计算机网络——SOCKET、TCP、HTTP之间的区别与联系

一、 Socket

（1）什么是socket

• 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。（其实就是bind绑定）

（2）为什么需要socket

• 应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。

• 为了区别不同的应用程序进程和连接，计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。【服务端利用多进程或多线程连接多个应用程序】

• 应用层可以和传输层通过Socket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。

（3）建立socket连接

简单描述，具体查看博文：Linux 网络编程——socket 网络编程

• （1）建立Socket连接至少需要一对套接字（socket函数），其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。

• （2）bind做网络通信必须的五种信息绑定。

• （3）套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听（listen），客户端请求（connect），连接确认（accept）。

（4）socket分类

• SOCK_STREAM，流式套接字，用于TCP
• SOCK_DGRAM，数据报套接字，用于UDP
• SOCK_RAW，原始套接字，对于其他层次的协议操作时需要使用这个类型

二、HTTP(基于TCP)

（1）HTTP的概念

• HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

（2）HTTP连接的特点

（2.1）连接请求：一次连接

• HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求服务器都需要回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为一次连接

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。
2）在HTTP> 1.1中，则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。–>异步请求

（2.2）连接请求：短连接(注意：socket是长连接)

• 由于HTTP在每次请求结束后服务端都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，客户端需要向服务器不断地发起连接请求。

• 若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

通常的做法是即使不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一保持连接的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。

三、TCP/IP协议簇(簇：包含多个协议）

• TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。

注意：TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

• TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。

就像配置串口通信一样，通信双方要提前制定好规则（传输速率，传输格式），这样接受信息的过程、接受到的信息才会正确。

四、HTTP、Socket、TCP的联系

（1）SOCKET是操作TCP/IP的编程接口

• 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），例如当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

• 从程序员的层面上来说：socket则是对TCP/IP协议的封装和应用。socket是封装好的接口，便于程序员调用

• 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。

• 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。

• “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。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。”

（2）SOCKET与HTTP

（2.1）长连接与短连接

• Socket是长连接：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，这称为长连接(socket会自动向服务端发送心跳包吧，这样可一直保持连接)。

• HTTP是短连接：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。【发送请求 -> 回复 -> 断开】，这称为短连接。

（2.2）保持数据的实时同步

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。

（1）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；

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。

（2）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。

（3）TCP/IP和HTTP协议

• TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据在网络中如何传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

• “我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，双方就能收发数据，但是无法解析数据；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，HTTP协议解决了浏览器和服务器之间通讯协议的数据格式解析；，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等。

五、HTTP、Socket、TCP的区别

关系如下：

（1）Socket（套接字）

• 现在我们了解到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。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也必须对外提供编程接口，这就是Socket。现在我们知道，Socket跟TCP/IP并没有必然的联系。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，Socket的出现只是可以更方便的使用TCP/IP协议栈而已，其对TCP/IP进行了抽象，形成了几个最基本的函数接口。比如create，listen，accept，connect，read和write等等，不同语言都有对应的建立Socket服务端和客户端的库。

（2）Socket长连接

• 所谓长连接，指在一个TCP连接上可以连续发送多个数据包，在TCP连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发检测包以维持此连接(心跳包)，一般需要自己做在线维持。 短连接是指通信双方有数据交互时，就建立一个TCP连接，数据发送完成后，则断开此TCP连接。比如Http的，只是连接、请求、关闭，过程时间较短,服务器若是一段时间内没有收到请求即可关闭连接。其实长连接是相对于通常的短连接而说的，也就是长时间保持客户端与服务端的连接状态。

• 通常的短连接操作步骤是：连接→数据传输→关闭连接；

• 而长连接通常就是：连接→数据传输→保持连接(心跳)→数据传输→保持连接(心跳)→……→关闭连接；

（3）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。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，下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。

（4）TCP连接和HTTP连接的区别

• HTTP是基于TCP的，客户端往服务端发送一个HTTP请求时第一步就是要建立与服务端的TCP连接，也就是先三次握手，从HTTP 1.1开始支持持久连接，也就是一次TCP连接可以发送多次的HTTP请求。

（5）TCP连接与Socket连接的区别

• socket层只是在TCP/UDP传输层上做的一个抽象接口层，因此一个socket连接可以基于连接，也有可能基于UDP。基于TCP协议的socket连接同样需要通过三次握手建立连接，是可靠的；基于UDP协议的socket连接不需要建立连接的过程，不过对方能不能收到都会发送过去，是不可靠的，大多数的即时通讯IM都是后者。

（6）HTTP连接与Socket连接的区别

• HTTP是短连接，Socket(基于TCP协议的)是长连接。尽管HTTP1.1开始支持持久连接，但仍无法保证始终连接，客户端获得响应后，连接将自行终止。而Socket连接一旦建立TCP三次握手，除非一方主动断开，否则连接状态一直保持。

• HTTP连接服务端无法主动发消息【即单向的】，Socket连接双方请求的发送先后限制【全双工】。这点就比较重要了，因为它将决定二者分别适合应用在什么场景下。HTTP采用“请求-响应”机制，在客户端还没发送消息给服务端前，服务端无法推送消息给客户端。必须满足客户端发送消息在前，服务端回复在后。Socket连接双方类似peer2peer的关系，一方随时可以向另一方喊话。

• websocket以ws://或wss://开头。

六、总结

联系

• 两个计算机进行网络通讯时使用TCP协议就够了，双方就能收发数据，但是无法解析数据；

• HTTP协议解决了浏览器和服务器之间通讯协议的数据格式解析；

• HTTP协议基于TCP协议，通过TCP协议传输数据；HTTP协议是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。HTTP协议主要解决如何包装数据。

• Socket套接字是通信的基石，是程序员能够进行 TCP/IP 编程的最小单位。是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。当使用 TCP 协议进行连接时，该 Socket 连接就是一个TCP 连接。

区别

• HTTP是应用层的协议，更靠近用户端；TCP是传输层的协议；而socket是从传输层上抽象出来的一个抽象层，本质是接口

• HTTP是短连接，Socket(基于TCP协议的)是长连接

• HTTP连接服务端无法主动发消息，客户端发送的每次请求服务器都需要回送响应。Socket连接双方请求的发送先后限制

• HTTP位于应用层，socket位于会话层，TCP位于传输层

七、常见问题

（1）什么时候该用HTTP，什么时候该用socket ?

• 用HTTP的情况：

  • 双方不需要时刻保持连接在线，比如客户端资源的获取、文件上传等。不需要很频繁或仅获取一次的数据可以通过简单的HTTP请求查询

• 用Socket的情况：

  • 聊天应用程序：聊天应用程序仅使用WebSocket建立一次连接，便能在订阅户之间交换，发布和广播消息。它重复使用相同的WebSocket连接，用于发送和接收消息以及一对一的消息传输
  • 游戏应用程序：在游戏应用程序中，你可能会注意到，服务器会持续接收数据，而不会刷新用户界面。屏幕上的用户界面会自动刷新，而且不需要建立新的连接，因此在WebSocket游戏应用程序中非常有帮助。
  • 即时Web应用程序：即时Web应用程序使用一个Web套接字在客户端显示数据，这些数据由后端服务器连续发送。在WebSocket中，数据被连续推送/传输到已经打开的同一连接中，这就是为什么WebSocket更快并提高了应用程序性能的原因。 例如在交易网站或比特币交易中，这是最不稳定的事情，它用于显示价格波动，数据被后端服务器使用Web套接字通道连续推送到客户端。

（2）浏览器在与服务器建立了一个 TCP 连接后是否会在一个 HTTP 请求完成后断开？什么情况下会断开？

• 在 HTTP/1.0 中，一个服务器在发送完一个 HTTP 响应后，会断开 TCP 链接。但是这样每次请求都会重新建立和断开 TCP 连接，代价过大。所以虽然标准中没有设定，某些服务器对 Connection: keep-alive 的 Header 进行了支持。意思是说，完成这个 HTTP 请求之后，不要断开 HTTP 请求使用的 TCP 连接。这样的好处是连接可以被重新使用，之后发送 HTTP 请求的时候不需要重新建立 TCP 连接，以及如果维持连接，那么 SSL 的开销也可以避免，维持连接后，初始化连接和 SSL 开销消失了，说明使用的是同一个 TCP 连接
• 持久连接：既然维持 TCP 连接好处这么多，HTTP/1.1 就把 Connection 头写进标准，并且默认开启持久连接，除非请求中写明 Connection: close，那么浏览器和服务器之间是会维持一段时间的 TCP 连接，不会一个请求结束就断掉。

（3）一个TCP 连接可以发多少个 HTTP 请求?

• 如果维持连接，一个 TCP 连接是可以发送多个 HTTP 请求的。maxKeepAliveRequests: 每个TCP连接接受最大的Http请求数目，当处理一个keep alive请求达到这个最大值，Tomcat关闭这个连接，设置为失效任何keep alive请求.

（4）一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么（比如一起发三个请求，再三个响应一起接收）？

• HTTP/1.1 存在一个问题，单个 TCP 连接在同一时刻只能处理一个请求，意思是说：两个请求的生命周期不能重叠，任意两个 HTTP 请求从开始到结束的时间在同一个 TCP 连接里不能重叠。虽然 HTTP/1.1 规范中规定了 Pipelining 来试图解决这个问题，但是这个功能在浏览器中默认是关闭的。

• 但是，HTTP2 提供了 Multiplexing 多路传输特性，可以在一个 TCP 连接中同时完成多个 HTTP 请求。

• 那么在 HTTP/1.1 时代，浏览器是如何提高页面加载效率的呢？主要有下面两点：

  • 维持和服务器已经建立的 TCP 连接，在同一连接上顺序处理多个请求。
  • 和服务器建立多个 TCP 连接。

（5）为什么有时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接？

• 如果采用HTTP采用持久连接，TCP 连接有的时候会被浏览器和服务端维持一段时间。TCP 不需要重新建立，SSL 自然也会用之前的。

（6）浏览器对同一 Host 建立 TCP 连接到数量有没有限制？

假设我们还处在 HTTP/1.1 时代，那个时候没有多路传输，当浏览器拿到一个有几十张图片的网页该怎么办呢？肯定不能只开一个 TCP 连接顺序下载，那样用户肯定等的很难受，但是如果每个图片都开一个 TCP 连接发 HTTP 请求，那电脑或者服务器都可能受不了，要是有 1000 张图片的话总不能开 1000 个TCP 连接吧，你的电脑同意 NAT 也不一定会同意。

所以答案是：有。Chrome最多允许对同一个 Host 建立六个 TCP 连接。不同的浏览器有一些区别。

收到的 HTML 如果包含几十个图片标签，这些图片是以什么方式、什么顺序、建立了多少连接、使用什么协议被下载下来的呢？

如果图片都是 HTTPS 连接并且在同一个域名下，那么浏览器在 SSL 握手之后会和服务器商量能不能用 HTTP2，如果能的话就使用Multiplexing 功能在这个连接上进行多路传输。不过也未必会所有挂在这个域名的资源都会使用一个 TCP 连接去获取，但是可以确定的是 Multiplexing 很可能会被用到。
如果发现用不了 HTTP2 呢？或者用不了 HTTPS（现实中的 HTTP2 都是在 HTTPS 上实现的，所以也就是只能使用 HTTP/1.1）。那浏览器就会在一个 HOST 上建立多个 TCP 连接，连接数量的最大限制取决于浏览器设置，这些连接会在空闲的时候被浏览器用来发送新的请求，如果所有的连接都正在发送请求呢？那其他的请求就只能等等了。

参考博文：
网络编程知识预备(3) ——SOCKET、TCP、HTTP之间的区别与联系

网络编程知识预备(4) —— SOCKET、TCP、HTTP之间的区别与联系文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-788456.html

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