前言

雖然在大學的時候大家都學過網路協議，但是肯定感覺網路協議的知識點非常多，非常復雜，學的時候就渾渾噩噩，真正到了實踐中更是糊里糊涂，一旦作業中遇到了網路問題，除了會簡單地 ping 幾下，基本沒有什么解決問題的思路，然而當拿起書來學習，或者看一些官方檔案的時候，各種生僻的專業詞匯馬上撲面而來，每了解其中的一個詞匯，都要看多篇文章，讀多本書，導致一篇即使很短的有關網路技術的文章也要幾個星期才能看完，

這嚴重打擊著大家的自信心，并且很容易讓人在技術的海洋中迷失自我，從而產生“從人門到放棄”的沖動！

網路協議和變化萬千的前沿技術不同，它的變化比較小，一旦掌握到一定程度，就會一直受益技術變很快，這幾年OpenStack、docker、Mesos、kubernetes、微服務、serverless、AIops等技術層出不窮，讓大多數技術人員應接不暇，但是掌握了基礎知識后，反而發現很多技術看起來“轟轟烈烈”，脫下外衣，其實本質還是操作系計算機網路、演算法與資料結構、編譯原理、計算機組成與系統結構，

如果基礎打好了，最大的收益就是，在最新的技術出來以后，只要經過短時間的學習，就很容易上手，就能在新技術的滾滾浪潮中保持快速學習的能力，

既然網路協議既是基礎，又繞不過去，還這么難，但是趟過去之后又不怎么變，收益越來越大，那為什么不寫一檔案，給大家一點可借鑒的經驗，幫助大家盡快掌握網路協議呢？

那么，今天咱們就從目錄、主要包括的內容和總結三部分給大家進行網路協議的拓展學習，希望大家能夠喜歡！！

主要內容

主要把本文內容分為九章來給大家介紹：

第1章通信協議概述.

1.1為什么要學習網路協議

1.2網路分層的真實含義，總結一下本節的內容，理解網路協議的作業模式，有以下兩個小竅門，

始終想象自己是一個處理網路包的程式:如何拿到網路包，如何根據規則進行處理，如何發出去，
始終牢記一個原則:只要是在網路上跑的包，都是完整的，可以有下層沒上層，絕對不可能有上層沒下層，

1.3 ifconfig:熟悉又陌生的命令列，通過本節的學習希望你能記住以下的知識點，后面都能用得上:

I地址有定位功能，MAC地址類似身份證號，無定位功能，
CIDR可以用來判斷是不是本地地址，
IP地址分公網IP地址和私網IP地址，后面的章節中會談到“出國門”，就與此有關，

1.4 DHCP與PXE:IP地址是怎么來的，又是怎么沒的，本節內容總結如下:

DHCP主要租給客戶端IP地址，這個程序和租房很像，要商談、簽約、續租，廣播還不能“搶單”，
DHCP會給客戶端推薦“裝修隊”PXE來安裝作業系統，這在云計算領域大有用處，

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第2章從二層到三層．

2.1從物理層到MAC層:如何在宿舍里自己組網玩聯機游戲，本節有3個重點需要記住:

MAC層是用來解決多路訪問的“堵車”問題的，
ARP是通過“吼”的方式來尋找目標MAC地址的，“吼”完之后會記住一段時間，這個叫作快取，
交換機是有MAC地址學習能力的，學會了它就能知道誰在哪里，不用廣播了，

2.2交換機與VLAN:辦公室太復雜，我要回學校，本節總結如下:

·當交換機的數目越來越多時，會遭遇環路問題，讓廣播包迷路，這時就需要使用STP通過“比武論劍”的方式，將有環路的圖變成沒有環路的樹，從而解決環路問題，
·交換機數目過多會導致隔離問題，可以通過VLAN形成虛擬局域網，從而解決廣播問題和安全問題，

2.3ICMP與ping:投石問路的偵察兵，本節內容總結如下:

·ICMP 相當于網路世界的偵察兵，本節講解了兩種型別的ICMP報文，一種是主動探查的查詢報文，一種例外報告的差錯報文，
ping使用查詢報文，Traceroute使用差錯報文，

2.4世界這么大，我想出網關:歐洲十國游與玄奘西行，本節總結如下:

·如果離開局域網，就需要經過網關，
·路由器是一個三層設備，里面有如何尋找下一跳的規則，
·經過路由器之后MAC頭要變，如果I地址不變，相當于不換護照的“歐洲十國游”，如果IP地址改變，相當于換護照的“玄奘西行”，

2.5路由協議:“西出網關無故人""敢問路在何方”，本節總結如下:

路由分靜態路由和動態路由，靜態路由可以配置復雜的策略路由，控制轉發策略，
動態路由有兩種主流協議，距離矢量路由協議和鏈路狀態路由協議，分別對應BGP和OSPF 這兩個實作，

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第3章重要的傳輸層．

3.1 UDP:雖然簡單但是可以定制化，本節總結如下:

如果將TCP比作成熟的社會人，UDP則是頭腦簡單的小朋友，TCP復雜，UDP簡單，TCP維護連接，UDP誰都相信，TCP知進退，UDP愣頭青一個，勇往直前，
·UDP雖然簡單，但它有簡單的用法，它可以用在環境簡單、需要多播、應用層自己控制傳輸的地方，例如DHCP、VXLAN、QUIC等，

3.2 TCP(上):雖然復雜，使用起來卻輕松，本節總結如下:

· TCP頭很復雜，但是主要關注五個方面:順序問題、丟包問題、連接維護、流量控制，以及擁塞控制，
連接的建立要經過三次握手，斷開要經過四次揮手，

3.3 TCP (下):西行必定多妖孽，恒心智慧消磨難，總結如下:

順序問題、丟包問題、流量控制都是通過滑動視窗來解決的，滑動視窗其實就相當于領導和下屬的作業備忘錄，布置過的作業要有編號，干完了有反饋，活兒不能派太多，也不能太少，
擁塞控制是通過擁塞視窗來解決的，相當于往管道里面倒水，快了容易溢位，慢了浪費帶寬，要摸著石頭過河，找到最優值，

3.4 socket: Talk is cheap, show me the code ，本節總結如下:

你需要記住在基于TCP和UDP的socket程式的函式呼叫程序中，客戶端和服務端都需要呼叫哪些函式，
寫一個能夠支撐大量連接的高并發的服務端不容易，需要多行程、多執行緒，而 epoll能解決C10K問題，

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第4章常用的應用層．

4.1 HTTP:看個新聞原來這么麻煩，本節總結如下:

HTTP很常用，也很復雜，重點記住GET、POST、PUT、DELETE這幾個方法，以及重要的首部欄位，
HTTP2.0通過頭壓縮、分幀、二進制編碼、多路復用等技術提升性能，
QUIC協議通過基于UDP自定義的連接、重傳、多路復用、流量控制等機制進一步提升性能，

4.2 HTTPS:點外賣的程序原來這么復雜，本節總結如下:

加密分對稱加密和非對稱加密，對稱加密效率高，但是解決不了密鑰傳輸問題;非對稱加密可以解決這個問題，但是效率低，
非對稱加密需要通過證書和權威機構來驗證公鑰的合法性，
HTTPS是綜合了對稱加密和非對稱加密的HTTP，既保證傳輸安全，也保證傳輸效率，

4.3流媒體協議:如何在直播里看到帥哥美女，本節總結如下:

編碼兩大流派達成了一致，都是通過關于時間、空間的各種演算法來壓縮資料的，
壓縮好的資料，為了方便傳輸會組成一系列NALU，按照幀和片依次排列，
排列好的NALU在網路傳輸時，要按照RTMP包的格式進行包裝，RTMP包會拆分成塊進行傳輸，
推送到流媒體服務器的視頻流經過轉碼和分發，可以被客戶端通過RTMP拉取，然后組合為NALU，解碼成視頻格式進行播放，

4.4 P2P協議:下載電影，分布式協議速度快，本節總結如下：

下載一個檔案可以使用HTTP或FTP，這兩種協議都使用集中下載的方式，而P2P則換了一種思路，采取去中心化下載的方式，
P2P也有兩種下載方式，一種是依賴于tracker服務器，即元資料集中，檔案資料分散;另一種基于分布式哈希演算法，元資料和檔案資料全部分散，

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第5章陌生的資料中心.

5.1 DNS:網路世界的地址簿，本節總結如下:

DNS是網路世界的地址簿，可以通過域名查詢地址，由于DNS服務器是按照樹狀結構組織的，因而域名查找使用的是遞回的方法，并通過快取的方式增強性能，
域名和IP地址相互映射的程序給了應用基于域名做負載均衡的機會,可以實作簡單的負載均衡，也可以根據地址和運營商實作全域負載均衡，

5.2 HTTPDNS:網路世界的地址簿也會指錯路，本節需要記住以下兩個重點:

·傳統的DNS服務器有很多問題，例如決議慢、更新不及時，因為快取、轉發NAT問題導致客戶端誤會自己所在的位置和所屬的運營商，從而影響流量的調度，
·HTTPDNS服務器通過客戶端SDK，服務端通過HTTP直接呼叫決議DNS服務器的方式，繞過了傳統DNS服務器的缺點，實作了智能調度，

5.3 CDN:你去小賣部取過快遞嗎，本節需記住以下兩個重點:

CDN和電商系統的分布式倉儲系統-樣，分為中心節點、區域節點、邊緣節點，將資料快取在離用戶最近的位置，
CDN最擅長的是快取靜態資料,除此之外還可以快取流媒體資料,這時要注意使用防盜鏈，CDN也支持動態資料快取，可用模式有兩種:一種是邊緣計算的生鮮超市模式，另一種是鏈路優化的冷鏈運輸模式，

5.4資料中心:我是開發商，自己拿地蓋別墅，本節需要記住以下3個重點:

資料中心分為三層，服務器連接到接入層，然后是匯聚層，接著是核心層，最外面是邊界路由器和安全設備，
資料中心的所有鏈路都要高可用，服務器可以系結網卡，交換機可以堆疊，三層設備可以通過等價路由，二層設備可以通過TRILL協議實作高可用，
隨著云和大資料的發展,東西流量相較于南北流量更加重要,因而演進出葉脊網路結構，

5.5 VPN:朝中有人好做官，本節總結如下:

VPN可以將一個機構的多個資料中心通過隧道連接起來,讓機構感覺在一個資料中心里面一樣，如同自駕游通過瓊州海峽，
完全基于軟體的IPsec VPN可以保證私密性、完整性、真實性，簡單便宜，但是性能稍微差一些，
MPLS-VPN綜合了I轉發模式和ATM標簽轉發模式的優勢，性能較好，但是需要從運營商處購買，

5.6移動網路:去巴塞羅那，手機也上不了“臉書”，本節總結如下:

移動網路的發展歷程從2G到3G，再到4G，功能逐漸從以打電話為主轉變為以上網為主，
請記住4G網路的結構，有eNodeB、MME、SGW、PGW等，分控制面協議和資料面協議，你可以對照這個結構，試著說出手機上網的流程，
即便你在國外運營商的范圍內上網，也要由國內運營商控制，因而也上不了“臉書”，

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第6章云計算中的網路．

6.1云中網路:自己拿地成本高，購買公寓更靈活，本節總結如下:

云計算的關鍵技術是虛擬化，這里我們重點關注的是虛擬網卡通過打開TUN/TAP字符設備的方式，將虛擬機內外連接起來，
云中的網路重點關注四個方面:共享、隔離、互通、靈活，其中共享和互通有兩種常用的方式，分別是橋接和NAT，隔離可以通過VLAN的方式來進行，

6.2軟體定義網路:共享基礎設施的小區物業管理辦法，本節總結如下:

用SDN 控制整個云里面的網路，就像小區保安從總控室管理整個物業是一樣的，將控制面和資料面進行了分離，
Open vSwitch是一種開源的虛擬交換機的實作，它能對經過自己的網路包做任意修改，從而使得云對網路的控制十分靈活，
將Open vSwitch引入云之后，可以使配置簡單而靈活，并且可以解耦物理網路和虛擬網路，

6.3云中網路之安全:雖然不是土豪，也需要基本保障，本節總結如下:

云中的安全策略的常用方式是使用iptables的規則,請記住它的5個鏈:PREROUTING、INPUT、FORWARD、OUTPUT、POSTROUTING，
iptables 的表分為4種: raw、mangle、nat、filter，其中安全策略主要在filter表中實作，而虛擬網路和物理網路地址的轉換主要在nat表中實作，

6.4云中網路之QoS:室友瘋狂下電影，我該怎么辦，本節總結如下:

云中的流量控制主要是通過佇列進行的，排隊規則分為兩大類:無類別排隊規則和基于類別的排隊規則，
在云中網路Open vSwitch中，主要使用HTB將總的帶寬在一棵樹上按照配置的比例進行分配，并且在一個分支不使用流量時，借給另外的分支，從而增強帶寬利用率，

6.5云中網路之隔離GRE、VXLAN:雖然住一個小區，也要保護隱私，本節總結如下:

要對不同用戶的網路進行隔離,解決VLAN數目有限的問題,需要通過Overlay的方式，常使用的是GRE和VXLAN，
GRE是一種點對點的隧道模式，VXLAN是支撐組播的隧道模式，它們都要在某個隧道埠進行封裝和解封裝，實作跨物理機的互通，
Open vSwitch可以作為隧道埠，通過設定流表規則在虛擬機網路和物理機網路之間進行轉換，

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第7章容器技術中的網路．

7.1容器網路:來去自由的日子，不買公寓去合租，本節總結如下:

容器是一種比虛擬機更加輕量級的隔離方式，主要通過namespace和 cgroup技術進行資源的隔離，namespace負責“看起來”隔離，cgroup負責“用起來”隔離，
容器網路連接到物理網路的方式和虛擬機很像，通過橋接的方式可以實作一臺物理機上容器的相互訪問，如果要訪問外網，最簡單的方式還是通過NAT，

7.2容器網路之Flannel:每人一畝三分地.，本節總結如下:

基于NAT的容器網路模型在微服務架構下有兩個問題，一個是IP地址重疊，另一個是埠沖突，需要通過Overlay 網路保持跨節點的連通性，
Flannel是跨節點容器網路方案之一，它提供的Overlay方案主要有兩種方式，一種是UDP在用戶態封裝，另一種是VXLAN在內核態封裝，而VXLAN的性能更好一些，

7.3容器網路之Calico:為了高效說出善意的謊言，本節總結如下:

Calico推薦使用物理機作為路由器，這種模式沒有虛擬化開銷，性能比較高，
Calico的主要組件包括路由、iptables 的配置組件Felix、路由廣播組件BGP Speaker，以及大規模場景下的BGP路由反射器，
為解決跨網段的問題，Calico還有一種IPIP模式，即在兩臺機器之間打一個隧道，兩臺機器分別位于隧道兩端，這樣本來不是鄰居的兩臺機器，因為隧道變成了相鄰的機器，

7.4 RPC概述:遠在天邊，近在眼前，本節總結如下:

遠程呼叫看起來用socket編程就可以了，其實是很復雜的，要解決協議約定問題、傳輸協議問題和服務發現問題，
Bruce Jay Nelson的論文、早期ONC RPC框架，以及NFS的實作，給出了解決這三大問題的示范性實作，即協議約定要公用協議描述檔案并通過這個檔案生成Stub程式，RPC的傳輸一般需要一個狀態機，同時需要另外一個行程專門做服務發現，

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