1. HTTP 是如何使用 TCP 連接的；

世界上幾乎所有的 HTTP 通信都是由 TCP/IP 承載的，TCP/IP 是全球計算機及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都 在使用的一種常用的分組交換網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議集。客戶端應(yīng)用程序可以打開一條 TCP/IP 連 接，連接到可能運行在世界任何地方的服務(wù)器應(yīng)用程序。一旦連接建立起來了，在客戶端 和服務(wù)器的計算機之間交換的報文就永遠不會丟失、受損或失序。

盡管報文不會丟失或受損，但如果計算機或網(wǎng)絡(luò)崩潰了，客戶端和服務(wù)器之間的通信仍然會被斷開。在這種情況下， 會通知客戶端和服務(wù)器通信中斷了。

當瀏覽器收到一個 URL 的時候，會執(zhí)行幾個相對應(yīng)的步驟，如下

瀏覽器解析出主機名;

瀏覽器查詢主機名的 IP 地址;

瀏覽器獲得端口號;

瀏覽器發(fā)起對該 IP 地址對應(yīng)端口號的鏈接;

瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送一條 HTTP GET報文;

瀏覽器從服務(wù)器讀取 HTTP 相應(yīng)報文;

瀏覽器關(guān)閉連接;

1.1 TCP 連接的基本知識

TCP 是可靠的數(shù)據(jù)管道

TCP 會按序、無差錯地承載 HTTP 數(shù)據(jù)，TCP 為 HTTP 提供了一條可靠的比特傳輸管道。從 TCP 連接一端填入的字節(jié)會從另一端 以原有的順序、正確地傳送出來。

TCP 流是分段的、由 IP 分組傳送

TCP 的數(shù)據(jù)是通過名為 IP 分組（或 IP 數(shù)據(jù)報）的小數(shù)據(jù)塊來發(fā)送的。

這樣的話，如圖HTTP 就是“HTTP over TCP over IP”這個“協(xié)議棧”中的最頂層了。其安全版本 HTTPS 就是在 HTTP 和 TCP 之間插入了一個（稱為 TLS 或 SSL 的）密碼加密層（安全層），就是在圖中的右半部分。

HTTP 要傳送一條報文時，會以流的形式將報文數(shù)據(jù)的內(nèi)容通過一條打開的 TCP 連接按 序傳輸。TCP 收到數(shù)據(jù)流之后，會將數(shù)據(jù)流砍成被稱作段的小數(shù)據(jù)塊，并將段封裝在 IP 分組中，通過因特網(wǎng)進行傳輸，如下圖中大家看到的內(nèi)容：

每個 TCP 段都是由 IP 分組承載，從一個 IP 地址發(fā)送到另一個 IP 地址的。

而每個 IP 分組中都包括：

一個 IP 分組首部（通常為 20 字節(jié)）；

一個 TCP 段首部（通常為 20 字節(jié)）；

一個 TCP 數(shù)據(jù)塊（0 個或多個字節(jié)）。

IP 首部包含了源和目的 IP 地址、長度和其他一些標記。TCP 段的首部包含了 TCP 端口 號、TCP 控制標記，以及用于數(shù)據(jù)排序和完整性檢查的一些數(shù)字值。

保持 TCP 連接的持續(xù)不間斷地運行

在任意時刻計算機都可以有幾條 TCP 連接處于打開狀態(tài)。TCP 是通過端口號來保持所有 這些連接的正確運行的。 端口號和雇員使用的電話分機號很類似。

這就和我之前舉得例子是一樣的，公司的總機和你自己的座機一樣，公司的總機號碼能將你接到前臺，而分機號 可以將你接到正確的雇員位置一樣，IP 地址可以將你連接到正確的計算機，而端口號則 可以將你連接到正確的應(yīng)用程序上去。TCP 連接是通過 4 個值來識別的：

源IP 地址、源端口號、目的IP 地址、目的端口號

這 4 個值一起唯一地定義了一條連接。兩條不同的 TCP 連接不能擁有 4 個完全相同的地 址組件值（但不同連接的部分組件可以擁有相同的值）。

這里需要我們注意的是，有些連接共享了相同的目的端口號，有些連接使用了相同的源 IP 地址，有些使用了相同的目的 IP 地址，但沒有兩個不同連接所有的 4 個值都一樣。

TCP 套接字

操作系統(tǒng)提供了一些操縱其 TCP 連接的工具。為了更具體地說明問題，我們來看一個 TCP 編程接口，這些套接字我就不一一介紹了，我給大家一個表格，大家可以理解一下

套接字API調(diào)用描 述s = socket（）創(chuàng)建一個新的、未命名、未關(guān)聯(lián)的套接字bind（s，）向套接字賦一個本地端口號和接口connect（s， ）創(chuàng)建一條連接本地套接字與遠程主機及端口的連接listen（s，…）標識一個本地套接字，使其可以合法接受連接s2 = accept（s）等待某人建立一條到本地端口的連接

套接字 API 允許用戶創(chuàng)建 TCP 的端點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將這些端點與遠程服務(wù)器的 TCP 端點進 行連接，并對數(shù)據(jù)流進行讀寫。TCP API 隱藏了所有底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的握手細節(jié)，以及 TCP 數(shù)據(jù)流與 IP 分組之間的分段和重裝細節(jié)。

TCP 客戶端和服務(wù)器是如何通過 TCP 套接字接口進行通信的

上圖中說明了可以怎樣通過套接字 API 來凸顯客戶端和服務(wù)器在實現(xiàn) HTTP 事務(wù)時所應(yīng)執(zhí)行的步驟。

2. TCP 連接的握手

TCP 連接握手需要經(jīng)過以下幾個步驟。 如圖所示：

請求新的 TCP 連接時，客戶端要向服務(wù)器發(fā)送一個小的 TCP 分組（通常是 40 ～ 60 個字節(jié)）。這個分組中設(shè)置了一個特殊的 SYN 標記，說明這是一個連接請求。

如果服務(wù)器接受了連接，就會對一些連接參數(shù)進行計算，并向客戶端回送一個 TCP 分組，這個分組中的 SYN 和 ACK 標記都被置位，說明連接請求已被接受。

最后，客戶端向服務(wù)器回送一條確認信息，通知它連接已成功建立

我們永遠不會看到這些分組——這些分組都由 TCP/IP 軟件管理，對其是不可見 的。HTTP 程序員看到的只是創(chuàng)建 TCP 連接時存在的時延。

在這里我們需要注意的就是 TCP 連接的握手時延，通常 HTTP 事務(wù)都不會交換太多數(shù)據(jù)，此時，SYN/SYN+ACK 握手（參見圖中的 a 段 和圖中的 b 段）會產(chǎn)生一個可測量的時延。TCP 連接的 ACK 分組（參見圖中的 c 段）通常都足夠大，可以承載整個 HTTP 請求報文，而且很多 HTTP 服務(wù)器響應(yīng)報文都可 以放入一個 IP 分組 中去（比如，響應(yīng)是包含了裝飾性圖片的小型 HTML 文件，或者是對瀏覽器高速緩存請求產(chǎn)生的 304 Not Modified 響應(yīng)）。

TCP 慢啟動

TCP 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅苓€取決于 TCP 連接的使用期（age）。TCP 連接會隨著時間進行自 我“調(diào)諧”，起初會限制連接的最大速度，如果數(shù)據(jù)成功傳輸，會隨著時間的推移提高傳輸 的速度。這種調(diào)諧被稱為 TCP 慢啟動（slow start），用于防止因特網(wǎng)的突然過載和擁 塞。

TCP 慢啟動限制了一個 TCP 端點在任意時刻可以傳輸?shù)姆纸M數(shù)。簡單來說，每成功接收 一個分組，發(fā)送端就有了發(fā)送另外兩個分組的權(quán)限。如果某個 HTTP 事務(wù)有大量數(shù)據(jù)要發(fā) 送，是不能一次將所有分組都發(fā)送出去的。必須發(fā)送一個分組，等待確認；然后可以發(fā)送 兩個分組，每個分組都必須被確認，這樣就可以發(fā)送四個分組了，以此類推。這種方式被 稱為“打開擁塞窗口”。

由于存在這種擁塞控制特性，所以新連接的傳輸速度會比已經(jīng)交換過一定量數(shù)據(jù)的、“已 調(diào)諧”連接慢一些。由于已調(diào)諧連接要更快一些，所以 HTTP 中有一些可以重用現(xiàn)存連接 的工具。

3. HTTP 連接的處理

前面我們說了 TCP 連接，我們重新來分析一下 HTTP ，之前我也說過在 HTTP 1.0的時候和1.1之后，有 Keep-Alive ，關(guān)于 Keep-Alive 不懂的請翻看前面的公眾號的文章內(nèi)容，接下來我分幾個內(nèi)容給大家講述 HTTP 對連接上的處理。

并行連接1 通過多條 TCP 連接發(fā)起并發(fā)的 HTTP 請求。

持久連接1 重用 TCP 連接，以消除連接及關(guān)閉時延。

管道化連接1 通過共享的 TCP 連接發(fā)起并發(fā)的 HTTP 請求。

我們來看一下串行：

每個事務(wù)都需要（串行地建立）一條 新的連接，那么連接時延和慢啟動時延就會疊加起來

并行連接就是說 HTTP 允許客戶端打開多條連接，并行的去執(zhí)行多個HTTP 的事務(wù)，就會出現(xiàn)多條線路平行的情況。

其實并行連接并沒有說是頁面的傳輸速度，是因為多個對象同時在進展，所以，他的速度要比疊加起來，讓你在感覺上快不少。

持久連接

HTTP 1.1 允許 HTTP 設(shè)備在事務(wù)處理結(jié)束之后 將 TCP 連接保持在打開狀態(tài)，以便為未來的 HTTP 請求重用現(xiàn)存的連接。在事務(wù)處理結(jié)束之后仍然保持在打開狀態(tài)的 TCP 連接被稱為持久連接。非持久連接會在每個事務(wù)結(jié)束之后關(guān)閉。持久連接會在不同事務(wù)之間保持打開狀態(tài)，直到客戶端或服務(wù)器決定將其關(guān)閉為止。

管道化連接（也有人稱之為管線化）

HTTP/1.1 允許在持久連接上可選地使用請求管道。這是相對于 keep-alive 連接的又一性能優(yōu)化。在響應(yīng)到達之前，可以將多條請求放入隊列。當?shù)谝粭l請求通過網(wǎng)絡(luò)流向地球另一端的服務(wù)器時，第二條和第三條請求也可以開始發(fā)送了。在高時延網(wǎng)絡(luò)條件下，這樣做可以降低網(wǎng)絡(luò)的環(huán)回時間，提高性能。

其實管道化說白了就是 傳送過程中不需先等待服務(wù)端的回應(yīng)，然后又發(fā)了幾條，瀏覽器將 HTTP 要求大批提交可大幅縮短頁面的加載時間，特別是在傳輸延遲（lag/latency）較高的情況下（如衛(wèi)星連接）。此技術(shù)之關(guān)鍵在于多個 HTTP 的要求消息可以同時塞入一個 TCP 分組中，所以只提交一個分組即可同時發(fā)出多個要求，借此可減少網(wǎng)絡(luò)上多余的分組并降低線路負載。