http与websocket及子协议stomp

http: 应用层协议/可靠性传输协议/tcp/ip

超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）是一个简单的请求-响应协议，它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应。

HTTP是单向的，客户端发送请求，服务器发送响应。举例来说，当客户端向服务器发送请求时，该请求以HTTP或HTTPS的形式发送，在接收到请求后，服务器会将响应发送给客户端。每个请求都与一个对应的响应相关联，在发送响应后客户端与服务器的连接会被关闭。每个HTTP或HTTPS请求每次都会新建与服务器的连接，并且在获得响应后，连接将自行终止。 HTTP是在TCP之上运行的无状态协议，TCP是一种面向连接的协议，它使用三向握手四次挥手方法保证数据包传输的传递并重新传输丢失的数据包。

HTTP可以运行在任何可靠的面向连接的协议（例如TCP，SCTP）的上层。当客户端将HTTP请求发送到服务器时，客户端和服务器之间将打开TCP连接，并且在收到响应后，TCP连接将终止，每个HTTP请求都会建立单独的TCP连接到服务器，例如如果客户端向服务器发送10个请求，则将打开10个单独的HTTP连接。并在获得响应后关闭。

理解上面这段关于 HTTP的描述时我觉得还要了解一下HTTP长连接的概念，以及HTTP与TCP的关系，简单概括一下就是：

• HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。

• 每个HTTP连接完成后，其对应的TCP连接并不是每次都会关闭。从 HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这个头部字段：Connection:keep-alive

• 在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache，Nginx，Nginx中这个默认时间是 75s）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

• HTTP属于应用层协议，在传输层使用TCP协议，在网络层使用IP协议。IP协议主要解决网络路由和寻址问题，TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠的传递数据包，使在网络上的另一端收到发端发出的所有包，并且顺序与发出顺序一致。TCP有可靠，面向连接的特点。

HTTP消息信息是用ASCII编码的，每个HTTP请求消息均包含HTTP协议版本（HTTP/1.1，HTTP/2），HTTP方法（GET/POST等），HTTP标头（Content-Type，Content-Length），主机信息等。以及包含要传输到服务器的实际消息的正文（请求主体）。HTTP标头的大小从200字节到2KB不等，HTTP标头的常见大小是700-800字节。当Web应用程序在客户端使用更多cookie和其他工具扩展代理的存储功能时，它将减少HTTP标头的荷载。

websocket: 应用层协议/可靠性传输协议/tcp/ip

• WebSocket和HTTP都是基于TCP协议的两个不同的协议

• WebSocket依赖于HTTP连接

• 双向的

• WebSocket是HTML5中的协议，支持持久连接，HTTP不支持持久连接

Websocket 其实是一个新协议，是基于HTTP协议的， 只是为了兼容现有浏览器的握手规范而已，也就是说它是HTTP协议上的一种补充.
Websocket是一个持久化的协议，相对于HTTP这种非持久的协议。

WebSocket是双向的，在客户端-服务器通信的场景中使用的全双工协议，与HTTP不同，它以ws://或wss://开头。它是一个有状态协议，这意味着客户端和服务器之间的连接将保持活动状态，直到被任何一方（客户端或服务器）终止。在通过客户端和服务器中的任何一方关闭连接之后，连接将从两端终止。

WebSocket依赖于HTTP连接，那么它如何从连接的HTTP协议转化为WebSocket协议？

每个WebSocket连接都始于一个HTTP请求。具体来说，WebSocket协议在第一次握手连接时，通过HTTP协议在传送WebSocket支持的版本号，协议的字版本号，原始地址，主机地址等等一些列字段给服务器端：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key:dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Version: 13

注意，关键的地方是，这里面有个Upgrade首部，用来把当前的HTTP请求升级到WebSocket协议，这是HTTP协议本身的内容，是为了扩展支持其他的通讯协议。如果服务器支持新的协议，则必须返回101：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept:s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

至此，HTTP请求物尽其用，如果成功出发onopen事件，否则触发onerror事件，后面的传输则不再依赖HTTP协议。总结一下，这张图比较贴切：

WebSocket为什么要依赖于HTTP协议的连接？

第一，WebSocket设计上就是天生为HTTP增强通信（全双工通信等），所以在HTTP协议连接的基础上是很自然的一件事，并因此而能获得HTTP的诸多便利。第二，这诸多便利中有一条很重要，基于HTTP连接将获得最大的一个兼容支持，比如即使服务器不支持WebSocket也能建立HTTP通信，只不过返回的是onerror而已，这显然比服务器无响应要好的多。

stomp

基于websocket之上使用帧类型,如:

• 连

• 订阅

• 退订

• 发送(发送到服务器的消息)

• 消息(用于从服务器发送的消息)BEGIN,COMMIT,ROLLBACK(事务管理)

STOMP派生于WebSockets之上。 STOMP只是提到了使用WebSocket在客户端和服务器之间如何交换消息帧的几种特定方式。

提供消息体的格式，允许STOMP客户端(Endpoints)与任意STOMP消息代理（message broker）进行交互,实现客户端之间进行异步消息传送。
它为客户端和服务器定义了一种与消息传递语义进行通信的协议。它没有定义任何实现细节，而是解决了用于消息传递集成的易于实现的有线协议。它在WebSockets协议的基础上提供了更高的语义，并定义了少数映射到WebSockets帧的帧类型。

stomp提供的特性

• 心跳机制：若使用STOMP 1.1 版本，默认开启了心跳检测机制，可通过client对象的heartbeat field进行配置（默认值都是10000 ms）

• 订阅、接收信息、取消订阅： STOMP 客户端要想接收来自服务器推送的消息，必须先订阅相应的URL，即发送一个 SUBSCRIBE 帧，然后才能不断接收来自服务器的推送消息；

• JSON ：STOMP 帧的 body 必须是 string 类型，若希望接收/发送 json 对象，可通过 JSON.stringify() and JSON.parse() 实现

• Debug 信息： STOMP 客户端默认将传输过程中的所有 debug 信息以 console.log() 形式输出到客户端浏览器中

• 事务：STOMP 客户端支持在发送消息时用事务进行处理

• 认证

tcp/ip

是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。OSI模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的，所以在TCP/IP协议中，它们被简化为了四个层次。

分别介绍TCP/IP协议中的四个层次。

通信过程:
在网络通信的过程中，将发出数据的主机称为源主机，接收数据的主机称为目的主机。当源主机发出数据时，数据在源主机中从上层向下层传送。源主机中的应用进程先将数据交给应用层，应用层加上必要的控制信息就成了报文流，向下传给传输层。传输层将收到的数据单元加上本层的控制信息，形成报文段、数据报，再交给网际层。网际层加上本层的控制信息，形成IP数据报，传给网络接口层。网络接口层将网际层交下来的IP数据报组装成帧，并以比特流的形式传给网络硬件（即物理层），数据就离开源主机。

• 应用层：应用层是TCP/IP协议的第一层，是直接为应用进程提供服务的。

（1）对不同种类的应用程序它们会根据自己的需要来使用应用层的不同协议，邮件传输应用使用了SMTP协议、万维网应用使用了HTTP协议、远程登录服务应用使用了有TELNET协议。 ^[1]

（2）应用层还能加密、解密、格式化数据。 ^[1]

（3）应用层可以建立或解除与其他节点的联系，这样可以充分节省网络资源。 ^[1]

• 运输层：作为TCP/IP协议的第二层，运输层在整个TCP/IP协议中起到了中流砥柱的作用。且在运输层中，TCP和UDP也同样起到了中流砥柱的作用。

• 网络层：网络层在TCP/IP协议中的位于第三层。在TCP/IP协议中网络层可以进行网络连接的建立和终止以及IP地址的寻找等功能。

• 网络接口层：在TCP/IP协议中，网络接口层位于第四层。由于网络接口层兼并了物理层和数据链路层所以，网络接口层既是传输数据的物理媒介，也可以为网络层提供一条准确无误的线路。

具体:

链路层/网络接口层

以太网协议规定，接入网络的设备都必须安装网络适配器，即网卡，数据包必须是从一块网卡传送到另一块网卡。而网卡地址就是数据包的发送地址和接收地址，有了MAC地址以后，以太网采用广播形式，把数据包发给该子网内所有主机，子网内每台主机在接收到这个包以后，都会读取首部里的目标MAC地址，然后和自己的MAC地址进行对比，如果相同就做下一步处理，如果不同，就丢弃这个包。 ^[4]

所以链路层的主要工作就是对电信号进行分组并形成具有特定意义的数据帧，然后以广播的形式通过物理介质发送给接收方。

网络层

IP协议

网络层引入了IP协议，制定了一套新地址，使得我们能够区分两台主机是否同属一个网络，这套地址就是网络地址，也就是所谓的IP地址。IP协议将这个32位的地址分为两部分，前面部分代表网络地址，后面部分表示该主机在局域网中的地址。如果两个IP地址在同一个子网内，则网络地址一定相同。为了判断IP地址中的网络地址，IP协议还引入了子网掩码，IP地址和子网掩码通过按位与运算后就可以得到网络地址。 ^[4]

ARP协议

即地址解析协议，是根据IP地址获取MAC地址的一个网络层协议。其工作原理如下：ARP首先会发起一个请求数据包，数据包的首部包含了目标主机的IP地址，然后这个数据包会在链路层进行再次包装，生成以太网数据包，最终由以太网广播给子网内的所有主机，每一台主机都会接收到这个数据包，并取出包头里的IP地址，然后和自己的IP地址进行比较，如果相同就返回自己的MAC地址，如果不同就丢弃该数据包。ARP接收返回消息，以此确定目标机的MAC地址；与此同时，ARP还会将返回的MAC地址与对应的IP地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。 ^[4]

路由协议

首先通过IP协议来判断两台主机是否在同一个子网中，如果在同一个子网，就通过ARP协议查询对应的MAC地址，然后以广播的形式向该子网内的主机发送数据包；如果不在同一个子网，以太网会将该数据包转发给本子网的网关进行路由。网关是互联网上子网与子网之间的桥梁，所以网关会进行多次转发，最终将该数据包转发到目标IP所在的子网中，然后再通过ARP获取目标机MAC，最终也是通过广播形式将数据包发送给接收方。而完成这个路由协议的物理设备就是路由器，路由器扮演着交通枢纽的角色，它会根据信道情况，选择并设定路由，以最佳路径来转发数据包。 ^[4]

所以，网络层的主要工作是定义网络地址、区分网段、子网内MAC寻址、对于不同子网的数据包进行路由。

传输层

链路层定义了主机的身份，即MAC地址，而网络层定义了IP地址，明确了主机所在的网段，有了这两个地址，数据包就从可以从一个主机发送到另一台主机。但实际上数据包是从一个主机的某个应用程序发出，然后由对方主机的应用程序接收。而每台电脑都有可能同时运行着很多个应用程序，所以当数据包被发送到主机上以后，是无法确定哪个应用程序要接收这个包。因此传输层引入了UDP协议来解决这个问题，为了给每个应用程序标识身份。

UDP协议

UDP协议定义了端口，同一个主机上的每个应用程序都需要指定唯一的端口号，并且规定网络中传输的数据包必须加上端口信息，当数据包到达主机以后，就可以根据端口号找到对应的应用程序了。UDP协议比较简单，实现容易，但它没有确认机制，数据包一旦发出，无法知道对方是否收到，因此可靠性较差，为了解决这个问题，提高网络可靠性，TCP协议就诞生了。

TCP协议

TCP即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议。简单来说TCP就是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认，如果有一个数据包丢失，就收不到确认，发送方就必须重发这个数据包。为了保证传输的可靠性，TCP协议在UDP基础之上建立了三次对话的确认机制，即在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。TCP数据包和UDP一样，都是由首部和数据两部分组成，唯一不同的是，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。 ^[4]

传输层的主要工作是定义端口，标识应用程序身份，实现端口到端口的通信，TCP协议可以保证数据传输的可靠性。

应用层

理论上讲，有了以上三层协议的支持，数据已经可以从一个主机上的应用程序传输到另一台主机的应用程序了，但此时传过来的数据是字节流，不能很好的被程序识别，操作性差，因此，应用层定义了各种各样的协议来规范数据格式，常见的有http,ftp,smtp等，在请求Header中，分别定义了请求数据格式Accept和响应数据格式Content-Type，有了这个规范以后，当对方接收到请求以后就知道该用什么格式来解析，然后对请求进行处理，最后按照请求方要求的格式将数据返回，请求端接收到响应后，就按照规定的格式进行解读。 ^[4]

所以应用层的主要工作就是定义数据格式并按照对应的格式解读数据。

MQTT

MQTT是为了物联网场景设计的基于TCP的Pub/Sub协议，有许多为物联网优化的特性，比如适应不同网络的QoS、层级主题、遗言等等。

MQTT，即消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport）。由IBM开发，现在被广泛用于物联网公司。因为他的特点就是轻量，简单，开放和易于实现。所以它常用于很多计算能力有限、带宽低、网络不可靠的远程通信应用场景。

核心角色如下：

• Publisher（发布者）：消息发布客户端

• Subscriber（订阅者）：消息订阅客户端

• Broker（消息代理）：消息服务器端

• Application Message（应用消息）：指通过网络传输的应用数据，一般包括主题和负载。

• Topic（主题）：应用消息的类型，一般消息发布者会确定消息的主题，订阅者根据自己实际情况选择不同的主题进行消息订阅消费。

• Payload（负载）：消息订阅者具体接收的内容。

MQTT协议是通过交换预定义的MQTT控制报文来通信的，控制报文内容由三部分组成：固定报头，可变报头和消息体。固定报头通过标识不同位的值来确定报文类型，包括发布订阅的一些完成状态等；可变报头的内容根据控制报文类型不同而不同，常作为包的标识符；消息体也是根据不同的消息类型有着不同的内容。

MQTT协议中，客户端和服务端是通过请求-应答模式通信的。客户端发送一条控制报文数据给服务器，服务器再发送一条控制报文数据给客户端。

MQTT在发布消息时，有三种Qos等级：

• 至多一次（0级）

• 至少一次（1级）

• 只有一次（2级）

至多一次等级最低，客户端只需要将消息发出去即可，这种等级很低，用于消息不重要但特别多，为了减轻通信压力，就不顾质量，只看数量了。

至少一次等级中等，客户端要保证发出去的消息至少一次被服务端接收到，所以要收到服务端的回应，否则一直发，这种等级一般用于服务端有幂等处理，所以不怕重复消费，还要保证消息不会丢失。

只有一次等级最高，客户端先发消息过去，然后本地记录一个我已发送，但不确定你是否收到的状态，然后服务端接收到消息后，回给客户端一个我已接收的报文，同时服务端记录一个我不确定你知不知道我已接收的状态，然后客户端收到这个已接收的消息后，就确定服务端收到这个消息了，于是把自己本地记录的已发送未确定的状态删除，同时再给客户端发送一个我已经知道你收到的报文，服务端收到这个报文，也会把自己之前记录的状态删掉，整个一条报文只有一次的通信才算完成，这种等级就比较严格了，但质量上去了，相对低等级的，数量就会相对小些，但可靠就是王道，不多不少才是最好的。

只有一次的发送和确定，其实思想和三次握手差不多，都是两端互相确认的过程，所以会一来一回的。如果传输过程中出现丢包，都会由发送者重发上一条消息。