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网络编程高频总结二

发表于 更新于
作者 匆匆那年 24 分钟阅读

http2和http1的区别

HTTP/2 和 HTTP/1.1 是两代超文本传输协议版本，HTTP/2 是 HTTP/1.1 的改进版本。以下是两者之间的主要区别：

1. 多路复用 (Multiplexing)

  • HTTP/1.1:
    • 一个 TCP 连接只能处理一个请求/响应对，需多个连接并发（浏览器一般限制为 6 个）。
    • 存在 队头阻塞（Head-of-Line Blocking）问题，即一个请求阻塞会影响整个连接。
  • HTTP/2:
    • 支持多路复用，在单个 TCP 连接中可以并行处理多个请求和响应。
    • 消除了队头阻塞问题，提升了传输效率。

2. 二进制分帧 (Binary Framing)

  • HTTP/1.1: 使用纯文本协议，容易解析但效率较低。
  • HTTP/2: 使用二进制协议，将数据分为帧（Frame）传输，易于解析且效率更高。

3. 头部压缩 (Header Compression)

  • HTTP/1.1: 每次请求都需要发送完整的 HTTP 头部，开销较大。
  • HTTP/2: 使用 HPACK 压缩算法，减少头部的传输冗余。

4. 服务器推送 (Server Push)

  • HTTP/1.1: 不支持服务器主动推送内容，客户端必须先请求资源。
  • HTTP/2: 支持服务器推送，允许服务器在客户端请求之前主动发送资源，减少加载时间。

5. 连接管理

  • HTTP/1.1: 为减少连接开销，支持 Keep-Alive 长连接，但多个请求串行化运行仍不高效。
  • HTTP/2: 更高效的连接复用，可以充分利用单个连接。

6. 流量控制和优先级

  • HTTP/1.1: 不支持请求优先级，所有请求平等对待。
  • HTTP/2: 支持对流（Stream）进行优先级设置，资源分配更灵活。

7. 性能改进

  • HTTP/1.1: 为提升性能，开发者常需使用一些技巧，如合并文件、CSS 雪碧图、域名分片等。
  • HTTP/2: 由于多路复用和头部压缩等特性，这些优化技巧变得不再必要。

8. 加密

  • HTTP/1.1: 加密不是强制的，支持明文传输。
  • HTTP/2: 严格要求加密（大部分实现要求使用 HTTPS）。

总结

HTTP/2 在性能、效率和现代网络需求方面都有显著优势，但需要 HTTPS 支持才能使用。此外，HTTP/2 的复杂性更高，适合现代 web 应用和高流量场景。

http1.0 / 1.1 /2 / 3

以下是 HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2 和 HTTP/3 的详细对比，总结了它们的特点和演进路径：

1. HTTP/1.0

  • 发布日期: 1996 年（RFC 1945）
  • 特点:
    • 短连接: 每个请求/响应需要单独建立和关闭一个 TCP 连接。
    • 无状态性: 不支持持久连接，客户端和服务器之间无法维护会话状态。
    • 基本功能: 支持 GET、POST、HEAD 三种方法。
    • 效率低下: 每次建立连接需要耗费 TCP 三次握手时间，影响性能。
    • 无缓存机制: 缺乏规范的缓存控制方法。

2. HTTP/1.1

  • 发布日期: 1997 年（RFC 2068，后更新为 RFC 2616 和 RFC 7230）
  • 改进点:
    1. 持久连接 (Keep-Alive):
      • 默认启用长连接，多个请求可以复用一个 TCP 连接。
    2. 管道化 (Pipelining):
      • 客户端可以同时发送多个请求，但服务器必须按顺序响应（存在队头阻塞问题）。
    3. 缓存机制:
      • 引入 Cache-Control 和 ETag 等头部，增强缓存控制。
    4. 虚拟主机 (Host Header):
      • 在请求头中增加 Host 字段，使同一服务器可以处理多个域名。
    5. 新增方法:
      • 添加 PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE 等方法。
    6. 分块传输 (Chunked Transfer Encoding):
      • 支持分块传输大文件，无需知道内容长度。
  • 缺点:
    • 管道化存在队头阻塞问题。
    • 并发限制：浏览器一般限制为每域名 6 个并发连接。

3. HTTP/2

  • 发布日期: 2015 年（RFC 7540）
  • 主要改进点:
    1. 多路复用 (Multiplexing):
      • 在单个 TCP 连接中，多个请求/响应可以并行传输，无队头阻塞。
    2. 二进制协议:
      • 替代文本协议，使用二进制帧格式，提高传输效率。
    3. 头部压缩 (HPACK):
      • 使用专门的压缩算法减少 HTTP 头部冗余，降低带宽使用。
    4. 服务器推送 (Server Push):
      • 服务器可主动推送资源到客户端，无需等待请求。
    5. 流优先级:
      • 客户端可为不同的流设置优先级，优化资源分配。
  • 缺点:
    • 依赖 TCP 协议，多路复用虽然缓解了队头阻塞，但 TCP 层的队头阻塞问题仍然存在。
    • 更高的实现复杂性。

4. HTTP/3

  • 发布日期: 2022 年（RFC 9114）
  • 关键特点:
    1. 基于 QUIC 协议:
      • 使用 UDP 替代 TCP，实现低延迟和快速握手。
    2. 消除队头阻塞:
      • QUIC 的流控制机制消除了 TCP 队头阻塞问题。
    3. 更快的连接建立:
      • 单次握手即可建立连接并启动加密通信（0-RTT 支持）。
    4. 内置 TLS 加密:
      • 强制加密传输，TLS 集成在 QUIC 协议中，减少握手开销。
    5. 流级别独立性:
      • 每个流独立传输数据，单个流出错不会影响其他流。
  • 优势:
    • 适合移动网络和高延迟环境，网络切换时连接恢复更快。
    • 更高的吞吐量和更低的延迟。
  • 缺点:
    • 实现较复杂，兼容性依赖于客户端和服务器支持。
    • 部分网络可能对 UDP 流量有限制。

对比总结表

特性HTTP/1.0HTTP/1.1HTTP/2HTTP/3
连接管理短连接长连接多路复用多路复用（基于 QUIC）
队头阻塞存在存在缓解消除
数据格式文本文本二进制帧二进制帧
头部压缩不支持不支持HPACK 压缩QPACK 压缩
服务器推送不支持不支持支持支持
安全性无加密可选 HTTPS强制 HTTPS强制加密（QUIC 集成 TLS）
性能较低一般较高最高
协议底层TCPTCPTCPQUIC（基于 UDP）

应用场景

  • HTTP/1.0: 已过时，基本不再使用。
  • HTTP/1.1: 适用于兼容性要求高的传统应用。
  • HTTP/2: 适合高性能和现代 Web 应用，广泛使用。
  • HTTP/3: 理想选择，用于低延迟、高吞吐量、移动网络或复杂网络环境。

get和post区别

GET 和 POST 是 HTTP 协议中两种常用的请求方法，主要用于客户端与服务器之间的数据传输。它们的核心区别体现在数据传输方式、使用场景、安全性等方面：

1. 数据传输方式

  • GET:
    • 数据附加在 URL 的查询字符串中，格式为 key=value，以 ? 分隔多个参数，用 & 连接。
    • URL 长度受限制（不同浏览器和服务器限制可能不同）。
    • 适合传递少量、非敏感的数据。
  • POST:
    • 数据放在请求体中，而不是 URL 中。
    • 没有明确的长度限制，可以发送较大的数据量。

2. 使用场景

  • GET:
    • 用于获取数据，不对服务器产生副作用。
    • 常用于搜索、导航等操作，方便被书签或缓存。
  • POST:
    • 用于提交数据，可能对服务器状态产生改变（如用户注册、数据上传等）。
    • 常用于需要传递敏感或较大数据的操作。

3. 参数可见性

  • GET:
    • 参数完全暴露在 URL 中，可被查看、缓存或记录。
    • 不适合传递敏感数据，如密码等。
  • POST:
    • 参数在请求体中，用户不可直接看到。
    • 更适合传递敏感数据。

4. 缓存行为

  • GET:
    • 默认可以被缓存，适合幂等操作。
    • 浏览器会将其结果缓存，可能影响实时性。
  • POST:
    • 默认不会被缓存，适合非幂等操作。
    • 每次都触发服务器处理。

5. 安全性

  • GET:
    • 参数暴露在 URL 中，可能被记录到日志中。
    • 不安全，不适合传递敏感信息。
  • POST:
    • 数据在请求体中，稍微更安全。
    • 但如果没有 HTTPS 加密，数据仍可能被截获。

6. 幂等性

  • GET:
    • 幂等，重复请求不会改变服务器的状态。
    • 多次访问同一个 URL，结果应该是相同的。
  • POST:
    • 非幂等，重复请求可能会导致副作用（如多次扣费、重复提交表单）。

7. 浏览器支持

  • GET:
    • 支持浏览器回退、刷新，无需重新提交请求。
    • URL 可直接复制或分享。
  • POST:
    • 刷新时会弹出表单重新提交的提示。
    • 不适合直接分享或复制。

总结对比表

特性GETPOST
参数传递方式URL 查询字符串请求体
数据大小有长度限制无明确限制
安全性参数暴露，不安全参数隐藏，较安全（需配合 HTTPS）
缓存默认可缓存默认不可缓存
幂等性幂等非幂等
适用场景获取数据，如查询、导航提交数据，如表单提交、文件上传

应用示例

  1. GET 示例：

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    GET /search?q=HTTP&sort=desc HTTP/1.1
Host: example.com

  2. POST 示例：

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    POST /login HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
   
username=johndoe&password=123456

WebSocket

WebSocket

WebSocket 是一种全双工的通信协议，用于在客户端和服务器之间建立持久化连接，适合实时通信场景。它与 HTTP 不同，具有显著的特点和应用优势。

1. 什么是 WebSocket？

  • 定义: WebSocket 是 HTML5 标准的一部分，提供了在单个 TCP 连接上进行双向通信的能力。
  • 工作原理: 使用 HTTP 协议完成初始握手后，切换到专用的 WebSocket 协议进行通信。
  • 特点:
    • 全双工通信：客户端和服务器可以同时发送消息。
    • 长连接：一旦连接建立，通信可以持续，无需频繁创建新的连接。

2. WebSocket 的工作流程

  1. 建立连接：

    • 客户端通过 HTTP/HTTPS 请求与服务器建立连接。
    • 协议头中包含 Upgrade: websocket，表示请求协议升级。

    请求示例：

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    GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

    服务器响应：

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    HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

  2. 通信阶段：

    • 握手完成后，客户端和服务器之间的通信不再依赖 HTTP 协议。
    • 双方通过 WebSocket 帧交换数据。

  3. 关闭连接：

    • 任一方可以通过发送关闭帧关闭连接。

3. WebSocket 的特点

  • 全双工通信:
    • 客户端和服务器可以实时地互相发送消息，无需轮询。
  • 低延迟:
    • 相比 HTTP 轮询，减少了请求/响应开销和延迟。
  • 节省带宽:
    • 一次握手后维持长连接，不需要额外的 HTTP 头部信息。
  • 轻量级:
    • 消息传输效率高，适合实时性要求高的场景。

4. WebSocket 和 HTTP 的对比

特性HTTPWebSocket
通信方式请求-响应模式全双工通信
连接类型短连接长连接
实时性较低，需要轮询或长轮询实现高实时性
开销每次请求需要完整的 HTTP 头部握手后无额外头部
数据方向单向：客户端请求，服务器响应双向：客户端和服务器互发消息
适用场景静态资源加载、简单交互实时聊天、在线游戏、股票行情等高实时性

5. WebSocket 的应用场景

  1. 实时聊天:
    • 如在线客服、聊天室应用。
  2. 在线游戏:
    • 实时性强的多人在线游戏。
  3. 实时数据推送:
    • 如股票行情、体育比分更新。
  4. 协作工具:
    • 文档协作、白板工具。
  5. 物联网:
    • 设备间需要实时通信的 IoT 应用。

6. WebSocket 的常见框架和库

  • 客户端:

    • JavaScript 中的 WebSocket对象（内置支持）。

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      const socket = new WebSocket('wss://example.com/socket');
    
socket.onopen = () => console.log('WebSocket connected');
socket.onmessage = (event) => console.log(`Received: ${event.data}`);
socket.onclose = () => console.log('WebSocket closed');
socket.onerror = (error) => console.error(`Error: ${error}`);

  • 服务器端:

    • Node.js: ws、socket.io。
    • Java: Spring WebSocket。
    • Python: websockets、FastAPI。
    • Golang: gorilla/websocket。

7. WebSocket 的局限性

  1. 兼容性:
    • 不支持的客户端需要降级为 HTTP 长轮询。
  2. 复杂性:
    • 需要额外的服务器配置。
  3. 连接数量:
    • 每个连接占用服务器资源，高并发场景下需要优化。

8. 安全性

  • 使用 wss://（基于 TLS 的 WebSocket）确保通信加密。
  • 验证和授权机制防止未授权访问。
  • 防御 WebSocket 特有攻击（如消息注入）。

WebSocket 是现代实时通信的首选协议，通过高效的双向通信为各种实时性要求高的场景提供了良好的支持。

tcp/ip五层模型

TCP/IP 五层模型是一种计算机网络协议模型，用于描述网络通信的分层结构。它基于 OSI 七层模型进行简化，分为五层：物理层、数据链路层、网络层、传输层 和 应用层。以下是详细介绍：

五层模型结构

层次功能常见协议/设备
应用层提供直接为用户服务的网络功能HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS, etc.
传输层提供端到端的通信，负责数据传输的可靠性TCP, UDP
网络层负责路由选择和逻辑地址分配IP, ICMP, ARP, OSPF, BGP
数据链路层提供帧传输服务，解决相邻节点之间的数据通信问题Ethernet, PPP, WLAN, MAC
物理层定义物理设备的标准，负责比特流的传输光纤, 双绞线, 无线信号, 网卡

1. 物理层

  • 作用:
    • 负责比特流的物理传输，定义硬件设备的电气、机械、功能和过程特性。
    • 确保数据能通过物理介质（如光纤、电缆、无线信号）传输。
  • 设备:
    • 网线、光纤、集线器（Hub）、中继器（Repeater）、物理接口。
  • 单位: 比特（Bit）。

2. 数据链路层

  • 作用:
    • 负责相邻节点之间的可靠传输。
    • 提供错误检测和流量控制功能。
    • 将比特流组织为帧（Frame）。
  • 协议:
    • Ethernet、WLAN、PPP、HDLC。
  • 设备:
    • 网卡（NIC）、交换机（Switch）。
  • 单位: 帧（Frame）。

3. 网络层

  • 作用:
    • 负责路由选择，实现数据包从源地址到目标地址的传输。
    • 解决逻辑地址（IP 地址）的分配和管理。
    • 支持多种网络的互联。
  • 协议:
    • IP（IPv4, IPv6）、ICMP、ARP、OSPF、BGP。
  • 设备:
    • 路由器（Router）。
  • 单位: 数据包（Packet）。

4. 传输层

  • 作用:
    • 提供端到端的通信服务，负责可靠性、错误检测和流量控制。
    • 将数据分段（Segment），并为每个段分配端口号。
    • 实现面向连接的传输（TCP）或无连接的传输（UDP）。
  • 协议:
    • TCP（Transmission Control Protocol）：可靠传输，适用于文件传输、邮件。
    • UDP（User Datagram Protocol）：不可靠但快速，适用于视频流、语音。
  • 单位: 段（Segment）。

5. 应用层

  • 作用:
    • 面向用户，提供直接的网络服务。
    • 定义应用程序使用的协议格式，如数据请求和响应规则。
  • 协议:
    • HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS、Telnet、SNMP。
  • 功能:
    • 文件传输、电子邮件、远程登录、网页浏览等。
  • 单位: 数据（Data）。

五层模型的特点

  1. 简化设计: 相比 OSI 七层模型，五层模型更贴近实际使用，结构简单。
  2. 模块化: 各层独立实现，功能互不干扰，易于扩展和修改。
  3. 高效通信: 数据从上层到下层逐层封装，反向逐层解封装。

数据封装与解封装

  • 封装:
    1. 应用层: 用户数据被打包。
    2. 传输层: 添加端口号（TCP/UDP Header）。
    3. 网络层: 添加源和目标 IP 地址（IP Header）。
    4. 数据链路层: 添加源和目标 MAC 地址，形成帧。
    5. 物理层: 将帧转化为比特流，通过物理介质传输。
  • 解封装:
    • 接收端按照封装的逆过程逐层解封，直至应用层获取数据。

五层模型和实际网络

TCP/IP 五层模型广泛用于实际网络中，其简化结构帮助开发者理解网络通信的基本原理，同时指导实际网络协议的设计和实现。例如：

  • 网页访问:
    1. 应用层：用户通过 HTTP/HTTPS 发送请求。
    2. 传输层：使用 TCP 确保请求的可靠性。
    3. 网络层：通过 IP 寻址找到目标服务器。
    4. 数据链路层和物理层：实际传输比特流，完成通信。

通过五层模型的分层协作，用户能够顺利地浏览网页或发送数据，体现了协议分层的强大优势。

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