揭秘HTTP、TCP、UDP与HTTPS背后的原理与应用场景
一、引言
随着互联网技术的飞速发展，我们每天都在与各种网络协议打交道。
其中，HTTP、TCP、UDP和HTTPS是应用最为广泛的网络协议。
了解这些协议的原理及应用场景，对于我们使用网络、开发应用及进行系统运维具有重要意义。
本文将对这四种协议进行详细介绍。
二、HTTP协议
HTTP，全称为超文本传输协议（Hypertext TransferProtocol），是一种应用层的协议。
它的主要作用是在网络传输中提供文本数据的传输服务。
HTTP协议基于TCP连接进行数据传输，采用请求-响应模式。
客户端发出请求，服务器响应请求并返回数据。
HTTP协议的应用场景非常广泛，包括网页浏览、文件下载、图片加载等。
HTTP还支持无状态性，即每个请求独立于其他请求，这使得HTTP协议在处理大量并发请求时具有较高的性能。
三、TCP协议
TCP（Transmission Control Protocol），即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。
TCP协议通过三次握手建立连接，并在连接过程中进行数据包的传输和重传，以确保数据的可靠传输。
TCP协议的应用场景主要包括需要高可靠性、高顺序性的数据传输，如文件传输、网页浏览等。
许多应用程序（如FTP、SMTP、HTTP等）都基于TCP协议进行数据传输。
四、UDP协议
UDP（User Datagram Protocol），即用户数据报协议，是一种无连接的、不可靠的传输层协议。
与TCP不同，UDP协议不需要建立连接，因此具有较低的延迟。
由于UDP不保证数据的可靠传输，因此适用于对实时性要求高、对数据可靠性要求不高的应用场景。
UDP协议的主要应用场景包括流媒体服务（如在线音乐、视频）、实时通信（如VoIP）、在线游戏等。
这些应用对数据的实时性要求较高，而对数据丢失的容忍度较高。
五、HTTPS协议
HTTPS是一种通过SSL/TLS加密通信的HTTP协议。
它在HTTP的基础上，提供了数据加密、完整性保护和身份验证等功能，从而确保数据传输的安全性。
HTTPS协议广泛应用于网银、电商、社交等需要保护用户隐私和数据安全的应用场景。
HTTPS协议的工作原理是，在客户端和服务器之间建立SSL/TLS连接后，所有传输的数据都会被加密。
服务器通过证书验证自己的身份，确保客户端接收到的数据来自合法的服务器。
这样，即使数据在传输过程中被截获，攻击者也无法获取其中的内容。
六、总结
HTTP、TCP、UDP和HTTPS是互联网中不可或缺的四种网络协议。
它们各自具有不同的特点和优势，适用于不同的应用场景。
了解这些协议的原理和应用场景，有助于我们更好地使用网络服务、开发应用及进行系统运维。
HTTP协议适用于文本数据的传输，广泛应用于网页浏览、文件下载等场景；TCP协议提供高可靠性、高顺序性的数据传输，适用于文件传输、网页浏览等需要可靠连接的应用；UDP协议适用于对实时性要求高、对数据可靠性要求不高的场景，如流媒体服务、实时通信等；HTTPS协议则提供了数据加密和身份验证功能，广泛应用于需要保护用户隐私和数据安全的应用场景。
随着技术的不断发展，这些协议也在不断地演进和优化，以满足日益增长的互联网需求。
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两台接入互联网的电脑，最原始的通信方式是怎么样的？
网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。
几个常用协议1、Telnet（Remote Login）：提供远程登录功能，一台计算机用户可以登录到远程的另一台计算机上，如同在远程主机上直接操作一样。
2、FTP（File Transfer Protocol）：远程文件传输协议，允许用户将远程主机上的文件拷贝到自己的计算机上。
3、SMTP（Simple Mail transfer Protocol）：简单邮政传输协议，用于传输电子邮件。
4、NFS（Network File Server）：网络文件服务器，可使多台计算机透明地访问彼此的目录。
5、UDP（User Datagram Protocol）：用户数据包协议，它和TCP一样位于传输层，和IP协议配合使用，在传输数据时省去包头，但它不能提供数据包的重传，所以适合传输较短的文件。
6、超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。
所有的WWW文件都必须遵守这个标准。
以太网的层次结构
OSI OSI是Open System Interconnect的缩写，意为开放式系统互联。
国际标准组织（国际标准化组织）制定了OSI模型。
这个模型把网络通信的工作分为7层,分别是物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应用层。
1至4层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。
5至7层是高层，包含应用程序级的数据。
每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。
第一层是物理层（也即OSI模型中的第一层）在课堂上经常是被忽略的。
它看起来似乎很简单。
但是，这一层的某些方面有时需要特别留意。
物理层实际上就是布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。
甚至一个信鸽也可以被认为是一个1层设备。
网络故障的排除经常涉及到1层问题。
我们不能忘记用五类线在整个一层楼进行连接的传奇故事。
由于办公室的椅子经常从电缆线上压过，导致网络连接出现断断续续的情况。
遗憾的是，这种故障是很常见的，而且排除这种故障需要耗费很长时间。
第2层是数据链路层运行以太网等协议。
请记住，我们要使这个问题简单一些。
第2层中最重要的是你应该理解网桥是什么。
交换机可以看成网桥，人们现在都这样称呼它。
网桥都在2层工作，仅关注以太网上的MAC地址。
如果你在谈论有关MAC地址、交换机或者网卡和驱动程序，你就是在第2层的范畴。
集线器属于第1层的领域，因为它们只是电子设备，没有2层的知识。
第2层的相关问题在本网络讲座中有自己的一部分，因此现在先不详细讨论这个问题的细节。
现在只需要知道第2层把数据帧转换成二进制位供1层处理就可以了。
第3层是网络层在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。
网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。
网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。
如果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是“数据包”问题，而不是第2层的“帧”。
IP是第3层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。
有关路由的一切事情都在第3层处理。
地址解析和路由是3层的重要目的。
第4层是处理信息的传输层。
第4层的数据单元也称作数据包（packets）。
但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。
这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。
理解第4层的另一种方法是，第4层提供端对端的通信管理。
像TCP等一些协议非常善于保证通信的可靠性。
有些协议并不在乎一些数据包是否丢失，UDP协议就是一个主要例子。
第5层是会话层这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。
会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。
如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。
第6层是表示层这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。
它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。
即提供格式化的表示和转换数据服务。
数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。
第7层是“一切”。
第7层也称作“应用层”，是专门用于应用程序的。
应用层确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务如果你的程序需要一种具体格式的数据，你可以发明一些你希望能够把数据发送到目的地的格式，并且创建一个第7层协议。
SMTP、DNS和FTP都是7层协议。
学习OSI模型中最重要的事情是它实际代表什么意思。
假如你是一个网络上的操作系统。
在1层和2层工作的网卡将通知你什么时候有数据到达。
驱动程序处理2层帧的出口，通过它你可以得到一个发亮和闪光的3层数据包（希望是如此）。
作为操作系统，你将调用一些常用的应用程序处理3层数据。
如果这个数据是从下面发上来的，你知道那是发给你的数据包，或者那是一个广播数据包（除非你同时也是一个路由器，不过，暂时不用担心这个问题）。
如果你决定保留这个数据包，你将打开它，并且取出4层数据包。
如果它是TCP协议，这个TCP子系统将被调用并打开这个数据包，然后把这个7层数据发送给在目标端口等待的应用程序。
这个过程就结束了。
当要对网络上的其它计算机做出回应的时候，每一件事情都以相反的顺序发生。
7层应用程序将把数据发送给TCP协议的执行者。
然后，TCP协议在这些数据中加入额外的文件头。
在这个方向上，数据每前进一步体积都要大一些。
TCP协议在IP协议中加入一个合法的TCP字段。
然后，IP协议把这个数据包交给以太网。
以太网再把这个数据作为一个以太网帧发送给驱动程序。
然后，这个数据通过了这个网络。
这条线路中的路由器将部分地分解这个数据包以获得3层文件头，以便确定这个数据包应该发送到哪里。
如果这个数据包的目的地是本地以太网子网，这个操作系统将代替路由器为计算机进行地址解析，并且把数据直接发送给主机。
