理论与API相结合理解Node中的网络通信

简介: 理论与API相结合理解Node中的网络通信

随着Node发展,其应用越来越常见,特别是在前端圈,给我们注入了新的活力。在使用中,Node的网络通信部分主要涉及到传输层和应用层,本次就来一起唠一唠常见的TCP、UDP、HTTP协议的使用,通过理论与实践相结合,更加清楚的了解与使用这些协议。


一、传输层


1.1 TCP

TCP是面向连接的,并且通过流量控制、、序号、确认和定时器,确保正确的、按序的将数据从发送进程交付给接收进程。按照服是否进行监听进行划分,TCP分为服务器和客户端。下面来分开聊一下。

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认真读Node的API,发现其与TCP的原理暗暗贴合,妈妈再也不用担心我记不住这些API了。先看看TCP的三次握手与四次挥手过程。


  • 三次握手

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  1. TCP服务器进程先创建传输控制块TCB(线程控制块),时刻准备接受客户进程的连接请求,此时服务器就进入了LISTEN(监听)状态;


  1. TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB,然后向服务器发出连接请求报文,这时报文首部中的同部位SYN=1,同时选择一个初始序列号 seq=x ,此时,TCP客户端进程进入了 SYN-SENT(同步已发送状态)状态。TCP规定,SYN报文段(SYN=1的报文段)不能携带数据,但需要消耗掉一个序号。


  1. TCP服务器收到请求报文后,如果同意连接,则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1,SYN=1,确认号是ack=x+1,同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y,此时,TCP服务器进程进入了SYN-RCVD(同步收到)状态。这个报文也不能携带数据,但是同样要消耗一个序号。


  1. TCP客户进程收到确认后,还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1,ack=y+1,自己的序列号seq=x+1,此时,TCP连接建立,客户端进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。TCP规定,ACK报文段可以携带数据,但是如果不携带数据则不消耗序号。


  1. 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态,此后双方就可以开始通信了。


  • 四次挥手

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  1. 客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。


  1. 服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。


  1. 客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。


  1. 服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。


  1. 客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。


  1. 服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。


1.1.1 TCP服务器

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在上述图中,仔细品,可以总结为如何创建服务、服务相关、连接相关。然后并将其中事件与三次握手、四次挥手进行联系,很容易发现其实关键过程都被进行了监听。


  1. 如何创建服务:TCP建立连接前需要进入监听状态,所以这就涉及到图中的创建方式,创建服务后才可以监听特定地址
  2. 服务相关:服务创建之后就要观察其状态,并根据其状态进行一些列的处理,这就是服务器事件做的事情。
  3. 连接相关:服务器监听的目的是有连接建立并进行通信,当连接建立之后就需要对整个数据传输过程进行监听,这就是连接事件。

1.1.2 TCP客户端


TCP客户端做的事情比较简单,只需要与对应服务器建立连接,即可进行数据的传输了。

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1.1.3 注意事项

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1.2 UDP


一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务.


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二、应用层



2.1 HTTP


HTTP应该是日常开发中用的最多的协议,其是建立在TCP传输层之上的应用层协议。搞懂这个协议对前端整体水平的提高至关重要。


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2.1.1 服务器


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2.1.2 客户端


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2.1.3 两个关键对象


IncomingMessage和ServerResponse两个对象在整个协议的使用中至关重要,特别是IncomingMessage。当在使用的时候,若不懂的如何去使用,这个时候是不是应该去考虑一下请求报文与响应报文的结构了?其关键属性刚好与请求报文和响应报文相呼应

  1. HTTP请求报文主要包括:请求行(方法字段、URI字段和协议版本)、请求头部以及请求的数据(实体)。
  2. HTTP响应报文分为三个部分:状态行(版本、状态码和原因语句)、首部行和实体。


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