OkHttp框架设计（一）

OkHttp框架设计（一）

正在整合笔记，近期将会把后续部分上传

文章目录

• OkHttp框架设计（一）
• • 正在整合笔记，近期将会把后续部分上传
  • 网络模型
  • • 网络分层模型
    • • OSI各层解释
      • 各层对应的设备
      • 各层对应协议
  • UDP
  • • UDP概要：
    • UDP首部
    • UDP优缺点
    • 采用UDP的应用
  • TCP
  • • TCP概要：
    • TCP字节流传输
    • TCP报文段
    • TCP发送报文段的时机
    • TCP首部
    • TCP端口
    • TCP连接建立：三次握手
    • TCP连接关闭：四次挥手（两轮两次握手）
    • ACK和超时
    • • TCP的超时
  • HTTP协议
  • • HTTP 1.1
    • HTTPS
    • HTTP工作原理（发送请求）

网络模型

网络分层模型

OSI各层解释

各层对应的设备

各层对应协议

UDP

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UDP概要：

• UDP User Datagram Protocol
  • TCP/IP协议栈中的两个传输层协议之一
• 技术特征
  • 面向消息
  • 无连接
  • 只是在IP基础上加了一层复用
    • 无任何高级、复杂功能，如可靠传输、流量控制、拥塞控制等

UDP首部

• 字段：
  • SrcPort,DstPort:辨识应用进程
  • Checksum:可选项，基于净荷和伪首部计算

UDP优缺点

• 精细控制何时发送什么数据
  • 应用进程一写入数据，UDP即可封装和传出报文段
• 没有连接建立产生的时延
  • 无需任何准备，即可传出数据，避免不必要的时延引入
• 没有连接相应的状态
  • 无需分配缓存，配置参数等，因此容易同时处理多个活跃客户端
• 首部开销较小 只有8个字节
• 不保证可靠和依序数据发送
• 不能自适应与网络状态
  • 可能导致网络过载
  • 可能压制自适应流量

采用UDP的应用

• 简单查询协议，例如DNS（Domain Name System）
  • 对于承载一条查询消息，单个UDP报文段通常足够
  • 连接建立的开销属于过分之举
  • 如有需要，由应用来启动重传比较容易
• 多媒体流，如VoIP，视频流
  • 偶尔的数据包丢失，可以接受
  • 重传丢失或者损坏的数据包，并不值得
  • 当数据包重传过来的时候，或许为时已晚

TCP

---

TCP概要：

• TCP：Transmission Control Protocol
  • TCP/IP协议栈中两个传输层协议之一，为多数网络应用所用
• 字节流（byte streaming）
  • 不区分上层待传输的消息之间的边界
• 面向连接
  • 数据传输之间需要建立连接
  • 全双工：一个连接支持并行双向数据传输
• 可靠传输
  • 保证依序、无损数据传输
• 流量控制
  • 发送方避免接收方过载
• 拥塞控制
  • 发送方便网络过载

TCP字节流传输

传输仍然还是以报文段形式，但是TCP并不区分应用进程带传输的消息之间的边界

TCP报文段

• TCP发送报文段的时机

  • 待传数据量达到最大报文段长度（Maximum Segment Size，MSS）
  • 应用进程触发，例如应用进程采用推送(push)操作
  • 周期式定时

• MSS的选择

  • 使得IP数据包不至于分片
  • MSS = MTU - IP首部长度 - TCP首部长度

TCP发送报文段的时机

• TCP何时发送一个报文段

  • 带传数据量达到最大报文段长度（MSS）
  • 应用进程触发 ，例如应用进程采用个推送操作
  • 定时周期到

• 报文段发送触发定时器 的设计考量

  • 提高传输效率 ，例如尽可能发送长报文段，而不是多个短报文段
  • 同时不会影响需要实时传输的交互式应用 （如远程登录等，通常传输段字符串）

TCP首部

• SrcPort, DstPort：用于识别源主机
  (发送)、目的地主机(接收)应用进程
• SequenceNum, Acknowledgement,
  Advertisedwindow：用于基于滑动
  窗口的流量控制
• Flags
  • SYN, FIN：建立/终止TCP连接
  • ACK：当确认字段有效时置1
  • URG：表明紧急数据，其中UrgPtr指出非紧急数据起始位置
  • PUSH：不用等待报文段填满再发送
  • RESET：中断连接
• AdvertisedWindow：用于流量控制

TCP端口

• 类似于UDP， TCP采用端口号识别上层的网络应用

• 服务端被动等候连接，其应用进程采用熟知端口

  • 示例： HTTP(Web)服务器 ——80， FTP服务器——21
  • 熟知端口号通常范围：1~1023

• 客户端主动连接服务器，其应用进程端口号由主机系统实施分配

  • 由于客户端引用进程随时会关闭，持续时间有限，这些端口称为临时端口
  • 临时端口号通常范围：1024~5000

• 每个TCP连接可用四元组 <SrclP,SrcPort,DstPort,DstIP> 唯一标识

• 考虑到其他的传输层协议（例如UDP）存在，端到端数据流的标识可以采用五元组 <SrclP,SrcPort,Protocol,DstPort,DstIP>

  • 其中Protocol元素表明所用的传输层协议，比如TCP、UDP
  • 服务质量（Quality Of Service，QoS）机制可以进行服务区分的流量的最精细颗粒度

• 从主动连接放的角度来看，<DstIP,Protocol,Port> 则意味着Socket API中的socket

TCP连接建立：三次握手

首先发送一个 TCP SYN消息 （可以认为是一个标志），告诉服务端，我要和你建立连接。
服务端收到 TCP SYN消息，回复客户端一个 TCP SYNACK消息
客户端收到TCP SYNACK消息，认为客户端是活跃的在线的，那么再发送给服务端一个对应收到SYNACK 的 ACK，而且这部分可能包含了 客户端发给服务端的数据。
服务端收到这个ACK，确认客户端是活跃的在线的

TCP连接关闭：四次挥手（两轮两次握手）

客户端发送一个FIN，关闭客户到服务器的数据传送
服务器收到FIN，返回一个ACK给服务端

服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端
客户端接收到FIN，返回ACK给服务端

ACK和超时

• 如何确定超时值

  • 点对点链路情况下，比较简单

    • 传播时延固定，且能预先获知，链路带宽已知
    • 因此可以设定固定的超时值

  • 但对于TCP链接，比较复杂

TCP的超时

• TCP的超时机制必须在任何时候和任何地方都能正常工作

• 技术方案：超时值正比于RTT

• 为TCP链接确定RTT的挑战所在

  • 终端主机之间距离差异很大
    • 事先并不知道传播时延
  • 排队时延或者丢包随时间变化
    • 排队时延还有可能构成RTT的主要成分

• TCP采用自适应机制确定超时值

HTTP协议

HTTP 1.1

建立在TCP协议之上的“超文本传输协议”（HyperText Transfer Protocol）
历程：0.9 -> 1.0 ->1.1 -> 2.0

HTTPS

HTTP1.x在传输数据的时候，所有传输的内容都是明文，无法保证数据的安全性。
网景在1994年创建了HTTPS，HTTPS就是安全版HTTP

HTTPS在传输数据之前需要进行SSL握手

• 客户端发出：TLS协议版本、支持的加密套件、支持的压缩算法与随机数等
• 服务端传回：TLS版本，根据客户端的支持选择的加密套件，压缩算法，随机数，服务器整数（对称加密算法公钥 如RSA）
• 客户端 校验整数合法性并提取公钥，产生对称加***（如AES），使用证书中的公钥加密AES秘钥，后续通信使用的**与算法，将之前握手参数的hash值等信息使用**加密的数据
• 服务端 根据RSA私钥解密AES**，使用**解密数据并验证，随后同样发送一段AES加密数据

HTTP工作原理（发送请求）

1. 客户端与服务端建立连接（三次握手在这里）
2. 客户端向服务器提出请求
3. 服务器接受请求，并根据请求返回相应的文件作为应答
4. 客户端与服务器关闭连接（四次握手）

客户端发送请求到服务器：请求行-- 通用信息头-- 请求头-- 实体头-- 报文主体

服务器响应客户端： 状态行-- 通用信息头-- 响应头-- 实体头-- 报文主体

状态行：1xx信息，2xx成功，3xx重定向，4xx客户端错误，5xx服务器错误