流量分析基础——网络模型

网络模型

TCP/IP协议毫无疑问是互联网的基础协议，没有它就根本不可能上网，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不管是OSI七层模型还是TCP/IP的四层、五层模型，每一层中都要自己的专属协议，完成自己相应的工作以及与上下层级之间进行沟通。由于OSI七层模型为网络的标准层次划分，所以我们以OSI七层模型为例从下向上进行一一介绍。

物理层（Physical Layer）

激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称，中继器（Repeater，也叫放大器）和集线器。

数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

有关数据链路层的重要知识点：

• 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；
• 基本数据单位为帧；
• 主要的协议：以太网协议；
• 两个重要设备名称：网桥和交换机。

网络层（Network Layer）

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是”路径选择、路由及逻辑寻址”。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结，有关网络层的重点为：

• 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；
• 基本数据单位为IP数据报；
• 包含的主要协议：
  • IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;
  • ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;
  • ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;
  • RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。
• 重要的设备：路由器。

  IP协议

  概述

  IP，指网际互连协议，Internet Protocol的缩写，是TCP/IP体系中的网络层协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性：
  一是解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通；
  二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系，以利于两者的独立发展。根据端到端的设计原则，IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的 TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。网际协议IP又称为Kahn-Cerf协议，因为这个重要协议正是Robert Kahn和Vint Cerf二人共同研发的，这两位学者在2005年获得图灵奖。

报文格式

• 版本：占4位，指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议的版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为4（即IPv4），以后要使用IPv6（即版本6的IP协议）。
• 首部长度：占4位，可表示的0~15，单位是4B。因为IP首部的固定长度是20字节，因此首部长度字段的最小值是5（即二进制表示的首部长度是0101）。而当首部长度为最大值1111时（即十进制数的15），就表明首部长度达到最大值15个32位字长，即60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。因此IP数据报的数据部分永远在4字节的整数倍时开始。首部长度限制为60字节的缺点是有时可能不够用，但这样做是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度是20字节（即首部长度为0101），这时不使用任何选项。
• 区分服务：占8位，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998年IETF把这个字段改名为区分服务DS（DifferentiatedServices)。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用，在一般的情况下都不使用这个字段。
• 总长度：占16位，指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为16位，因此数据报的最大长度为2^16-1=65535字节。
• 标识（identification）占16位。IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。当数据报由于长度超过网络的MTU而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报片的标识字段中。相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为原来的数据报。
• 标志（flag）占3位，但目前只有低两位有意义。标志字段中的最低位记为MF（More Fragment)。MF=1即表示后面“还有分片”的数据报。MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。标志字段中间的一位记为DF（Don’t Fragment)，意思是“不能分片”。只有当DF=0时才允许分片。
• 片偏移占13位。片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对于用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。这就是说，除了最后一个分片，长度一定是8字节（64位）的整数倍，最后一个分片可能是8字节（64位）的整数倍。
• 生存时间占8位，生存时间字段常用的英文缩写是TTL（Time To Live)，表明这是数据报在网络中的寿命。由发出数据报的源点设置这个字段。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在互联网中兜圈子（例如从路由器R1转发到R2，再转发到R3，然后又转发到R1），因而白白消耗网络资源。最初的设计是以秒作为TTL值的单位。每经过一个路由器时，就把TTL减去数据报在路由器所消耗掉的一段时间。若数据报在路由器消耗的时间小于1秒，就把TTL值减1。当TTL值减为零时，就丢弃这个数据报。
• 协议占8位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个协议进行处理。
• 首部检验和占16位。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算一下首部检验和（一些字段，如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化）。不检验数据部分可减少计算的工作量。
• 源地址占32位。
• 目的地址占32位。
• 可选字段：0~40B，用来支持排错、测量以及安全等措施。
• 填充：全0，把首部补成4B的整数倍。

IPv4地址

分类
IP地址表示如下：

IP地址::={<网络号>，<主机号>}

ARP协议

概念

地址解析协议（Address Resolution Protocol,缩写ARP）是一个通过解析网络层地址来找寻数据链路层地址的网络传输协议，它在IPv4中极其重要。

网络中的设备都有一个APR缓存表，存储了其它网络设备IP地址与MAC地址的对应关系。当发送设备向目标设备发送信息时，首先会检索APR缓存表来查找目标设备的MAC地址。若缓存表中没有存储，发送设备会在本地网络上广播发送一个ARP请求，目标设备接受后以单播方式进行ARP应答。这样发送设备便获得了目标设备的MAC地址，可以发送信息，同时也会更新自己的ARP缓存表。

用于动态地完成IP地址向物理地址的转换。物理地址通常是指计算机的网卡地址，也称为MAC(Medai Access Control，媒体访问控制)地址，每块网卡都有唯一的地址。

ICMP协议

概念

ICMP协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。它是一个非常重要的协议，它对于网络安全具有极其重要的意义。 它属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息。

ICMP是TCP/IP模型中网络层的重要成员，与IP协议、ARP协议、RARP协议及IGMP协议共同构成TCP/IP模型中的网络层。ping和tracert是两个常用网络管理命令，ping用来测试网络可达性，tracert用来显示到达目的主机的路径。ping和tracert都利用ICMP协议来实现网络功能，它们是把网络协议应用到日常网络管理的典型实例。

从技术角度来说，ICMP就是一个“错误侦测与回报机制”，其目的就是能够检测网路的连线状况﹐也能确保连线的准确性。当路由器在处理一个数据包的过程中发生了意外，可以通过ICMP向数据包的源端报告有关事件。

其功能主要有：侦测远端主机是否存在，建立及维护路由资料，重导资料传送路径（ICMP重定向），资料流量控制。ICMP在沟通之中，主要是透过不同的类别(Type)与代码(Code) 让机器来识别不同的连线状况。

ICMP是个非常有用的协议﹐尤其是当需要对网路连接状况进行判断的时候。

工作原理

ICMP提供一致易懂的出错报告信息。发送的出错报文返回到发送原数据的设备，因为只有发送设备才是出错报文的逻辑接受者。发送设备随后可根据ICMP报文确定发生错误的类型，并确定如何才能更好地重发失败的数据包。但是ICMP唯一的功能是报告问题而不是纠正错误，纠正错误的任务由发送方完成。

在网络中经常会使用到ICMP协议，比如经常使用的用于检查网络通不通的Ping命令（Linux和Windows中均有），这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。

报文格式

ICMP报文包含在IP数据报中，属于IP的一个用户，IP头部就在ICMP报文的前面，所以一个ICMP报文包括IP头部、ICMP头部和ICMP报文，IP头部的Protocol值为1就说明这是一个ICMP报文，ICMP头部中的类型（Type）域用于说明ICMP报文的作用及格式，此外还有一个代码（Code）域用于详细说明某种ICMP报文的类型，所有数据都在ICMP头部后面。

ICMP类型

已经定义的ICMP消息类型大约有10多种，每种ICMP数据类型都被封装在一个IP数据包中。主要的ICMP消息类型包括以下几种。

响应请求

日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。

目标不可到达

目标不可到达、源抑制和超时报文这三种报文的格式是一样的，目标不可到达报文（Type=3）在路由器或主机不能传递数据报时使用，例如要连接对方一个不存在的系统端口（端口号小于1024）时，将返回Type=3、Code=3的ICMP报文，它要告诉本端：“嘿，别连接了，我不在家的！”，常见的不可到达类型还有网络不可到达（Code=0）、主机不可到达（Code=1）、协议不可到达（Code=2）等。

源抑制

源抑制则充当一个控制流量的角色，它通知主机减少数据报流量，由于ICMP没有恢复传输的报文，所以只要停止该报文，主机就会逐渐恢复传输速率。最后，无连接方式网络的问题就是数据报会丢失，或者长时间在网络游荡而找不到目标，或者拥塞导致主机在规定时间内无法重组数据报分段，这时就要触发ICMP超时报文的产生。

超时报文

超时报文的代码域有两种取值：Code=0表示传输超时，Code=1表示重组分段超时。

时间戳

时间戳请求报文（Type=13）和时间戳应答报文（Type=14）用于测试两台主机之间数据报来回一次的传输时间。传输时，主机填充原始时间戳，接收方收到请求后填充接收时间戳后以Type=14的报文格式返回，发送方计算这个时间差。一些系统不响应这种报文。

全部消息类型

下表显示了完整的ICMP类型：

TYPE	CODE	Description	Query	Error
0	0	Echo Reply——回显应答（Ping应答）	x
3	0	Network Unreachable——网络不可达		x
3	1	Host Unreachable——主机不可达		x
3	2	Protocol Unreachable——协议不可达		x
3	3	Port Unreachable——端口不可达		x
3	4	Fragmentation needed but no frag. bit set——需要进行分片但设置不分片比特		x
3	5	Source routing failed——源站选路失败		x
3	6	Destination network unknown——目的网络未知		x
3	7	Destination host unknown——目的主机未知		x
3	8	Source host isolated (obsolete)——源主机被隔离（作废不用）		x
3	9	Destination network administratively prohibited——目的网络被强制禁止		x
3	10	Destination host administratively prohibited——目的主机被强制禁止		x
3	11	Network unreachable for TOS——由于服务类型TOS，网络不可达		x
3	12	Host unreachable for TOS——由于服务类型TOS，主机不可达		x
3	13	Communication administratively prohibited by filtering——由于过滤，通信被强制禁止		x
3	14	Host precedence violation——主机越权		x
3	15	Precedence cutoff in effect——优先中止生效		x
4	0	Source quench——源端被关闭（基本流控制）
5	0	Redirect for network——对网络重定向
5	1	Redirect for host——对主机重定向
5	2	Redirect for TOS and network——对服务类型和网络重定向
5	3	Redirect for TOS and host——对服务类型和主机重定向
8	0	Echo request——回显请求（Ping请求）	x
9	0	Router advertisement——路由器通告
10	0	Route solicitation——路由器请求
11	0	TTL equals 0 during transit——传输期间生存时间为0		x
11	1	TTL equals 0 during reassembly——在数据报组装期间生存时间为0		x
12	0	IP header bad (catchall error)——坏的IP首部（包括各种差错）		x
12	1	Required options missing——缺少必需的选项		x
13	0	Timestamp request (obsolete)——时间戳请求（作废不用）	x
14		Timestamp reply (obsolete)——时间戳应答（作废不用）	x
15	0	Information request (obsolete)——信息请求（作废不用）	x
16	0	Information reply (obsolete)——信息应答（作废不用）	x
17	0	Address mask request——地址掩码请求	x
18	0	Address mask reply——地址掩码应答

传输层（Transport Layer）

第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。 传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。 网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。 有关网络层的重点：

• 传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；
• 包含的主要协议：
  • TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）
  • UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）；
• 重要设备：网关。

  TCP协议

  报文格式

• 16位端口号：告知主机该报文段是来自哪里（源端口Source Port）以及传给哪个上层协议或应用程序（目的端口Destination Port）的。
• 32位序号：一次TCP通信（从TCP连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。假设主机A和主机B进行TCP通信，A发送给B的第一个TCP报文段中，序号值被系统初始化为某个随机值ISN（Initial Sequence Number，初始序号值）。那么在该传输方向上（从A到B），后续的TCP报文段中序号值将被系统设置成ISN加上该报文段所携带数据的第一个字节在整个字节流中的偏移。例如，某个TCP报文段传送的数据是字节流中的第1025~2048字节，那么该报文段的序号值就是ISN+1025.另外一个传输方向（从B到A）的TCP报文段的序号值也具有相同的含义。
• 32位确认号（acknowledgement number）：用作对另一方发送来的TCP报文段的响应。其值是收到的TCP报文段的序号值加1。假设主机A和主机B进行TCP通信，那么A发送出的TCP报文段不仅携带自己的序号，而且包含对B发送来的TCP报文段的确认号。反之，B发送出的TCP报文段也同时携带自己的序号和对A发送来的报文段的确认号。
• 4位头部长度（header length）：标识该TCP头部有多少个32bit字（4字节）。因为4位最大能标识15，所以TCP头部最长是60字节。

• 6位控制位包含如下几项：

  URG标志，表示紧急指针（urgent pointer）是否有效。
  ACK标志，表示确认号是否有效。我们称携带ACK标识的TCP报文段为确认报文段。
  PSH标志，提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间（如果应用程序不将接收到的数据读走，它们就会一直停留在TCP接收缓冲区中）。
  RST标志，表示要求对方重新建立连接。我们称携带RST标志的TCP报文段为复位报文段。
  SYN标志，表示请求建立一个连接。我们称携带SYN标志的TCP报文段为同步报文段。
  FIN标志，表示通知对方本端要关闭连接了。我们称携带FIN标志的TCP报文段为结束报文段。

• 16位窗口大小（window size）：是TCP流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口（Receiver Window，RWND）。它告诉对方本端的TCP接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。

• 16位校验和（TCP check sum）：由发送端填充，接收端对TCP报文段执行CRC算法以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括TCP头部，也包括数据部分。这也是TCP可靠传输的一个重要保障。
• 16位紧急指针（urgent pointer）：是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号。因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移。TCP的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。
• TCP头部选项：TCP头部的最后一个选项字段（options）是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节，因为TCP头部最长是60字节（其中还包含前面讨论的20字节的固定部分）。典型的TCP头部选项结构如下图所示。

  连接过程

  “三次握手“—连接开始

最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED关闭状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。

TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了 LISTEN 监听状态

第一次握手 TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT 同步已发送状态

第二次握手 TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则会向客户端发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了 SYN-RCVD 同步收到状态

第三次握手 TCP客户端收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED已建立连接状态 触发三次握手

如果采用两次握手会出现以下情况：
客户端向服务器端发送的请求报文由于网络等原因滞留，未能发送到服务器端，此时连接请求报文失效，客户端会再次向服务器端发送请求报文，之后与服务器端建立连接，当连接释放后，由于网络通畅了，第一次客户端发送的请求报文又突然到达了服务器端，这条请求报文本该失效了，但此时服务器端误认为客户端又发送了一次连接请求，两次握手建立好连接，此时客户端忽略服务器端发来的确认，也不发送数据，造成不必要的错误和网络资源的浪费。

如果采用三次握手的话，就算那条失效的报文发送到服务器端，服务器端确认并向客户端发送报文，但此时客户端不会发出确认，由于客户端没有确认，由于服务器端没有接收到确认，就会知道客户端没有请求连接。

四次挥手—连接结束

第一次挥手 客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态

第二次挥手 服务器端接收到连接释放报文后，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态

第三次挥手 客户端接收到服务器端的确认请求后，客户端就会进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

第四次挥手 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，但此时TCP连接还未终止，必须要经过2MSL后（最长报文寿命），当客户端撤销相应的TCB后，客户端才会进入CLOSED关闭状态，服务器端接收到确认报文后，会立即进入CLOSED关闭状态，到这里TCP连接就断开了，四次挥手完成

UDP协议

报文格式

UDP首部有8个字节，由4个字段构成，每个字段都是两个字节，

• 源端口： 源端口号，需要对方回信时选用，不需要时全部置0.
• 目的端口：目的端口号，在终点交付报文的时候需要用到。
• 长度：UDP的数据报的长度（包括首部和数据）其最小值为8（只有首部）
• 校验和：检测UDP数据报在传输中是否有错，有错则丢弃。
  该字段是可选的，当源主机不想计算校验和，则直接令该字段全为0.
  当传输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交给应用进程。
  如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（不存在对应端口号的应用进程0,），就丢弃该报文，并由ICMP发送“端口不可达”差错报文给对方。

  会话层

会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

表示层

表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。

应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

会话层、表示层和应用层重点：

• 数据传输基本单位为报文；
• 包含的主要协议：

  - FTP（文件传送协议）
  - Telnet（远程登录协议）
  - DNS（域名解析协议）
  - SMTP（邮件传送协议）
  - POP3协议（邮局协议）
  - HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）
  

  HTTP协议

  概念

  http协议是一个应用层协议，它详细规定了浏览器和万维网服务器之间通信的规则，它可以使浏览器更加高效、使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确立传输文档中的那一部分以及那一部分先传

http协议由请求和响应构成，是一个标准的客户端服务器模型，是一种无状态协议

在 Internet 所有传输都是通过 TCP/IP 进行的

HTTP默认的端口是80，HTTPS是443

简史

它的发展是万维网协会和Internet工作夏普组合作的结果

特点

HTTP协议永远都是客户端发起请求，服务端回应请求。这样就限制了使用HTTP协议，无法实现在客户端没有发起请求的时候，服务器将信息推送给客户端

主要特点：

1. 支持客户/服务器模式，支持基本认证和安全认证
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GET、POST、HEAD，每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同
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. HTTP 0.9和1.0使用非持续连接：限制每次连接只处理一个请求，服务器处理完客户请求，并受到答应后即断开联系；HTTP 1.1使用持续连接，不必为每个web对象创建一个新的连接，一个连接可以传送多个对象
5. 无状态：对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

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• 无状态协议
  • 协议的状态是指下一次传输可以“记住”这次传输信息的能力
  • http协议的无状态是为了节省内存

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HTTP协议的工作流程

建立连接

在客户端和服务器进行通信之前，需要先建立一个TCP连接。TCP是一种可靠的传输协议，它可以确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。客户端通过向服务器的特定端口（通常是80或443）发送一个连接请求，服务器接收到请求后，如果同意连接，就会返回一个确认信息，这样客户端和服务器之间就建立了一个TCP连接。这就好比我们打电话，先拨对方的电话号码，对方接听后，我们就可以开始通话了。

发送请求

建立连接后，客户端就可以向服务器发送HTTP请求了。客户端根据用户的操作，构造一个HTTP请求消息，并通过TCP连接发送给服务器。请求消息的格式必须符合HTTP协议的规定，否则服务器可能无法正确解析。例如，当我们在浏览器中访问一个网页时，浏览器会构造一个GET请求，请求的URL就是我们输入的网址。

服务器处理请求

服务器接收到客户端的请求后，会对请求进行解析和处理。服务器首先会检查请求的格式是否正确，如果格式不正确，就会返回一个错误响应。然后，服务器会根据请求的内容，查找相应的资源或执行相应的操作。比如，如果请求的是一个网页，服务器就会从文件系统中查找该网页的HTML文件，并读取其内容。

发送响应

服务器处理完请求后，会构造一个HTTP响应消息，并通过TCP连接发送给客户端。响应消息的格式也必须符合HTTP协议的规定，包含响应行、响应头和响应体。响应行中的状态码表示请求的处理结果，常见的状态码有200表示成功，404表示请求的资源不存在，500表示服务器内部错误等。

关闭连接

客户端接收到服务器的响应后，会根据响应的内容进行相应的处理，比如显示网页内容。然后，客户端和服务器会关闭之前建立的TCP连接，释放系统资源。现代的 HTTP 1.1 及以上协议支持持久连接，即一次连接可以处理多个请求和响应，不需要每次都重新建立连接。

头域

每个头域由一个域名，冒号（:）和域值三部分组成。域名的大小写无关的，域值前可以添加任何数量的空格符，头域可以被扩展为多行，每行开始处，使用至少一个空格或制表符

请求信息

发出的请求信息：

• 请求行（Request Line）：
  • 方法：如 GET、POST、PUT、DELETE等，指定要执行的操作。
  • 请求 URI（统一资源标识符）：请求的资源路径，通常包括主机名、端口号（如果非默认）、路径和查询字符串。
  • HTTP 版本：如 HTTP/1.1 或 HTTP/2。
    请求行的格式示例：GET /index.html HTTP/1.1
• 请求头（Request Headers）：
  • 包含了客户端环境信息、请求体的大小（如果有）、客户端支持的压缩类型等。
  • 常见的请求头包括Host、User-Agent、Accept、Accept-Encoding、Content-Length等。
• 空行：
  • 请求头和请求体之间的分隔符，表示请求头的结束。
• 请求体（可选）：
  • 在某些类型的HTTP请求（如 POST 和 PUT）中，请求体包含要发送给服务器的数据。

请求方法

HTTP/1.1 协议定义了八种方法

• GET：最常用的方法，用于请求指定资源的表示。GET请求应该只接收数据。
• POST：用于提交数据到指定资源，数据包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的创建和/或已有资源的修改。
• PUT：用于将数据发送到服务器以更新指定的资源。与POST不同，PUT方法是幂等的。
• DELETE：用于删除指定的资源。
• HEAD：与GET方法一样，都是请求指定的资源，但HEAD方法没有响应体。只返回资源的头部信息。
• OPTIONS：用于获取目标资源所支持的通信选项。返回服务器支持的HTTP方法。
• CONNECT：主要用于SSL隧道代理。用于建立网络连接，通常用于HTTPS。
• TRACE：进行回环诊断。它会在响应体中返回请求的原始形式，用于诊断和测试。

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[!tip] GET和POST的区别

1. GET提交的数据会放在URL之后，以？分割URL和传输数据，参数之间通过&相连；POST方法是把提交数据放在body中
2. GET提交的大小是有限制的，最多只能有1024个字节；POST没有
3. GET方式需要使用Request.QueryString来取得变量的值；POST方法通过Request.Form来获取
4. GET方式提交数据，会带来安全问题，比如一个登录页面，通过GET提交数据时，用户名和密码将出现在URL上，如果页面可以被缓存或者其他人可以访问这台机器，就可以获取该用户账号密码

当浏览者访问一个网页时，浏览者的浏览器会向网页所在服务器发出请求。当浏览器接收并显示网页前，此网页所在的服务器会返回一个包含 HTTP 状态码的信息头（server header）用以响应浏览器的请求。

HTTP 状态码的英文为 HTTP Status Code。

下面是常见的 HTTP 状态码：

• 1xx（信息性状态码）：表示接收的请求正在处理。
• 2xx（成功状态码）：表示请求正常处理完毕。
• 3xx（重定向状态码）：需要后续操作才能完成这一请求。
• 4xx（客户端错误状态码）：表示请求包含语法错误或无法完成。
• 5xx（服务器错误状态码）：服务器在处理请求的过程中发生了错误。

HTTP 状态码分类

HTTP 状态码由三个十进制数字组成，第一个十进制数字定义了状态码的类型。响应分为五类：信息响应(100–199)，成功响应(200–299)，重定向(300–399)，客户端错误(400–499)和服务器错误 (500–599)：

分类	分类描述
1**	信息，服务器收到请求，需要请求者继续执行操作
2**	成功，操作被成功接收并处理
3**	重定向，需要进一步的操作以完成请求
4**	客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求
5**	服务器错误，服务器在处理请求的过程中发生了错误

HTTP状态码列表:

状态码	状态码英文名称	中文描述
100	Continue	继续。客户端应继续其请求
101	Switching Protocols	切换协议。服务器根据客户端的请求切换协议。只能切换到更高级的协议，例如，切换到HTTP的新版本协议
200	OK	请求成功。一般用于GET与POST请求
201	Created	已创建。成功请求并创建了新的资源
202	Accepted	已接受。已经接受请求，但未处理完成
203	Non-Authoritative Information	非授权信息。请求成功。但返回的meta信息不在原始的服务器，而是一个副本
204	No Content	无内容。服务器成功处理，但未返回内容。在未更新网页的情况下，可确保浏览器继续显示当前文档
205	Reset Content	重置内容。服务器处理成功，用户终端（例如：浏览器）应重置文档视图。可通过此返回码清除浏览器的表单域
206	Partial Content	部分内容。服务器成功处理了部分GET请求
300	Multiple Choices	多种选择。请求的资源可包括多个位置，相应可返回一个资源特征与地址的列表用于用户终端（例如：浏览器）选择
301	Moved Permanently	永久移动。请求的资源已被永久的移动到新URI，返回信息会包括新的URI，浏览器会自动定向到新URI。今后任何新的请求都应使用新的URI代替
302	Found	临时移动。与301类似。但资源只是临时被移动。客户端应继续使用原有URI
303	See Other	查看其它地址。与301类似。使用GET和POST请求查看
304	Not Modified	未修改。所请求的资源未修改，服务器返回此状态码时，不会返回任何资源。客户端通常会缓存访问过的资源，通过提供一个头信息指出客户端希望只返回在指定日期之后修改的资源
305	Use Proxy	使用代理。所请求的资源必须通过代理访问
306	Unused	已经被废弃的HTTP状态码
307	Temporary Redirect	临时重定向。与302类似。使用GET请求重定向
400	Bad Request	客户端请求的语法错误，服务器无法理解
401	Unauthorized	请求要求用户的身份认证
402	Payment Required	保留，将来使用
403	Forbidden	服务器理解请求客户端的请求，但是拒绝执行此请求
404	Not Found	服务器无法根据客户端的请求找到资源（网页）。通过此代码，网站设计人员可设置”您所请求的资源无法找到”的个性页面
405	Method Not Allowed	客户端请求中的方法被禁止
406	Not Acceptable	服务器无法根据客户端请求的内容特性完成请求
407	Proxy Authentication Required	请求要求代理的身份认证，与401类似，但请求者应当使用代理进行授权
408	Request Time-out	服务器等待客户端发送的请求时间过长，超时
409	Conflict	服务器完成客户端的 PUT 请求时可能返回此代码，服务器处理请求时发生了冲突
410	Gone	客户端请求的资源已经不存在。410不同于404，如果资源以前有现在被永久删除了可使用410代码，网站设计人员可通过301代码指定资源的新位置
411	Length Required	服务器无法处理客户端发送的不带Content-Length的请求信息
412	Precondition Failed	客户端请求信息的先决条件错误
413	Request Entity Too Large	由于请求的实体过大，服务器无法处理，因此拒绝请求。为防止客户端的连续请求，服务器可能会关闭连接。如果只是服务器暂时无法处理，则会包含一个Retry-After的响应信息
414	Request-URI Too Large	请求的URI过长（URI通常为网址），服务器无法处理
415	Unsupported Media Type	服务器无法处理请求附带的媒体格式
416	Requested range not satisfiable	客户端请求的范围无效
417	Expectation Failed（预期失败）	服务器无法满足请求头中 Expect 字段指定的预期行为。
418	I’m a teapot	状态码 418 实际上是一个愚人节玩笑。它在 RFC 2324 中定义，该 RFC 是一个关于超文本咖啡壶控制协议（HTCPCP）的笑话文件。在这个笑话中，418 状态码是作为一个玩笑加入到 HTTP 协议中的。
500	Internal Server Error	服务器内部错误，无法完成请求
501	Not Implemented	服务器不支持请求的功能，无法完成请求
502	Bad Gateway	作为网关或者代理工作的服务器尝试执行请求时，从远程服务器接收到了一个无效的响应
503	Service Unavailable	由于超载或系统维护，服务器暂时的无法处理客户端的请求。延时的长度可包含在服务器的Retry-After头信息中
504	Gateway Time-out	充当网关或代理的服务器，未及时从远端服务器获取请求
505	HTTP Version not supported	服务器不支持请求的HTTP协议的版本，无法完成处理

http解决无状态的问题

通过cookies来保存状态信息

通过cookies，服务端就可以清楚地知道请求1和请求2来自同一客户端

为什么需要 Cookie 和 Session？

HTTP 协议是无状态（Stateless）的，这意味着：

• 每次请求之间，服务器不会主动记住你是谁。

• 用户在一次请求中登录了，下一次请求服务器依然当你是新访客。

• 像购物车、个人中心、支付流程等功能无法在多次请求之间共享状态。

所以，状态保持技术的核心目标是：

让服务器在多个 HTTP 请求中”记住”客户端的身份和相关信息。

最常见的两种技术就是 Cookie 和 Session。

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Cookie ——— 浏览器端的状态记录

概念

Cookie 是一小段存储在浏览器端 的文本数据，由服务器生成并通过响应头 Set-Cookie 发送给浏览器保存。之后浏览器访问同一域名时会自动携带 Cookie 发送给服务器。

工作原理

1. 首次请求：浏览器访问服务器，服务器在响应头中设置 Cookie。

2. 存储：浏览器将 Cookie 保存到本地文件（每个浏览器保存方式不同）。

3. 后续请求：浏览器在请求头中自动带上 Cookie 信息。

4. 服务器读取：服务器解析 Cookie，从而识别用户身份。

流程图示意：

css复制代码

[浏览器] --请求--> [服务器] 
[服务器] --Set-Cookie--> [浏览器保存] 
[浏览器] --携带Cookie请求--> [服务器读取并识别]

示例

html复制代码

HTTP/1.1 200 OK
Set-Cookie: username=zhangsan; Path=/; HttpOnly; Max-Age=3600

下次请求：

html复制代码

GET /index.html HTTP/1.1
Cookie: username=zhangsan

Cookie 的关键属性

属性	作用
Name=Value	键值对数据
Domain	指定 Cookie 生效的域名
Path	指定 Cookie 生效的路径
Expires / Max-Age	设置过期时间
HttpOnly	防止 JavaScript 读取，增强安全性
Secure	仅在 HTTPS 下传输

Cookie 的优缺点

优点：

• 浏览器自动管理，无需额外代码处理传输。

• 可以持久化存储（设置过期时间）。

缺点：

• 存储容量小（单个约 4KB）。

• 安全性差（数据明文存储在客户端，易被窃取或篡改）。

• 每次请求都会携带 Cookie，会增加流量消耗。

  通过session保存状态信息

  概念

Session 是一种服务器端存储 的会话数据机制。

当用户第一次访问时，服务器会为其创建一个 Session，并分配一个唯一的 Session ID，将这个 ID 返回给浏览器保存（通常通过 Cookie）。

工作原理

1. 首次访问：服务器生成 Session 数据（例如登录状态、购物车内容），并生成唯一的 Session ID。
2. 返回 Session ID ：服务器通过 Cookie 将 Session ID 发给浏览器（如 JSESSIONID=xyz123）。
3. 浏览器保存：浏览器保存 Session ID 到 Cookie。
4. 后续请求：浏览器在请求中携带 Session ID，服务器根据该 ID 找到对应的 Session 数据。

例如：

Set-Cookie: JSESSIONID=xyz123; Path=/; HttpOnly

后续请求：

GET /cart HTTP/1.1
Cookie: JSESSIONID=xyz123

Session 特性

• 存储位置：服务器内存 / 数据库 / 分布式缓存（如 Redis）。
• 生命周期：默认 30 分钟（可配置）。
• 容量限制：取决于服务器内存，理论上可存储较大数据。
• 安全性：数据不直接暴露给客户端，安全性高。

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Cookie 与 Session 的关系

实际上，Session 通常依赖 Cookie 来保存 Session ID：

• Cookie 中只保存一个 Session ID。
• 具体的用户数据（登录状态、购物车等）存放在服务器的 Session 对象中。

这种方式结合了两者的优点：

• 减少 Cookie 存储压力。
• 提升安全性（敏感数据不放在客户端）。

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Cookie 与 Session 的对比

对比项	Cookie	Session
存储位置	客户端（浏览器）	服务器端
安全性	易被窃取或篡改（需加密）	高，数据不暴露给客户端
存储容量	单个 ≤ 4KB	受服务器内存限制
生命周期	可设置过期时间	默认短时存储，可配置
性能影响	占用客户端空间，增加网络流量	占用服务器内存
使用场景	保存非敏感、需要持久化的数据	保存敏感数据（如登录信息）

url详解

一个url通常包括：

• https:// - Protocol
• www. - Sub Domain（子域名）
• wljslmz.cn - Domain Name（域名）
• :80 - Port（端口）
• /login.html - Path（路径）
• ?key1=value1 - Query（查询字符串）
• #123 - Fragment（片段标识符）

  HTTPS

概念

HTTPS，是以安全为目标的HTTP通道。即在http下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容要看SSL

通信过程