、实体头部字段等。响应头与响应体中间也是有空行进行分割的。

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下方截图就是上述请求报文发出后的响应头,响应体就是对于的HTML等前端资源了。在响应头中,第一行就是状态行,“HTTP/1.1”表示使用的HTTP协议的1.1版本,状态200表示响应成功,"OK"则是状态原因短语。常用状态,稍后会详细介绍。

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HTTP的请求方法以及响应状态码

上面在介绍请求报文中提到的“GET”就是请求请求方法,而在响应报文中提到的“200”状态码,就是稍后要聊的响应状态码。请求方法和响应状态码在HTTP协议中算是比较重要的内容了。之前我们在使用Perfect框架开发服务器端的时候,曾聊过请求方法中的GET、POST、PUT以及DELETE,并且这四种方法可以结合着REST使用。本部分是以HTTP协议的角度来聊的请求方法,所以与之前会有稍稍的不同。本部分我们就来聊一下HTTP协议的请求方法和响应状态码。

请求方法

接下来我们要聊的请求方法有GET、POST、PUT、HEAD、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT。当然上述方法是基于HTTP/1.1的,HTTP/1.0中独有的方法就不说了。

  • GET----获取资源
    GET方法一般用来从服务器上获取资源的方法。服务器端接到GET请求后,就会明白客户端是要从服务器端获取相应的资源,然后就会根据请求报文中相应的参数,将需要的资源返回给客户端。使用GET方式的请求,传输的参数是拼接在URI上的。
  • POST----数据提交
    POST方法一般用于表单提交,将客户端的数据塞到请求体中发送给服务器端。
  • PUT----上传文件
    PUT方法主要用来上传文件,将文件内容塞到请求报文体中,传输给服务器。因为HTTP/1.1的PUT方法自身不带验证机制,所以任何人都可以上传文件,存在安全性,所以上传文件时不推荐使用。但是之前我们在设计接口使用REST标准时,可以使用PUT来做相应内容的更新。
  • HEAD----获取响应报文头
    响应端收到HEAD请求后,只会返回相应的响应头,不会返回响应体。
  • DELETE----删除文件
    DELETE用于删除URI指定的资源,与PUT一样,自身也是不带验证机制的,不过在REST标准中可以用来做相应API的删除功能。
  • OPTIONS----查询支持的方法
    OPTIONS方法是用来查询服务器可对那些请求方法做出相应,返回内容就是响应端所支持的方法。
  • TRACE----追踪路径
    TRACE方法可追踪请求经过的代理路径,在发送请求时会为Max-Forwards头部字段填入数字,每经过一个代理中转Max-Forwards的值就会减一,直至Max-Forwards为零后,才会返回200。因为该方法易引起XST(Cross-Site Tracing,跨站追踪)攻击,所以不常用呢。
  • CONNECT----要求用隧道协议连接代理
    CONNECT方法要求在与代理服务器通信时建立隧道,实现用隧道协议进行TCP通信。主要使用SSL(Secure Sockets Layer, 安全套接层)和TLS(Transport Layer Security, 传输安全层)协议将通信内容进行加密后经网络隧道传输。

响应状态码

聊完请求方法后,接下来我们来聊聊HTTP协议的响应状态码。顾名思义,响应状态码是用来标志HTTP响应状态的,响应状态由响应状态码和响应原因短语构成,当然状态码有很多中,本部分就挑出来常用的状态码进行讨论。下方是响应状态码可以分为的几大类:

  • 1xx ---- Informational(信息性状态码),表示接受的请求正在处理。
  • 2xx ---- Success (成功),表示请求正常处理完毕。
  • 3xx ---- Redirection (重定向),表示要对请求进行重定向操作,当然其中的304除外。
  • 4xx ---- Client Error (客户端错误),服务器无法处理请求。
  • 5xx ---- Server Error (服务器错误),服务器处理请求时出错。

上面是响应状态码的整体分类,接下来介绍一些常用的响应状态码。

  • (01)、200 OK : 表示服务端正确处理了客户端发送过来的请求。
  • (02)、204 No Content : 表示服务端正确处理请求,但没有报文实体要返回。
  • (03)、206 Partial Content :表示服务端正确处理了客户端的范围请求,并按照请求范围返回该指定范围内的实体内容。
  • (04)、301 Moved Permanently:永久性重定向,若之前的URI保存到了书签,则更新书签中的URI。
  • (05)、302 Found:临时重定向,该重定向不会变更书签中的内容。
  • (06)、303 See Other:临时重定向,与302功能相同,但是303状态吗明确表示客户端应当采用GET方法获取资源。
  • (07)、304 Not Modified: 资源未变更,该状态码与重定向并没有什么关系,当返回该状态码时,告诉客户端请求的资源并没有更新,响应报文体中并不会返回所请求的内容。
  • (08)、400 Bad Request: 错误请求,表示请求报文中包含语法错误。
  • (09)、401 Unauthorized:请求未认证,表示此发送的请求需要客户端进行HTTP认证(稍后会提到)。
  • (10)、404 Not Found:找不到相应的资源,表示服务器找不到客户端请求的资源。
  • (11)、500 Internal Server Error:服务器内部错误,表示服务器在处理请求时出现了错误,发生了异常。
  • (12)、503 Service Unavailable:服务不可用,表示服务器处于停机状态,无法处理客户端发来的请求。


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