深入浅出 HTTPS：从原理到实战
上QQ阅读APP看本书，新人免费读10天
设备和账号都新为新人
上一章目录下一章

1.3 网络模型

HTTP是应用层协议，应用层协议是TCP/IP的一部分，了解HTTP在TCP/IP中的定位，能更好地明白HTTP的职责。

1.3.1 TCP/IP概述

OSI模型是一个通用的网络协议标准，但实际使用的标准却是TCP/IP标准，TCP/IP包含的不仅仅是TCP或者IP，它是一个协议族，网络应用开发都需要掌握TCP/IP。

TCP/IP是标准的互联网网络协议，没有该协议就没有互联网，互联网上的终端必须配置TCP/IP才能进行通信。

任何协议都是一种标准，标准的含义就是通信双方需要遵循相同的规则，才能互相协作。想象两个人互相打电话，拨打电话的人首先要知道对方的手机号（IP地址），然后拨打电话确保连接上对方（TCP），通过IP选择一条最优的传输路径，最终应用层数据（人的语言）通过终端（网卡）、网络设备（电话线）传输给对方。

TCP/IP有两个最大的特点，分别是分层和封包/拆包机制。TCP/IP对网络进行了抽象，共划分为四层，每一层的特点不同，完成各自的任务。分层的好处就是清晰描述了每一层的职责，当网络应用程序出现问题后，能够快速定位到是哪一层出现问题并予以解决。

另外每一层和它的上下层都有标准的接口规范，每一层无须关心上下层是如何工作的，它只关心上下层是否正确基于规范实现了接口。

通过图1-3可直观了解各个层之间的关系。

图1-3 TCP/IP层次结构

每一层工作大概如下。

1）应用层

如果没有应用层，那么网络中传输的数据没有任何意义，因为人类无法理解数据的含义。而有了应用层，软件就能解释应用层数据的含义。在Web应用中，有了HTTP和HTML标准，浏览器才能呈现对用户有意义的内容。

应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、邮件协议，开发者开发的软件一般都是应用层协议软件。

2）传输层

客户端传输层接收到应用层消息后，负责连接服务器，但服务器有很多服务，服务器如何知晓客户端需要连接的服务呢？

传输层中通过端口来区分服务，通过IP地址和端口号才能构建一条传输通道，对于HTTP来说，服务器端口号默认是80，而客户端的端口是随机产生的。

传输层主要有TCP和UDP, TCP能够保证数据正确地到达，一旦出现错误，会有一系列处理机制，比如重发和校验机制，保证数据正确地传输到对端。HTTP构建在TCP之上，在连接阶段，TCP使用三次握手机制确保可靠传输。

三次握手过程如下（见图1-4）：

图1-4 三次握手

◎初始化连接，客户端发送SYN消息（随机值x）请求一个新连接。

◎服务器接收SYN消息，发送SYN ACK响应消息。

◎客户端发送ACK消息确认本次连接成功。

UDP不能保证数据正确传达，比如客户端收到数据后，不会向服务器确认本次接收到的数据有多少，所以服务器也无法确认客户端是否正确收到了数据，UDP的优点就是性能高，减少了很多开销。

3）网络层

网络层主要是IP这个协议，客户端和服务器传输的时候，会经过很多节点，IP就是选择一条最优的路径。每个终端上都有一张路由表，路由表负责将数据传输到下一个节点，下一个节点再传输到下下个节点，最终到达目的地址。

4）链路层

应用层、传输层、网络层都是虚拟的，只有链路层才是实体设备，包括光纤、网卡等设备。基于这些设备，数据最终才能到达终端。

接下来简单描述封包/拆包机制，对于客户端请求来说，传输层接收到应用层消息后，在HTTP数据包前面增加TCP包头，然后发送给网络层；网络层在TCP数据包前面加上IP包头发送给链路层；链路层在IP数据包前面加上以太网包头；最终服务器接收到完整的数据包。

然后服务器进行拆包：首先在网络层去除链路层包头；在传输层去除IP包头；在应用层去除TCP包头；最终得到完整的HTTP应用层数据。

1.3.2 Socket和TCP

为了通信，每个终端设备必须支持TCP/IP，比如Windows计算机上都安装了TCP/IP驱动程序。浏览器和服务器如何利用TCP/IP的能力呢？TCP/IP需要通过Socket接口提供自身的能力，或者说Socket对TCP/IP进行了封装。

有了Socket API接口，开发者并不需要深入理解TCP/IP就可以开发各类应用，这也是协议的好处之一。

很多Web应用开发者很疑惑，自己并没有接触到Socket编程，那是因为在Web应用中，由服务器和客户端（浏览器）完成数据传输和解析任务，开发者只需关心业务层HTML数据的输出。

开发者实际上也可以基于Socket API接口编写应用，比如PHP语言可以使用PHP Socket包编写一个客户端，PHP Socket包对底层的Socket API进行了一个简单的包装。

下面通过一个PHP示例，让读者清晰地明白如何调用Socket API，如何实现一个简单的HTTP客户端调用。

        //创建一个Socket句柄
        if (! ($sock = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))) {
            echo socket_last_error();
            exit;
        }

        echo "创建Socket句柄 \n";
        //连接服务器的某个端口
        if (! socket_connect($sock, 'www.example.com', 80)) {
            echo socket_last_error();
            exit;
        }

        echo "连接服务器 \n";

        //发送一个简单的HTTP消息
        $message = "GET /index.html HTTP/1.1\r\n\r\n";

        //发送数据至服务器
        if (! socket_send($sock, $message, strlen($message), 0)) {
            echo socket_last_error();
            exit;
        }
        echo "请求发送成功 \n";

        //接收客户端的响应
        if (socket_recv($sock, $buf, 1024, MSG_WAITALL) === false) {
            echo socket_last_error();
            exit;
        }

        //输出服务器响应
        echo $buf;

PHP开发者在编写HTTP应用的时候一般使用Curl扩展，那么Curl扩展和PHP Socket包的区别是什么？Curl扩展做了更多的抽象，完全忽略了网络的存在，而PHP Socket包和底层的Socket API更类似，灵活度更大，更能理解TCP/IP的本质。

上一章目录下一章