40張圖揭秘“輸入網(wǎng)址發(fā)生了什么”

來源于公眾號我是程序員小賤 鸥咖，作者L的存在

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要程度不言而言燕鸽，也是非常的復(fù)雜。今天我將從輸入URL這個簡單例子開始啼辣，一起探索數(shù)據(jù)包的心路歷程啊研。先看文章的大綱。

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1 源頭------網(wǎng)址

網(wǎng)址即平時所說的URL鸥拧。就是經(jīng)常使用的以“Http://”開頭的那一串東東党远，其實常用的還有很多，比如 "FTP" , "FILE"等富弦，我們所訪問的目標(biāo)網(wǎng)站不同沟娱，網(wǎng)址開頭的寫法也就不同，下面列出常見的幾種URL腕柜。

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從上圖可知济似，URL 中可以包含服務(wù)器的域名，文件的路徑盏缤，收件人郵件地址碱屁，用戶名，密碼等信息蛾找∶淦ⅲ總之URL想表達(dá)的是：

  • 訪問時所使用的協(xié)議。"HTTP" , "FTP" , "FILE"等

  • 用戶名/密碼可選

  • 所需訪問或下載文件的路徑

URL的相貌我們已經(jīng)銘記于心打毛，而且對于 URL 各個子模塊也有了基本的認(rèn)識柿赊，可別小看這幾個小模塊，慢工出細(xì)活幻枉。我們拆分后仔細(xì)看看

  • URL拆分

  • 理解URL個元素的含義

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從上面的結(jié)果我們可以得出碰声，Web 服務(wù)器名稱為 www.xiaolan.com ，文件路徑名為 /dir1/index.html熬甫。所以這個URL表示我要訪問www.xiaolan.com這個web服務(wù)器上路徑為/dir/index.html的文件胰挑。

下面我們對這個URL稍微改動：

（a）http://www.xiaolan.com/dir/

這里注意，dir 后面的文件名被省略了椿肩，這樣的話服務(wù)器會使用默認(rèn)的文件名瞻颂，就反復(fù)咱們定義變量的時候，如果沒有賦初值郑象，通常會給默認(rèn)值贡这。同樣的道理，服務(wù)器也會給一個默認(rèn)的文件名厂榛，不同的服務(wù)器默認(rèn)的文件會不一樣盖矫，通常會是 Index.html丽惭。

（c）http://www.xiaolan.com

這個就比較狠了，后面的"/"直接沒有辈双，那該訪問啥呢责掏？如果沒有路徑名，則代表訪問根目錄下面設(shè)置的默認(rèn)文件湃望。

（d）http://www.xiaolan.com/whatisthis

這末尾的 whatisthis 是什么呢拷橘？在這種情況，如果服務(wù)器中存在 whatisthis 的文件喜爷，則按照文件處理。如果是 wahtsthis 為目錄萄唇，則按照目錄進(jìn)行處理檩帐。

2 HTTP初探

通過第一步對URL的解析，知道了我們所訪問的目標(biāo)是什么另萤，接下來是不是就要請求數(shù)據(jù)了呢湃密？在做請求之前，我們一起回憶一下HTTP的基礎(chǔ)知識

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首先HTTP協(xié)議定義了客戶端和服務(wù)器之間交互的消息內(nèi)容和步驟四敞。簡單的說呢即請求的信息包括了"請求啥"以及"你要進(jìn)行什么操作"泛源，和我們面試的時候一樣，簡歷上面寫了XX項目忿危，我們是不是也需要清楚自己的項目是什么达箍，你在項目中什么角色一樣且做了哪些部分，別寫上去的東西一問三不知就比較尷尬了

在HTTP中請求啥這部分叫做 "URI"铺厨，URI主要存放網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的文件名或者是CGI程序如"/Manage/index.html"等缎玫。

“進(jìn)行啥操作”統(tǒng)稱為方法。希望服務(wù)器能完成什么工作解滓，比如讀取URI中表示的數(shù)據(jù)赃磨。哪都有哪些方法可以使用呢，這張圖總結(jié)常用的幾種方法以及含義

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這里提一下比較常用且面試常問的兩個方法

  • GET

當(dāng)訪問 Web 服務(wù)器獲取網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的時候洼裤，使用的幾乎都是 Get 方法邻辉。在請求消息中表明使用Get方法，然后在URI 中表明文件名腮鞍，比如是 /manage/index.html值骇。服務(wù)器收到消息后，會打開/manage/index.html并讀取里面的數(shù)據(jù)移国，然后存放于相應(yīng)消息中并返回給客戶端雷客，最后在屏幕中完成呈現(xiàn)。

  • POST

當(dāng)我們在購物填寫地址信息桥狡，或者填寫問卷信息的時候搅裙，將內(nèi)容填寫到表格中皱卓，然后點擊提交這個過程，實際上通常就是采用的POST方式部逮。這樣看來娜汁，采用POST的方式提交數(shù)據(jù)，我們需要準(zhǔn)備三樣?xùn)|西兄朋，分別為：所提供的方法掐禁，URL 和服務(wù)端。服務(wù)器收到請求數(shù)據(jù)后發(fā)送給 URI 所指定的應(yīng)用程序颅和，然后服務(wù)端獲取應(yīng)用程序的執(zhí)行結(jié)果并在響應(yīng)信息中返回給客戶端傅事。

OK，現(xiàn)在我們目標(biāo)基本上明確了峡扩，將各個需要發(fā)送的內(nèi)容組合并發(fā)給服務(wù)器蹭越。服務(wù)器進(jìn)行解析，根據(jù)客戶端的需求完成使命后將需要反饋的信息存放在響應(yīng)消息中教届，那么對于客戶端而言响鹃，也不知道到底是不是想要的結(jié)果。所以案训，服務(wù)端會在響應(yīng)頭中用一個狀態(tài)碼表示操作的結(jié)果是成功還是失敗买置，比如 200 表示成功，404可能為沒找到文件强霎。

此時客戶端收到了服務(wù)端的響應(yīng)信息忿项，瀏覽器覺得這太 lowb 了，給你渲染下并完美的呈現(xiàn)在我們眼前城舞。HTTP的使命就此完成倦卖。

3 HTTP請求頭------保命天子

看到這里，我相信大家應(yīng)該了解了 HTTP 的大概樣貌椿争。萬事兒都是有原則的怕膛，那么請求的也是有格式的，不聽話就要被打屁屁秦踪。

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先寫方法褐捻，加上空格，然后寫上 URI(文件或者程序的路徑名)椅邓，行末尾協(xié)商HTTP版本號即完成第一行的任務(wù)柠逞。

第二行為消息頭。這一行主要是對第一行內(nèi)容的進(jìn)一步補(bǔ)充景馁。比如會告知客戶端支持的數(shù)據(jù)類型板壮、壓縮格式，數(shù)據(jù)有效期等合住，具體的我放張圖绰精，需要的可以去了解下撒璧。

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第三行為空行，然后加上需要發(fā)送的數(shù)據(jù)笨使，這為消息體卿樱。整個消息也就結(jié)束

4 HTTP響應(yīng)-----我行我素

響應(yīng)的內(nèi)容和請求信息的內(nèi)容類似。只是響應(yīng)中的第一行內(nèi)容為狀態(tài)碼硫椰，表示執(zhí)行結(jié)果是否成功繁调。常見的HTTP狀態(tài)碼如下圖所示

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響應(yīng)信息返回后顯示在屏幕中，如果為純文字靶草，到此就結(jié)束了蹄胰。但是大部分時候都會有圖片，視頻奕翔，音頻等信息裕寨，這個時候怎么辦？

瀏覽器會從響應(yīng)信息中的文字搜索相應(yīng)的標(biāo)簽糠悯，如果有圖片等其他信息，則再次請求服務(wù)器妻往，按照相應(yīng)的文件名向服務(wù)器發(fā)送請求并顯示在剛才預(yù)留的空間中互艾。至此，我們訪問網(wǎng)頁的初級過程版本就差不多結(jié)束了讯泣。下面用一個案例加深下印象纫普。

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上圖是簡化版，在這里再穩(wěn)固幾點

  • Get和Post哪些區(qū)別

  • 請求頭和響應(yīng)頭哪些位置是需要空格或者空行

  • 常用響應(yīng)狀態(tài)碼和請求方法

到此好渠，我們從表面上知道昨稼，從敲入網(wǎng)址，構(gòu)造請求消息拳锚，收到響應(yīng)假栓，并能將美女圖片給呈現(xiàn)在眼前，這樣就完事了霍掺？不好意思匾荆，我們時刻都有一顆的去大廠的心，意味著我們不能只知道表面現(xiàn)象還要適當(dāng)去了解更多的細(xì)節(jié)杆烁。

5 刨根

雖然瀏覽器能夠解析我們的網(wǎng)址牙丽，但是它并不具備將消息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的能力，那是誰打的輔助兔魂？當(dāng)然是操作系統(tǒng)大哥烤芦，為了讓操作系統(tǒng)大哥幫忙，我們得先拜訪下操作系統(tǒng)大哥析校，問問需要我們提供哪些資源构罗，需要什么铜涉，我們就全力配合它。

  • IP地址

我們在瀏覽器輸入的是網(wǎng)址绰播，但是操作系統(tǒng)需要的是IP地址骄噪，所以我們需要想辦法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的方法就需要請教 DNS 了蠢箩。很簡單链蕊，我們告訴DNS，"我的域名是www.xiaolan.com谬泌，請告訴我的 IP 地址"滔韵，OK，DNS服務(wù)器很爽快掌实，回復(fù)"你的IP地址是xxx.xxx.xxx.xxx"陪蜻。那么問題來了，我們是如何向 DNS 發(fā)送的這個查詢呢贱鼻？我們先來復(fù)習(xí)DNS

DNS

有些小伙伴說 Mac 地址不能作為標(biāo)識嗎宴卖？可是太不容易記憶了，從而出現(xiàn)了簡化了 IP 形式邻悬，可以它被直接暴露給外網(wǎng)不說症昏，還讓人類覺得比較麻煩，干脆用幾個字母算了父丰，也就是域名了肝谭。域名不僅僅能夠代替 IP，還有很多其他的用途比如在 Web 應(yīng)用中用來標(biāo)識虛擬主機(jī)蛾扇。

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說了這么多攘烛，協(xié)議頭部，到底有哪些字段镀首，其含義是什么都還不知道坟漱，那怎么去分析報文，下面我們一起再看看報文什么樣子

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DNS報文結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分

DNS報文基礎(chǔ)部分為DNS首部更哄。其中包含了事務(wù)ID靖秩，標(biāo)志，問題計數(shù)竖瘾，回答資源計數(shù)沟突，回答計數(shù)，權(quán)威名稱服務(wù)器計數(shù)和附加資源記錄數(shù)捕传。

  • 事務(wù)ID:報文標(biāo)識惠拭，用來區(qū)分 DNS 應(yīng)答報文是對哪個請求進(jìn)行響應(yīng)

  • 標(biāo)志:DNS 報文中標(biāo)志字段

  • 問題計數(shù)：DNS 查詢請求了多少次

  • 回答資源記錄數(shù)：DNS 響應(yīng)了多少次

  • 權(quán)威名稱服務(wù)器計數(shù): 權(quán)威名稱服務(wù)器數(shù)目

  • 附加資源記錄數(shù): 權(quán)威名稱服務(wù)器對應(yīng) IP 地址的數(shù)目

重點！！０羟骸！基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的標(biāo)志字段細(xì)分如下：

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標(biāo)志字段

  • QR(Response)：查詢請求域携，值為0簇秒；響應(yīng)為1

  • Opcode:操作碼。0表示標(biāo)準(zhǔn)查詢秀鞭；1表示反向查詢趋观；2服務(wù)器狀態(tài)請求

  • AA（Authoritative）：授權(quán)應(yīng)答，該字段在響應(yīng)報文中有效锋边。通過0,1區(qū)分是否為權(quán)威服務(wù)器皱坛。如果值為 1 時，表示名稱服務(wù)器是權(quán)威服務(wù)器豆巨；值為 0 時剩辟，表示不是權(quán)威服務(wù)器。

  • TC（Truncated）：表示是否被截斷往扔。當(dāng)值為1的時候時贩猎，說明響應(yīng)超過了 512字節(jié)并已被截斷，此時只返回前512個字節(jié)萍膛。

  • RD（Recursion Desired）：期望遞歸吭服。該字段能在一個查詢中設(shè)置，并在響應(yīng)中返回卦羡。該標(biāo)志告訴名稱服務(wù)器必須處理這個查詢噪馏，這種方式被稱為一個遞歸查詢麦到。如果該位為 0绿饵，且被請求的名稱服務(wù)器沒有一個授權(quán)回答，它將返回一個能解答該查詢的其他名稱服務(wù)器列表瓶颠。這種方式被稱為迭代查詢拟赊。

  • RA（Recursion Available）：可用遞歸。該字段只出現(xiàn)在響應(yīng)報文中粹淋。當(dāng)值為 1 時吸祟，表示服務(wù)器支持遞歸查詢。

  • Z：保留字段桃移，在所有的請求和應(yīng)答報文中屋匕，它的值必須為 0。

  • rcode（Reply code）：通過返回只判斷相應(yīng)的狀態(tài)借杰。

當(dāng)值為0時过吻，表示沒有錯誤；當(dāng)值為1時，表示報文格式錯誤（Format error）纤虽，服務(wù)器不能理解請求的報文；當(dāng)值為 2 時，表示域名服務(wù)器失敾（Server failure）蜘渣，因為服務(wù)器的原因?qū)е聸]辦法處理這個請求；當(dāng)值為 3 時杰刽，表示名字錯誤（Name Error）菠发，只有對授權(quán)域名解析服務(wù)器有意義，指出解析的域名不存在专缠；當(dāng)值為 4 時雷酪，表示查詢類型不支持（Not Implemented），即域名服務(wù)器不支持查詢類型涝婉；當(dāng)值為 5 時哥力，表示拒絕（Refused），一般是服務(wù)器由于設(shè)置的策略拒絕給出應(yīng)答墩弯，如服務(wù)器不希望對某些請求者給出應(yīng)答吩跋。

問題部分

該部分是用來顯示DNS查詢請求的問題，其中包含正在進(jìn)行的查詢信息渔工，包含查詢名（被查詢主機(jī)名字）锌钮、查詢類型、查詢類引矩。

  • 查詢名:一般為查詢的域名梁丘，也可能是通過IP地址進(jìn)行反向查詢

  • 查詢類型：查詢請求的資源類型。常見的如果為A類型旺韭，表示通過域名獲取IP氛谜。具體如下圖所示

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  • 查詢類：地址類型，通常為互聯(lián)網(wǎng)地址為1

資源記錄部分

資源記錄部分包含回答問題區(qū)域区端，權(quán)威名稱服務(wù)器區(qū)域字段值漫、附加信息區(qū)域字段，格式如下

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資源記錄部分

  • 域名：所請求的域名

  • 類型：與問題部分查詢類型值一直

  • 類：地址類型织盼，和問題部分查詢類值一樣

  • 生存時間：以秒為單位杨何，表示資源記錄的生命周期

  • 資源數(shù)據(jù)長度：資源數(shù)據(jù)的長度

  • 資源數(shù)據(jù)：按照查詢要求返回的相關(guān)資源數(shù)據(jù)

DNS解析詳解

知道了DNS大概是什么，它的域名結(jié)構(gòu)和報文結(jié)構(gòu)沥邻，是時候看看到底怎么解析的以及如何保證域名的解析比較穩(wěn)定和可靠

DNS核心系統(tǒng)

根域名服務(wù)器(Root DNS Server),大哥危虱，管理頂級域名服務(wù)并放回頂級域名服務(wù)器IP，比如"com","cn"

頂級域名服務(wù)器(Top-level DNS Server),每個頂級域名服務(wù)器管理各自下屬唐全，比如com可以返回baidu.com域名服務(wù)器的IP

權(quán)威域名服務(wù)器(Authoritative DNS Server),管理當(dāng)前域名下的IP地址埃跷，比如Tencent.com可以返回www.tencent.com的 IP 地址

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核心系統(tǒng)

舉個例子，假設(shè)我們訪問"www.google.com"

  • 訪問根域名服務(wù)器，這樣我們就會知道"com"頂級域名的地址

  • 訪問"com"頂級域名服務(wù)器捌蚊，可知道"google.com"域名服務(wù)器的地址

  • 最后方位"google.com"域名服務(wù)器集畅，就可知道"www.google.com"的IP地址

嘿嘿，目前全世界13組根域名服務(wù)器還有上百太鏡像缅糟，但是為了讓它能力更強(qiáng)挺智，處理任務(wù)效率更高，盡量減少域名解析的壓力窗宦，通常會加一層"緩存"赦颇，意思是如果訪問過了，就緩存赴涵，下一次再訪問就直接取出媒怯，也就是咱么經(jīng)常配置的"8.8.8.8"等

操作系統(tǒng)中同樣也對DNS解析做緩存，比如說曾訪問過"www.google.com"髓窜，

其次扇苞，還有我們熟知的hosts文件，當(dāng)在操作系統(tǒng)中沒有命中則會在hosts中尋找寄纵。

這樣依賴鳖敷，相當(dāng)于有了 DNS 服務(wù)器，操作系統(tǒng)的緩存和 hosts 文件程拭，能就近(緩存)完成解析就好定踱，不用每次都跑到很遠(yuǎn)的地方去解析，這樣大大減輕的 DNS 服務(wù)器的壓力恃鞋。畫了一個圖崖媚，加深印象

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DNS解析過程

嗯？想必應(yīng)該知道這個過程了恤浪，我們再舉個例子畅哑，假設(shè)我們訪問www.qq.com

  • 客戶端發(fā)送一個 DNS 請求，請問 qq 你的IP的什么啊资锰，同時會在本地域名服務(wù)器(一般是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是臨近機(jī)房)打聲招呼

  • 本地收到請求以后敢课，服務(wù)器會有個域名與IP的映射表阶祭。如果存在绷杜，則會告訴你，如果想訪問qq濒募，那么你就訪問XX地址鞭盟。不存在則會去問上級(根域服務(wù)器):"老鐵，你能告訴我 www.qq.com"的IP么

  • 根 DNS 收到本地 DNS 請求后瑰剃，發(fā)現(xiàn)是.com齿诉，"www.qq.com喲，這個由.com大哥管理，我馬上給你它的頂級域名地址粤剧，你去問問它就好了"

  • 這個時候歇竟，本地 DNS 跑去問頂級域名服務(wù)器，"老哥抵恋，能告訴下www.qq.com"的ip地址碼",這些頂級域名負(fù)責(zé)二級域名比如qq.com

  • 頂級域名回復(fù)："小本本記好焕议，我給你 www.qq.com 區(qū)域的權(quán)威 DNS 服務(wù)器地址"，它會告訴你

  • 本地DNS問權(quán)威DNS服務(wù)器："兄弟弧关，能不能告訴我 www.qq.com 對應(yīng)IP是啥"

  • 權(quán)威DNS服務(wù)器查詢后將響應(yīng)的IP地址告訴了本地 DNS盅安，本地服務(wù)器將 IP 地址返回給客戶端，從而建立連接世囊。

那如果我們寫段cs程序都得這么麻煩的别瞭？不不，上面的是大佬們做好株憾，我們只需要使用相關(guān)庫就好了蝙寨，這里就得說說Socket庫了。

Socket庫

實際上嗤瞎，這是一段程序包含在操作系統(tǒng)的 Socket 庫中籽慢，我們只需要調(diào)用相關(guān)的庫就可以獲得IP。那 Socket 庫又是個什么東西猫胁？

庫箱亿，文庫， Github 倉庫弃秆，總之一定是 xxx 的集合届惋。為了簡便開發(fā)，大佬們會將很多方法封裝為庫菠赚，開發(fā)人員直接調(diào)用即可脑豹，這樣不僅節(jié)省編程的工作量，也提高開發(fā)的工作效率衡查，但是如果庫出了問題瘩欺，你就可能不是 GG 半會兒了。Socket 亦是如此拌牲，提供了一些網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)的庫俱饿，方便開發(fā)人員調(diào)用操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能。如下圖塌忽，當(dāng)我們調(diào)用 gethostbyname 的時候拍埠，就會向 DNS 服務(wù)器發(fā)送查詢消息，然后 DNS 服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)土居。響應(yīng)的信息就會包含查詢到的IP地址枣购，解析器取出IP地址并寫入指定的內(nèi)存中嬉探，瀏覽器只需要從內(nèi)存地址中取出 IP 地址然后加上HTTP請求信息交給操作系統(tǒng)大哥即可

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現(xiàn)在我們拿到了 IP 地址，就可以委托協(xié)議棧向這個目標(biāo) IP 發(fā)送信息了棉圈，下面我看看使用Socket庫發(fā)送數(shù)據(jù)的過程

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理解下上圖涩堤，服務(wù)端創(chuàng)建套接字，我們可以想象為一個水管分瘾，當(dāng)服務(wù)端監(jiān)聽進(jìn)入等待狀態(tài)后定躏，客戶端就可以連接服務(wù)端并塞數(shù)據(jù)到管子中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)芹敌。當(dāng)然痊远，如果不想聊天了，任何一方都可以斷開氏捞，套接字隨機(jī)也就斷開碧聪，通信結(jié)束∫壕ィ總結(jié)為這幾個階段

  • 創(chuàng)建套接字階段

  • 管子連接到服務(wù)端套接字

  • 收發(fā)數(shù)據(jù)

  • 斷開并刪除套接字

那么再具體的實現(xiàn)中是怎樣的呢逞姿？

創(chuàng)建套接字，調(diào)用socket函數(shù)會返回一個描述符捆等，這個描述符類似于門牌號滞造，通過門牌號就可知道你住在那一房間。隨后的通信直接關(guān)聯(lián)此描述符即可

連接

創(chuàng)建完套接字栋烤，我們就得開始建立連接了谒养，可是還是需要協(xié)議棧的幫忙，那么協(xié)議棧都干了啥呢明郭？

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我們從上到下來刮一遍

  • 最上面是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序买窟，其中包含了瀏覽器，郵件客戶端等薯定，緊接著是Socket庫始绍，其中一個功能就是向 DNS服務(wù)器發(fā)出請求獲取IP。

  • 往下是操作系統(tǒng)大哥內(nèi)臟话侄，其中包含了協(xié)議棧亏推。上面是傳輸層常見的TCP和UDP，分別負(fù)責(zé) TCP 協(xié)議的收發(fā)數(shù)據(jù)和 UD P的首發(fā)數(shù)據(jù)年堆。

  • 往下是IP吞杭，控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的收發(fā)操作。主要負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包發(fā)送給通信對象嘀韧。其中包含ICMP篇亭，ARP等協(xié)議缠捌。其中ICMP主要負(fù)責(zé)告知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在發(fā)送的過程中產(chǎn)生的錯誤信息锄贷，ARP負(fù)責(zé)根據(jù)IP地質(zhì)查詢MAC地質(zhì)

  • 再往下就是網(wǎng)卡驅(qū)動負(fù)責(zé)的硬件網(wǎng)卡了译蒂。直白點說是對網(wǎng)線的信號執(zhí)行發(fā)送接收操作

將剛才我們創(chuàng)建的客戶端套接字與服務(wù)器那邊的套接字連接上。使用的函數(shù)為connect谊却，其中需要三個參數(shù)：

  • 描述符

connnet會將描述符告訴協(xié)議棧柔昼，協(xié)議棧知道描述符后就來判斷到底使用哪個套接字去連接服務(wù)端

  • 地址

這個IP地址即使剛才我們通過DNS獲取的IP地址，并將IP地址告知協(xié)議棧

  • 端口

IP地址是用來區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中各個計算機(jī)而分配的數(shù)值炎辨〔锻福可以理解為公安局的公用電話，我們打電話過去找某人還需要知道名字吧碴萧，不然打過去找誰乙嘀？這個某某人就類似端口號，根據(jù)這個端口號我們能找到具體的聯(lián)系人破喻。所以通過IP+端口的方式確定具體的套接字虎谢。端口號那么多，到底指定多少端口曹质？不慌婴噩，其實服務(wù)器上面使用的大部分端口都事先定義好了，比如HTTP多為80羽德，SMPT通常為35端口几莽。這樣子就可以正兒八經(jīng)的通信了

通信

一旦套接字建立連接，隨著就可以委托協(xié)議棧完成數(shù)據(jù)的發(fā)送操作宅静。具體流程

  • 應(yīng)用程序準(zhǔn)備好需要發(fā)送的數(shù)據(jù)

  • 構(gòu)造HTTP請求信息

  • 調(diào)用write委托協(xié)議棧發(fā)送數(shù)據(jù)

那連接的真正含義是什么章蚣？

在真正的實體情況下，所謂連接通常是網(wǎng)線的連接姨夹，網(wǎng)線確實一直連接著究驴，在這里，連接的意思是通信的雙方能夠交換控制信息匀伏，并在套接字中記錄這些信息洒忧。

  • 連接意義之一是告知協(xié)議棧IP和端口

當(dāng)創(chuàng)建完套接字以后，并沒有存放任何的數(shù)據(jù)够颠，自然也就不知道和誰說話熙侍。這個時候，如果應(yīng)用程序要求發(fā)送數(shù)據(jù)履磨，對于協(xié)議棧而言還是一臉懵逼蛉抓。只有將IP和端口告知協(xié)議棧，他才會開始干活

服務(wù)端通過Socket庫中的read接收消息剃诅，這里注意巷送，調(diào)用read的時候需要制定用于存放響應(yīng)消息的內(nèi)存地址，也叫做接收緩存區(qū)矛辕。

  • 連接意義二：

服務(wù)端創(chuàng)建套接字笑跛，但是不知道和誰通信付魔。所以等待客戶端告知"我是XX，我的IP是xxx,端口號是XXX"

具體操作步驟

  • 通過connect將IP地址和端口信息傳遞給協(xié)議棧的TCP模塊飞蹂，它會和服務(wù)端的TCP模塊交換信息几苍。具體交換哪些信息呢〕卵疲客戶端準(zhǔn)確找到服務(wù)端以后妻坝，會將頭部控制位中的SYN置為1。TCP 模塊將信息傳遞給IP模塊并委托它進(jìn)行發(fā)送惊窖，服務(wù)端將接收到的IP模塊傳送給TCP模塊 刽宪，TCP模塊根據(jù)控制信息找到端口號相同的套接字并將狀態(tài)修改為正在連接。此時將會進(jìn)行響應(yīng)界酒，響應(yīng)的過程中將ACK控制位設(shè)置為1表示已經(jīng)收到對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)包纠屋。TCP屬于全雙工通信，為了盡全力保證網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的不丟失盾计，會進(jìn)行雙方確認(rèn)機(jī)制售担。

  • 此時網(wǎng)絡(luò)包到達(dá)客戶端，通過IP模塊到達(dá)TCP模塊署辉，TCP模塊通過頭部信息確認(rèn)連接服務(wù)器的這個操作是否成果族铆。如果此時SYN為1則表示連接成功。然后將響應(yīng)中的ACK設(shè)置1告訴服務(wù)器你的響應(yīng)我收到了哭尝。這樣連接操作完成哥攘。控制流程交給應(yīng)用程序

6 應(yīng)用階段

當(dāng)連接后到達(dá)應(yīng)用程序后材鹦，此時將決定我們需要發(fā)送什么數(shù)據(jù) 逝淹，怎么發(fā)數(shù)據(jù)，是按照流的方式還是逐字節(jié)發(fā)送桶唐，以及發(fā)什么內(nèi)容栅葡，這樣的多樣性對于協(xié)議棧而言是不怎么關(guān)心的。對于協(xié)議棧尤泽，它不會是收到什么數(shù)據(jù)就馬上發(fā)送欣簇，它會將數(shù)據(jù)先暫存緩沖區(qū)，如果收到數(shù)據(jù)就發(fā)送坯约，難免會出現(xiàn)大量的小包熊咽，這樣會讓網(wǎng)絡(luò)效率下降。那對于協(xié)議棧而言闹丐，到底一次滿足多少才進(jìn)行發(fā)送呢横殴？

  • 根據(jù)MTU判斷

MTU是一個網(wǎng)絡(luò)的最大長度，以太網(wǎng)中為1500字節(jié)卿拴，減去MTU的頭部長度衫仑，所能容納的最大數(shù)據(jù)長度為1460即MSS梨与。這樣就可避免出現(xiàn)大量的小包問題

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  • 根據(jù)時間。

協(xié)議棧內(nèi)部有個計時器惑畴，到達(dá)時間就將網(wǎng)絡(luò)包發(fā)送出去蛋欣。

仔細(xì)理解這兩點航徙，你會發(fā)現(xiàn)兩者沖突了如贷。因為如果考慮長度的優(yōu)先級更高，那么網(wǎng)絡(luò)效率高到踏，但是可能等待緩沖區(qū)的時間比較長杠袱。如果時間優(yōu)先級更高，延遲時間就短窝稿，但是降低了網(wǎng)絡(luò)效率楣富。所以在應(yīng)用程序中提供了選項，在開發(fā)的過程中可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置伴榔。

如果HTTP請求消息太長了怎么辦呢纹蝴？

數(shù)據(jù)大了則進(jìn)行拆分，拆分后為了能完整組裝踪少，每個小塊提前做好標(biāo)識塘安。當(dāng)判斷需要發(fā)送這些數(shù)據(jù)的時候，就在每一塊的數(shù)據(jù)前面加上TCP頭部援奢，然后交給IP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送 兼犯。

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ACK確認(rèn)機(jī)制

如果能發(fā)出數(shù)據(jù)，但是我們發(fā)了數(shù)據(jù)卻不知道是否已經(jīng)收到集漾，或者中途有沒有出現(xiàn)損失數(shù)據(jù)卻不知情切黔。所以，引入ACK的確認(rèn)機(jī)制進(jìn)行可靠的傳輸具篇。

我們客戶端在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候纬霞，會告知對方發(fā)送的數(shù)據(jù)從第幾個字節(jié)開始且長度是多少，對于接收方而言也是能很好地清楚是否完整的接收驱显。比如上次接收到的是520字節(jié)险领，那么接下來收到的包是521，說明中間沒什么問題秒紧。如果收到的包是1314绢陌，中間這段時間可能就出軌了。這樣子熔恢，如果沒有遺漏脐湾，接收方就會將一共接收到了多少字節(jié)寫到ACK中并發(fā)送給對方。不知道大家理解沒有叙淌，我再換個方式說一遍秤掌。發(fā)送電報：“我現(xiàn)在發(fā)送的數(shù)據(jù)是從XX字節(jié)開始的部分愁铺，一共有XX字節(jié)哈”，接收端：“到XX字節(jié)之前的數(shù)據(jù)我都接收完了"闻鉴，這就是確認(rèn)機(jī)制茵乱。在此跑一個面試題，為什么序號不是從"1"開始孟岛？

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TCP正是采用這樣的確認(rèn)機(jī)制瓶竭，數(shù)據(jù)在傳輸過程中，在諸如網(wǎng)絡(luò)集線器等設(shè)備就不在有錯誤補(bǔ)償機(jī)制渠羞，這些設(shè)備檢測到錯誤就直接丟棄相應(yīng)的包斤贰。TCP采用ACK的確認(rèn)機(jī)制，這個確認(rèn)的回復(fù)時間是根據(jù)什么來定次询？是固定時間內(nèi)必須返回ACK呢荧恍，還是會根據(jù)距離遠(yuǎn)近等動態(tài)調(diào)整呢？

通常來說屯吊，在局域網(wǎng)中ACK的返回相對會比互聯(lián)網(wǎng)返回所需時間更短送巡。TCP采用動態(tài)調(diào)整等待時間的方法。這里所說的等待時間是根據(jù)ACK返回所需時間來判斷的盒卸。也就是說TCP在發(fā)送數(shù)據(jù)后就會持續(xù)觀測ACK返回時間骗爆，如果發(fā)現(xiàn)慢了則會延長等待的時間。

我們每發(fā)一個包世落，等待確認(rèn)后再發(fā)送另一個包淮腾。那么在等待的這個過程是不是就浪費了時間呢。為了改變這樣的情況屉佳，TCP采用了滑動窗口的方式管理數(shù)據(jù)發(fā)送和ACK號的操作谷朝。

滑動窗口

發(fā)送一個包后，不傻等ACK的返回武花，而是繼續(xù)發(fā)送后續(xù)的包圆凰，這樣就充分的利用這段空閑時間。但是這樣也出現(xiàn)了一個問題体箕，可能出現(xiàn)發(fā)送包的頻率太快以致于接收方處理不過來出現(xiàn)堆積专钉。

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首先，TCP接收方收到包以后累铅，并不是馬上處理交給應(yīng)用程序跃须，而是先存在暫存區(qū)，但是發(fā)送方實在是太快了娃兽，接收方處理不過來菇民，暫存區(qū)也滿了。怎么解決？我們希望發(fā)送方能夠隨時知道接收方的接收數(shù)據(jù)能力第练，這樣就不會無腦的扔數(shù)據(jù)過去了阔馋。ok，TCP 就是這樣處理的娇掏，它會告訴發(fā)送方自己最多還能處理多少數(shù)據(jù)呕寝，然后發(fā)送方就會根據(jù)接收方的大小進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送控制，這也就是滑動窗口的精髓所在婴梧。

通過這樣長途跋涉終于發(fā)送了HTTP請求信息下梢，等待著響應(yīng)信息，客戶端通過read獲取響應(yīng)信息志秃，和發(fā)送數(shù)據(jù)時協(xié)議棧工作類似怔球，從接收緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)并傳遞給應(yīng)用程序

斷開連接

在 Web 使用的HTTP協(xié)議規(guī)定嚼酝，如果web服務(wù)器發(fā)送完消息后浮还，就應(yīng)該主動的斷開操作∶龉客戶端知道斷開后钧舌，就當(dāng)再執(zhí)行read調(diào)用時就會被提醒收發(fā)數(shù)據(jù)已結(jié)束，隨即也調(diào)用 close 進(jìn)行斷開操作涎跨。前面我們說過洼冻，每獲取一次數(shù)據(jù)就會執(zhí)行一次連接，這樣的效率是非常低的隅很，所以在 HTTP1.1 中就可以一次連接多次請求和響應(yīng)撞牢。·

假設(shè)服務(wù)器端調(diào)用close程序叔营，此時協(xié)議棧會生成斷開信息的TCP頭部屋彪，也就是將控制位中的FIN置為1，然后委托給IP模塊向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)

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客戶端收到服務(wù)端的 Fin 為1的包后绒尊，為了告知服務(wù)端已經(jīng)收到了這個 Fin 包畜挥，會返回一個ACK號，等待應(yīng)用程序來處理數(shù)據(jù)婴谱。當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用read的時候蟹但，發(fā)現(xiàn)服務(wù)端告訴它的是數(shù)據(jù)已經(jīng)全部收到，所以客戶端隨即開始關(guān)閉操作谭羔，生成FIN比特為1的TCP包华糖，然后交給IP模塊發(fā)送給服務(wù)器，然后服務(wù)端段返回 ACK 表示收到瘟裸。這樣客戶端與服務(wù)端全部關(guān)閉結(jié)束客叉。

7 IP

上面講述了想要實現(xiàn)通信，在TCP連接揮手時需要請IP模塊幫忙并封裝為包發(fā)送給就近的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)頭部控制信息確定目的地址十办，如何確定的呢秀撇？轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中有一張映射表，其中表中能表示"你可以將包發(fā)送到XX目的地"向族，此時IP協(xié)議再委托以太網(wǎng)協(xié)議呵燕，尋找路由器的以太網(wǎng)地址(mac地址)，如果有多個轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備件相，原理過程一樣，最終到達(dá)接收方的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

整個流程算是了解了对扶，我們繼續(xù)深究下IP模板到底是如何完成收發(fā)操作的络凿。當(dāng)TCP委托IP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳送的時候，告訴了目的地址是在哪里憔四，然后經(jīng)過一系列的中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備尋找以太網(wǎng)地址也就是mac地址柿汛，所以現(xiàn)在擁有了IP頭部和mac頭部弱判，發(fā)送給網(wǎng)卡等硬件設(shè)備固灵，網(wǎng)卡將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為電信號或光信號并發(fā)送出去大审。

當(dāng)接收方收到數(shù)據(jù)包會做出響應(yīng)导坟，其路線相反递递。數(shù)據(jù)包以電信號的方式從網(wǎng)線發(fā)出疙剑，傳遞給IP模塊驰坊，IP模塊將MAC頭部悴务、IP頭部后面數(shù)據(jù)傳遞給TCP模塊

IP地址通過TCP模塊獲取目的地址，而TCP模塊是從應(yīng)用程序中獲取IP地址痢毒，對于IP模塊而言送矩，只是乖乖的將包發(fā)往應(yīng)用程序指定的接收方，那假設(shè)這個IP地址是錯誤的怎么辦呢哪替，IP模塊不管栋荸，他只是負(fù)責(zé)打個包發(fā)出去，因為這個事兒是應(yīng)用程序的任務(wù)∑静埃現(xiàn)在我們已經(jīng)知道IP模塊中有填寫目的IP地址晌块，還有哪些重要的控制信息呢

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從上圖我們發(fā)現(xiàn)還需要32字節(jié)的發(fā)送方IP地址，如果當(dāng)前計算機(jī)只有一張網(wǎng)卡库快，那就是計算機(jī)的IP地址摸袁。

  • 協(xié)議號：代表包從哪個模塊來。如果是TCP模塊則填寫06义屏，如果是UDP模塊填寫17靠汁。

MAC

生成了IP頭部后蜂大，需要在IP頭部加上MAC頭部，其中包含了接收方和發(fā)送方的MAC地址信息蝶怔，因為在以太網(wǎng)的世界里需要按照以太網(wǎng)的規(guī)則辦事兒

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  • 以太網(wǎng)類型

以太網(wǎng)類型代表后面內(nèi)容的類型奶浦，比如如果是IP地址相關(guān)則為0800

  • 發(fā)送方MAC地址

MAC地址在網(wǎng)卡生產(chǎn)時就放入ROM中坷襟，取出存放于MAC頭部即可爽柒。

  • 接收方MAC地址

要知道接收方的MAC地址耻警，又需要找?guī)褪至?ARP)麦备，在局域網(wǎng)中大喊一聲“xx這個IP地址是哪個？麻煩把你的MAC地址告訴我”涎显，此時就有人給予回應(yīng)"這是我的IP地址暗膜，我的MAC地址是XX"彰导，但是我們不可能每次都一頓喊藏否，所以就有殺手锏"ARP緩存"瓶殃，一次詢問后就會保存于緩存表中，下次再來如果能匹配到表就可直接獲取MAC地址副签。

此時IP模塊完成所有任務(wù)遥椿。下面就到網(wǎng)卡

8 網(wǎng)卡

上面辛辛苦苦的將包組裝完成，但都是數(shù)字信息淆储，我們需要轉(zhuǎn)換為電信號或者光信號才能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸冠场，這就網(wǎng)卡的作用。但是就當(dāng)當(dāng)?shù)囊粔K網(wǎng)卡能干啥本砰，啥也干不了碴裙，他需要插上去并裝上網(wǎng)卡驅(qū)動，計算機(jī)開機(jī)啟動之時對網(wǎng)卡進(jìn)行初始化才能開始使用灌具。

網(wǎng)卡驅(qū)動從IP模塊獲取包之后青团，復(fù)制到網(wǎng)卡緩沖區(qū)，然后告知MAC層咖楣，MAC模塊從緩沖區(qū)取出包并加上頭部和起始幀，末尾加上幀校驗序列

發(fā)送信號分為兩種方式芦昔，一種是集線器方式诱贿，一種是交換機(jī)的全雙工模式。

集線器方式

發(fā)送信號之前需要先檢查線路中是否存在其他信號咕缎，以免造成沖突珠十。MAC模塊從頭部開始逐比特轉(zhuǎn)換為電信號，然后交給 PHY 模塊發(fā)送出去凭豪，PHY模塊將信號轉(zhuǎn)換為可以在網(wǎng)線上傳輸?shù)母袷讲⑼ㄟ^網(wǎng)線發(fā)送出去焙蹭。但是我們知道，由于電磁波接觸到金屬等半導(dǎo)體后會產(chǎn)生電流嫂伞，與信號摻雜在一起孔厉，這樣勢必就會對原有的信號造成影響拯钻，為了盡量的避免這種影響，使用了雙絞線的方式來抑制噪聲撰豺。為什么雙絞線就可以抑制噪聲嘞粪般，因為當(dāng)電磁波接觸到信號線時，假設(shè)電流方向為右污桦，當(dāng)使用雙絞線的方式螺旋纏繞后亩歹，兩個信號線所產(chǎn)生的的電流方向就會相反，從而相當(dāng)于負(fù)負(fù)得正低效凡橱，不的不說闊學(xué)家們牛掰

全雙工模式

全雙工模式可以讓發(fā)送和接收操作同時進(jìn)行且不產(chǎn)生碰撞小作，因為在全雙工模式下，無需等待其他信號就可發(fā)送信號稼钩，所以比半雙工更快

接收方

在半雙工的通信過程中躲惰，發(fā)送信號到達(dá)結(jié)合搜模塊，信號的開頭是報頭变抽，從起始幀分隔符開始將后面的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息础拨，即 PHY模塊 先開始工作，將信號轉(zhuǎn)換為通用格式并交付給MAC模塊绍载，MAC模塊從頭開始將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并存放緩沖區(qū)诡宗，這里注意，到達(dá)信號末尾的時候需要檢查FCS击儡，檢查方法是通過響應(yīng)算法計算出結(jié)果并和包末尾比較塔沃，如果不一致則會當(dāng)做錯誤包丟棄。FCS沒問題阳谍，再通過MAC頭部接收方的地址查看是否給自己的包蛀柴，如果不是也就沒必要亂收，直接丟棄矫夯，如果MAC地址一致則將包存放緩沖區(qū)鸽疾，此時MAC模塊完成任務(wù)。

我們知道計算機(jī)會執(zhí)行千萬種任務(wù)训貌，它不會隨時監(jiān)控網(wǎng)卡的行蹤制肮，所以需要打斷計算機(jī)當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，告訴它網(wǎng)卡現(xiàn)在發(fā)生的事情递沪，這就是中斷豺鼻。網(wǎng)卡驅(qū)動被中斷處理程序調(diào)用后，會從網(wǎng)卡的緩沖區(qū)中取出收到的包款慨，并通過 MAC 頭部中的以太類型字段判斷協(xié)議的類型儒飒，如果是0080則代表IP協(xié)議，那么網(wǎng)卡驅(qū)動就講這樣包給TCP/IP協(xié)議棧檩奠。此時IP模塊開始工作

  • 檢查IP頭部桩了，保證格式正確

  • 查看接收方IP附帽，如果接收的IP地址與客戶端發(fā)送過來IP一致則接受這個包，否則就很可能除了問題圣猎，此時IP模塊會通過ICMP將錯誤告知發(fā)送方士葫，ICMP包含了哪些錯誤提示呢，總結(jié)如下

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此時IP模塊交給TCP模塊送悔，TCP模塊根據(jù)IP頭部的接收方和發(fā)送方IP地址慢显，以及TCP頭部的的發(fā)送，接收端口信息欠啤，組成<發(fā)送地址荚藻，接收地址，源端口洁段，目的端口>四元組信息查找對應(yīng)的套接字应狱，從而可查看通信的狀態(tài)并執(zhí)行相關(guān)的通信。

9 防火墻

看似一切到達(dá)服務(wù)器還比較順利祠丝，順利歸順利疾呻，但是我們的大部分項目中不得不考慮安全因素，不是什么數(shù)據(jù)包都可以隨便進(jìn)來写半，所以必須使用某種手段過濾掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)包岸蜗，這就是防火墻

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不知道大家用過Tcpdump、Wireshark等工具沒叠蝇，它的過濾機(jī)制類似于防火墻的原理璃岳，那么為了實現(xiàn)過濾，我們就需要深刻了解各層協(xié)議的頭部構(gòu)造悔捶，只有熟悉其頭部字段铃慷，才能在過濾表達(dá)式中施展魔法。

通過IP 端口等過濾

比如常見明文協(xié)議HTTP使用的80端口蜕该，我們可以通過設(shè)置IP+端口的方式限制其他數(shù)據(jù)包的通行犁柜。

設(shè)置控制位的方式

比如在TCP三次握手的時候會交換或者更新ack syn等信息，我們則可以通過設(shè)置相應(yīng)位置來達(dá)到我們過濾的目的

隨著系統(tǒng)越來與牛逼蛇损，收益越來越來赁温，老板跑來：“小伙計，用戶反映請求后半天收不到消息誒”淤齐。豈不是廢話么，系統(tǒng)做得好袜匿，跑路少不了更啄，錢不到手，怎敢跑路居灯，成祭务，一頓性能測試猛如虎内狗，哎呀，加個負(fù)載均衡試試义锥？

負(fù)載均衡

隨著用戶訪問量的劇增柳沙，單臺服務(wù)器明顯感覺到了壓力，再這樣下去用戶可能直接要干我拌倍，同事小A牛逼啊赂鲤，上來就是:"上性能高一點的服務(wù)器啊"，小B也不賴：“多買幾臺服務(wù)器不就完事了柱恤？” 好数初，我們就聽聽小B的方案

從曾經(jīng)的一臺服務(wù)器，增加到現(xiàn)在到五臺服務(wù)器梗顺，相當(dāng)于每臺服務(wù)器分擔(dān)1/5泡孩，這樣壓力自然小了很多，那問題來了寺谤，怎么才能將請求分散到各臺服務(wù)器呢仑鸥？哪都有哪些負(fù)載均衡的方案？

砸錢

最初實現(xiàn)負(fù)載均衡采取的方案很直接变屁，直接上硬件眼俊，當(dāng)然也就比較貴，互聯(lián)網(wǎng)的普及敞贡，和各位科學(xué)家的無私奉獻(xiàn)泵琳，各個企業(yè)開始部署自己的方案，從而出現(xiàn)負(fù)載均衡服務(wù)器

HTTP重定向負(fù)載均衡

也屬于比較直接誊役，當(dāng)HTTP請求到達(dá)負(fù)載均衡服務(wù)器后获列，使用一套負(fù)載均衡算法計算到后端服務(wù)器的地址，然后將新的地址給用戶瀏覽器蛔垢，瀏覽器收到重定向響應(yīng)后發(fā)送請求到新的應(yīng)用服務(wù)器從而實現(xiàn)負(fù)載均衡击孩，如下圖所示

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優(yōu)點：

  • 簡單，如果是java開發(fā)工程師鹏漆，只需要servlet中幾句代碼即可

缺點：

  • 加大請求的工作量巩梢。第一次請求給負(fù)載均衡服務(wù)器，第二次請求給應(yīng)用服務(wù)器

  • 因為要先計算到應(yīng)用服務(wù)器的IP地址艺玲，所以IP地址可能暴露在公網(wǎng)括蝠，既然暴露在了公網(wǎng)還有什么安全可言

DNS負(fù)載均衡

了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的你應(yīng)該很清楚如何獲取IP地址，其中比較常見的就是DNS解析獲取IP地址饭聚。用戶通過瀏覽器發(fā)起HTTP請求的時候忌警，DNS通過對域名進(jìn)行即系得到IP地址，用戶委托協(xié)議棧的IP地址簡歷HTTP連接訪問真正的服務(wù)器秒梳。這樣不同的用戶進(jìn)行域名解析將會獲取不同的IP地址從而實現(xiàn)負(fù)載均衡

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乍一看法绵，和HTTP重定向的方案不是很相似嗎而且還有DNS解析這一步驟箕速，也會解析出IP地址，不一樣的暴露朋譬？每次都需要解析嗎盐茎，當(dāng)然不，通常本機(jī)就會有緩存徙赢，在實際的工程項目中通常是怎么樣的呢

  • 通過DNS解析獲取負(fù)載均衡集群某臺服務(wù)器的地址

  • 負(fù)載均衡服務(wù)器再一次獲取某臺應(yīng)用服務(wù)器字柠，這樣子就不會將應(yīng)用服務(wù)器的IP地址暴露在官網(wǎng)了

反向代理負(fù)載均衡

這里典型的就是Nginx提供的反向代理和負(fù)載均衡功能。用戶的請求直接叨叨反向代理服務(wù)器犀忱，服務(wù)器先看本地是緩存過募谎，有直接返回，沒有則發(fā)送給后臺的應(yīng)用服務(wù)器處理阴汇。

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IP負(fù)載均衡

上面一種方案是基于應(yīng)用層的数冬，IP很明顯是從網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行負(fù)載均衡。TCP./IP協(xié)議棧是需要上下層結(jié)合的方式達(dá)到目標(biāo)搀庶，當(dāng)請求到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層的時候拐纱。負(fù)載均衡服務(wù)器對數(shù)據(jù)包中的IP地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而發(fā)送給應(yīng)用服務(wù)器

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注意哥倔，這種方案通常屬于內(nèi)核級別秸架，如果數(shù)據(jù)比較小還好，但是大部分情況是圖片等資源文件咆蒿，這樣負(fù)載均衡服務(wù)器會出現(xiàn)響應(yīng)或者請求過大所帶來的瓶頸

數(shù)據(jù)鏈路負(fù)載均衡

它可以解決因為數(shù)據(jù)量他打而導(dǎo)致負(fù)載均衡服務(wù)器帶寬不足這個問題东抹。怎么實現(xiàn)的呢。它不修改數(shù)據(jù)包的IP地址沃测，而是更改mac地址缭黔。應(yīng)用服務(wù)器和負(fù)載均衡服務(wù)器使用相同的虛擬IP

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以上介紹了幾種負(fù)載均衡的方式，但是很重要的負(fù)載均衡算法卻沒有設(shè)計蒂破，其中包含了輪詢馏谨，隨機(jī)，最少連接附迷，下面分別對此進(jìn)行介紹(假設(shè)以Nginx為例)

輪詢

輪詢是Nginx中默認(rèn)的處理負(fù)載的方式惧互，從方式名稱應(yīng)該可以猜出輪詢即輪流的分配到后端的服務(wù)上。舉個例子來說喇伯，假設(shè)目前后端有4臺服務(wù)器喊儡，此時過來6個連接，如果采用輪詢的方式稻据，他就是這樣工作A->1管宵，B->2，C->3攀甚，D->4箩朴，A->5，B->6

upstream XXX{
        server localhost:8081;
        server localhost:8082;
        server localhost:8083;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name www.xiaolan.com;
        location /{
            proxy_pass http://xxx;
        }
    }

Hash方式處理公式：abs(客戶端ip.hash())%服務(wù)器數(shù)量****

因為客戶端的ip地址是唯一不變的秋度，所以炸庞，通過hash算法計算出ip地址對應(yīng)的哈希碼值，通過哈希碼值對服務(wù)器的數(shù)量進(jìn)行一個求模運算荚斯。這樣就可以保證每個客戶端訪問的服務(wù)器都是保持不變的埠居，因為hash算法的散列特點，也可以近似的當(dāng)作平均分配事期。

upstream H_xx{
        ip_hash;
        server localhost:8081;
        server localhost:8082;
        server localhost:8083;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name www.xiaolan.com;
        location /{
            proxy_pass http://H_xx;
        }

出現(xiàn)的問題

Hash算法中的散列特點滥壕，會導(dǎo)致某臺服務(wù)器請求量過高，其他服務(wù)器請求卻很少的情況兽泣。比如A服務(wù)器處理請求1000绎橘，而B服務(wù)器請求只有80，C服務(wù)器請求為20唠倦。我們希望后面的請求盡量來C服務(wù)器称鳞，所以出現(xiàn)了下面的方案

最小連接方式

采用這種方式，Nginx會將請求發(fā)送給當(dāng)前處理請求數(shù)量最少的服務(wù)器從而緩解集群的壓力

upstream XXX{
        leash_conn;
        server localhost:8081;
        server localhost:8082;
        server localhost:8083;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name www.xiaolan.com;
        location /{
            proxy_pass http://XXX;
        }
    }

既然是將請求分給目前連接數(shù)最少的服務(wù)器稠鼻，那好冈止，我們看看這種情況。A服務(wù)器買的比較早候齿，承受的并發(fā)數(shù)為200熙暴，B服務(wù)器稍微能承受的服務(wù)器并發(fā)數(shù)高一點500，C服務(wù)器能承受的并發(fā)數(shù)為1000慌盯。目前各個服務(wù)器情況如何呢周霉？此時A服務(wù)器已經(jīng)處理了199個連接，B服務(wù)器處理了499個連接润匙，C服務(wù)器處理了500個連接诗眨，我們當(dāng)然希望接下來的請求交給C服務(wù)器處理，不然對于AB而言豈不是壓死了最后一根稻草孕讳，所以出現(xiàn)下面這種方式

基于權(quán)重的方式

通過設(shè)置權(quán)重的方式合理分配請求連接數(shù)

upstream XXX{
        server localhost:8081 weight=6;
        server localhost:8082 weight=2;
        server localhost:8083 down;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name www.xiaolan.com;
        location /{
            proxy_pass http://xxx;
        }
    }

此時通過weight權(quán)重進(jìn)行資源的分配匠楚。down表示當(dāng)前服務(wù)器不參加負(fù)載均衡。

嘮嗑

不知道大家看完是什么感受厂财，寫完就感覺做了一次過山車芋簿，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則從下往上組裝頭部，然后從下往上拆分頭部璃饱，頭部信息的作用就類似我們的大腦与斤，為了保證上下層的連貫性，需要不同的控制信息來運轉(zhuǎn)從而完成使命。生活中也類似撩穿，處在什么階段做什么事兒磷支，如果要請求幫助，不是一味地請求幫助食寡，而是在請求幫助的同時思考自己是否能夠給予類似的籌碼雾狈，這就是社會。

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可說貫徹計算機(jī)體系的始終抵皱，也是非常的復(fù)雜善榛，希望能看見這篇文章的童鞋真要花足功夫去了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然呻畸，有不恰當(dāng)?shù)牡胤揭蚕Ｍ軒椭姨岢霾⒏?/p>

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