IOS/OSI參考模型與TCP/IP模型對(duì)比
路由交換
路由是三層（網(wǎng)絡(luò)層）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，交換是二層（數(shù)據(jù)鏈路層）技術(shù)，三層路由技術(shù)其實(shí)就完成兩個(gè)很重要的功能，一個(gè)是選路，根據(jù)路由表、路由策略、選擇最佳路徑，二就是轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)選擇的路徑轉(zhuǎn)發(fā)；交換技術(shù)，二層交換機(jī)中維護(hù)著一張局域網(wǎng)主機(jī)MAC地址與交換機(jī)接口的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表，交換機(jī)就是根據(jù)這張表負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)街付ǖ闹鳈C(jī)上的，這張表就是MAC表。
單播與廣播
當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀以后，首先，讀取包頭中的源MAC地址，并且記錄源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上；其次，再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口，如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)幀直接發(fā)送到目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口上，其實(shí)這就是單播；再次，如果MAC表中找不到目的MAC相應(yīng)的端口，則直接把數(shù)據(jù)幀廣播到所有端口上，當(dāng)目標(biāo)服務(wù)器對(duì)源服務(wù)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)目的MAC地址與交換機(jī)哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了，這也就是廣播。
網(wǎng)卡
網(wǎng)卡是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，是局域網(wǎng)中連接計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)的接口，不僅能實(shí)現(xiàn)與局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)之間的物理連接、電信號(hào)匹配（模擬信號(hào)與電流信號(hào)轉(zhuǎn)換）、還涉及數(shù)據(jù)幀的封裝、拆封、介質(zhì)的訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)的編碼與解碼以及數(shù)據(jù)緩存、監(jiān)控上傳下載流量、控制網(wǎng)速等；
IP地址
IP地址有IPv4與IPv6之分，IPv6是為了解決IPv4地址不足而出現(xiàn)的，但目前IPv4還是主流，下面所有說(shuō)到的IP地址，默認(rèn)為IPv4，IP地址根據(jù)網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)來(lái)分，分為A、B、C三類基本類型及特殊地址D（多播）、E（保留）。
A類：(1.0.0.0-126.0.0.0)（子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0）第一個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后三個(gè)字節(jié)為主機(jī)號(hào)，一般用于大型網(wǎng)絡(luò)；
B類：(128.0.0.0-191.255.0.0)（子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0）前兩個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后兩個(gè)字節(jié)為主機(jī)號(hào)，一般用于中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；
C類：(192.0.0.0-223.255.255.0)（子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0）前三個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，最后一個(gè)字節(jié)為主機(jī)號(hào)，一般用于小型網(wǎng)絡(luò)；
D類：是多播地址，地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于224~239之間，一般用于多路廣播用戶；
E類：是保留地址，地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于240~255之間，保留地址。
在IP地址3種基本類型里，各保留了3個(gè)區(qū)域作為私有地址，其地址范圍如下：
A類地址：10.0.0.0～10.255.255.255
B類地址：172.16.0.0～172.31.255.255
C類地址：192.168.0.0～192.168.255.255
劃分網(wǎng)絡(luò)時(shí)，還應(yīng)該注意，主機(jī)號(hào)全0和全1的地址，都無(wú)法使用，主機(jī)號(hào)全0代表指向那個(gè)網(wǎng)段、主機(jī)號(hào)全1代表廣播地址，其它地址就是普通的IP地址了，特殊地址：127.0.0.1，也是本機(jī)地址，等效于localhost或本機(jī)IP。
IP協(xié)議
IP是面向無(wú)連接的，是無(wú)狀態(tài)協(xié)議，IP協(xié)議工作在網(wǎng)絡(luò)層，主要是定義網(wǎng)絡(luò)地址、區(qū)分網(wǎng)段、相同子網(wǎng)內(nèi)MAC尋址、對(duì)不同子網(wǎng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由，它主要就是在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中將數(shù)據(jù)包發(fā)給最終的目標(biāo)地址。
IP協(xié)議為什么設(shè)計(jì)成無(wú)狀態(tài)的？
1. 無(wú)狀態(tài)的協(xié)議處理相對(duì)簡(jiǎn)單；
2. 通信之前無(wú)需要建立連接；
3. TCP 已經(jīng)是面向連接服務(wù)了，IP層可委托TCP來(lái)解決面向連接的問(wèn)題；
4. 由于不帶有狀態(tài)，互聯(lián)網(wǎng)路由起來(lái)更加自由、容錯(cuò)性也更強(qiáng)；
值得注意的是，現(xiàn)實(shí)中的IP層往往都帶有安全過(guò)濾，甚至有些路由器，防火墻等中途設(shè)備還會(huì)干涉應(yīng)用，為了更好的做安全檢測(cè)，IP層還增加了connection tracking，在無(wú)狀態(tài)協(xié)議上面來(lái)追蹤上層連接，這種方式提高了安全性，但有時(shí)也會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題。
在IP經(jīng)驗(yàn)知識(shí)方面，大致總結(jié)以下幾點(diǎn)
1. IP 數(shù)據(jù)包每次選擇路徑不是固定的，到達(dá)的順序很有可能是亂序的；
2. IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)的地方，中途設(shè)備不僅僅具備路由功能，而且還會(huì)干涉TCP會(huì)話，再有防火墻或其它安全過(guò)濾設(shè)備時(shí)，還有可能會(huì)出現(xiàn)RST(RST表示復(fù)位，用來(lái)關(guān)閉異常的連接，異常斷鏈)；
3. IP 協(xié)議是無(wú)狀態(tài)協(xié)議，簡(jiǎn)化互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，是互聯(lián)網(wǎng)大獲成功的關(guān)鍵因素之一；
4. IP層對(duì)TCP傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包很少分片處理；
DNS協(xié)議
DNS域名系統(tǒng)協(xié)議，出現(xiàn)的目的是為了解決大家很難記住IP地址（像上面所列的知識(shí)點(diǎn)IP知識(shí)一樣），但大家都需要訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站，所以后來(lái)出現(xiàn)了DNS域名服務(wù)，主要是用于域名與IP地址的相互映射的一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，從而方便用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)。
圖 DNS遞歸迭代查詢
DNS查詢解析又分為兩種，一種是遞歸，還有一種迭代，這里簡(jiǎn)單說(shuō)下，遞歸是用戶只向本地DNS服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求后，就等待肯定或者否定的答案，而迭代是本地名稱服務(wù)器向根DNS服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，而根服務(wù)器只是給出下一級(jí)DNS服務(wù)器的地址，然后本地服務(wù)器再向下一級(jí)DNS服務(wù)器請(qǐng)求，直至得到最終答案。
注意，客戶機(jī)與本地DNS服務(wù)器之間，一般是遞歸查詢，而DNS服務(wù)器與下一級(jí)DNS服務(wù)器之間，一般是迭代查詢，域名查詢優(yōu)先查詢?yōu)g覽器緩存，其次是本地/etc/hosts，最后訪問(wèn)本地DNS，如果本地有，或者本地緩存中有，直接返回，如果沒(méi)有，根據(jù)配置進(jìn)行遞歸或者迭代查詢。
ARP/RARP協(xié)議
ARP（Address Resolution Protocol）即地址解析協(xié)議，是根據(jù)IP地址獲取物理MAC地址的一個(gè)TCP/IP協(xié)議簇中的一員，ARP命令可用于查詢本機(jī)ARP緩存中IP地址和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系、添加和刪除靜態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系等；
RARP 即逆地址解析協(xié)議，功能和ARP協(xié)議相對(duì)，其將局域網(wǎng)中某個(gè)主機(jī)的物理MAC地址轉(zhuǎn)換為IP地址；
互聯(lián)網(wǎng)中常說(shuō)的元組根據(jù)指的是什么
四元組：源IP、目的IP、源端口、目的端口；
五元組：源IP、目的IP、協(xié)議類型、源端口、目的端口；
七元組：源IP、目的IP、協(xié)議類型、源端口、目的端口、服務(wù)類型、接口索引；
socket 端口
當(dāng)我們?cè)L問(wèn)一個(gè)服務(wù)時(shí)，或者通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站，需要指明服務(wù)器域名（最終都會(huì)指向IP）及端口（只是默認(rèn)http使用80、https使用443），我們沒(méi)有自己輸入而已，但如果訪問(wèn)的端口不是80、443時(shí)，就需要人為指定？因?yàn)橄到y(tǒng)服務(wù)是通過(guò)端口來(lái)區(qū)分不同應(yīng)用程序，TCP通過(guò)端口找到上層應(yīng)用，需要注意的是，端口號(hào)是有限的，端口號(hào)最大為65535，能夠利用的端口數(shù)量隨配置而定。例如在壓力測(cè)試過(guò)程中，一臺(tái)機(jī)器可以利用的TCP端口是有限的，能夠利用的連接（客戶端端口，客戶端IP，服務(wù)器應(yīng)用端口，服務(wù)器IP地址）是有限的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以配置多IP地址來(lái)擴(kuò)大可用連接數(shù)量。系統(tǒng)支持同一個(gè)端口，不同的IP地址來(lái)綁定不同的應(yīng)用。Linux高版本系統(tǒng)下，在綁定同一個(gè)IP地址的情況下，我們還可以利用REUSEPORT機(jī)制使不同應(yīng)用程序共享同一個(gè)監(jiān)聽端口，這對(duì)高性能服務(wù)器開發(fā)是非常有用的。
TCP/IP協(xié)議概述
TCP和UDP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議的核心，TCP(Transmission Control Protocol)傳輸控制協(xié)議和UDP(User Datagram Protocol)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議。其中TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸，它提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用，通常是面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)段或數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送。通俗來(lái)講，就是事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開辟出連接好的通道，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；而UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯(cuò)恢復(fù)功能。一般來(lái)說(shuō)，TCP對(duì)應(yīng)的是可靠性要求高、數(shù)據(jù)量大的應(yīng)用，而UDP對(duì)應(yīng)的則是可靠性要求低、傳輸經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。
TCP協(xié)議特性
TCP是一種面向連接、可靠的、基于字節(jié)流的通信協(xié)議，TCP的主要工作是定義端口標(biāo)識(shí)應(yīng)用程序身份，實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的可靠通信，并進(jìn)行擁塞控制、防止阻塞，哪么TCP有哪些特性，支撐它這種功能呢？
一、面向連接：通信雙方傳輸數(shù)據(jù)前，需要連接一個(gè)連接，即需要三次握手，連接標(biāo)識(shí)即為四元組：源IP、源端口、目的IP、目的端口；
通信雙方傳輸完數(shù)據(jù)后，還需要四次或三次揮手；
二、雙向字節(jié)流：本地向遠(yuǎn)端和遠(yuǎn)端向本地，都使用字節(jié)流的方式進(jìn)行通信，每個(gè)方向都利用單獨(dú)的序列號(hào)對(duì)字節(jié)流進(jìn)行標(biāo)記；
三、有序傳輸：通過(guò)TCP header的sequence序號(hào)對(duì)不同數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序；
四、通過(guò)ack確認(rèn)實(shí)現(xiàn)可靠性：通過(guò)對(duì)端的acknowlegment number和本地的緩存，實(shí)現(xiàn)重傳確保傳輸可靠性；
五、流量控制：發(fā)送的一方根據(jù)對(duì)方的接收窗口大小進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，確保對(duì)方能夠接收下所發(fā)送的數(shù)據(jù)，以免造成擁塞；
六、擁塞控制：不同于流量控制，擁塞控制是由發(fā)送者決定的，而擁塞窗口通過(guò)限制正在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小、防止網(wǎng)絡(luò)擁塞；
后面會(huì)針對(duì)TCP中的每一項(xiàng)特性，分章節(jié)，詳細(xì)總結(jié)。
TCP 使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
1. 距離越遠(yuǎn)，延遲越大，重傳概率越大；
2. 網(wǎng)絡(luò)狀況好壞，直接影響應(yīng)用程序性能；
3. 不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，會(huì)采用不同的擁塞算法；
4. 擁塞控制算法是互聯(lián)網(wǎng)的精華，是互聯(lián)網(wǎng)大獲成功的關(guān)鍵因素之一；
5. TCP是有狀態(tài)協(xié)議，采用異步處理；
6. 使用tcpdump或wireshark抓包分析是找到TCP相關(guān)問(wèn)題根本原因的利器；
客戶端請(qǐng)求是如何到達(dá)服務(wù)器
這里我們以訪問(wèn)www.k8s.vip頁(yè)面為例，進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)下當(dāng)我們?cè)跒g覽器中輸入域名，按回車后，發(fā)生了什么。
圖 數(shù)據(jù)包傳輸
一、用戶在瀏覽器中輸入www.k8s.vip 回車；
1. 查詢本地瀏覽器緩存的域名解析記錄，如果存在，直接根據(jù)解析記錄進(jìn)行路由訪問(wèn)；
2. 如果瀏覽器緩存記錄不存在，會(huì)查詢本地hosts文件，如果存在，直接根據(jù)配置的記錄去訪問(wèn)；
3. 最后，如果瀏覽器緩存不存在，本地hosts也沒(méi)有，就會(huì)向DNS請(qǐng)求解析，得到A記錄的IP；
這里的A記錄中的IP，就是訪問(wèn)的目的地址，其實(shí)這里有可能解析出來(lái)多個(gè)IP，也會(huì)根據(jù)一定的算法選擇一個(gè)進(jìn)行訪問(wèn)。
二、此時(shí)用戶通過(guò)目的IP、目的端口，源IP（本地IP）、源端口，通過(guò)TCP協(xié)議去完成三次握手，建議TCP連接；
1. 用戶通過(guò) TCP socket 接口發(fā)送請(qǐng)求后，TCP協(xié)議接管了請(qǐng)求傳遞，TCP先把請(qǐng)求拆分成一個(gè)個(gè)更小的數(shù)據(jù)分段（假設(shè)TCP offload沒(méi)有開啟的情況下）；
2. 由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多變，還可能第二個(gè)數(shù)據(jù)包先到達(dá)服務(wù)器，這時(shí)TCP會(huì)負(fù)責(zé)處理TCP Out-Of-Order的情況；如果網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)程中，某一個(gè)路由器由于過(guò)于繁忙，把第一個(gè)數(shù)據(jù)包丟了，那么客戶端的TCP會(huì)負(fù)責(zé)重傳第一個(gè)數(shù)據(jù)包，確保服務(wù)器端的TCP能夠不會(huì)因?yàn)閬G包而收不到第一個(gè)數(shù)據(jù)包；
3. 如果用戶請(qǐng)求內(nèi)容很大，如上傳一個(gè)大文件，就會(huì)被拆分成大量數(shù)據(jù)分段，而TCP傳輸這些數(shù)據(jù)分段的時(shí)候，往往還會(huì)考慮整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)能夠接收的程度和對(duì)方能夠接收的程度，發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)于貪婪不僅會(huì)連累整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)方也未必能夠接收得了，而且還可能使自己速度更慢，這有點(diǎn)像道路駕駛一樣，不能過(guò)于自私，遵守一定的交通規(guī)則才能使道路通暢。在互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)方面，這些交通規(guī)則算法就是赫赫有名的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法，而對(duì)方能否接收得了，則通過(guò)發(fā)送窗口的方式進(jìn)行控制。總體來(lái)說(shuō)，一次發(fā)送數(shù)據(jù)的大小是根據(jù)對(duì)方的接收窗口大小和擁塞控制算法來(lái)綜合決定的；
三、通過(guò)IP層發(fā)送出去，在IP層，這些數(shù)據(jù)分段會(huì)被封裝成IP數(shù)據(jù)包；
1. 通過(guò)計(jì)算本地IP與目標(biāo)IP的子網(wǎng)掩碼，決定是否為同一局域網(wǎng)；
2. 如果A記錄是本地局域網(wǎng)內(nèi)的IP，通過(guò)ARP查詢是否有此主機(jī)的MAC，如果有，直接復(fù)制到數(shù)據(jù)鏈路層；
如果沒(méi)有，就會(huì)在此局域網(wǎng)內(nèi)廣播下這個(gè)IP，直到得到主機(jī)IP對(duì)應(yīng)的MAC，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)通信，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)鏈路層；
3. 如果A記錄與本地IP不在同一局域網(wǎng)，直接轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)再去路由，這些數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的多個(gè)路由器到達(dá)目的地，由于IP網(wǎng)絡(luò)是無(wú)狀態(tài)的協(xié)議，每一個(gè)數(shù)據(jù)包走的路徑可能不一樣，而且到達(dá)的順序也有可能不一樣，這就要求對(duì)端的TCP需要重新組裝數(shù)據(jù)包，以確保向應(yīng)用層傳遞的數(shù)據(jù)是用戶能夠識(shí)別的用戶請(qǐng)求，這樣服務(wù)器應(yīng)用程序就可以處理用戶發(fā)起的請(qǐng)求了。
四、通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送到NIC、進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換發(fā)送到級(jí)連的NIC口，進(jìn)行交換再路由等；
五、客戶端收到客戶端response響應(yīng)后，就會(huì)進(jìn)入關(guān)閉環(huán)境，進(jìn)行tcp 四次揮手階段；
客戶機(jī)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)一層層的封包，最后通過(guò)bit流傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備再經(jīng)過(guò)多次路由交換封包解包再轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)服務(wù)器網(wǎng)卡，再解包、重組、得到請(qǐng)求內(nèi)容，進(jìn)行處理；處理完成后，進(jìn)行響應(yīng)，再把數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。
每次的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求可能涉及到的技術(shù)點(diǎn)有：緩存、DNS協(xié)議、TCP協(xié)議（流量控制、擁塞控制、窗口大小等）、IP協(xié)議、HTTP協(xié)議、ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議、路由協(xié)議（ospf、RIP、BGP等）、交換、NAT技術(shù)、負(fù)載均衡等等；
