Linux 软件编程(十一)网络编程：TCP 机制与 HTTP 协议
五、TCP 进阶机制
（一）TCP 头部标志位
TCP 头部的标志位是控制通信行为的 “开关”，常用标志位功能：
| 标志位 | 含义 | 典型场景 |
|---|---|---|
| SYN | 请求建立连接 | 三次握手第一步，发起连接请求 |
| ACK | 响应报文确认 | 回复对方，确认已收到数据 |
| PSH | 携带数据通知 | 告诉接收方 “立即从缓冲区取数据”，避免延迟 |
| FIN | 请求断开连接 | 四次挥手第一步，发起断开请求 |
| RST | 复位连接 | 强制重置异常连接（如网络拥塞时） |
| URG | 紧急数据标识 | 标记 “紧急数据”，需优先处理 |
（二）TCP 安全可靠传输机制
1. 三次握手 & 四次挥手
- 三次握手：通过
SYN/SYN+ACK/ACK三次交互，确认双方收发能力，为可靠通信奠基。 - 四次挥手：因服务端可能残留未发数据，需拆分
FIN/ACK/FIN/ACK四步，保证数据发完再断开。
2. 应答机制
TCP 采用 **“序列号 + 确认号”** 实现可靠应答：
- 发送方用 ** 序列号（Sequence Number）** 标记数据段的 “起始编号”；
- 接收方回复确认号（Acknowledgment Number），值为 “收到的最后一个字节编号 + 1”，告诉发送方 “已收到到这里，下一个该发啥”。
示例：发送方发 [0-999] 数据，序列号为 0；接收方回复确认号 1000，表示 “0-999 已收到，继续发 1000 开头的数据”。
3. 超时重传机制
发送方数据发出后，若超时未收到确认号，则认为数据丢失，触发重传。类似 “快递没收到，重新发货”，保障数据不丢包。
4. 滑动窗口机制
TCP 用滑动窗口管理发送与确认：
- 窗口内是 “已发送但未确认 + 待发送” 的数据；
- 收到确认号后，窗口 “滑动”，释放已确认数据的缓冲区，继续发送新数据。
（ 理解：已发送并确认、已发送未确认、即将发送、准备好的数据，随窗口滑动动态变化 ）
（三）TCP 效率优化机制
1. 延迟应答机制
发送数据的同时，接收方不立即回复 ACK，而是等待一段时间（攒一批数据再回复），减少 ACK 报文数量，降低网络开销。
2. 流量控制机制
通过 TCP 头部 **“窗口大小（Window Size）”（滑动窗口）** 字段实现：
- 接收方根据自身缓冲区剩余空间，动态调整 “窗口大小”；
- 发送方依据窗口大小控制发送速率，避免接收方缓冲区溢出。
3. 捎带应答机制
ACK 报文有时候不单独发送，而是 “附着” 在应用层数据里一起发（类似于变为三次挥手），减少单独发 ACK 的次数，提升效率。
六、HTTP 协议
（一）万维网通信基础
- WWW（万维网）：由网页、服务器、客户端（浏览器）组成的信息系统，通过 URL 定位资源。
- URL（统一资源定位符）：格式
<协议>://<主机>:<端口>/<路径>，示例：https://www.baidu.com/s?wd=关键词，精准定位网络资源。 - HTTP（超文本传输协议）：应用层协议，基于 TCP 传输，默认端口
80/8080，负责客户端与服务器的请求 - 响应交互。 - HTML（超文本标记语言）：浏览器解析后展示网页内容的语言，HTTP 响应报文里的 “实体主体” 常包含 HTML 代码。
（二）HTTP 通信流程
- 建立 TCP 连接：客户端与服务器通过 TCP 三次握手建立连接（如访问百度时，先建 TCP 连接 ）。
- 发送 HTTP 请求报文：客户端向服务器发请求，包含 “请求方法（如 GET/POST）、URL、协议版本” 等（示例：
GET / HTTP/1.1表示用 GET 方法请求根路径资源 ）。 - 接收 HTTP 响应报文：服务器处理请求后，回复包含 “状态码、响应头、实体主体（如 HTML 内容）” 的报文（示例：
HTTP/1.1 200 OK表示请求成功 ）。 - 断开 TCP 连接：默认短连接（
Connection: close）直接断开；长连接（Connection: keep-alive）会保持连接一段时间，复用传输其他资源。
（三）HTTP 报文格式
1. 请求报文结构（以 GET 为例）
请求行：方法 URL 版本 CRLF （如：GET /index.html HTTP/1.1\r\n）
首部行：字段名: 值 CRLF （如：Host: www.baidu.com\r\n）
...（更多首部行）
空行：CRLF
实体主体：（GET 通常无实体主体，POST 可带数据）
2. 响应报文结构
状态行：版本 状态码 短语 CRLF （如：HTTP/1.1 200 OK\r\n）
首部行：字段名: 值 CRLF （如：Content-Type: text/html\r\n）
...（更多首部行）
空行：CRLF
实体主体：（如 HTML 代码、文件内容等）
3. 状态码分类
| 状态码分类 | 含义 | 典型码值 | 场景 |
|---|---|---|---|
| 1xx | 通知信息 | 100 | 表示 “继续”，常为中间响应 |
| 2xx | 成功 | 200 | 请求成功，服务器正常返回数据 |
| 3xx | 重定向 | 302 | 请求的资源 “搬家了”，需重新定向 |
| 4xx | 客户端错误 | 404 | 资源不存在；400 表示请求语法错 |
| 5xx | 服务器错误 | 500 | 服务器内部故障；502 表示网关错误 |
（四）HTTP 请求方法
HTTP 定义了多种请求方法，控制对资源的操作：
| 方法 | 含义 | 典型场景 |
|---|---|---|
| OPTION | 查询选项 | 探知服务器支持的方法 |
| GET（常见） | 请求资源 | 浏览网页、获取图片等（参数放 URL 里） |
| HEAD | 请求资源头部 | 只获取响应头，不下载实体主体 |
| POST（常见） | 提交数据 | 登录、上传文件（参数放请求体） |
| PUT | 上传文档 | 在指定 URL 存储文档（需权限） |
| DELETE | 删除资源 | 删除指定 URL 对应的资源（需权限） |
| TRACE | 环回测试 | 调试用，查看请求的传输路径 |
| CONNECT | 代理连接 | 用于代理服务器，建立隧道 |
（五）爬虫
爬虫（Web Crawler） 是一种自动化程序，模拟浏览器的 HTTP 请求 - 响应流程，批量抓取网络资源：
工作逻辑：
- 构造 HTTP 请求（模仿浏览器发 GET/POST），获取网页 HTML；
- 解析 HTML 提取链接、数据；
- 递归抓取新链接，形成 “自动浏览 - 采集” 的流程。
总结
- TCP 核心：通过 “三次握手建连接、四次挥手断连接、序列号 + 确认号应答、滑动窗口控速率”，实现可靠且高效的传输。
- HTTP 核心：基于 TCP 传输，用请求 - 响应模式交互，通过 URL 定位资源，用状态码反馈结果，是万维网的 “通信语言”。
- 爬虫本质：自动化的 HTTP 请求 - 解析工具。