网络基础与 HTTP 协议

一、网络基础

（一）TCP/IP 协议族

TCP/IP 协议族是互联网通信的核心协议，它包含了多个层次的协议，共同协作实现网络通信。

1. IP 协议

IP（Internet Protocol）协议位于网络层，主要负责将数据包从源主机传输到目标主机。IP 协议有两种版本：

• IPv4 ：地址长度为 32 位，通常以点分十进制表示，如 192.168.1.1。由于地址资源有限，IPv4 地址近乎枯竭。
• IPv6 ：地址长度为 128 位，以冒号分隔的十六进制表示，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6 解决了 IPv4 地址不足的问题，并且在安全性、性能等方面也有显著提升。

2. TCP 协议

TCP（Transmission Control Protocol）协议位于传输层，是一种面向连接的、可靠的字节流服务传输协议。其主要特点包括：

• 面向连接 ：在数据传输之前，需要在客户端和服务器之间建立可靠的连接（通过三次握手实现），传输完成后还需要释放连接（通过四次挥手实现）。
• 可靠传输 ：TCP 通过校验和、确认应答、重发机制、排序机制等确保数据的完整性和准确性。例如，当发送方发送数据后，接收方需要返回确认应答（ACK），如果发送方在一定时间内未收到 ACK，就会重发数据；同时，TCP 还会对收到的数据包进行排序，保证数据按顺序交付给应用程序。

3. DNS 服务

DNS（Domain Name System）是域名系统，它充当着 “电话簿” 的角色，将易于记忆的域名（如 www.example.com）映射到对应的 IP 地址（如 192.168.1.100）。当我们访问一个网站时，浏览器会先向 DNS 服务器查询该域名对应的 IP 地址，然后根据 IP 地址访问目标服务器。DNS 服务的正常运行对于互联网的访问至关重要，它提高了网络的可访问性和用户体验。

4. URI 和 URL

• URI（Uniform Resource Identifier） ：统一资源标识符，用于唯一标识互联网上的一个资源。它包括 URL 和 URN 两种类型。URI 的一般格式为：scheme:[//authority]path?[query]#fragment，其中 scheme 表示访问资源所使用的协议（如 http、https、ftp 等），authority 表示资源所在服务器的域名或 IP 地址及端口号，path 表示资源的路径，query 表示查询参数，fragment 表示资源中的某个部分或锚点。
• URL（Uniform Resource Locator） ：统一资源定位符，是 URI 的一种，更侧重于资源的位置和访问方式。URL 包含了访问资源所需的协议、服务器地址、端口、路径等详细信息，使我们能够在浏览器中准确定位和访问网络上的各种资源。

（二）Socket 编程基础

Socket（套接字）是网络通信中的重要概念，它是网络通信过程中的端点，提供了应用程序之间进行双向通信的接口。在 Go 语言中，通过 Socket 编程可以实现服务器与客户端之间的消息传递。

• 服务器端 ：服务器需要先创建一个 Socket，然后绑定到特定的 IP 地址和端口号上，并监听该端口的连接请求。当有客户端连接时，服务器接受连接并创建一个新的 Socket 用于与该客户端进行通信，从而实现数据的接收和发送。例如，使用 Go 语言中的 net.Listen 函数可以创建一个监听的 Socket，然后通过循环接受客户端的连接请求，并在单独的 goroutine 中处理每个客户端的通信。
• 客户端 ：客户端需要知道目标服务器的 IP 地址和端口号，然后创建一个 Socket 并向服务器发起连接请求。连接建立后，客户端就可以通过该 Socket 向服务器发送数据，并接收服务器返回的数据。在 Go 中，可以使用 net.Dial 函数创建一个客户端 Socket 并连接到服务器。

二、HTTP 协议

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是超文本传输协议，用于客户端（如浏览器）与服务器之间传输网页等超文本数据。

（一）HTTP 的基本概念

• 无状态性 ：HTTP 是一种无状态协议，这意味着服务器在处理客户端的请求时，不会保存任何与该客户端的会话状态信息。每一次请求都是独立的，服务器不会根据之前的请求来对待当前的请求。这种无状态性使得 HTTP 协议简单高效，但也带来了一些问题，比如无法方便地实现用户身份验证、会话跟踪等功能。为了解决这些问题，通常会使用 Cookie 和 Session 等机制来模拟状态。
• HTTP 方法 ：HTTP 定义了一些请求方法，用于指示客户端对服务器上的资源执行何种操作。常见的 HTTP 方法包括：
  • GET ：用于从服务器获取资源，它是默认的 HTTP 方法。GET 请求的参数通常附加在 URL 后面，以查询字符串的形式传递。由于 URL 的长度有限制，并且 GET 请求的参数会暴露在浏览器地址栏、服务器日志等地方，因此不适合传递敏感信息或大量数据。
  • POST ：用于向服务器提交数据，例如表单数据、文件上传等。POST 请求的数据通常放在请求体中，不会像 GET 请求那样显示在 URL 中，相对更加安全。服务器接收到 POST 请求后，会根据请求体中的数据进行相应的处理，并返回处理结果。
  • PUT ：类似于 POST 方法，也用于向服务器提交数据，但 PUT 方法通常用于更新已存在的资源，而 POST 方法更侧重于创建新的资源。不过，在实际应用中，PUT 和 POST 的具体使用方式可能会因服务器的实现而有所不同。
  • DELETE ：用于请求服务器删除指定的资源。在 RESTful API 设计中，DELETE 方法经常被用来实现资源的删除操作。

（二）HTTP 报文

HTTP 报文是客户端与服务器之间传递的数据单元，包括请求报文和响应报文。

• 请求报文 ：由客户端发送给服务器，包含以下部分：

  • 请求行 ：包括请求方法、请求的资源路径以及 HTTP 协议版本。例如：GET /index.html HTTP/1.1，表示使用 GET 方法请求 /index.html 路径下的资源，遵循 HTTP/1.1 协议。
  • 请求头 ：包含客户端向服务器传递的一些附加信息，如客户端支持的媒体类型（Accept）、客户端的主机名（Host）、请求的内容类型（Content-Type，对于 POST 或 PUT 等有请求体的请求）、Cookie 等。这些信息帮助服务器更好地理解和处理客户端的请求。
  • 空行 ：表示请求头部分的结束，它是一个包含回车换行符（CRLF）的空行，用于分隔请求头和请求体。
  • 请求体 ：在 POST 或 PUT 等请求中，包含客户端要向服务器提交的数据，如表单数据、JSON 数据等。对于 GET 请求来说，通常没有请求体。

• 响应报文 ：由服务器返回给客户端，包含以下内容：

  • 状态行 ：由 HTTP 协议版本、状态码和状态消息组成。例如：HTTP/1.1 200 OK，表示服务器成功处理了客户端的请求，状态码 200 表示请求已成功。
  • 响应头 ：包含服务器向客户端传递的一些信息，如服务器的软件名称和版本（Server）、响应的内容类型（Content-Type）、响应体的长度（Content-Length）、设置 Cookie 的信息（Set-Cookie）等。这些信息帮助客户端正确地解析和处理服务器的响应。
  • 空行 ：同样用于分隔响应头和响应体，表示响应头部分的结束。
  • 响应体 ：包含服务器返回给客户端的资源内容，如 HTML 页面、图片、JSON 数据等。

（三）HTTP 的持久连接

在早期的 HTTP/1.0 协议中，每次请求和响应都需要单独建立和关闭连接，这种方式会增加网络的开销和延迟。为了解决这个问题，HTTP/1.1 引入了持久连接（HTTP Persistent Connections），也称为 HTTP 保持连接。

• 持久连接的工作原理 ：在持久连接模式下，客户端与服务器之间建立的 TCP 连接可以在多个 HTTP 请求和响应中重复使用。也就是说，在一个连接上可以连续发送多个请求并接收多个响应，而不需要每次请求都重新建立和关闭连接。这样可以减少连接建立和关闭的次数，提高网络通信的效率，尤其对于包含多个资源（如图片、样式表、脚本等）的网页，持久连接可以显著减少加载时间。

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