Android开发需要了解的网络编程基础

一、概述

网络通信需要通过协议来完成，目前所使用的网络通信协议主要由两种模型体现。

因特网模型【五层】 

应用层 → 运输层 → 网络层 → 链路层 → 物理层

OSI/ISO模型【开放式系统互联 七层】 

应用层 → 表示层 → 会话层 → 运输层 → 网络层 → 链路层 → 物理层

简化五层 → TCP/IP模型【最常见 四层】 

应用层 → 运输层 → 网络层 → 网络接口层

二、五层模型概述（不考虑物理层）

应用层 

HTTP协议存在这一层（除此之外还有TELNET、FTP、SNMP、TFTP、NTP几种模型），位于应用层要传递的信息称为报文。

传输层 

TCP、UDP协议存在于这一层，这两种协议把应用层的报文封装成一个新的结构，叫做报文段，在两个程序之间传递。

网络层 

IP协议存在于这一层，网络层把传输层的报文段封装成一个叫做数据报的数据结构，把这个数据结构从一台主机移动到另一台主机上。

链路层 

在一层把网络层的数据报再次封装，叫做帧。这一层把帧从当前节点移动到下一个节点，如从主机传输到路由器。

三、应用层概述（HTTP协议）

应用层目前主要使用两种体系结构，C/S结构（客户端/服务端结构），P2P结构（对等体系结构）。

HTTP协议，存在于应用层，契合C/S结构。用于将数据封装成请求报文发送。

请求报文，主要四部分组成：请求行，请求头，空行，请求体。

请求行：由三个部分组成，请求方法+URL+协议版本，请求方法：GET、POST、PUT等共八种；URL是一个统一资源标识符（如www.baidu.com等）；协议版本（如HTTP/1.1）。

请求头：键值对的形式，每行一对，关键字和值用英文冒号分隔，请求头通知服务器有关于客户端请求的信息。参考资料

空行符：分割请求头和请求体的作用。

请求体：以GET方法和POST方法来解释：当请求方法为POST时，客户端需要填写相关的表单，与请求包体相关的最常使用的是包体类型 Content-Type 和包体长度 Content-Length。GET通常不需要请求体。

响应报文，与请求报文对应，是服务端返回给客户端的请求结果。

响应报文由四个部分组成：状态行，响应头，空行，响应体。

状态行：包含了状态码（状态码自行查询含义）。

响应头：参考资料

响应体：服务器返回的文本信息。

四、传输层概述（UDP/TCP协议）

在网络通信的传输层，存在两种运输协议，UDP（用户数据报协议），TCP（传输控制协议）。两种协议都可以传递应用层中的请求报文。UDP与TCP的数据报结构参考：https://juejin.im/post/5a2614b8f265da432652af7d

UDP（用户数据报协议）特点

无连接的通讯协议

传输数据有大小限制，每个被传输的数据限定在64KB之内

是一个不可靠协议，不能保证数据传输的完整性与次序

传输速度快开销较小

支持一对一、一对多、多对一、多对多通信

TCP（传输控制协议）特点

面向连接的协议

只支持点对点的通信

传输的数据没有大小限制

是一个可靠的协议，可以保证数据传输的完整性与次序

耗时较多开销较大

TCP连接相关的报文相关缩写：SYN（同步标志synchronous）、ACK（确认标志Acknowledgement）、ACK序号（Acknowledgment Number）、SEQ（序列号Sequence Number）、FIN（结束标志final）

TCP建立连接的过程（三次握手）

第一次握手：客户端发送一个请求报文段，将报文段首部的一个标志位SYN设置为1，同时，客户端会把报文段的序列号SEQ设置为一个随机值x。这个时候，客户端进入到SYN_SEND状态，等待服务器确认。

第二次握手：服务器收到报文段，对齐进行确认。把这个收到的报文段的ACK序号设置为x + 1；同时，向客户端发送一个响应请求报文段，讲这个请求的SYN标志位设置为1，序列号SEQ设置为一个随机值y。然后服务器将上述信息整合成一个报文段，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手：客户端收到整合后的报文段，将这个报文段的ACK序号设置为y + 1，并将ACK报文段发送给服务器进行连接确认，服务器接收到这个报文段后，客户端与服务器都进入ESTABLISHED状态。建立连接以后，SYN被置为0，接下来就可以进行数据传输了。

TCP关闭连接的过程（四次挥手）

第一次挥手：客户端向服务器发送一个特殊的报文段，这个报文段的首部标志位FIN设置为1，这个时候客户端进入FIN_WAIT_1状态，表示客户端没有数据要发送给服务器了。

第二次挥手：服务端收到客户端发送的报文段后，向客户端发送了一个ACK报文段，客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态，服务器告诉客户端，同意关闭请求。

第三次挥手：服务器再次向客户端发送一个FIN报文段，FIN标志未设置为1，请求关闭连接，同时服务器进入LAST_ACK状态；

第四次挥手：客户端收到这个FIN报文段后，向服务器发送AKC报文段，客户端此时进入TIME_WAIT状态。服务器收到这个ACK报文段后，就关闭连接。此时客户端等待2ms后没有收到回复，说明服务器已经关闭连接，那么客户端也关闭连接。

五、Socket【推荐阅读 】

Socket是处于应用层与运输层【TCP/IP模型】中间一组接口（API），TCP/IP协议只是理论，需要通过Socket来实际编码使用。Android与IOS都提供了相关的Socket类，这些类提供了一系列的方法，来实现网络连接的各种操作。

Socket封装了网络通信的五个部分：

连接使用的协议（TCP或者UDP）

本机主机的IP地址

本地主机进程的协议端口

远程主机的IP地址

远程主机进程的协议端口

简单来说，Socket确定协议，确定客户端与服务端的IP地址与端口后，可以使用其提供的方法来进行网络的相关操作。

六、HTTP与HTTPS【推荐阅读】

HTTP协议模型 

HTTP → TCP → IP

HTTPS协议模型： 

HTTP → SSL/TLS → TCP → IP

HTTP与HTTPS的区别：

使用HTTP协议的客户端，会打开一条服务端端口为80的连接，并发送老的HTTP请求。使用HTTPS协议的客户端，会打开一条服务端端口为443连接，然后与服务器进行SSL握手。以二进制格式与服务器交互一些SSL的安全参数，附上加密的HTTP请求。

HTTPS协议需要用到CA申请证书。

HTTP是明文传输，HTTPS是SSL加密传输。

HTTPS协议的工作流程：

. 客户端发起HTTPS的请求，携带了客户端支持的加密算法和SSL协议版本号，连接到服务器的443端口。如果是HTTP连接到80端口。

配置服务器，采用HTTPS的服务器需要申请一套数字证书（数字证书的本身其实是一对公钥和私钥）。服务器收到请求之后，从加密算法中挑选一种，同时将自己的数字证书以及公钥发送给客户端（私钥自己保留）。

客户端验证数字证书，生产一个用于加密传输握手消息的密钥，并使用服务器端传来的公钥对此密钥进行加密。 SSL握手的大致内容【具体细节】

交换协议版本号

选择一个客户端与服务端都了解的密码

对两端的身份进行验证

生产临时的会话密钥以便加密信道

服务器使用保留的私钥对加密的密钥进行解密，得到密钥信息（完成非对称交换密钥）。

使用刚才得到的密钥信息，加密握手信息，发送给客户端，客户端使用相同密钥进行解密验证，完成握手（完成对称加密信息）。

进行加密信息传输。

七、GET/POST

GET与POST请求方式的区别：

GET请求的数据会附在URL之后（就是把数据放置在HTTP协议头中），POST把提交的数据则放置在是HTTP包的包体中。

GET的URL会有长度上的限制，则POST的数据则可以非常大。

POST比GET安全，因为数据在URL上不可见，非明文传输。

GET传输的数据量非常小，一般限制在 2 KB 左右，但是执行效率却比POST好；而POST方式传递的数据量相对较大，它是等待服务器来读取数据。

欢迎加入安卓开发咨询探讨：搜索公众号“河北盛秋网络”

24小时微信在线：shengqiu1984