从底层到应用：理解 TCP、UDP 和 HTTP 的关系

目录

计网当中常见术语

TCP协议

核心特点:

TCP中几个常见术语:

传输过程

应用场景

UDP协议

核心特点:

应用场景

TCP和UDP对比

HTTP协议

一、HTTP 基础概念

二、HTTP 报文结构

三、HTTP 方法

四、HTTP 状态码

常用状态码详解：

五、HTTP 头部字段

六、HTTP 的核心机制

七、一次完整的 HTTP 通信流程

三种协议在网络中的位置

计网当中常见术语

1. TCP (Transmission Control Protocol): 传输控制协议, 是一种有状态协议, 是计算机网络中一种面向连接的、可靠的、基于字节流的协议

2. UDP (User Datagram Protocol): 用户数据报协议, 是一种无状态连接协议, 用于网络中传输数据

3. HTTP (HyperText Transfer Protocol): 超文本传输协议, 是一种无状态协议, 用于在客户端与服务器之间传输数据的协议 https://www.qianwen.com/share?shareId=2f62f3a5-6136-4013-9b5e-2bd47cbb871f

4. IP地址 (Internet Protocol Address): 是互联网协议为每台联网设备分配的唯一数字标识符

5. 域名 (Domain Name): 是人类可读的、便于记忆的字符串名称，用来代替复杂的 IP 地址 如www.example.com

6. URL (Uniform Resource Locator): 统一资源定位符, 用于描述一个网络上的资源

7. DNS (Domain Name System): 域名系统, 将主机名或域名转换为实际 IP 地址的工作

TCP协议

TCP (Transmission Control Protocol): 传输控制协议, 是一种有状态协议, 是计算机网络中一种面向连接的、可靠的、基于字节流的协议

核心特点:

• 面向连接：通信前需三次握手建立连接，结束后四次挥手断开

• 可靠传输：通过确认（ACK）、重传、校验和等机制确保数据不丢、不乱序

• 流量控制 & 拥塞控制：防止发送太快压垮接收方或网络

• 基于字节流：没有消息边界（需应用层自己拆包）

TCP中几个常见术语:

SYN同步标识

ACK确认标识

PSH有DATA传输

RST连接重置

SEQ数据包

FIN结束标识

传输过程

TCP每次传输信息连接和断开都需要确认, 也就是连接三次握手和断开四次握手

• 建立连接三次握手

1. 客户端发送SYN=1, SEQ=number (随机数字)报文给服务端, 客户端进入SYN_SEND状态
2. 服务端收到SYN报文, SYN=1知道客户端要建立连接, 响应ACK NUMBER(客户端SEQ+1), SYN=1, ACK =1, SEQ=随机数字, 连接状态SYN_RECV状态
3. 客户端收到SYN检查ACK NUMBER和ACK=1是否正确, 如果全部正确, 向服务端发送ACK NUMBER=服务端SEQ+1和 ACK=1, 服务器接收到后检查是否正确, 正确后建立连接, 连接状态进入ESTABLISHED

• 断开连接四次挥手, 包含一次角色转换

1. 主机A(主动方, Active Close)向主机B(被动方)发送FIN表示数据发送完成ACK=z, SEQ=x. 主机A进入FIN_WAIT1状态, 这个状态非常短暂. 之后等待对方发送确认ACK过程, 主机A收到ACK后进入FIN_WAIT2状态, 如果超时没有收到ACK直接进入CLOSED状态
2. 主机B收到FIN后返回主机A内容ACK=x+1, SEQ=z, 主机B进入CLOSE_WAIT状态
3. 主机B关闭连接发送给主机A内容ACK=x, SEQ=y. 主机A进入到TIME_WAIT状态, 处于这个状态后等待2个报文最大存活周期后进入 CLOSED状态, 此时主机B进入LAST_ACK状态
4. 主机A收到后返回ACK=y+1, SEQ=x

应用场景

• Web 浏览（HTTP/HTTPS 默认跑在 TCP 上）

• 邮件（SMTP、IMAP）

• 文件传输（FTP）

• 数据库连接（MySQL、PostgreSQL）

• SSH、远程登录

UDP协议

UDP (User Datagram Protocol): 用户数据报协议, 是一种无状态连接协议, 用于网络中传输数据

核心特点:

• 无连接：直接发数据，无需握手

• 不可靠：不保证送达、不重传、可能丢包或乱序

• 头部小：仅 8 字节，开销低

• 支持广播/多播

• 保留消息边界：每个 UDP 包是独立的

应用场景

• 实时音视频（Zoom、微信语音、直播）

• 在线游戏（如 FPS 游戏的位置同步）

• DNS 查询（域名解析）

• DHCP（自动分配 IP）

• IoT 设备上报（对丢包容忍度高）

TCP和UDP对比

• TCP是数据安全可靠的, 但消耗高效率低; UDP不能保证数据完整可靠, 但简单高效

• UDP相比于TCP传输速度高, 延迟低, 无连接状态

HTTP协议

一、HTTP 基础概念

1. 什么是 HTTP

   • 定义：应用层协议，用于客户端（如浏览器）与服务器之间的通信

   • 特点：无状态、基于请求-响应模型、通常运行在 TCP 之上（默认端口 80）

2. HTTP 与 HTTPS 的区别

   • HTTPS = HTTP + SSL/TLS（加密、身份认证、完整性保护）

3. URI / URL 概念

   • URI（统一资源标识符）、URL（统一资源定位符）结构解析

二、HTTP 报文结构

1. 请求报文（Request）组成

   • 请求行（请求方法 + URL + HTTP版本）

   • 请求头（Headers 用于描述请求的额外信息比如类型、长度、认证等）

   • 空行

   • 请求体（Body 请求内容，可选）

   示例:

   POST /api/login HTTP/1.1 Host: example.com User-Agent: Mozilla/5.0 Content-Type: application/json Content-Length: 35 ​ {"username": "Ryne", "password": "123"}

2. 响应报文（Response）组成

   • 状态行（HTTP版本 + 状态码 + 状态描述）

   • 响应头（Headers 用于传递服务器关于响应的元数据信息等）

   • 空行

   • 响应体（Body 响应内容）

   示例:

   HTTP/1.1 200 OK Content-Type: application/json Content-Length: 45 Set-Cookie: sessionid=abc123; HttpOnly ​ {"message": "login success", "code": 0}

三、HTTP 方法

• GET：获取资源

• POST：提交数据

• PUT：更新或创建指定资源

• DELETE：删除资源

• PATCH：部分更新

• HEAD：只获取响应头（不返回 body）

• OPTIONS：查询服务器支持的方法

四、HTTP 状态码

按类别：

常用状态码详解：

• 成功类

200 OK：请求成功；
201 Created：资源已创建；
204 No Content：成功但无内容返回。

• 重定向类

301 Moved Permanently：永久重定向；
302 Found：临时重定向；
304 Not Modified：使用缓存，无需重新下载。

• 客户端错误

400 Bad Request：请求参数错误；
401 Unauthorized：未认证；
403 Forbidden：权限不足；
404 Not Found：资源不存在；
429 Too Many Requests：请求太频繁。

• 服务器错误

500 Internal Server Error：通用错误；
502 Bad Gateway：网关错误（上游服务异常）；
503 Service Unavailable：服务器过载或维护；
504 Gateway Timeout：上游超时。

五、HTTP 头部字段

常见请求头（Request Headers）

常见响应头（Response Headers）

特殊头部：

• CORS 跨域相关：Access-Control-Allow-Origin

• 缓存控制：ETag、Last-Modified、Cache-Control、Expires

六、HTTP 的核心机制

1. 持久连接（Keep-Alive）

   • HTTP/1.1 默认开启，避免频繁建立 TCP 连接

2. 缓存机制

   • 强缓存（Cache-Control、Expires）

   • 协商缓存（ETag/If-None-Match、Last-Modified/If-Modified-Since）

3. Cookie 与会话管理

   • Cookie 如何通过Set-Cookie和Cookie头传递

   • 安全属性：HttpOnly、Secure、SameSite

4. 内容协商（Content Negotiation）

   • 通过Accept、Accept-Language、Accept-Encoding实现

5. 重定向与跳转

七、一次完整的 HTTP 通信流程

以浏览器访问网页为例：

1. DNS 解析

   1. 把域名解析为 IP 地址；

   2. 可能经过本地缓存、路由器缓存、DNS 服务器等多级解析

2. 建立连接

   1. HTTP/1.x：三次握手建立 TCP 连接；

   2. HTTPS：建立 TCP 后还要进行 TLS 握手（证书验证、密钥交换）

3. 发送 HTTP 请求

   1. 浏览器构造请求报文，包含方法、路径、头、体；

   2. 通过 TCP 发送给服务器

4. 服务器处理请求

   1. Web 服务器（如 Nginx）解析报文；

   2. 交给后端程序（如 Go、Node.js、Python）处理；

   3. 生成响应

5. 返回响应

   1. 服务器返回状态码、响应头、响应体；

   2. 浏览器解析内容、执行脚本、加载资源

6. 关闭连接或复用

   1. HTTP/1.0 默认短连接；

   2. HTTP/1.1 及以后支持持久连接（keep-alive）

三种协议在网络中的位置

HTTP 依赖于 TCP（可靠传输），而 HTTPS 则依赖于 TCP + TLS