网络协议 TCP、UDP 和 HTTP

TCP 与 UDP

TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）是两个广泛使用的传输层协议，它们在数据传输的方式、可靠性和应用场景方面有显著的区别。

TCP

特点：

面向连接：TCP是面向连接的协议，传输数据前需建立连接（三次握手）。
可靠传输：TCP通过确认（ACK）、序列号、重传和校验机制确保数据包的正确性和完整性。
顺序保证：TCP保证数据包按顺序到达，即使数据包乱序到达，也会在接收端进行排序。
流量控制：TCP有流量控制机制，避免发送方发送数据过快，导致接收方处理不过来。
拥塞控制：TCP有拥塞控制机制，检测并应对网络拥塞，调整发送速率。

应用场景：

需要可靠传输的应用，如网页浏览（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、远程登录（SSH）等。

UDP

特点：

无连接：UDP是无连接的协议，传输数据前不需建立连接。
不保证可靠性：UDP不保证数据包的传输成功，不进行确认、重传和顺序控制。
无序传输：UDP数据包可能乱序到达，接收方无法确保数据包的顺序。
无流量控制：UDP没有流量控制机制，发送方可以随时发送数据。
低开销：由于UDP头部开销小，传输速度快，适合实时性要求高的应用。

应用场景：

需要快速传输且对丢包不敏感的应用，如视频会议、实时游戏、直播、DNS查询等。

比较总结

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（三次握手）	无连接
可靠性	可靠（确认、重传、校验、排序）	不可靠（不确认、不重传、不排序）
传输顺序	保证顺序到达	不保证顺序
流量控制	有	无
拥塞控制	有	无
头部开销	较大	较小
速度	较慢（但可靠）	较快（但不可靠）
典型应用场景	HTTP/HTTPS、FTP、SMTP、SSH	DNS、视频会议、在线游戏

实例分析

TCP实例（HTTP/HTTPS）：

在浏览网页时，浏览器使用HTTP/HTTPS协议，这些协议基于TCP。由于网页内容需要可靠传输且必须按顺序呈现，TCP的可靠性和顺序控制非常重要。

UDP实例（视频会议）：

在视频会议应用中，数据包的实时性比可靠性更重要。即使丢失少量数据包，视频和音频流的播放不会受到显著影响，因此UDP更适合这类应用。

总结

TCP和UDP各有优劣，选择使用哪种协议取决于具体的应用需求。如果需要数据可靠性和顺序性，TCP是更好的选择；如果对传输速度和实时性要求高，且能容忍部分数据丢失，则UDP更为适合。

HTTP 与 HTTPS

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是用于万维网的数据传输协议。随着互联网的发展，HTTP经历了多个版本的演变，以提升性能、安全性和用户体验。下面是HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2.0、HTTP/3.0以及HTTPS的介绍。

HTTP/1.0

特点：

无状态协议：每个请求/响应对是独立的，不保留任何状态。
短连接：每次请求需要建立一个新的TCP连接，响应完毕后连接关闭。
简单的请求/响应模型：请求包括方法、URL和协议版本，响应包括状态码、响应头和实体内容。

局限性：

每个请求需要建立新的TCP连接，效率较低。
没有专门的头字段用于描述内容的长度（引入了Content-Length头）。
不支持持久连接和请求管道化。

HTTP/1.1

特点：

持久连接：默认使用持久连接（Keep-Alive），在一个TCP连接上可以传输多个请求/响应对，减少连接建立和关闭的开销。
请求管道化：允许在一个连接上发送多个请求，而不必等待响应，从而提高传输效率（虽然实际应用中并不广泛）。

局限性：

请求 / 响应头部（Header）未经压缩就发送，首部信息越多延迟越大。只能压缩 Body 的部分；
发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多；
服务器是按请求的顺序响应的，如果服务器响应慢，会招致客户端一直请求不到数据，也就是队头阻塞；
没有请求优先级控制；
请求只能从客户端开始，服务器只能被动响应

HTTP/2.0

特点：

二进制传输：使用二进制格式传输数据，而不是文本格式，提高了传输效率。
多路复用：在一个TCP连接上可以并发多个请求和响应，解决了HTTP/1.1的队头阻塞问题。
头部压缩：使用HPACK算法对头部进行压缩，减少传输的数据量。
服务器推送：服务器可以主动将资源推送到客户端缓存中，而不需要客户端显式请求。

优势：

显著提高了传输效率和性能。
减少了延迟和带宽消耗。
更适合现代网页应用的需求。

缺点：

HTTP/2 通过 Stream 的并发能力，解决了 HTTP/1 队头阻塞的问题，看似很完美了，但是 HTTP/2 还是存在“队头阻塞”的问题，只不过问题不是在 HTTP 这一层面，而是在 TCP 这一层。

HTTP/2 是基于 TCP 协议来传输数据的，TCP 是字节流协议，TCP 层必须保证收到的字节数据是完整且连续的，这样内核才会将缓冲区里的数据返回给 HTTP 应用，那么当「前 1 个字节数据」没有到达时，后收到的字节数据只能存放在内核缓冲区里，只有等到这 1 个字节数据到达时，HTTP/2 应用层才能从内核中拿到数据，这就是 HTTP/2 队头阻塞问题。

HTTP/3.0

特点：

基于QUIC协议：HTTP/3基于UDP而不是TCP，使用QUIC协议提供传输层服务。
减少延迟：QUIC集成了TCP的多路复用和TLS的加密功能，减少了握手延迟。
连接迁移：QUIC支持连接迁移，客户端可以在网络条件变化时无缝切换连接。
更快的恢复机制：QUIC可以更快地恢复丢失的数据包，提高传输效率。

优势：

更低的延迟和更高的传输效率。
更好的用户体验，特别是在移动网络和不稳定网络环境下。

HTTPS（HTTP Secure）

特点：

加密通信：HTTPS使用 TLS/SSL 对数据进行加密，保护数据的机密性和完整性。
身份验证：通过数字证书验证服务器的身份，防止中间人攻击。
数据完整性：保证数据在传输过程中未被篡改。

优势：

提高了数据传输的安全性和隐私性。
是现代网络应用（如电子商务、网上银行等）的安全基石。

工作流程：

握手阶段：客户端和服务器建立安全连接，包括协议协商、证书交换、密钥生成等步骤。
数据传输阶段：在建立的安全连接上进行加密的数据传输。

版本对比总结

特性	HTTP/1.0	HTTP/1.1	HTTP/2.0	HTTP/3.0	HTTPS
连接方式	短连接	持久连接	持久连接，多路复用	基于QUIC的持久连接	基于TLS/SSL的持久连接
数据传输	文本格式	文本格式	加密的二进制格式	加密的二进制格式	加密的二进制格式
多路复用	不支持	支持，但有队头阻塞	支持，解决队头阻塞	支持，解决队头阻塞	支持，解决队头阻塞
头部压缩	不支持	不支持	支持	支持	支持（TLS压缩）
服务器推送	不支持	不支持	支持	支持	支持
安全性	无	无	有	有	高（基于TLS/SSL）