前言失业期间闲来无事，看了本《网络是怎样连接的》与两本HTTP相关的专栏。
一方面补充专业知识，另一方面也是为了跳槽面试做准备。
避免看了即忘，就画了一张XMind图：
值得深入的问题太多了，今儿就先来讲讲：Web中的几种“握手”。
1. 不止一种握手
在早期的网络传输中，也就存在TCP协议需要“握手”的过程，但早期的协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起，做不到服务器主动向客户端推送信息。
于是WebSocket 协议在 2008 年诞生，2011 年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。
而随着SSL/TLS的完善，存在已久的安全版网络协议：HTTPS也是迸发式发展。
最后前端领域的协议握手便成了三分天下：
- TCP三次握手，归HTTP。
- TLS握手，归HTTPS
- WebSocket握手，基于TCP协议，都能用。
2. TCP三次握手的终极意义
在我之前的文章也详细的讲述过TCP三次握手，但那时我未明确意识到其深刻含义。
就和大家一样，只在面试前会记得，过后即忘。
直到我看到《网络是怎样连接的》中的一段话：
| 在实际的通信中，序号并不是从 1 开始的，而是需要用随机数计算出一个初始值，这是因为 如果序号都从 1 开始，通信过程就会非常容易预测，有人会利用这一点来发动攻击。
但是如果初始值是随机的，那么对方就搞不清楚序号到底是从 多少开始计算的，因此需要在开始收发数据之前将初始值告知通信对象。 |
你品，你细品。三次握手不就是相互试探暗号，来确定是不是对的人吗?
(1) 知识补充：一个网络包的最大长度
计算每个网络包能容纳的数据长度，协议栈会根据一个叫作 MTU的参数来进行判断。
MTU表示一个网络包的最大长度，在以太网中一般是1500字节
MTU是包含头部的总长度，因此需要从MTU减去头部的长度，然后得到的长度就是一个网络包中所能容纳的最大数据长度，这一长度叫作MSS。
由上两图可知，MSS值是1460(1500-40)字节，其中：
- TCP固定头部20字节。
- IP固定头部20字节。
- TCP头部最长可以达到60字节。
3. TLS握手：HTTPS的核心
|
HTTPS 其实是一个“非常简单”的协议，RFC 文档很小，只有短短的 7 页，里面规定了新的协议名“https”，默认端口号 443，至于其他的什么请求 - 应答模式、报文结构、请求方法、URI、头字段、连接管理等等都完全沿用 HTTP，没有任何新的东西。 ---- 《透视HTTP协议》 |
感兴趣的可以到这里看看：链接：https://tools.ietf.org/html/rfc2818
(1) TLS/SSL究竟是啥?
很多人看到TLS/SSL这对词就开始蒙圈了。实际上，这两个东西是一个玩意儿：
1999 年改名：SSL 3 === TLS 1.0
目前运用最广泛的是TLS 1.2:
| TLS 由记录协议、握手协议、警告协议、变更密码规范协议、扩展协议等几个子协议组成，综合使用了对称加密、非对称加密、身份认证等许多密码学前沿技术。 |
由于TLS/SSL 协议位于应用层和传输层 TCP 协议之间。TLS粗略的划分又可以分为 2 层：
- 靠近应用层的握手协议 TLS Handshaking Protocols
- 靠近 TCP 的记录层协议 TLS Record Protocol
这个篇幅展开来写就太多了，我们先关心下TLS握手吧。
(2) TLS握手详解
TLS 握手何时发生?：
- 每当用户通过HTTPS导航到网站并且浏览器首先开始查询网站的原始服务器时，就会进行TLS握手。
- 每当其他任何通信使用HTTPS(包括API调用和HTTPS查询上的 DNS)时，也会发生TLS握手。
- 通过 TCP 握手打开 TCP 连接后，会发生TLS 握手。
TLS 握手期间会发生什么?
在TLS握手过程中，客户端和服务器将共同执行以下操作：
- 指定将使用的 TLS 版本(TLS 1.0、1.2、1.3 等)
- 确定将使用哪些加密套件。
- 通过服务器的公钥和 SSL 证书颁发机构的数字签名来验证服务器的身份
- 握手完成后，生成会话密钥以使用对称加密
在TLS中有两种主要的握手类型：一种基于RSA，一种基于Diffie-Hellman。这两种握手类型的主要区别在于主秘钥交换和认证上。
主流的握手类型，基本都是基于RSA，所以以下讲解都基于RSA版握手。
整个流程如下图所示：
具体流程描述：
a. 客户端hello：客户端通过向服务器发送“问候”消息来发起握手。该消息将包括客户端支持的 TLS 版本，支持的加密套件以及称为“客户端随机”的随机字节字符串。
b. 服务器hello：为回复客户端hello消息，服务器发送一条消息，其中包含服务器的SSL证书，服务器选择的加密套件和“服务器随机数”，即服务器生成的另一个随机字节串。
c. 客户端发送公钥加密的预主密钥。
d. 服务器用自己的私钥解密加密的预主密钥。
- 客户端finished：客户端发送“完成”消息，该消息已用会话密钥加密。
- 服务器finished：服务器发送一条用会话密钥加密的“完成”消息。
e. 握手完成，后续通过主密钥加解密。
只有加密套件，讲解的话需要有抓包基础。改天，改天我一定讲。。。
4. WebSocket握手
WebSocket协议实现起来相对简单。它使用HTTP协议进行初始握手。成功握手之后，就建立了连接，WebSocket基本上使用原始 TCP 读取/写入数据。
《图解HTTP》一书中的图讲的比较清楚：
具体步骤表现是：
客户端请求：
- GET /chat HTTP/1.1
- Host: server.example.com
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
- Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
- Sec-WebSocket-Version: 13
- Origin: http://example.com
服务端响应：
- HTTP/1.1 101
- Switching Protocols
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
- Sec-WebSocket-Protocol: chat
(1) Websocket全双工通信
Websocket协议解决了服务器与客户端全双工通信的问题。
那什么是单工、半双工、全双工通信?
(2) Websocket和Socket区别
可以把WebSocket想象成HTTP应用层)，HTTP和Socket什么关系，WebSocket和Socket就是什么关系。
a. WebSocket与HTTP的关系
相同点：
- 都是一样基于TCP的，都是可靠性传输协议。
- 都是应用层协议。
不同点：
- WebSocket是双向通信协议，模拟Socket协议，可以双向发送或接受信息。HTTP是单向的。
- WebSocket是需要握手进行建立连接的。
b. Socket是什么?
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。
在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
(3) 扩展知识：Socket.IO的七层降级
在Golang、Java Spring等框架中，websocket都有一套实现API。
Socket.IO 由两部分组成：
- 一个服务端用于集成 (或挂载) 到 Node.JS HTTP 服务器：socket.io
- 一个加载到浏览器中的客户端：socket.io-client
很多人以为Socket.IO只是WebSocket和XHR长轮询。
实际上，Socket.io有很多传输机制：
- 1. WebSockets
- 2. FlashSocket
- 3. XHR长轮询
- 4. XHR部分流：multipart/form-data
- 5. XHR轮询
- 6. JSONP轮询
- 7. iframe
得益于这么多种传输机制，Socket.io兼容性完全不用担心。
5. 扩展：HTTPS 与HTTP 核心区别
上面讲到 Socket是什么?，有一点我忘了讲：
HTTPS 与HTTP 核心区别在于两点：
- 把 HTTP 下层的传输协议由 TCP/IP 换成了 SSL/TLS
- 收发报文不再使用 Socket API，而是调用专门的安全接口。
具体区别：
- HTTPS协议需要到CA申请证书，一般免费证书很少，需要交费。
- HTTP是超文本传输协议，信息是明文传输，HTTPS 则是具有安全性的 ssl 加密传输协议。
- HTTP和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样,前者是80,后者是443。
- HTTP的连接很简单,是无状态的。HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比HTTP协议安全。
