《趣谈网络协议》（刘超老师）读后笔记记录 001

第一讲  为什么要学习网络协议

通过网络协议，可以使一大片机器互相协作、共同完成一件事。

常见的网络协议以及其所在的层：

知识要点：

1、协议三要素：语法、语义、顺序。

• 语法：一段内容要符合一定的内容和格式。如：括号要成对，某些语言的结束要有分号等。
• 语义：一段内容要代表的某种含义，必须要有意义。如数字减数字是有含义的，数字减字符就没有意义。
• 顺序：先做什么，后做什么。

2、以下单流程为例，查看互联网运行中的网络协议

　　浏览器输入网址，https://www.kaola.com (此为URL) ，浏览器只知道名字，不知道具体的地点，所以无法访问。于是，采用地址簿去查找，（可以使用一般的地址簿协议DNS去查找，还可以使用另一种更加精确的地址簿查找协议HTTPDNS）。最终，可以找到IP地址：106.114.138.24。

　　知道目标地址，浏览器打包请求，普通浏览使用HTTP协议，加密传输使用HTTPS协议。（协议里都应包括“买什么和买多少”）。

　　DNS、HTTP、HTTPS所在层，我们称为应用层，经过应用层封装后，浏览器会将应用层的包交给下一层去完成，通过socket编程来实现。下一层是传输层。传输层有两种协议，一种是无连接的协议UDP，一种是面向连接的协议TCP。对于支付来讲，往往使用TCP协议。所谓的面向连接就是，TCP会保证这个包能够达到目的地。如果不能到达，就会重新发送，直到到达。

　　TCP协议里面会有两个端口，一个是浏览器监听的端口，一个是电商的服务器监听的端口。操作系统往往通过端口来判断，它得到的包应该给哪个进程。

　　传输层封装完毕后，浏览器会将包交给操作系统的网络层。网络层的协议是IP协议。在IP协议里面会有源IP地址，即浏览器所在机器的IP地址和目标IP地址，也即电商网站所在服务器的IP地址。

　　操作系统在知道目标IP地址，就开始想如何根据这个门牌号找到目标机器。操作系统会判断，这个目标IP地址是本地人，还是外地人。如果是本地人，从门牌号就能看出来，但是电商网站不在本地，而在遥远的地方。操作系统知道要离开本地去远方。可以这样类比一下:如果去国外要去海关，去外地就要去网关。而操作系统启动的时候，就会被DHCP协议配置IP地址，以及默认的网关的IP地址192.168.1.1。
　　操作系统如何将IP地址发给网关呢？在本地通信基本靠吼，于是操作系统大吼一声，谁是192.168.1.1啊？网关会回答它，我就是，我的本地地址在村东头。这个本地地址就是MAC地址，而大吼的那一声是ARP协议。

 

　　于是操作系统将IP包交给了下一层，也就是MAC层。网卡再将包发出去。由于这个包里面是有MAC地址的，因而它能够到达网关。网关收到包之后，会根据自己的知识，判断下一步应该怎么走。网关往往是一个路由器，到某个IP地址应该怎么走，这个叫作路由表。路由器有点像玄奘西行路过的一个个国家的一个个城关。每个城关都连着两个国家，每个国家相当于一个局域网，在每个国家内部，都可以使用本地的地址MAC进行通信。一旦跨越城关，就需要拿出IP头来，包括源IP地址、目标IP地址。询问接下来该怎么走啊？

　　城关往往是知道这些“知识”的，因为城关和临近的城关也会经常沟通。到哪里应该怎么走，这种沟通协议称为路由协议，常用的有OSPF和BGP。

　　城关与城关之间是一个国家，当网络包知道了下一步去哪个城关，还是要使用国家内部的MAC地址，通过下一个城关的MAC地址，找到下一个城关，然后再问下一步的路怎么走，一直走到最后一个城关。最后一个城关知道这个网络包要去的地方。于是，对着这个国家吼一声，谁是目标IP啊？目标服务器就会回复一个MAC地址。网络包过关后，通过这个MAC地址就能找到目标服务器。目标服务器发现MAC地址对上了，取下MAC头来，发送给操作系统的网络层。发现IP也对上了，就取下IP头。IP头里会写上一层封装的是TCP协议，然后将其交给传输层，即TCP层，在这一层里，对于收到的每个包，都会有一个回复的包说明收到了。这个回复的包绝非这次下单请求的结果，而仅仅是TCP层的一个说明，即收到之后的回复。当然这个回复，会沿着刚才来的方向回去，报个平安。（因为一旦出了国门，西行路上千难万险，如果在这个过程中，网络包走丢了，例如进了大沙漠，怎么办呢？因而到了要报个平安。）
　　如果过一段时间还是没到，发送端的TCP层会重新发送这个包，还是上面的过程，直到有一天收到平安到达的回复。这个重试绝非你的浏览器重新将下单这个动作重新请求一次。对于浏览器来讲，就发送了一次下单请求，TCP层不断自己闷头重试。除非TCP这一层出了问题，例如连接断了，才轮到浏览器的应用层重新发送下单请求。

　　当网络平安到达TCP层之后，TCP头中有目标端口号，通过这个端口号，可以找到电商网站的进程正在监听这个端口号，假设一个Tomcat，将这个包发给电商网站。电商网站的进程得到HTTP请求的内容，知道了要买东西，买多少。往往一个电商网站最初接待请求的这个Tomcat只是个接待员，负责统筹处理这个请求，而不是所有的事情都自己做。例如，这个接待员要告诉专门管理订单的进程，登记要买某个商品，买多少，要告诉管理库存的进程，库存要减少多少，要告诉支付的进程，应该付多少钱，等等。

　　如何告诉相关的进程呢？往往通过RPC调用，即远程过程调用的方式来实现。远程过程调用就是当告诉管理订单进程的时候，接待员不用关心中间的网络互连问题，会由RPC框架统一处理。RPC框架有很多种，有基于HTTP协议放在HTTP的报文里面的，有直接封装在TCP报文里面的。
　　当接待员发现相应的部门都处理完毕，就回复一个HTTPS的包，告知下单成功。这个HTTPS的包，会像来的时候一样，经过千难万险到达你的个人电脑，最终进入浏览器，显示支付成功。