网络通讯

陈皮

关注

发布于: 2020 年 07 月 29 日

Web 应用场景中的网络通讯

1 网络通讯协议解决了什么问题

百度百科：网络通信协议是一种网络通用语言，为连接不同操作系统和不同硬件体系结构的互联网络提供通信支持，是一种网络通用语言。

2 一次 web 请求的网络通信历程

3 OSI 七层模型和 TCP/IP 四层模型

网络数据包格式

3.1 物理层

物理层负责数据的物理传输，计算机输入输出的只能是要 0、1 这样的二进制数据，但是在真正的通信线路里有光纤、电缆要、无线各种设备。光信号和电信号，以及无线电磁信号在物理上是完全不同的，如何让这些不同的设备能够理解、处理朾同的二进制数据，这就是物理层要解决的问题。

3.2 数据链路层

链路层就是将数据进行封装后交给物理层进行传输，主要就是将数据封装成数据帧，以帧为单位通过物理层进行通信，有了帧就可以在帧上进行数据校验，进行流量控制。

链路层会定义帧的大小，这个大小也被称为最大传输单元。像 HTTP 要在传输的数据上添加一个 HTTP 头一样，数据链路层也会将封装根子的帧添加一个帧头，帧头里记录析一个重要信息就是发送者和接受者的 MAC 地址。 MAC 地址是网卡的设备标识符，是唯一的，数据帧通过这个信息确保数据送达到正确的目标机器。

数据链路层负载均衡：

根据 MAC 地址做分发

3.3 网络层

网络层 IP 协议使得互联网应用根据 IP 地址就能访问到目标服务器，请求离开 APP 后，到达运营服务商的交换机，交换机会根据这个 IP 地址进行路由转发，可能中间会经过很多个转发节点最后数据到达目标服务器。

网络层的数据需要交给链路层进行处理，而链路层帧的大小定义了最大传输单元，网络层的 IP 数据包必须要小于最大传输单元才能进行网络传输，这个数据包也有一个 IP 头，主要包括的就是发送者和接受者的 IP 地址。

IP 层负载均衡：

3.4 传输层（TCP 协议）

IP 协议不是一个可靠的通信协议，不会建立稳定的通信链路，并不会确保数据一定送达。要保证通信的稳定可靠，需要传输层协议 TCP。

TCP 协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。TCP 作为一个比较基础的通讯协议，有很多重要的机制保证了 TCP 协议的可靠性和强壮性：

使用序号，对收到的 TCP 报文段进行排序和检测重复的数据
无错传输，使用校验和检测报文段的错误
使用确认和计时器来检测和纠正丢包或者延时
流量控制，避免主机分组发送得过快而使接收方来不及完全收下
拥塞控制，发送方根据网络承载情况控制分组的发送量，以获得高性能同时避免拥塞崩溃丢包的情况

TCP 建立连接的 3 次握手过程

APP 先发送 SYN=1, Seq=X 的报文，表示请求建立连接， X 是一个随机数；
服务器收到这个报文后，应答 SYN=1 ，ACK=X+1， Seq=Y 的报文，表示同意建立连接；
APP 收到这个报文后，检查 ACK 的值为自已发送的 Seq 值 +1 ，确认建立连接，并发送 ACY=Y+1 的报文给服务器；服务器收到这个报文后检查 ACK 值为自已发送的 Seq +1 ,确认建立连接。至此， APP 和服务器建立起 TCP 连接，就可以进行数据传输了。

TCP 关闭连接 4 次挥手

主动方向被动方发送一个 FIN，请求关闭数据传输
当被动方接收到主动方的 FIN 时，向主动方发送一个 ACK，其中 ACK 的值等于 FIN + SEQ
被动方向主动方发关一个 FIN,告诉主动方应用程序关闭
当主动方收到被动方的 FIN 时，回复一个 ACK 给被动方。其中 ACK 的值等于 FIN + SEQ

4 次挥手不计算在网络请求响应时间内

3.5 应用层 HTTP 协议

而互联网庆用需要在全球范围为用户提供服务，将全球的应用和倒不的用户联系在一起，需要一个统一的应用层协议，这个协议就是 HTTP 协议。

HTTP 请求的 7 种方法

GET
HEAD
POST
PUT
DELETE
TRACE
OPTIONS

HTTP 响应的 5 种状态

HTTP 协议版本

1996 年发布 HTTP/1.0。问题：每次请求都会创建一个新的 TCP 连接。
HTTP/1.1，为了解决每次新建连接的问题，复用 TCP 连接。但是一个连接同时只能处理一个请求。
HTTP/2
HTTP/3，不使用 TCP 作为会话的传输层，而是使用 QUIC

4 非阻塞网络 I/O

4.1 容器端口监听

客户端对服务端的网络请求需要指定端口号，服务端应用容器通过监听端口号来捕获请求。

...
int port = ...;
// 服务器 socket 监听指定端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port));
// 请求 socket 对应一个网络请求Socket socket = serverSocket.accept();
... socket.getInputStream();
... socket.getOutputStream();
...