前言

雖然在大學的時候大家都學過網路協定，但是肯定感覺網路協定的知識點非常多，非常複雜。學的時候就渾渾噩噩，真正到了實踐中更是糊里糊塗，一旦工作中遇到了網路問題，除了會簡單地 ping 幾下，基本沒有什麼解決問題的思路。然而當拿起書來學習，或者看一些官方檔案的時候，各種生僻的專業詞彙馬上撲面而來，每瞭解其中的一個詞彙，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，並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」的衝動！

網路協定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後，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後，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。

既然網路協定既是基礎，又繞不過去，還這麼難，但是趟過去之後又不怎麼變，收益越來越大，那為什麼不寫一檔案，給大家一點可借鑑的經驗，幫助大家儘快掌握網路協定呢？

那麼，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定的拓展學習，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章通訊協定概述.

1.1為什麼要學習網路協定

1.2網路分層的真實含義，總結一下本節的內容，理解網路協定的工作模式，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，後面都能用得上:

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。後面的章節中會談到「出國門」，就與此有關。

1.4 DHCP與PXE:IP地址是怎麼來的，又是怎麼沒的，本節內容總結如下:

DHCP主要租給使用者端IP地址，這個過程和租房很像，要商談、簽約、續租，廣播還不能「搶單」。
DHCP會給使用者端推薦「裝修隊」PXE來安裝作業系統，這在雲端計算領域大有用處。

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第2章從二層到三層．

2.1從物理層到MAC層:如何在宿舍裡自己組網玩聯機遊戲，本節有3個重點需要記住:

MAC層是用來解決多路存取的「堵車」問題的。
ARP是通過「吼」的方式來尋找目標MAC地址的，「吼」完之後會記住一段時間，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裡，不用廣播了。

2.2交換機與VLAN:辦公室太複雜，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形成虛擬區域網，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 相當於網路世界的偵察兵。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，一種異常報告的差錯報文。
ping使用查詢報文，Traceroute使用差錯報文。

2.4世界這麼大，我想出閘道器:歐洲十國遊與玄奘西行，本節總結如下:

·如果離開區域網，就需要經過閘道器。
·路由器是一個三層裝置，裡面有如何尋找下一跳的規則。
·經過路由器之後MAC頭要變，如果I地址不變，相當於不換護照的「歐洲十國遊」，如果IP地址改變，相當於換護照的「玄奘西行」。

2.5路由協定:「西出閘道器無故人""敢問路在何方」，本節總結如下:

路由分靜態路由和動態路由，靜態路由可以設定複雜的策略路由，控制轉發策略。
動態路由有兩種主流協定，距離向量路由協定和鏈路狀態路由協定。分別對應BGP和OSPF 這兩個實現。

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第3章重要的傳輸層．

3.1 UDP:雖然簡單但是可以客製化化，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複雜，UDP簡單。TCP維護連線，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):雖然複雜，使用起來卻輕鬆，本節總結如下:

· TCP頭很複雜，但是主要關注五個方面:順序問題、丟包問題、連線維護、流量控制，以及擁塞控制。
連線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，恆心智慧消磨難，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於領導和下屬的工作備忘錄，佈置過的工作要有編號，幹完了有反饋，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，相當於往管道里面倒水，快了容易溢位，慢了浪費頻寬，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:

你需要記住在基於TCP和UDP的socket程式的函數呼叫過程中，使用者端和伺服器端都需要呼叫哪些函數。
寫一個能夠支撐大量連線的高並行的伺服器端不容易，需要多程序、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:看個新聞原來這麼麻煩，本節總結如下:

HTTP很常用，也很複雜，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、二進位制編碼、多路複用等技術提升效能。
QUIC協定通過基於UDP自定義的連線、重傳、多路複用、流量控制等機制進一步提升效能。

4.2 HTTPS:點外賣的過程原來這麼複雜，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，但是解決不了金鑰傳輸問題;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串流媒體協定:如何在直播裡看到帥哥美女，本節總結如下:

編碼兩大流派達成了一致，都是通過關於時間、空間的各種演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。
推播到串流媒體伺服器的視訊流經過轉碼和分發，可以被使用者端通過RTMP拉取，然後組合為NALU，解碼成視訊格式進行播放。

4.4 P2P協定:下載電影，分散式協定速度快，本節總結如下：

下載一個檔案可以使用HTTP或FTP，這兩種協定都使用集中下載的方式，而P2P則換了一種思路，採取去中心化下載的方式。
P2P也有兩種下載方式，一種是依賴於tracker伺服器，即後設資料集中，檔案資料分散;另一種基於分散式雜湊演演算法，後設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，由於DNS伺服器是按照樹狀結構組織的，因而域名查詢使用的是遞迴的方法，並通過快取的方式增強效能。
域名和IP地址相互對映的過程給了應用基於域名做負載均衡的機會,可以實現簡單的負載均衡，也可以根據地址和運營商實現全域性負載均衡。

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伺服器有很多問題，例如解析慢、更新不及時。因為快取、轉發NAT問題導致使用者端誤會自己所在的位置和所屬的運營商，從而影響流量的排程。
·HTTPDNS伺服器通過使用者端SDK，伺服器端通過HTTP直接呼叫解析DNS伺服器的方式，繞過了傳統DNS伺服器的缺點，實現了智慧排程。

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和電商系統的分散式倉儲系統-樣，分為中心節點、區域節點、邊緣節點，將資料快取在離使用者最近的位置。
CDN最擅長的是快取靜態資料,除此之外還可以快取串流媒體資料,這時要注意使用防盜鏈。CDN也支援動態資料快取，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。伺服器連線到接入層，然後是匯聚層，接著是核心層，最外面是邊界路由器和安全裝置。
資料中心的所有鏈路都要高可用。伺服器可以繫結網路卡，交換機可以堆疊，三層裝置可以通過等價路由，二層裝置可以通過TRILL協定實現高可用。
隨著雲和巨量資料的發展,東西流量相較於南北流量更加重要,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線起來,讓機構感覺在一個資料中心裡面一樣，如同自駕遊通過瓊州海峽。
完全基於軟體的IPsec VPN可以保證私密性、完整性、真實性，簡單便宜，但是效能稍微差一些。
MPLS-VPN綜合了I轉發模式和ATM標籤轉發模式的優勢，效能較好，但是需要從運營商處購買。

5.6行動網路:去巴塞羅那，手機也上不了「臉書」，本節總結如下:

行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，分控制面協定和資料面協定，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範圍內上網，也要由國內運營商控制，因而也上不了「臉書」。

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第6章雲端計算中的網路．

6.1雲中網路:自己拿地成本高，購買公寓更靈活，本節總結如下:

雲端計算的關鍵技術是虛擬化，這裡我們重點關注的是虛擬網路卡通過開啟TUN/TAP字元裝置的方式，將虛擬機器器內外連線起來。
雲中的網路重點關注四個方面:共用、隔離、互通、靈活。其中共用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:共用基礎設施的小區物業管理辦法，本節總結如下:

用SDN 控制整個雲裡面的網路，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現，它能對經過自己的網路包做任意修改，從而使得雲對網路的控制十分靈活。
將Open vSwitch引入雲之後，可以使設定簡單而靈活，並且可以解耦物理網路和虛擬網路。

6.3雲中網路之安全:雖然不是土豪，也需要基本保障，本節總結如下:

雲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表中實現，而虛擬網路和物理網路地址的轉換主要在nat表中實現。

6.4雲中網路之QoS:室友瘋狂下電影，我該怎麼辦，本節總結如下:

雲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於類別的排隊規則。
在雲中網路Open vSwitch中，主要使用HTB將總的頻寬在一棵樹上按照設定的比例進行分配，並且在一個分支不使用流量時，借給另外的分支，從而增強頻寬利用率。

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

要對不同使用者的網路進行隔離,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是一種對等的隧道模式，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，實現跨物理機的互通。
Open vSwitch可以作為隧道埠，通過設定流表規則在虛擬機器器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器器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。
容器網路連線到物理網路的方式和虛擬機器器很像，通過橋接的方式可以實現一臺物理機上容器的相互存取，如果要存取外網，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:

基於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，另一個是埠衝突，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在使用者態封裝，另一種是VXLAN在核心態封裝，而VXLAN的效能更好一些。

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，效能比較高。
Calico的主要元件包括路由、iptables 的設定元件Felix、路由廣播元件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，兩臺機器分別位於隧道兩端，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:

遠端呼叫看起來用socket程式設計就可以了，其實是很複雜的，要解決協定約定問題、傳輸協定問題和服務發現問題。
Bruce Jay Nelson的論文、早期ONC RPC框架，以及NFS的實現，給出瞭解決這三大問題的示範性實現，即協定約定要公用協定描述檔案並通過這個檔案生成Stub程式，RPC的傳輸一般需要一個狀態機，同時需要另外一個程序專門做服務發現。

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