大家都知道 HTTP 的底層是 TCP，但是可能僅限于知道，并不是真正理解它們的關(guān)系。

平時我們用 chrome devtools 的 Network 工具也只是能分析 HTTP 請求：

TCP 層的東西看不見摸不著的，所以對它的理解也模模糊糊。

那怎么能看到 TCP 層的數(shù)據(jù)包來理清 TCP 和 HTTP 的關(guān)系呢?

這里推薦一個抓包工具 WireShark，它能抓取 TCP 層的包：

今天我們就用它來抓包分析下 TCP 和 HTTP 吧!

首先，我們準備這樣一段服務(wù)端代碼：

const express = require('express')
const app = express()
app.get('/', function (req, res) {
  res.setHeader('Connection', 'close')
  res.end('hello world');
})
app.listen(4000)

用 express 起了一個服務(wù)，監(jiān)聽 4000 端口，處理路徑為 / 的 get 請求，返回 hello world 的響應(yīng)體，并設(shè)置 Connection: close 的 header。

瀏覽器訪問下：

header 和 body 都符合預(yù)期。

那 TCP 層都做了什么呢?

我們用 WireShark 抓包分析下：

打開 WireShark 后會看到有個設(shè)置按鈕：

因為我們訪問的是 localhost: 4000，所以這里選擇本地回環(huán)地址那個虛擬網(wǎng)卡，并輸入抓包過濾條件為 port 4000：

點擊 start 開始錄制，然后刷新一下瀏覽器：

這樣就能看到抓到的 TCP 數(shù)據(jù)包：

我們一一分析下。

在分析之前需要了解一些 TCP 基礎(chǔ)知識：

TCP 的頭部是這樣的：

TCP 是從端口到端口的傳輸協(xié)議，所以開始是源端口和目的端口。

接下來是序列號(sequence number)，表示當前包的序號，后面是確認的序列號(acknowledgment number)，表示我收到了序號為 xxx 的包。

然后紅框標出的部分是 flags 標識位，通過 0、1 表示有沒有：

這里我們只會用到其中的 SYN、ACK、FIN：

• SYN：請求建立一個連接(說明這是鏈接的開始)。
• ACK：表示 ack number 是否是有效的。
• FIN：表示本端要斷開鏈接了(說明這是鏈接的結(jié)束)。

有了這些，我們就知道怎么區(qū)分 TCP 鏈接的開始和結(jié)束了。

再看一下抓到的包：

有 SYN 標志位的是連接的開始，有 FIN 標志位的是連接的結(jié)束，所以我們分為 3 段來看：

首先是連接開始的部分：

大家聽過 TCP 的三次握手么?說的就是這個。

其中有一個端口是 4000，這個是服務(wù)的端口，那另一個端口 57454 明顯就是瀏覽器的端口。

首先是瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送了一個 SYN 的 TCP 請求，表示希望建立連接，序列號 Seq 是 0。

嚴格來說，序列號的相對值是 0，絕對值是 2454579144。

然后服務(wù)器向瀏覽器發(fā)送了一個 SYN 的 TCP 請求，表示希望建立連接，ACK 是 1，代表現(xiàn)在的 ack number 是有效的：

這里 ack number 的相對值是 1，絕對值是 2454579145，不就是上個 TCP 數(shù)據(jù)包的 seq 加 1 么?

TCP 連接中就是通過返回 seq number + 1 作為 ack number 來確認收到的。

然后又返回了一個 seq number 給瀏覽器，相對值是 0， 絕對值是 2765691269。

瀏覽器收到后返回了一個 TCP 數(shù)據(jù)包給服務(wù)器，ack number 自然是 2765691270，代表收到了連接請求。

這樣瀏覽器和服務(wù)器各自向?qū)Ψ桨l(fā)送了 SYN 的建立連接請求，并且都收到了對方的確認，那么 TCP 連接就建立成功了。

這就是 TCP 三次握手的原理!

趁熱打鐵來看下四次揮手的部分：

瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送了有 FIN 標志位的數(shù)據(jù)包，表示要斷開連接，然后服務(wù)端返回了 ACK 的包表示確認。

之后服務(wù)端發(fā)送了 FIN 標志位的數(shù)據(jù)包給瀏覽器，表示要斷開連接，瀏覽器也返回了 ACK 的包表示確認。

這樣就完成了四次揮手的過程。

當然，具體確認的還是靠 ack number = seq number + 1 來實現(xiàn)的，和上面的一樣，就不展開了：

我們通過抓包理清了 TCP 連接建立和連接的過程。

那么為什么握手是三次，揮手是四次呢?

因為揮手是一個 FIN，一個 ACK，一個 FIN + ACK，一個 ACK：

而握手是一個 SYN，一個 ACK + SYN，一個 ACK：

不過是因為握手時把 ACK 和 SYN 合并到一個數(shù)據(jù)包了而已。

那揮手時能合并成三次么?

不能!因為有兩個 ack number，怎么合并，沖突了，而握手時只有一個 ack number，自然可以合并。

接下來再來看下連接建立后的 http 請求和響應(yīng)吧：

其實一次 HTTP 請求響應(yīng)會有四個 TCP 數(shù)據(jù)包，其中兩個數(shù)據(jù)包與滑動窗口有關(guān)，這里先不展開了。

我們就看下 HTTP 的那兩個包吧：

請求的 seq 是這樣的：

而響應(yīng)的 ack 是這樣的：

相對值是 ack number = seq number + 1 沒錯，但是絕對值不是：

絕對值 2454579855 = 2454579145 + 710，也就是 ack number = seq number + segment len。

這些細節(jié)暫時不用深究。

總之，我們知道了HTTP 的請求和響應(yīng)是通過序列號關(guān)聯(lián)在一起的。

就算同一個 TCP 鏈接并行發(fā)送多個 HTTP 的請求和響應(yīng)，它們也能找到各自對應(yīng)的那個。就是通過這個 seq number 和 ack number。

這里為啥鏈接建立了發(fā)送了一個請求就斷掉了呢?

我刷新瀏覽器，請求了兩次，發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了兩次連接的建立、http 請求響應(yīng)、連接斷開：

這是因為我設(shè)置了 Connection:close 的 header，它的作用就是一次 http 請求響應(yīng)結(jié)束就斷開 TCP 鏈接。

我們改成 HTTP 1.1 支持的 keep-alive 試試：

設(shè)置 Connection 為 keep-alive，然后設(shè)置 keep-alive 的細節(jié)為 timeout 10 ，也就是 10s 后斷開。

重啟服務(wù)器，再刷新下瀏覽器試試：

可以看到在一個 TCP 連接內(nèi)發(fā)送了多次 http 請求響應(yīng)。(通過 SYN 開始，F(xiàn)IN 結(jié)束)

這就是 keep-alive 的作用。

細心的同學(xué)會發(fā)現(xiàn)只是瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送了 FIN 數(shù)據(jù)包，服務(wù)器沒有發(fā)給瀏覽器 FIN 數(shù)據(jù)包。

這是因為 keep-alive 的 header 只是控制的瀏覽器的斷開連接的行為，服務(wù)器的斷開連接邏輯是獨立的。

這樣，我們就理清了 HTTP 在 TCP 層面的流程，連接的建立、斷開，請求響應(yīng)，還有 keep-alive。

總結(jié)

我們平時都是分析 HTTP 請求響應(yīng)，TCP 對我們來說看不見摸不著的，理解的模模糊糊。

所以今天我們用 WireShark 抓了下 TCP 的包，來理清了 TCP 和 HTTP 的關(guān)系。

TCP 是從一個端口到另一個端口的傳輸控制協(xié)議，TCP header 中有序列號 seq number、確認序列號 ack number，還有幾個標志位：

• SYN 標志位代表請求建立連接
• ACK 標志位代表當前確認序列號是有效的。
• FIN 標志位代表請求斷開連接

然后我們抓了 localhost:4000 的包分析了下 HTTP 請求的 TCP 流程，理清了三次握手(SYN、SYN + ACK、ACK)，四次揮手(FIN、ACK、FIN + ACK、ACK)的連接建立、斷開的流程。知道了為什么不能三次揮手(因為兩個 ACK 沖突了)

然后還理清了同一個 TCP 連接傳輸?shù)亩鄠€ HTTP 請求響應(yīng)式通過 seq number 和 ack number 來關(guān)聯(lián)的。

之后我們分別測試了 Connection：close 和 Connection：keep-alive 的情況，發(fā)現(xiàn)確實 keep-alive 能減少頻繁的連接建立和斷開，能復(fù)用同一個 TCP 鏈接。

HTTP 是通過 TCP 完成端口到端口的數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹Ｒ粋€ TCP 連接可以傳輸多個 HTTP 請求、響應(yīng)。請求和響應(yīng)的關(guān)聯(lián)是通過 TCP 包的序列號 seq。

理清了 TCP 和 HTTP 的關(guān)系，你是否對 HTTP 的理解更深了呢?