浅析前端领域里与网络相关的知识

一、3种握手形式

　　在早期的网络传输中，也就存在TCP协议需要“握手”的过程，但早期的协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起，做不到服务器主动向客户端推送信息。于是WebSocket 协议在 2008 年诞生，2011 年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。而随着SSL/TLS的完善，存在已久的安全版网络协议：HTTPS也是迸发式发展。最后前端领域的协议握手便成了三分天下：

1. TCP三次握手，归HTTP。
2. TLS握手，归HTTPS
3. WebSocket握手，基于TCP协议，都能用。

二、TCP三次握手的意义

　　《网络是怎样连接的》中的一段话：

在实际的通信中，序号并不是从 1 开始的，而是需要用随机数计算出一个初始值，这是因为 如果序号都从 1 开始，通信过程就会非常容易预测，有人会利用这一点来发动攻击。但是如果初始值是随机的，那么对方就搞不清楚序号到底是从 多少开始计算的，因此需要在开始收发数据之前将初始值告知通信对象。

　　你品，你细品。三次握手不就是相互试探暗号，来确定是不是对的人吗？

1、一个网络包的最大长度

　　计算每个网络包能容纳的数据长度，协议栈会根据一个叫作 MTU的参数来进行判断。

　　MTU表示一个网络包的最大长度，在以太网中一般是1500字节

　　MTU是包含头部的总长度，因此需要从MTU减去头部的长度，然后得到的长度就是一个网络包中所能容纳的最大数据长度，这一长度叫作MSS。

　　由上两图可知，MSS值是1460（1500-40）字节，其中：

1. TCP固定头部20字节。
2. IP固定头部20字节。
3. TCP头部最长可以达到60字节。

三、TLS握手：https的核心

HTTPS 其实是一个“非常简单”的协议，RFC 文档很小，只有短短的 7 页，里面规定了新的协议名“https”，默认端口号 443，至于其他的什么请求 - 应答模式、报文结构、请求方法、URI、头字段、连接管理等等都完全沿用 HTTP，没有任何新的东西。---- 《透视HTTP协议》

　　感兴趣的可以到这里看看：链接：https://tools.ietf.org/html/rfc2818

1、TLS/SSL究竟是啥？

　　很多人看到TLS/SSL这对词就开始蒙圈了。实际上，这两个东西是一个玩意儿：1999 年改名：SSL 3 === TLS 1.0

　　目前运用最广泛的是TLS 1.2:

TLS 由记录协议、握手协议、警告协议、变更密码规范协议、扩展协议等几个子协议组成，综合使用了对称加密、非对称加密、身份认证等许多密码学前沿技术。

　　由于TLS/SSL 协议位于应用层和传输层 TCP 协议之间。TLS 粗略的划分又可以分为 2 层：

　　（1）靠近应用层的握手协议 TLS Handshaking Protocols

　　（2）靠近 TCP 的记录层协议 TLS Record Protocol

　　这个篇幅展开来写就太多了，我们先关心下TLS握手吧。

2、TLS握手详解

（1）TLS 握手何时发生？：

1. 每当用户通过HTTPS导航到网站并且浏览器首先开始查询网站的原始服务器时，就会进行TLS握手。
2. 每当其他任何通信使用HTTPS（包括API调用和HTTPS查询上的 DNS）时，也会发生TLS握手。
3. 通过 TCP 握手打开 TCP 连接后，会发生TLS 握手。

（2）TLS 握手期间会发生什么？

　　在TLS握手过程中，客户端和服务器将共同执行以下操作：

• 指定将使用的 TLS 版本（TLS 1.0、1.2、1.3 等）
• 确定将使用哪些加密套件。
• 通过服务器的公钥和 SSL 证书颁发机构的数字签名来验证服务器的身份
• 握手完成后，生成会话密钥以使用对称加密

（3）加密套件决定握手方式：：

在TLS中有两种主要的握手类型：一种基于RSA，一种基于Diffie-Hellman。这两种握手类型的主要区别在于主秘钥交换和认证上。

	秘钥交换	身份验证
RSA 握手	RSA	RSA
DH 握手	DH	RSA/DSA

　　主流的握手类型，基本都是基于RSA，所以以下讲解都基于RSA版握手。整个流程如下图所示：

　　具体流程描述：

1. 客户端hello：客户端通过向服务器发送“问候”消息来发起握手。该消息将包括客户端支持的 TLS 版本，支持的加密套件以及称为“客户端随机”的随机字节字符串。
2. 服务器hello：为回复客户端hello消息，服务器发送一条消息，其中包含服务器的SSL证书，服务器选择的加密套件和“服务器随机数”，即服务器生成的另一个随机字节串。
3. 客户端发送公钥加密的预主密钥。
4. 服务器用自己的私钥解密加密的预主密钥。
• 客户端finished：客户端发送“完成”消息，该消息已用会话密钥加密。
• 服务器finished：服务器发送一条用会话密钥加密的“完成”消息。
5. 握手完成，后续通过主密钥加解密。

四、WebSocket握手

　　WebSocket协议实现起来相对简单。它使用HTTP协议进行初始握手。成功握手之后，就建立了连接，WebSocket基本上使用原始 TCP 读取/写入数据。

　　《图解HTTP》一书中的图讲的比较清楚：

　　具体步骤表现是：

// 1、客户端请求：
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

// 2、服务端响应：
HTTP/1.1 101
Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

1、Websocket全双工通信

　　Websocket协议解决了服务器与客户端全双工通信的问题。那什么是单工、半双工、全双工通信？

类型	能力
单工	信息单向传送
半双工	信息能双向传送，但不能同时双向传送
全双工	信息能够同时双向传送

2、Websocket和Socket区别

　　可以把WebSocket想象成HTTP应用层，HTTP和Socket什么关系，WebSocket和Socket就是什么关系。

（1） WebSocket与HTTP的关系

　　相同点：都是一样基于TCP的，都是可靠性传输协议。都是应用层协议。

　　不同点：WebSocket是双向通信协议，模拟Socket协议，可以双向发送或接受信息。HTTP是单向的。WebSocket是需要握手进行建立连接的。

（2）Socket是什么？

　　Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

3、Socket.IO的七层降级

　　在Golang、Java Spring等框架中，websocket都有一套实现API。

　　Socket.IO 由两部分组成：

1. 一个服务端用于集成 (或挂载) 到 Node.JS HTTP 服务器：socket.io
2. 一个加载到浏览器中的客户端：socket.io-client

　　很多人以为Socket.IO只是WebSocket和XHR长轮询。实际上，Socket.io有很多传输机制:

1. WebSockets
2. FlashSocket
3. XHR长轮询
4. XHR部分流：multipart/form-data
5. XHR轮询
6. JSONP轮询
7. iframe

　　得益于这么多种传输机制，Socket.io兼容性完全不用担心。

五、http与https的核心区别

　　HTTPS 与HTTP 核心区别在于两点：

1. 把 HTTP 下层的传输协议由 TCP/IP 换成了 SSL/TLS
2. 收发报文不再使用 Socket API，而是调用专门的安全接口。

　　具体区别：

1. HTTPS协议需要到CA申请证书，一般免费证书很少，需要交费。
2. HTTP是超文本传输协议，信息是明文传输，HTTPS 则是具有安全性的 ssl 加密传输协议。
3. HTTP和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样,前者是80,后者是443。
4. HTTP的连接很简单,是无状态的。HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比HTTP协议安全。