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網路協議小故事(簡述)

2020-09-17 01:59:57 其他

小故事

瀏覽器里面輸入 https://www.kaola.com ,這是一個 URL,瀏覽器只知道名字是“www.kaola.com”,但是不知道具體的地點,所以不知道應該如何訪問,于是,它打開地址簿去查找,可以使用一般的地址簿協議 DNS 去查找,還可以使用另一種更加精準的地址簿查找協議 HTTPDNS,

無論用哪一種方法查找,最終都會得到這個地址:106.114.138.24,這個是 IP 地址,是互聯網世界的“門牌號”,

知道了目標地址,瀏覽器就開始打包它的請求,對于普通的瀏覽請求,往往會使用 HTTP 協議;但是對于購物的請求,往往需要進行加密傳輸,因而會使用 HTTPS 協議,無論是什么協議,里面都會寫明“你要買什么和買多少”,

 

 

 

DNS、HTTP、HTTPS 所在的層我們稱為應用層,經過應用層封裝后,瀏覽器會將應用層的包交給下一層去完成,通過 socket 編程來實作,下一層是傳輸層,傳輸層有兩種協議,一種是無連接的協議 UDP,一種是面向連接的協議 TCP,對于支付來講,往往使用 TCP 協議,所謂的面向連接就是,TCP 會保證這個包能夠到達目的地,如果不能到達,就會重新發送,直至到達,

TCP 協議里面會有兩個埠,一個是瀏覽器監聽的埠,一個是電商的服務器監聽的埠,作業系統往往通過埠來判斷,它得到的包應該給哪個行程,

 

 

 

傳輸層封裝完畢后,瀏覽器會將包交給作業系統的網路層,網路層的協議是 IP 協議,在 IP 協議里面會有源 IP 地址,即瀏覽器所在機器的 IP 地址和目標 IP 地址,也即電商網站所在服務器的 IP 地址,

 

 

 

作業系統既然知道了目標 IP 地址,就開始想如何根據這個門牌號找到目標機器,作業系統往往會判斷,這個目標 IP 地址是本地人,還是外地人,如果是本地人,從門牌號就能看出來,但是顯然電商網站不在本地,而在遙遠的地方,

作業系統知道要離開本地去遠方,雖然不知道遠方在何處,但是可以這樣類比一下:如果去國外要去海關,去外地就要去網關,而作業系統啟動的時候,就會被 DHCP 協議配置 IP 地址,以及默認的網關的 IP 地址 192.168.1.1,

作業系統如何將 IP 地址發給網關呢?在本地通信基本靠吼,于是作業系統大吼一聲,誰是 192.168.1.1 啊?網關會回答它,我就是,我的本地地址在村東頭,這個本地地址就是 MAC 地址,而大吼的那一聲是ARP 協議,

 

 于是作業系統將 IP 包交給了下一層,也就是 MAC 層,網卡再將包發出去,由于這個包里面是有 MAC 地址的,因而它能夠到達網關,

網關收到包之后,會根據自己的知識,判斷下一步應該怎么走,網關往往是一個路由器,到某個 IP 地址應該怎么走,這個叫作路由表,

路由器有點像玄奘西行路過的一個個國家的一個個城關,每個城關都連著兩個國家,每個國家相當于一個局域網,在每個國家內部,都可以使用本地的地址 MAC 進行通信,

一旦跨越城關,就需要拿出 IP 頭來,里面寫著貧僧來自東土大唐(就是源 IP 地址),欲往西天拜佛求經(指的是目標 IP 地址),路過寶地,借宿一晚,明日啟程,請問接下來該怎么走啊?

 

 城關往往是知道這些“知識”的,因為城關和臨近的城關也會經常溝通,到哪里應該怎么走,這種溝通的協議稱為路由協議,常用的有 OSPF 和 BGP,

 

 城關與城關之間是一個國家,當網路包知道了下一步去哪個城關,還是要使用國家內部的 MAC 地址,通過下一個城關的 MAC 地址,找到下一個城關,然后再問下一步的路怎么走,一直到走出最后一個城關,

最后一個城關知道這個網路包要去的地方,于是,對著這個國家吼一聲,誰是目標 IP 啊?目標服務器就會回復一個 MAC 地址,網路包過關后,通過這個 MAC 地址就能找到目標服務器,

目標服務器發現 MAC 地址對上了,取下 MAC 頭來,發送給作業系統的網路層,發現 IP 也對上了,就取下 IP 頭,IP 頭里會寫上一層封裝的是 TCP 協議,然后將其交給傳輸層,即 TCP 層,

在這一層里,對于收到的每個包,都會有一個回復的包說明收到了,這個回復的包絕非這次下單請求的結果,例如購物是否成功,扣了多少錢等,而僅僅是 TCP 層的一個說明,即收到之后的回復,當然這個回復,會沿著剛才來的方向走回去,報個平安,

因為一旦出了國門,西行路上千難萬險,如果在這個程序中,網路包走丟了,例如進了大沙漠,或者被強盜搶劫殺害怎么辦呢?因而到了要報個平安,

如果過一段時間還是沒到,發送端的 TCP 層會重新發送這個包,還是上面的程序,直到有一天收到平安到達的回復,這個重試絕非你的瀏覽器重新將下單這個動作重新請求一次,對于瀏覽器來講,就發送了一次下單請求,TCP 層不斷自己悶頭重試,除非 TCP 這一層出了問題,例如連接斷了,才輪到瀏覽器的應用層重新發送下單請求,

當網路包平安到達 TCP 層之后,TCP 頭中有目標埠號,通過這個埠號,可以找到電商網站的行程正在監聽這個埠號,假設一個 Tomcat,將這個包發給電商網站

 

 電商網站的行程得到 HTTP 請求的內容,知道了要買東西,買多少,往往一個電商網站最初接待請求的這個 Tomcat 只是個接待員,負責統籌處理這個請求,而不是所有的事情都自己做,例如,這個接待員要告訴專門管理訂單的行程,登記要買某個商品,買多少,要告訴管理庫存的行程,庫存要減少多少,要告訴支付的行程,應該付多少錢,等等,

如何告訴相關的行程呢?往往通過 RPC 呼叫,即遠程程序呼叫的方式來實作,遠程程序呼叫就是當告訴管理訂單行程的時候,接待員不用關心中間的網路互連問題,會由 RPC 框架統一處理,RPC 框架有很多種,有基于 HTTP 協議放在 HTTP 的報文里面的,有直接封裝在 TCP 報文里面的,

當接待員發現相應的部門都處理完畢,就回復一個 HTTPS 的包,告知下單成功,這個 HTTPS 的包,會像來的時候一樣,經過千難萬險到達你的個人電腦,最終進入瀏覽器,顯示支付成功,

 

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