TCP HTTP TLS

TCP 传输层协议

TCP 三次握手: x , y 为随机生成的序号

  • 客A主动发起一个连接请求,即 SYN=1,同时带上一个随机生成的序号×,即 seq=x。
  • 服B在收到请求后进行响应,也将 SYN设为1,同时确认客A的请求有效,即 ACK=1,ack=x+1,将自己随机生成的序号y也传给客A, 即 seq=y.
  • 客A在收到服B的响应后作出反应,确认有效即 ACK=1,ack=y+1,seq=x+1(因为客A中间没有再向服B发送数据所以x没有改变)。
  • 客A和服B进行数据传输。

为什么要三次握手: 因为三次握手是保证client和server端均让对方知道自己具备发送和接收能力的最小次数。

为什么每次还要发送SYN或者ACK?

为了保证每一次的握手都是对上一次握手的应答,每次握手都会带一个标识 seq,后续的 ack 都会对这个 seq 进行+1来进行确认。也就是保证每次的握手双方都是同一个对象,防止中途被替换了。

四次挥手:

  • 客A主动发起关闭,即 FIN=1,同时带上随机生成的随机数u,即 seq=u。
  • 服B收到请求后进行响应,确认请求有效,即ACK=1,ack=u+1,同时带上自己生成的随机数V,即 seq=V。此时服B并没有完全关闭,而是处于半关闭的状态,仍旧能够向客A发生未发送完的数据。
  • 当服B把需要发送的数据发送完后就进行剩下的关闭请求操作,即 FIN=1,ACK=1,ack=u+1,因为处于半关闭状态的服B可能对客A发送了数据,所以序号不确定,即 seq=W。
  • 客A收到服B的信息后作出响应,即 ACK=1,ack=w+1,因为中间客A没有再进行数据传输所以u不变,即 seq=u+1。
  • 客A等待一段时间后完成挥手。

HTTPS 连接建立

首先TCP 三次握手建立连接 然后 ssl/tls 建立连接

  • 浏览器向服务器发起加密请求,同时传送浏览器支持的协议版本,浏览器随机生成的随机数random1,以及支持的加密方法。
  • 服务器收到请求后在获取到的协议版本中选择自己也支持的版本,例如:TLS1.2,选定同样支持的加密方式,例如:RSA,连同目己生成随机数random2和服务器数字证书一起传给浏览器。
  • 浏览器收到数字证书后并确认证书合法,使用证书中的公钥加密浏览器随机生成的随机数random3。此时浏览器已经有三个随机数: random1,random2和random3,三个随机数生成此次的会话秘钥。将之前握手的消息生成摘要,然后用生成的会话秘钥加密,然后将被公钥加密的随机数random3,被会话秘钥加密的摘要发送给服务器,同时进行编码变更,告知浏览器端的握手过程已经结束,随后的信息交流都使用各自生成的会话秘钥进行加密交流。
  • 服务器收到消息后,使用私钥进行random3的解密,获取第三个随机数,然后也生成此次的会话秘钥,使用会话秘钥对加密的摘要信息进行解密,证明双方生成的会话秘钥是一致的。再将之前的握手信息也生成摘要,使用自己生成的会话秘钥进行加密,将加密的摘要发送给浏览器,同时编码变更以及完成服务器端的握手过程。
  • 浏览器接收到加密的摘要后,使用会话秘钥进行解密,确保双方生成的会话秘钥是一致的。
  • 接下来就是使用各自生成的会话秘钥进行对称加密的数据传输

TLS 1.3

TLS 1.3 是最新版传输层安全协议 (TLS),即 HTTPS 使用的加密协议。与 TLS 1.2 相比,TLS 1.3 可提供更好的隐私保护和性能。

TLS 1.3 将 TLS 握手从两次往返缩短为一次。对于使用 HTTP/1 或 HTTP/2 的连接,将 TLS 握手时间缩短为一次往返,可有效将连接设置时间缩短 33%。

HTTP/2 和 HTTP/3

与 HTTP/1 相比,HTTP/2 和 HTTP/3 都提供性能优势。在两者中,HTTP/3 具有更大的潜在性能优势。HTTP/3 尚未完全标准化,但一旦发生这种情况,就会受到广泛支持

HTTP/2

HTTP/3

HTTP/3 是 HTTP/2 的继任者。截至 2020 年 9 月,所有主流浏览器均提供对 HTTP/3 的实验性支持,部分 CDN 支持 HTTP/3。性能是 HTTP/3 优于 HTTP/2 的主要优势。具体来说,HTTP/3 消除了连接级别的队头屏蔽问题,缩短了连接设置时间。

消除队头屏蔽

HTTP/2 引入了多路复用功能,该功能允许使用单个连接同时传输多个数据流。然而,使用 HTTP/2 时,一个丢弃的数据包会阻止连接上的所有数据流(这种现象称为队头阻塞)。使用 HTTP/3 时,丢弃的数据包仅阻塞单个数据流。这一改进主要是 HTTP/3 使用 UDP(HTTP/3 通过 QUIC 使用 UDP)而非 TCP 的结果。这使得 HTTP/3 对通过拥塞或有损网络进行的数据传输尤其有用。

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