网络协议知识图谱思维导图
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2023-04-25
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网络协议知识图谱思维导图模板大纲
什么是网络协议？
网络协议就是你交给一大片机器说同样的话，共同完成一件事儿。
网络为什么分层？
复杂的程序都要分层，分层的优势是灵活性和独立性，不能表达层层封装的比喻都是不恰当的
不理解？如果你把代码都写在一起，但是产品经理却突然改了需求，你需要将TCP换成UDP的时候，你就明白了
只要是网络上跑的包，都是完整的，可以有下层没上层，不能有上层没有下层
把自己想象成为一个处理网络包的程序，你的脑袋就是处理逻辑，你的手就是网口
啥叫二层设备？有人递给你左手一个包，取下二层头来看，用脑袋想想，是自己吃了，还是扔了，还是右手递给其他人。
啥叫三层设备？有人递给你左手一个包，取下二层和三层头来看，用脑袋想想，是自己吃了，还是扔了，还是右手递给其他人。
IP地址和MAC地址
IP地址是网络世界的通信地址，相当于现实世界的门牌号码，有定位功能
MAC地址是网络世界的身份证，没有定位功能。
网关
网关往往是一台路由器，它有5个网口或者网卡，相当于5只手，分别连着5个局域网。每只手的IP地址都和局域网的IP地址相同的网段，每只手都是它握住的那个局域网的网关。
静态路由
在路由器上，配置一条一条规则。想访问BBS站，从2号口出去，下一跳就是IP2；想访问教学视频站，从3号口出去，下一跳是IP3。
策略路由
可以配置多个路由表，可以根据源IP地址、入口设备、TOS等选择路由表，然后在路由表中查找路由。这样可以使得来自不同来源的包走不同的路由。
欧洲十国游
MAC变IP不变
这就像在欧洲各国之间旅游，一个签证就能搞定。
玄奘西行
MAC变IP也变NAT网关转换
就像出国，不能用咱们自己的身份证，而要改用护照一样，玄奘西游也要拿着专门取经的通关文牒，而不能用自己国家的身份证。
路由协议
唐僧西天取经，需要解决两大问题；一个是在每个国家如何找到正确的路，去换通关文牒、吃饭、休息；一个是国家之间，野外行走的时候，如何找到正确的路、水源的问题。
基于链路状态路由算法的OSPF
在一个国家内部，找到最短路径是最重要，走的越少越好。
基于距离矢量路由算法的BGP
国家之间，不光远近的问题，还有政策的问题。例如，唐僧去西天取经，路过女儿国，那最好绕着点走。
UDP
三大特点
沟通简单，不需要一肚子花花肠子（大量的数据结构、处理逻辑、包头字段）。前提是它相信网络世界是美好的，秉承性善论，相信网络通路默认就是很容易送达的，不容易被丢弃的。
轻信他人。它不会建立连接，虽然有端口号，但是监听在这个地方，谁都可以传给他数据，他也可以传递给任何人数据，甚至可以同时传递给多个人数据。
愣头青，做事不懂权变。不知道什么时候该坚持，什么时候该退让。它不会根据网络的情况进行发包的拥塞控制，无论网络丢包成啥样子，它该怎么发还怎么发。
三大使用场景
需要资源少，在网络情况比较好的内容，或者对于丢包不敏感的应用
你会让你们组刚毕业的小朋友去做一些没有那么难的项目，打一些没有那么难的客户，或者做一些失败了也能忍受的实验性项目
不需要一对一沟通，建立连接，而是可以广播的应用
咱们小时候人都很简单，大家在班级里谁得几个小红花都是当着全班的面讲的。长大了人心复杂了，薪水、奖金要背靠背，和员工一对一沟通。
需要处理速度快，时延低，可以容忍少数丢包，但是要求即便网络拥塞，也毫不退缩，一往无前。
曾国藩建立湘军的时候，专门招初生牛犊不怕虎的新兵，而不用那些“老油条”的八旗兵，就是因为八旗兵经历的事情多，遇到敌军不敢舍生忘死。
Socket编程
方式0：在建立连接后，进行一个while循环，客户端发了收，服务端收了发
这就相当于老板成立一个公司，只有自己一个人，自己亲自上来服务客户，只能干完了再干下一家，赚不来多少钱。
方式1：将项目外包给其他公司（多进程）
就像来了一个新的项目，但是项目不一定是你自己做，可以再注册一家子公司，然后项目转包给这家子公司做，以后对接就交给这家子公司了，你又可以去接新的项目了。
方式2：将项目转给独立的项目组（多线程）
如果创建进程相当于成立新公司，购买新办公家具，而创建线程，就相当于在同一个公司成立项目组。一个项目做完了，那这个项目组就可以解散，组成另外的项目组，办公家具可以共用。
方式3：一个项目组支撑多个项目（IO多路复用，一个线程多个Socket）
一个项目组看多个项目了，这个时候，每个项目组都应该有个项目进度墙，将自己组看的项目列在那里，然后每天通过项目墙看每个项目的进度，一旦某个项目有了进展，就派人去盯一下。
方式4：一个项目组支撑多个项目（IO多路复用，从派人盯着到有事通知）
如果改成事件通知的方式，情况就会好很多，项目组不需要通过轮询挨个盯着这些项目，而是当项目进度发生变化的时候，主动通知项目组，然后项目组再根据项目进展情况做相应的操作。
流媒体协议
编码：如何将丰富多彩的图片变成二进制流？
视频是一张张图片的序列，但是如果每张图片都完整，就太大了，因而会将视频序列分成三种帧I、B、P。
一个视频，可以拆分为一系列的帧，每一个帧拆分成一系列的片，每一片都放在一个NALU里面，NALU之间都是通过特殊的起始标识符分隔，在每一个I帧的第一片前面，要插入单独保存SPS和PPS的NALU，最终形成一个长长的NALU序列。
推流：如何将数据流打包传输到对端？
推流的过程，就是将NALU放在Message里面发送，这个也称为RTMP Packet包。
RTMP在收发数据的时候并不是以Message为单位的，而是把Message拆分成Chunk发送。
分发与流处理
分发网络分为中心和边缘两层。边缘层服务器部署在全国各地及横跨各大运营商里，和用户距离很近。中心层是流媒体服务集群，负责内容的转发。
拉流：观众的客户端如何看到视频？
先读到的是H.264的解码参数，例如SPS和PPS，然后对收到的NALU组成一个个帧，进行解码，交给播发器播放，一个绚丽多彩的视频画面就出来了。
DNS与HTTPDNS
DNS
DNS服务器组织成树状结构，老大是根域名服务器，老二是顶级域名服务器，真正干活的是权威DNS服务器，每次查找地址簿，都要遍历这棵树，比较费时，因而每个运营商都有本地域名服务器做缓存。
常用的网站就有二三十个，如果全部用IP地址访问，恐怕很难记住。于是，就需要一个地址簿，根据名称就可以查看具体的地址。
我们肯定希望北京的用户访问北京的数据中心，上海的用户访问上海的数据中心，这样，客户体验就会非常好，访问速度就会超快。这就是全局负载均衡的概念。
传统DNS问题
缓存问题（不能及时刷新缓存）
导游去过一个饭店，自己脑子记住了地址，当有一个游客问的时候，他就会凭记忆回答了。结果饭店已经搬家了，但是导游并没有刷新这个缓存。
负载均衡失效
客户要吃西湖醋鱼的事，导游知道西湖边有一家，因为当时游客就在西湖。可是下一次客户在灵隐寺，想吃西湖醋鱼的时候，导游还指向西湖边的那一家，那这就绕的太远了。
域名转发
西湖边导游比较懒，自己不去查，去问负责灵隐寺的导游同事，就推荐了灵隐寺旁边的西湖醋鱼。
HTTPDNS
HTTPDNS其实就是，不走传统的DNS解析，而是自己搭建基于HTTP协议的DNS服务器集群，分布在多个地址和多个运营商。当客户端需要DNS解析的时候，直接通过HTTP协议进行请求这个服务器集群，得到就近的地址。
通过自己的HTTPDNS服务器和自己的SDK，实现从依赖本地导游，到自己上网查询做旅游攻略，进行自由行，爱怎么玩怎么玩。这样就能够避免依赖导游，而导游又不专业，你还不能把他怎么样的尴尬。
DHCP协议
手动配置IP地址相当于自己买房装修，DHCP协议相当于租房
新到一个城市要先找中介（DHCP服务器）租个房（IP）——Discover
中介（DHCP服务器）会带你看房，可能会有多个中介带你看多个房——Offer
你看上其中一个房，愿意租下来——Request
中介说没问题，咱们签合同，租约达成——Ack
租约达成要广播，防止中介之间跳单
租期快到之前，记得续租
PXE
PXE再DHCP配置里面多了一个next-server，可以安装操作系统。
这就是中介租给你房子之后，签完约说，还给你介绍一个装修公司：“哥们，想装修一下吗，接下来找它”
MAC层
MAC层主要解决多路访问的堵车问题
思路一：划分多个车道，你走你的，我走我的
思路二：单双号，今天单号出行，明天双号出行
思路三：不管三七二十一，有事先出去，发现堵车再回去，错过高峰再出门。以太网是这个思路。
STP协议
STP就是在二层，将拓扑图中的环破了，生成了树。
树要有树根，形成树的是一场血雨腥风的武林比武，最终决出谁是盟主，谁是长老，谁是堂主，谁是小兵的方式
比武规则：先比掌门（当前树的树根ID），再比和掌门关系铁（距离当前树根的路径开销），最后比自己的本事（自己的ID）
VLAN
广播问题：公司大了都在一个会议室吵，谁也没法工作
不同的部门不同的VLAN，你听不到别的部门开会，清净很多
安全问题：公司大了都在一个会议室吵，HR聊的东西，程序员都听到了
不同的部门不同的VLAN，你别想听到HR开会，打听薪资
ICMP
查询报文类型
主帅说，来人啊，前方战事如何，快去派人打探，一有情况，立即通报
ping
差错报文类型
主帅骑着马走着走着，突然来了一匹快马，上面的小兵气喘喘的：报告主公，不好啦，将军遭遇埋伏，全军覆没没啦
traceroute
TCP
顺序问题，稳重不乱
给每个事情编个号。程序员平时看任务的时候，就像程序员都会看JIRA的ID，等开周会的时候，将JIRA ID的列表拉出来就行了。
丢包问题，承诺靠谱
比如你交代给下属一个事情后，下属到底能不能做到，做到什么程度，什么时候能够交付，往往就会有应答，有回复
连接维护，有始有终
三次握手和四次挥手
流量控制，把握分寸
滑动窗口就是你和你下属记录你布置给他的任务的本子
四部分
做完了的应该划掉
已经布置的任务，正在做还没做完
尚未布置的任务
工作饱和，不能再布置的任务
滑动方式
做完一条划掉一条，新来一条，在最后添加一条
做完一条能够再布置一条
如果下属反应能力强，可以多布置几条，反馈做不过来就需要少布置几条
拥塞控制，知进知退
慢启动，指数性增长
我们通过漏斗往瓶子里灌水，一桶水一下子倒进去，肯定会溅出来，要一开始慢慢地到，然后发现还可以倒进去，就可以越倒越快。这叫做慢启动。
拥塞避免，线性增长
涨到什么时候是个头呢？有一个值ssthresh为65535个字节，当超过这个值的时候，就要小心一点了，不能到这么快了，可能快满了，再慢下来。
快速重传，快速恢复
一旦超时重传，马上回到解放前，窗口为1，从头开始慢启动
部分丢包可以快速重传，窗口腰斩，并非回到解放前为1
HTTP
HTTP1.1
GET
GET就是去服务器获取一些资源。对于访问网页来说，要获取的资源往往是一个页面。
POST
支付场景，客户端就需要把“我是谁？我要支付多少？我要买啥？“告诉服务器，这就需要通过POST方法
PUT
向指定资源位置上传最新内容
DELETE
用来删除资源
HTTP2.0
头索引
分流
分帧
二进制编码
QUIC
基于UDP
自定义连接机制
自定义重传机制
无阻塞的多路复用
自定义流量控制
HTTPS
对称加密
我们在谍战剧里面经常看到这样的场景，就是特工破译的密码会有个密码本，截获无线电台，通过密码本就能将原文破译出来。
非对称加密
非对称加密的私钥放在外卖网站这里，不会再互联网上传输，这样就能保证这个私钥的私密性。对应私钥的公钥，是可以在互联网上随意传播的，只要外卖网站把这个公钥给你，你们就可以愉快地互通了。
数字证书
你怎么鉴别别人给你的公钥是对的呢？这个时候就需要权威部门的介入了，而由权威部门颁发的就是证书。
证书里面有什么呢？有公钥，有证书的所有者，还有证书的发布机构和证书的有效期。
P2P
P2P就是peer-to-peer。资源开始并不集中地存储在某些设备上，而是分散地存储在多台设备上。这些设备我们成为peer。
任何一个BitTorrent启动后，都有两个角色。peer，用来上传和下载文件；DHT node，通过这个角色，这个节点加入了一个DHT网络；每个DHT node都应该知道某些文件是保存在哪些节点上，也就是文件索引。
如果一个文件计算出一个哈希值，DHT node的ID是和哈希值相同长度的串，则和这个哈希值一样的或者很接近的那些DHT node，就有责任知道从哪里下载这个文件。
DHT网络特别像一个社交网络，每个node都保存了一些其他node的联系方式，也就是朋友圈，节点之间会相互通信，添加朋友或者删除朋友。这样ID之间的距离就不是物理位置的距离，而是社交网络中的社交距离。
一个新的DHT node上线，只要联系上DHT网络中的一个节点，就加入了这个网络。
新DHT node节点通过计算文件哈希，可以知道某个node应该有这个文件保存在哪里的知识，于是去万能的朋友圈去问，朋友如果不知道，朋友再去自己的朋友圈问，很快就能找到。
CDN
静态资源模拟物流“就近配送”
网站根据统计大概知道，每个种类的物品，各大城市每天能够卖出去多少。平时就可以将这类物品分布在各地仓库，客户一下单，就近的仓库就发出，客户很快就收到了。
动态资源
生鲜超市模式，也即边缘计算的模式。既然数据是动态生成的，所以数据的逻辑计算和存储，也相应放在边缘的节点。
冷链运输模式，也即路径优化的模式。数据不是在边缘计算生成的，而是在源站生成的，但是数据的下发可以通过CDN的网络，对路径进行优化。
数据中心
数据中心分为三层。服务器连接到接入层，然后是汇聚层，再然后是核心层，最外面是边界路由器和安全设备。
数据中心的所有链路都需要高可用性。服务器需要绑定网卡，交换机需要堆叠，三层设备可以通过等价路由，二层设备可以通过TRILL协议。
VPN
VPN通过隧道技术在公众网络上仿真一条点对点的专线，是通过利用一种协议来传输另一种协议的技术。三种协议：乘客协议、隧道协议和承载协议。
VPN相当于自驾海南游，如何通过琼州海峡呢？这里用到轮渡，就是隧道协议。
在广州这边开车是有“协议”的，例如靠右行驶、红灯停、绿灯行，这就相当于“被封装”的乘客协议。当然在海南那边，开车也是同样的协议
在海上坐船航行，也有协议，例如要看灯塔、要按照航道航行等。这是外层的承载协议。
车如何从广州到海南呢？需要遵循开车的（乘客协议），将车开上轮渡，所有通过轮渡的车都关在船舱里面，按照既定的规则排列好，这就是（隧道协议）。
在大海上，车是关在船舱里面的，就像在隧道里面一样，这时内部的乘客协议，也即驾驶协议没啥用处，只需要船遵从外层的（承载协议），到达海南就可以了。
到达之后，外部（承载协议）的任务就结束了，打开船舱，将车开出来，就相当于取下承载协议和隧道协议的头。接下来，在海南该怎么开车，就怎么开车，还是内部的（乘客协议）起作用。
移动网络
手机通过无线信号连接基站
基站一面朝前连接无线，一面朝后连接核心网
核心网一面朝前连接到基站请求，一是判断你是否合法，二是判断你是不是本地号，还有没有钱，一面通过网关连接互联网。
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