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在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，我們能夠在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)，需要一系列硬件和軟件相互配合來完成。其中，TCP、HTTP和MQTT是三種常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。下面，本文將詳細(xì)介紹它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。
首先，我們來看一下這三者在TCP/IP協(xié)議族中的位置關(guān)系：
按照OSI網(wǎng)絡(luò)分層模型，TCP屬于傳輸層協(xié)議，而HTTP和MQTT屬于應(yīng)用層協(xié)議。在這三者之間，TCP是HTTP和MQTT底層的協(xié)議。
TCP是一種基于連接的、可靠的傳輸協(xié)議。它是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議套件中的一部分，用于在網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)應(yīng)用程序之間建立可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。TCP提供了數(shù)據(jù)分割、重組、流量控制和擁塞控制等功能，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和順序傳遞。它是一種面向連接的協(xié)議，要求在數(shù)據(jù)傳輸之前先建立一個(gè)連接。TCP適用于對數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高的應(yīng)用，如文件傳輸、電子郵件和網(wǎng)頁瀏覽等。建立一個(gè)TCP連接需要三次握手，斷開一個(gè)TCP連接需要四次揮手。TCP協(xié)議可以對上層網(wǎng)絡(luò)提供接口，使上層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸建立在“無差別”的網(wǎng)絡(luò)之上。
0 | SYN=0,ACK=O | 簡寫 | 沒有操作 |
10 | SYN=1,ACK=0 | SYN=1 | 連接請求 |
11 | SYN=1,ACK=1 | SYN=1,ACK=1 | 請求確認(rèn) |
01 | SYN=0,ACK=1 | ACK=1 | 連接確認(rèn) |
第一次握手：客戶端主動建立連接，建立連接的時(shí)候，客戶端發(fā)送syn包（syn=x）到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)；SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）。
第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認(rèn)客戶的SYN（ack=x+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)。
第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=y+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。
| 00 | FIN=0，ACK=0 | 簡寫 | 沒有操作 |
| 10 | FIN=1，ACK=0 | FIN=1 | 斷開請求 |
| 11 | FIN=1，ACK=1 | FIN=1，ACK=1 | 請求確認(rèn) |
| 01 | FIN=0，ACK=1 | ACK=1 | 斷開確認(rèn) |
1.客戶端進(jìn)程發(fā)出連接釋放報(bào)文，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)。釋放數(shù)據(jù)報(bào)文首部，F(xiàn)IN=1，其序列號為seq=u（等于前面已經(jīng)傳送過來的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1），此時(shí)，客戶端進(jìn)入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)。TCP規(guī)定，F(xiàn)IN報(bào)文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗一個(gè)序號。
2.服務(wù)器收到連接釋放報(bào)文，發(fā)出確認(rèn)報(bào)文，ACK=1，ack=u+1，并且?guī)献约旱男蛄刑杝eq=v，此時(shí)，服務(wù)端就進(jìn)入了CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)。TCP服務(wù)器通知高層的應(yīng)用進(jìn)程，客戶端向服務(wù)器的方向就釋放了，這時(shí)候處于半關(guān)閉狀態(tài)，即客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，但是服務(wù)器若發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端依然要接受。這個(gè)狀態(tài)還要持續(xù)一段時(shí)間，也就是整個(gè)CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間。
3.客戶端收到服務(wù)器的確認(rèn)請求后，此時(shí)，客戶端就進(jìn)入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待服務(wù)器發(fā)送連接釋放報(bào)文（在這之前還需要接受服務(wù)器發(fā)送的最后的數(shù)據(jù)）。
4.服務(wù)器將最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，就向客戶端發(fā)送連接釋放報(bào)文，F(xiàn)IN=1，ack=u+1，由于在半關(guān)閉狀態(tài)，服務(wù)器很可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)，假定此時(shí)的序列號為seq=w，此時(shí)，服務(wù)器就進(jìn)入了LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)，等待客戶端的確認(rèn)。
5.客戶端收到服務(wù)器的連接釋放報(bào)文后，必須發(fā)出確認(rèn)，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時(shí)，客戶端就進(jìn)入了TIME-WAIT（時(shí)間等待）狀態(tài)。注意此時(shí)TCP連接還沒有釋放，必須經(jīng)過2??MSL（最長報(bào)文段壽命）的時(shí)間后，當(dāng)客戶端撤銷相應(yīng)的TCB后，才進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。
6.服務(wù)器只要收到了客戶端發(fā)出的確認(rèn)，立即進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。同樣，撤銷TCB后，就結(jié)束了這次的TCP連接?？梢钥吹?，服務(wù)器結(jié)束TCP連接的時(shí)間要比客戶端早一些。
HTTP是一種應(yīng)用層協(xié)議，用于在Web上傳輸超文本（如HTML）和其他資源。它建立在TCP之上，利用TCP的可靠性和連接性。HTTP采用客戶端-服務(wù)器模型，客戶端發(fā)送HTTP請求到服務(wù)器，服務(wù)器返回HTTP響應(yīng)以傳輸所請求的資源。HTTP是無狀態(tài)協(xié)議，每個(gè)請求和響應(yīng)之間是獨(dú)立的，服務(wù)器不會保留客戶端的狀態(tài)信息。
由于HTTP在每次請求結(jié)束后都會主動釋放連接，因此HTTP連接是一種“短連接”，要保持客戶端程序的在線狀態(tài)，需要不斷地向服務(wù)器發(fā)起連接請求。通常的做法是即使不需要獲得任何數(shù)據(jù)，客戶端也保持每隔一段固定的時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送一次“保持連接”的請求，服務(wù)器在收到該請求后對客戶端進(jìn)行回復(fù)，表明知道客戶端“在線”。若服務(wù)器長時(shí)間無法收到客戶端的請求，則認(rèn)為客戶端“下線”，若客戶端長時(shí)間無法收到服務(wù)器的回復(fù)，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開。
MQTT是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的"輕量級"通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。作為一種低開銷、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。
MQTT的設(shè)計(jì)思想是開放、簡單、輕量、易于實(shí)現(xiàn)。該協(xié)議具有以下特點(diǎn)：
1.使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合。
2.對負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸。
3.使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接。
4.有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量：
“至多一次”，消息發(fā)布完全依賴底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。會發(fā)生消息丟失或重復(fù)。這一級別可用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無所謂，因?yàn)椴痪煤筮€會有第二次發(fā)送。
“至少一次”，確保消息到達(dá)，但消息重復(fù)可能會發(fā)生。
“只有一次”，確保消息到達(dá)一次。這一級別可用于如下情況，在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，消息重復(fù)或丟失會導(dǎo)致不正確的結(jié)果。
5.小型傳輸，開銷很?。ü潭ㄩL度的頭部是2字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量。
6.使用Last Will和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制。
TCP、HTTP和MQTT之間的聯(lián)系：
TCP是底層的傳輸協(xié)議，HTTP和MQTT可以基于TCP進(jìn)行通信。
HTTP和MQTT都是應(yīng)用層協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用場景。
HTTP和MQTT都可以在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行通信，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
TCP、HTTP和MQTT之間的區(qū)別：
TCP是一種通用的傳輸協(xié)議，提供可靠的、面向連接的數(shù)據(jù)傳輸。而HTTP和MQTT是建立在TCP之上的應(yīng)用層協(xié)議，具有更高級的功能。
HTTP是面向文檔的協(xié)議，用于在Web上傳輸超文本數(shù)據(jù)。MQTT則是一種輕量級的發(fā)布/訂閱協(xié)議，用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信。
HTTP使用請求-響應(yīng)模型，每個(gè)請求都需要單獨(dú)建立連接，適用于客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求并接收響應(yīng)的場景。MQTT使用發(fā)布/訂閱模型，允許設(shè)備之間進(jìn)行異步通信。
HTTP通常使用標(biāo)準(zhǔn)的80端口（HTTP）或443端口（HTTPS），而MQTT使用1883端口（非加密）或8883端口（加密）。
數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換的關(guān)鍵組成部分；其中TCP適合高可靠性傳輸，HTTP適合Web服務(wù)和API調(diào)用，而MQTT則是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信的最佳選擇。
