HTTP、TCP、Socket、长连接、短连接的概念和原理及其区别

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-11-10 14:27 228阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  HTTP
 *  Scoket
 *  HTTP协议和TCP/IP的关系
 *  Socket与TCP/IP的关系
 *  Socket与HTTP的关系
 *  TCP/IP协议分层
 *  长连接和短连接
 *  长连接和短连接的优点和缺点
 *   *  短连接的操作步骤
     *  长连接的操作步骤
 *  什么时候用长连接，短连接？

# HTTP #

> ①HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写,是用于从万维网（WWW:World> Wide Web ）服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。FTP、SMTP、telnet都是基于TCP的应用层协议  
> ②HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据（HTML 文件,图片文件, 查询结果等）。**TCP/IP是传输层协议**  
> ③HTTP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。目前在WWW中使用的是HTTP/1.0的第六版，HTTP/1.1的规范化工作正在进行之中，而且HTTP-NG(Next Generation of HTTP)的建议已经提出。  
> ④HTTP协议工作于客户端-服务端架构为上。浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求。Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

# Scoket #

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

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。  
一个Socket是一对IP地址和端口。

> Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，一个程序将一段信息写入Socket中，该Socket将这段信息发送给另外一个Socket中，使这段信息能传送到其他程序中。

socket的实现方式

> 生成套接字，主要有3个参数：**通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号**。Socket原意是“插座”。通过将这3个参数结合起来，与一个“插座”Socket绑定，应用层就可以和传输层通过套接字接口，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。

# HTTP协议和TCP/IP的关系 #

> 关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：  
> “我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如 果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也 可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”  
> TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据 如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

# Socket与TCP/IP的关系 #

> 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则是对TCP/IP协议的封装和应用（程序员层面上）。也可以说，TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据 如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。  
> **我们平时说的最多的socket是什么呢，实际上socket是对TCP/IP协议的封装**，**Socket本身并不是协议，而是一个提供调用的接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议**。 实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现 只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：  
> “TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，**TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口**。”  
> 实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些.

# Socket与HTTP的关系 #

> 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。

*  http和socket完全是两个不同的概念，http是应用层的，socket是传输层和网络层的，http要基于socket实现。httpclient的默认请求超时时间为60s。
 *  Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

1.  Socket是一个针对TCP和UDP编程的接口，你可以借助它建立TCP连接等等。而TCP和UDP协议属于传输层 。  
    而http是个应用层的协议，它实际上也建立在TCP协议之上(HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力)。
2.  Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口

# TCP/IP协议分层 #

网络由下往上分为：  
**OSI七层模型**：物、数、网、传、会、表、应  
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。  
IP协议对应于网络层，TCP协议对应于传输层，而HTTP协议对应于应用层，

“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，**TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口**

我们都知道TCP/IP协议共分四层：  
TCP/IP四层模型：链、网、传、应  
① 网络接口层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。包含了物理层和数据链路层

② 网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（internet组管理协议）。

③ 传输层，主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议： TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。 TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面， U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。 这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。

④ 应用层，负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序：Telnet 远程登录。FTP 文件传输协议。SMTP 简单邮件传送协议。SNMP 简单网络管理协议。包含了会话层、表示层、应用层

我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  客户端如何找到目标服务  
    在客户端发起请求的时候，我们会在数据链路层去组装目标机器的MAC地址，目标机器的mac地址怎么得到呢？ 这里就涉及到一个ARP协议，这个协议简单来说就是已知目标机器的ip，需要获得目标机器的mac地址。(发送一个广播消息，这个ip是谁的，请来认领。认领ip的机器会发送一个mac地址的响应) 有了这个目标 MAC 地址，数据包在链路上广播，MAC 的网卡才能发现，这个包是给它的。MAC 的网卡把包收进来，然后打开 IP 包，发现 IP 地址也是自己的，再打开 TCP 包，发现端口是自己，也就是80端口，而这个时候这台机器上有一个nginx是监听80端口。 于是将请求提交给nginx，nginx 返回一个网页。然后将网页需要发回请求的机器。然后层层封装，最后到 MAC 层。因为来的时候有源 MAC 地址，返回的时候，源 MAC 就变成了目标 MAC，再返给请求的机器。 为了避免每次都用 ARP 请求，机器本地也会进行 ARP 缓存。当然机器会不断地上线下线，IP 也可能会变，所以 ARP 的 MAC 地址缓存过一段时间就会过期。
 *  接收端收到数据包以后的处理过程  
    当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
为什么有了MAC层还要走IP层呢？ 之前我们提到，mac地址是唯一的，那理论上，在任何两个设备之间，我应该都可以通过mac地址发送数据，为什么还需要ip地址？ mac地址就好像个人的身份证号，人的身份证号和人户口所在的城市，出生的日期有关，但是和人所在的位置没有关系，人是会移动的，知道一个人的身份证号，并不能找到它这个人，mac地址类似，它是和设备的生产者，批次，日期之类的关联起来，知道一个设备的mac，并不能在网络中将数据发送给它，除非它和发送方的在同一个网络内。 所以要实现机器之间的通信，我们还需要有ip地址的概念，ip地址表达的是当前机器在网络中的位置，类似于城市名+道路号+门牌号的概念。通过ip层的寻址，我们能知道按何种路径在全世界任意两台Internet上的的机器间传输数据。

# 长连接和短连接 #

**在HTTP/1.0中默认使用短连接**。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。当客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源（如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等），每遇到这样一个Web资源，浏览器就会重新建立一个HTTP会话。

**而从HTTP/1.1起，默认使用长连接**，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头加入这行代码：

> Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，客户端再次访问这个服务器时，会继续使用这一条已经建立的连接。**Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间**，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。

# 长连接和短连接的优点和缺点 #

由上可以看出，长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户端适合使用长连接。在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭连接，当client与server之间的连接一直不关闭，随着客户端连接越来越多，server会保持过多连接。这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有请求发生的连接，这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件允许则可以限制每个客户端的最大长连接数，这样可以完全避免恶意的客户端拖垮整体后端服务。

短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费较多时间和带宽。

长连接和短连接的产生在于client和server采取的关闭策略。不同的应用场景适合采用不同的策略。

由上可以看出，**长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接**。不过这里存在一个问题，存活功能的探测周期太长，还有就是它只是探测TCP连接的存活，属于比较斯文的做法，遇到恶意的连接时，保活功能就不够使了。在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭它们之间的连接，Client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候，这**时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接**，这样可 以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大长连接数，这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。

短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。

长连接和短连接的产生在于client和server采取的关闭策略，具体的应用场景采用具体的策略，没有十全十美的选择，只有合适的选择。

## 短连接的操作步骤 ##

建立连接——数据传输——关闭连接…建立连接——数据传输——关闭连接

## 长连接的操作步骤 ##

建立连接——数据传输…（保持连接）…数据传输——关闭连接

# 什么时候用长连接，短连接？ #

**长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况**，比如同一个客户端频繁请求服务器可以使用长连接。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接， 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。

而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，而像WEB网站这么频繁的**成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源**，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。

参考：  
https://www.jianshu.com/p/947a2673102a

https://blog.csdn.net/weixin\_44227923/article/details/87917335

https://blog.csdn.net/zolalad/article/details/45599199

https://blog.csdn.net/honghailiang888/article/details/51121257

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