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消息队列篇--通信协议篇--理解HTTP、TLS和TCP如何协同工作

article 2026/2/14 4:33:06

前面介绍了HTTP/HTTPS，SSL/TLS以及TCP和UDP，这些在网络传输上分别有着自己的作用。为了深入理解下这些概念，本篇重点介绍下HTTP、TLS 和 TCP是如何协同工作的？我们从底层到上层逐步分析每个协议的作用及其相互关系。这些协议共同协作确保数据在网络中的可靠传输和安全性。

1、TCP（Transmission Control Protocol）

TCP是一种面向连接的传输层协议，负责在客户端和服务器之间建立可靠的通信通道。

主要功能：

可靠性：通过序列号和确认机制确保数据包按顺序到达且不丢失。
流量控制：防止发送方发送过多的数据导致接收方溢出。
拥塞控制：监控网络状态，避免网络拥塞。
错误检测与纠正：通过校验和检测传输中的错误，并在必要时重传数据包。

2、TLS（Transport Layer Security）

TLS是一种加密协议，用于在客户端和服务器之间提供安全通信。它运行在TCP之上。

主要功能：

加密：使用对称加密算法（如AES）加密数据，确保数据在传输过程中不被窃听。
身份验证：通过数字证书验证服务器的身份，防止中间人攻击。
完整性检查：使用消息认证码（MAC）确保数据未被篡改。
密钥交换：通过握手过程生成共享的秘密密钥，用于后续的加密通信。

3、HTTP（HyperText Transfer Protocol）

HTTP是一种应用层协议，用于在客户端（通常是Web浏览器）和服务器之间传输超文本（如HTML文档）。它基于请求-响应模型工作，客户端发送请求，服务器返回响应。

4、三者协作工作流程

当用户在浏览器中输入一个URL并发起请求时，整个通信过程涉及以下几个步骤：

（1）、建立TCP连接

首先，客户端需要与服务器建立一个TCP连接。这个过程称为“三次握手”（Three-Way Handshake），确保双方都准备好进行通信。

三次握手的过程：
1、SYN：客户端向服务器发送一个SYN（同步）消息，表示希望建立连接，并包含一个初始序列号。
2、SYN-ACK：服务器回应一个SYN-ACK消息，表示同意建立连接，并包含自己的初始序列号。
3、ACK：客户端发送一个ACK（确认）消息，确认收到服务器的SYN-ACK消息，并完成连接建立。

此时，客户端和服务器之间的TCP连接已经建立，可以开始传输数据。

（2）、TLS握手（可选）

如果客户端请求的是HTTPS（即HTTP over TLS），则需要在TCP连接的基础上进行TLS握手，以建立安全的通信通道。

TLS握手的过程：
1、Client Hello：客户端向服务器发送一个Client Hello消息，包含支持的TLS版本、加密套件列表、客户端随机数等信息。
2、Server Hello：服务器回应一个Server Hello消息，选择一个双方都支持的加密套件，并发送服务器的数字证书(之后使用CA公钥验证)，服务器公钥、服务器随机数等信息。
3、客户端验证证书：客户端验证服务器的数字证书，确保其真实性。如果验证失败，握手终止。（客户端使用使用CA的公钥验证证书签名的正确性和时效性等）
4、密钥交换：客户端生成一个预主密钥，并使用服务器的公钥对其进行加密，然后发送给服务器。服务器使用自己的私钥解密预主密钥，双方根据Client Random、Server Random和Pre-Master Secret计算出会话密钥。
5、加密通信准备就绪：双方交换Finished消息，确认握手成功。此后，所有通信都将使用会话密钥进行加密。

此时，客户端和服务器之间的TLS连接已经建立，可以开始加密通信。

（3）、HTTP请求与响应

一旦TCP连接（或TLS 连接）建立完成，客户端就可以通过HTTP协议向服务器发送请求，服务器返回响应。

HTTP请求的示例：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com

HTTP响应的示例：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 137<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>Example</title>
</head>
<body><h1>Hello, World!</h1>
</body>
</html>

如果使用了HTTPS，则所有HTTP请求和响应都会在TLS加密通道中传输，确保数据的安全性。

（4）、流程图示例

以下是HTTP、TLS和TCP协同工作的详细流程图：
在这里插入图片描述
解释：
1、TCP连接建立：

客户端通过三次握手与服务器建立TCP连接。（SYN，SYN-ACK，ACK）
这一步确保了双方能够可靠地传输数据。
2、TLS握手（仅HTTPS）：
如果是HTTPS请求，客户端和服务器将进行TLS握手。（Client Hello-到-Client Finished）
双方协商加密套件，验证服务器证书，生成会话密钥。
此后，所有通信将使用会话密钥进行加密。
3、HTTP请求与响应：
客户端通过已建立的TCP或TLS连接发送HTTP请求。
服务器处理请求并返回HTTP响应。
如果使用了HTTPS，所有请求和响应都在加密通道中传输。
4、关闭连接：
当数据传输完成后，客户端和服务器可以通过四次挥手关闭TCP连接。
四次挥手确保双方都能正确关闭连接，释放资源。

5、总结

TCP提供了底层的可靠传输服务，确保数据包按顺序到达且不丢失。
TLS在TCP之上增加了加密和身份验证功能，确保数据的安全性和完整性。
HTTP是应用层协议，负责定义客户端和服务器之间的请求和响应格式。

通过这种分层结构，HTTP、TLS和TCP协同工作，确保了网络通信的可靠性、安全性和效率。如果你使用的是HTTPS，那么所有的HTTP请求和响应都会在TLS加密通道中传输，从而保护数据免受窃听和篡改。

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