网络通讯核心协议：TCP、UDP、HTTP 与 HTTPS 详解

二、应用层协议详解

HTTP（超文本传输协议）

协议演进：

• HTTP/1.0：每个请求/响应后关闭连接
• HTTP/1.1：持久连接、管道化、分块传输
• HTTP/2：多路复用、头部压缩、服务器推送
• HTTP/3：基于 QUIC，解决队头阻塞

常用方法：

• GET：获取资源
• POST：提交数据
• PUT：更新资源
• DELETE：删除资源
• PATCH：部分更新
• HEAD：获取头部信息
• OPTIONS：查询支持方法

状态码分类：

• 1xx：信息性状态码
• 2xx：成功（200 OK、201 Created、204 No Content）
• 3xx：重定向（301 Moved Permanently、304 Not Modified）
• 4xx：客户端错误（400 Bad Request、403 Forbidden、404 Not Found）
• 5xx：服务器错误（500 Internal Server Error、502 Bad Gateway）

HTTP/2 核心改进：

1. 二进制分帧：将消息分解为独立帧，交错发送
2. 多路复用：一个连接并行多个请求/响应
3. 头部压缩：HPACK 算法减少头部大小
4. 服务器推送：服务器主动推送客户端可能需要的资源

HTTPS（安全超文本传输协议）

HTTPS = HTTP + SSL/TLS，为 HTTP 通信提供加密、完整性和身份验证。

加密原理：

1. 对称加密：加密解密使用相同密钥，速度快算法：AES、DES、3DES
2. 非对称加密：公钥加密，私钥解密，安全性高算法：RSA、ECC、DH
3. 混合加密：结合两者优势，用非对称加密交换对称密钥

数字证书与 PKI：

• CA（证书颁发机构）：受信任的第三方
• 数字证书：包含公钥、持有者信息、CA 签名
• 证书链：根证书 → 中间证书 → 服务器证书

TLS 握手过程：

1. ClientHello：客户端支持的 TLS 版本、密码套件、随机数
2. ServerHello：服务器选择 TLS 版本、密码套件、随机数，发送证书
3. 证书验证：客户端验证服务器证书
4. 密钥交换：客户端生成预主密钥，用服务器公钥加密发送
5. 计算密钥：双方用随机数和预主密钥计算会话密钥
6. 完成消息：验证握手过程完整性

HTTPS 优势：

• **防窃听：**加密传输内容
• **防篡改：**数字签名保证完整性
• **防冒充：**证书验证身份
• **SEO 优势：**搜索引擎排名因素

三、协议间的协同工作

端到端通信流程实例

我们以访问 https://www.example.com 为例：

1. DNS 解析：UDP 查询 www.example.com 的 IP 地址
2. TCP 连接：与服务器 443 端口三次握手建立连接
3. TLS 握手：协商加密参数，验证证书
4. HTTP 请求：发送加密的 HTTP 请求
5. HTTP 响应：接收加密的 HTTP 响应
6. 渲染页面：浏览器解析 HTML，加载资源
7. 连接关闭：四次挥手释放连接

常见通信模式

短连接模式（HTTP/1.0 默认）：

请求 -> 响应 -> 关闭连接 新请求 -> 新连接 -> 响应 -> 关闭连接

• 优点：服务器资源占用少
• 缺点：连接建立开销大

持久连接模式（HTTP/1.1 默认）：

建立连接 请求 1 → 响应 1 请求 2 → 响应 2 ... 请求 N → 响应 N 关闭连接

• 优点：减少连接建立开销
• 缺点：服务器需维护连接状态

HTTP/2 多路复用：

连接 ├─ 流 1：请求 1 → 响应 1 ├─ 流 2：请求 2 → 响应 2 ├─ 流 3：请求 3 → 响应 3 └─ 流 4：服务器推送资源

• 完全解决队头阻塞
• 头部压缩减少开销