理论与 API 相结合理解 Node 中的网络通信

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随着Node发展，其应用越来越常见，特别是在我们前端圈，给我们注入了新的活力。在使用中，Node的网络通信部分主要涉及到传输层和应用层，本次就来一起唠一唠常见的TCP、UDP、HTTP协议的使用，通过理论与实践相结合，更加清楚的了解与使用这些协议。



一、传输层

1.1 TCP

TCP是面向连接的，并且通过流量控制、、序号、确认和定时器，确保正确的、按序的将数据从发送进程交付给接收进程。按照服是否进行监听进行划分，TCP分为服务器和客户端。下面来分开聊一下。





认真读Node的API，发现其与TCP的原理暗暗贴合，妈妈再也不用担心我记不住这些API了。先看看TCP的三次握手与四次挥手过程。



• 三次握手

1. TCP服务器进程先创建传输控制块TCB（线程控制块），时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；

2. TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这时报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

3. TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

4. TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。

5. 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。



• 四次挥手

1. 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

2. 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

3. 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

4. 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

5. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

6. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。



1.1.1 TCP服务器

在上述图中，仔细品，可以总结为如何创建服务、服务相关、连接相关。然后并将其中事件与三次握手、四次挥手进行联系，很容易发现其实关键过程都被进行了监听。

1. 如何创建服务：TCP建立连接前需要进入监听状态，所以这就涉及到图中的创建方式，创建服务后才可以监听特定地址

2. 服务相关：服务创建之后就要观察其状态，并根据其状态进行一些列的处理，这就是服务器事件做的事情。

3. 连接相关：服务器监听的目的是有连接建立并进行通信，当连接建立之后就需要对整个数据传输过程进行监听，这就是连接事件。



1.1.2 TCP客户端

TCP客户端做的事情比较简单，只需要与对应服务器建立连接，即可进行数据的传输了。



1.1.3 注意事项

1.2 UDP

一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务.



二、应用层

2.1 HTTP

HTTP应该是日常开发中用的最多的协议，其是建立在TCP传输层之上的应用层协议。搞懂这个协议对前端整体水平的提高至关重要。



2.1.1 服务器

2.1.2 客户端

2.1.3 两个关键对象

IncomingMessage和ServerResponse两个对象在整个协议的使用中直观重要，特别是IncomingMessage。当我们在使用的时候，是不是不懂的如何去使用，这个时候是不是应该去考虑一下请求报文与响应报文的结构了？个人认为其关键属性刚好与请求报文和响应报文相呼应。

1. HTTP请求报文主要包括：请求行（方法字段、URI字段和协议版本）、请求头部以及请求的数据（实体）。

2. HTTP响应报文分为三个部分：状态行（版本、状态码和原因语句）、首部行和实体。





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