明翰计算机基础知识V0.4（持续更新）

文章目录

    • @[toc]
  • 前言
  • 计算机硬件
    • `中央处理器（CPU）`
      • CPU功能
      • CPU构成
      • `CPU缓存`
        • L1 Cache（一级缓存）
        • L2 Cache（二级缓存）
        • L3 Cache（三级缓存）
      • `CPU与其他组件的关系`
    • `内存（Memory）`
      • 存储机制
      • 随机访问
      • 电脑休眠
      • 虚拟内存
    • 硬盘（Disk）
    • 只读存储器（ROM）
      • 什么是手机&平板电脑中的RAM与ROM？
    • 指令集
      • 指令内容
      • 指令分类
    • 总线
      • 总线分类
    • 网卡
      • 网卡作用
      • MAC地址
      • ping命令
  • 操作系统（Operating System）
    • Unix
    • 编程语言&硬件&操作系统的关系
  • 网络（Network）
    • 网络类型
      • 局域网（WAN）
      • 互联网（LAN）
    • `网络协议（Network Protocol）`
      • `HTTP协议`
        • `[TCP/IP]协议`
          • `分层管理`
            • 应用层
            • 传输层
            • 网络层
            • 数据链路层
          • `TCP协议`
            • 3次握手
            • 4次挥手
          • `IP协议`
            • IP地址与MAC地址
            • `端口（Port）`
            • 内网IP与外网IP
          • UDP协议
        • HTTP报文
          • 请求报文
            • 请求方法
          • 响应报文
        • 无状态
          • `Cookie`
        • `长连接与短连接`
        • 状态码
    • 中转站
      • 代理（Proxy）
      • 网关（Gateway）
      • 隧道（Tunnel）
    • ISO/OSI协议模型
      • 1.物理层（Physical Layer），单位是比特
      • 2.数据链路层（Data Link Layer），单位是帧
      • 3.网络层（Network Layer），单位：包（数据包&数据报）
      • 4.传输层（Transport Layer），单位：报文
      • 5.会话层（Session Layer），单位：报文
      • 6.表示层（Presentation Layer），单位：报文
      • 7.应用层（Application Layer），单位：报文
    • URL与URI
    • 域名
      • 域名解析
      • DNS
      • A记录
      • CNAME
      • MX记录
      • 泛域名解析
    • 服务器
      • 硬件服务器
      • 软件服务器
  • 二进制（binary）
      • 二进制串如何变成数据文件
    • 二进制与十进制的转换
      • 十进制转二进制
      • 二进制转十进制
    • 二进制的算术运算
      • 二进制加法
      • 二进制减法
      • 二进制乘法
      • 二进制除法
    • 二进制的逻辑运算
      • 二进制“或”
      • 二进制“与”
      • 二进制“非”
      • 二进制“异或”
    • 二进制的负数
      • 原码
      • 反码
      • 补码
    • 位运算
  • 一些概念
    • `字节（Byte）`
    • 进程、线程
    • ASCII码
    • 软件工程
      • 环境
    • 负载均衡
    • 集群
    • 单点登录
    • PV、UV、IP
    • 分布式
      • Load
      • Scalability
    • Session
      • Cookie与Session的区别
      • Session的实现方式有两种
    • [云服务/云计算]
  • 总结

前言

目前有些同学对计算机一些基础知识掌握的非常薄弱，
会闹出很多笑话。

比如分不清什么是RAM和ROM，什么是内网和外网？
什么是字节？什么是服务器？
域名和IP地址的关系？
为什么要有端口？
什么是UDP和TCP？
什么是通讯协议？

甚至是科班出身的计算机专业的学生。。。
大学四年大部分同学学完的知识都还给了老师。

对于这些基础知识掌握的不牢固，
会造成后续进阶时的捉襟见肘，这是我们不愿意看到的。

例如，你不明白内存、CPU、硬盘，
那等你进阶到并发编程和JVM的时候就会被卡住。

因此我总结出了一些计算机基础知识，
用一些言简意赅，通俗易懂的话来呈现。

希望大家可以在日常工作中更得心应手，而不是捉襟见肘。
计算机科学是一门非常庞大且非常复杂的知识体系，
越往高走越难，我们要有敬畏之心。

原文地址（持续更新）：
https://yangminghan.blog.csdn.net/article/details/89071396

计算机硬件

CPU（中央处理器）是计算机的心脏，
RAM（内存）和硬盘都是计算机的存储器，用于数据的读写。

内存是半导体材料制作，硬盘是磁性材料制作。

内存的存取速度比硬盘要快的多，
但是断电后数据消失，内存的容量比硬盘小。

硬盘的存取速度比内存要慢的多，
但是断电后数据保留，硬盘的容量比内存大。

计算机中的各个组件（CPU、内存、硬盘、显示器等等），
它们之间的硬连接是通过【总线】来实现的，
他们之间的软连接是通过【指令】来实现的。

中央处理器（CPU）

CPU（Central Processing Unit）又叫中央处理器，
是一台计算机的运算和控制核心，
CPU是计算机中运行速度最快的核心组件。

CPU的运行速度非常快但存储空间十分有限，
只能依靠几个寄存器来暂时保存指令、数据、地址。

CPU没有办法永久保存指令，指令都在内存中存放，
CPU需要读取内存中的指令，
一旦断电后，CPU和内存中存储的数据全部消失。

CPU功能

  1. 周而复始的执行一条条的指令，包括：读取指令、分析指令（解码）、执行指令；
  2. 实现数据的算术与逻辑运算；
  3. 实现异常及中断处理，例如：断电、运算溢出、设备故障等；

CPU构成

  1. 运算器组件
    1.1 ALU（Arithmetic Logical Unit）算术逻辑单元
    1.2 多路选择器（M1~M3）
    1.3 通用寄存器（R1~R4）
    1.4 标志寄存器（FR：Flag Register）
    1.5 数据总线（Data Bus）与控制总线（Control Bus）
  2. 控制器组件
    2.1 指令部件
    2.1.1 程序计数器（PC：Program Counter）
    程序计数器用来存放即将要执行的指令地址，每提取并执行一条指令，计数器自加1并指向下一条要执行的指令地址。
    2.1.2 指令寄存器（IR：Instruction Register）
    2.1.3 指令编译码（ID：Instruction Decoder）
    2.2 时序部件
    2.3 微操作控制部件（MOCU：Micro Operation Control Unit）

CPU缓存

CPU每次执行指令需要对数据进行读写操作，
CPU只能访问内存中的数据和指令，
但CPU的速度要远远高于内存，
如果CPU每次运行时都从内存中读取数据则会把CPU拖死。

于是在CPU和内存中间就加入了缓存，在运算过程中，
计算机将运算需要的数据从内存中复制一份到缓存，
CPU在进行计算时直接对缓存中的数据进行读写，
之后数据再被刷回到内存中。
在多核CPU时代，每个核都会有对应的CPU缓存跟着。

一般情况下，CPU访问内存中的地址会有重复的情况，
以及当前地址附近的地址也会很快被访问（局部性原理），
因此可以把这些地址放到缓存中，如果缓存能命中就直接走缓存，
缓存不命中再从内存中拿，这样可以极大的提升运行效率。

但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。
CPU缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作。

CPU缓存由很多个Cache Line（最小缓存单位）构成，
常见的Cache line大小为64字节。

CPU<-->寄存器<-->一级缓存<-->二级缓存<-->三级缓存<-->内存；
容量：一级缓存<二级缓存<三级缓存
性能：一级缓存>二级缓存>三级缓存
（注意：CPU寄存器与CPU一级缓存不是一个东西，千万不要混淆。）

L1 Cache（一级缓存）

CPU第一层高速缓存，分为数据缓存（L1i）和指令缓存（L1d）。
与CPU同材质构成，与CPU一样快，所以数据读写无延迟。

L2 Cache（二级缓存）

CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。
内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，
而外部的二级缓存则只有主频的一半。

L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，
二级缓存就是一级缓存的缓冲器：
一级缓存制造成本很高因此它的容量有限，
二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、
一级缓存又无法存储的数据。

L3 Cache（三级缓存）

三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器，它们的容量递增，
但单位制造成本却递减。

需要注意的是，无论是二级缓存、
三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令，
这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中，
而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

CPU与其他组件的关系

计算机开机后，电流接通CPU，CPU开始工作，
CPU主要的工作内容就是执行指令。
CPU要运行的第一个指令地址是内存最顶端的0xFFFFFFF0。

CPU通过系统总线（system bus）连接到I/O桥（I/O bridge），
通过I/O桥进行转接，再通过存储总线（memory bus）调用到内存。

从内存中读取指令，内存会很慢的将地址上存储的指令返回给CPU，
这是一条跳转指令，CPU将会运行BIOS的一堆指令。

BIOS进行一些列操作，包括：系统自检、查看内存、硬盘、显卡、
主板等组件是否有故障，有故障则需要报警。

BIOS运行完毕后，返回给CPU一堆新的指令，CPU接着执行，
CPU把操作系统加载到内存中，这些指令将启动硬盘中的操作系统。

操作系统启动成功后，会成为计算机的老大，
各个组件都要听他调度和指挥，包括CPU。

之后明翰想执行一个硬盘中的Java程序，
于是告诉给了操作系统，
操作系统通知CPU，
CPU通过系统总线->I/O桥->I/O总线通知到硬盘，
CPU让硬盘把相关的数据加载到内存中。

硬盘加载到内存的速度相对于CPU来说慢的很，
此时CPU可以去干一些别的事情，
等加载完毕后，通知CPU一下，让CPU来执行内存中的程序指令。
（参考自刘欣老师的码农翻身）

内存（Memory）

RAM：Ramdom Access Memory（随机存取存储器）
计算机的内存储器，也就是内存（也称主存main memory），
读写速度远超于硬盘。

内存是与CPU直接交换数据的内部存储器，
它可以随时高速读写，
但计算机一断电or关机，数据就丢失，不能保存，
内存只是一个暂存的空间。

RAM存放的都是程序运行时所需要的数据，这些数据等待&正在被CPU处理。

RAM是CPU与硬盘之前沟通的桥梁，
内存中临时存储着硬盘中即将要交给CPU处理的数据。

你按CTRL+C复制的文件，也是被存储在内存中。
内存通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。

硬盘上的信息永远是暂时不用的，要用吗？请装入内存！
CPU与硬盘不发生直接的数据交换，
硬盘上的信息只有在装入内存后才能被处理。

内存就是存储程序以及数据的地方，
比如当我们在使用Word处理文稿时，当你在键盘上敲入字符时，
它就被存入内存中，当你选择存盘时，
内存中的数据才会被存入硬盘。

存储机制

内存由若许多存储单元（Memory Location）组成，
每个存储单元都有一个编号，这个编号被称为地址。

每个存储单元包括若干个存储元件（Memory Cell），
每个存储元件可以存储一位二进制数（1或0）。

计算机的数据和指令是按内存地址存放在存储体的各个存储单元中，
通常一个存储单元由8个存储元件组成，
可以存放一个字节（8位二进制数）的数据。

随机访问

随机访问是当存储器中的信息被读取或写入时，
所需要的时间与这段信息所在的位置无关。

相对的，存取顺序访问（Sequential Access）存储设备中的信息时，
其所需要的时间与位置就会有关系，例如磁带。

电脑休眠

如果在关闭电源以后RAM中的数据也不丢失就好了，
这样就可以在每一次开机时都保证电脑处于上一次关机的状态，
而不必每次都重新启动电脑，
重新打开应用程序了。

但是RAM要求不断的电源供应，那有没有办法解决这个问题呢？
随着技术的进步，人们想到了一个办法，
即给RAM供应少量的电源保持RAM的数据不丢失，
这就是电脑的休眠功能。

虚拟内存

许多计算机支持虚拟内存机制，
该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序，
方法是将正在使用的程序放入内存去执行，
而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方，
这块地方成为虚拟内存，在Linux中称为Swap，
这种机制的核心在于快速地映射内存地址，
由CPU中的一个部件负责，
称为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)。

硬盘（Disk）

硬盘是电脑主要的存储媒介之一，
用于计算机存储数据，计算机断电&关机后，数据也能继续保存。

硬盘可以安装不同的软件、程序、游戏等等，
还可以存储照片、电影、文本等等。

硬盘是长时间存储数据的设备，
其读写速度虽然比内存慢得多，但容量大。
硬盘也可以作为虚拟内存使用。

目前市面上的硬盘分为机械硬盘HDD（慢）与固态硬盘SSD（快）。

在老式的机械硬盘中，包含了磁头与磁盘，
磁盘每分钟转动7200次，通过磁头进行写入数据。

只读存储器（ROM）

Read Only Memory
是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器，
其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。

断电后信息不丢失，存取速度很低（较RAM而言）。
它只能读出信息，不能写入信息，由于不能改写信息，不能升级。
一般用它存储固定的系统软件和字库与计算机启动用的BIOS芯片，计算机启动的引导程序等。

注意事项

  1. 计算机中，ROM和硬盘是两个完全不用的概念，有很多人混淆概念，认为ROM就是硬盘。
  2. ROM是内存的一种，ROM只是很小的一部分。
  3. 内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。
  4. ROM一般用来在计算机通电后启动电脑。
  5. 手机中的ROM和计算机中的ROM的概念也不一样！

什么是手机&平板电脑中的RAM与ROM？

运行内存＝RAM，它可以随时读写，而且速度很快，
通常作为操作系统或其他正在运行中程序的临时数据存储媒介（相当于电脑内存）。

手机内存＝ROM，ROM的功能用于长时间存储资料和媒体文件，
安装手机系统和一些应用程序等（相当于电脑硬盘）。
现在手机或平板电脑厂商内置的ROM存储空间，
很快会被用户的缓存的大量视频、照片和音乐占满。

所以我们看到iPhone 6S内置2GB RAM才是正确说法，
而不是2GB ROM。

方法是将正在使用的程序放入内存取执行，
而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方，
手机ROM指机身存储内存，
iPhone 6S的起步内存容量是16GB ROM。

指令集

计算机所谓的在计算的过程其实就是一条条指令执行的过程。

指令指告诉计算机要做什么，一条指令，一条命令。
指令来告诉计算机每一步要做什么，
包括参数的来源、结果的返回等等。

计算机可以完成五花八门的操作，
意味着计算机有五花八门的指令，
这一坨指令的集合就成为指令集（Instruction Set）。

指令内容

每条指令必须包含：

  1. 操作码（操作类型）
  2. 地址码（操作数地址）

指令分类

  1. 数据处理类指令（Data Processing Instructions）
    1.1 算术运算指令
    1.2 逻辑运算指令
    1.3 位移指令
  2. 数据传输类指令（Data Transmission Instructions）
    2.1 寄存器或存储器传输指令
    2.2 堆栈指令
    2.3 输入/输出指令
  3. 程序控制类指令（Program Control Instructions）
    3.1 指令转移
    3.2 调用指令和返回指令
    3.3 中断指令
  4. CPU状态管理类指令（CPU State Management Instructions）
    4.1 标志操作指令
    4.2 空操作指令
    4.3 暂停指令

总线

总线（Bus）是各个组件之间传输信息的道路，
总线由传输信息的物理介质（如导线）、
管理信息传输的硬件（如总线控制器）、
软件（如传输协议）等构成。

总线分类

  1. 片内总线
  2. 系统总线
  3. 通信总线

网卡

网卡是计算机网络中最重要的连接设备，
计算机主要通过网卡连接网络。
网卡是工作在数据链路层的网络组件（后面有讲什么是链路层），
是网络中连接计算机和传输介质的接口。

网卡不仅能实现与网络传输介质之间的物理连接和电信号匹配，
还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、
数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。

市面上有千兆网卡，万兆网卡，
不同类型的网卡的带宽也限制了计算机的网络吞吐量。

网卡作用

  1. 将计算机的数据封装为帧，并通过网线或WIFI将数据发送到网络上去；（后面会讲到帧）
  2. 接收网络上传过来的帧，并将帧重新组合成数据，发送到所在的计算机中；

MAC地址

MAC地址，是指（Media Access Control Address），
缩写为MAC Address。

每个网卡都有一个全球唯一的地址，
类似于F2-A9-63-32-DE-01。
当一台计算机不止有一个网卡时，
MAC地址就不能唯一对应一台计算机了。

例如：
一台计算机装了2个网卡，一个是用于该计算机与外界通信，
而第二个网卡则用来公司内部局域网通信。
这时候虽然有两个MAC地址，但是其实是同一台计算机。

ping命令

ping命令可以检查网卡工作，
ping本机IP，ping不通，则表示网卡有故障。
ping远程IP，ping不通，可能是网线&网络问题，
或对方已经关机，或防火墙禁止ICMP协议等。
ping域名，查看域名对应的IP地址，即解析DNS服务以及响应时间。

操作系统（Operating System）

操作系统也是程序的一种，如果没有操作系统，
我们将无法真正意义上的使用计算机。

操作系统用来管理计算机硬件与软件资源，
如：内存、硬盘、网络、进程、安全、驱动、
资源优先级、输入输出设备、文件系统等等。

常见的操作系统有：Windows、Linux、Mac。

Unix

未完待续

编程语言&硬件&操作系统的关系

编程语言是让计算机能识别的语言，
编程语言也是程序员与计算机沟通的桥梁。

当已经在计算机上安装了操作系统后，
那么就不需要考虑控制计算机的硬件了，
只考虑用户软件与操作系统之间是否兼容。

当软件安装到永久保存的硬盘上面，
运行软件时，会先从硬盘中找到这个软件的启动文件，
然后CPU通过内存来从硬盘中读写程序。

用编程语言来编写应用程序的，
但计算机的硬件却是按照机器码指令来执行操作的。

用户如何才能用高级语言，
来指示一台只能识别机器码指令的机器来工作？

显然，在高级语言程序和机器硬仵之间，
必须有一个中介来完成高级语言与低级语言的对接工作，
这个中介就是操作系统。

高级编程语言不会操作硬件，
而是通过操作系统来操作硬件，不然程序员就会累死。
因为程序员需要了解所有的硬件知识，
否则不能进行编程，编程的难度会陡增。

网络（Network）

网络类型

局域网（WAN）

互联网（LAN）

网络协议（Network Protocol）

网络协议是计算机通信双方必须共同遵从的一组约定，
例如怎么样建立连接、怎么样互相识别等，怎样结束通信，
只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。

网络协议负责对传输速率、传输代码、代码结构、
传输控制步骤、出错控制等制定处理标准。

网络是一个信息交换的场所，所有接入网络的计算机，
都可以通过彼此之间的物理连设备进行通信，
这种物理设备包括最常见的电缆、光缆、无线WAP和微波等。

但是单纯拥有这些物理设备并不能实现信息的交换，
信息交换还要具备软件环境，
这种“软件环境”是人类事先规定好的一些规则，被称作“协议”，
有了协议，不同的电脑可以遵照相同的协议使用物理设备，
并且不会造成相互之间的“不理解”。

协议也存在于计算机的其他形式通信中，
例如：面向对象编程里面对象之间的通信，
操作系统内不同程序之间的消息，都需要有一个协议，
以确保传信双方能够沟通无间，例如分布式架构的RPC协议。

最常见的协议就是HTTP协议与[TCP/IP]协议了，
作为互联网的基础协议，没有它们就根本不可能上网。

HTTP协议

大家在浏览器中的URL地址栏输入bing.com，然后回车，
就是向bing的服务器发送了一个HTTP请求，
bing的服务器得到了这个请求后，会进行一系列的逻辑，
最后返回给浏览器一个响应信息，
浏览器会将响应信息翻译成大家能懂的网页。

这个过程包含了3个主要内容：

  1. URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位器），指定网络资源所在地址；
  2. HTML（HyperText Markup Language，超文本标记语言），作为呈现网页的超文本标记语言；
  3. HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议），为客户端与服务端之间提供传输的桥梁；

浏览器相当于是客户端，
HTTP协议是用于从服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议，
它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。

HTTP是一个应用层（高层）协议，基于[请求/响应]范式，
是一个标准的客户端-服务器模型，
客户端发送请求给服务端，服务端接收请求，并返回应答。
操作细节由下面的[TCP/IP]协议负责去路由+握手+传输数据。

[TCP/IP]协议

[TCP/IP]，
（[Transmission Control Protocol/Internet Protocol]的简写），
中文译名为[传输控制协议/因特网互联协议]，又叫网络通讯协议。

[TCP/IP]协议不仅仅指的是TCP和IP两个协议，
而是指一组由FTP、SMTP、TCP、
UDP、IP、HTTP等协议构成的协议簇，
只是因为在[TCP/IP]协议中TCP协议和IP协议最具代表性，
所以被称为[TCP/IP]协议。

[TCP/IP]定义了计算机如何连入因特网，
以及数据如何在计算机之间传输的标准。

分层管理

[TCP/IP]协议族可以分为4个层，从高到底为：
应用层<-传输层<-网络层<-数据链路层。

为什么要分层呢？
为了避免修改时牵一发而动全身，分层后再修改，
只需要把变动的层替换掉即可。

把每个层之间的接口部分定义好后，层内部就可以随意改动了。
分层后只需要在意自己这层的功能是否好用，
不用在弄清其他层，大家各司其职就好了。

HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据；
TCP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中可靠传输；
IP是网络层协议，主要解决网络路由和寻址问题；

我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP协议，
但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，
如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议。
对于我们来说，关心最多的应该是最高的应用层，
也就是开发出能给用户直接使用的网络应用程序。

通过分层顺序与对方进行网络通信，
发送端从上往下走，接收端从下往上走。
服务器将返回信息也是通过[TCP/IP]协议向客户端进行回传。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DQ3tApGR-1659947068486)(evernotecid://BCE3D193-8584-4CB1-94B3-46FF37A1AC6C/appyinxiangcom/12192613/ENResource/p398)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jWmZTGVS-1659947068488)(evernotecid://BCE3D193-8584-4CB1-94B3-46FF37A1AC6C/appyinxiangcom/12192613/ENResource/p399)]

把来自高层的数据根据本层的需要，
附加上特定信息（一般是添加头部与尾部）形成本层的封装单位，
然后向低层传递，同时把来自低层的数据解封装后向高层传递。

向下传递：封装；
向上传递：解封；

应用层

应用层负责应用程序间沟通，向用户提供应用服务通信，
应用层协议包括：
FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议），
DNS（Domain Name System，域名系统），
还有HTTP、SMTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。

例如：
用户通过浏览器发出了一个想查看某个网页的HTTP请求报文，
以及对请求方HTTP请求报文的处理。

传输层

传输层负责数据传输，数据格式化，数据确认和丢失重传，
传输层主要有2种协议：TCP与UDP。

例如：
为了方便通信，
将应用层收到的HTTP请求报文分割成报文段，
并在每个报文段上打上标记序号+端口号，
之后将每个报文段可靠地发送给网络层。
以及将从对方接收到的报文段按序号进行重组请求报文。

网络层

网络层负责处理数据包（网络传输的最小数据单位），
规定通过某些路径，将数据包传送给对方，
网络层一般使用IP协议。

例如：
增加MAC地址（通信目的地）后转发给链路层。

数据链路层

数据链路层负责连接网络的硬件，包括网卡，
定义如何使用物理网络，如以太网，
接收IP数据报并进行传输，从网络上接收物理帧。

例如：
接收端的服务器在链路层接收到数据，按序往上层发送，
一直到应用层。

TCP协议

TCP，Transmission Control Protocol，传输控制协议，
我们关注一下其中2个关键词：“传输”，“控制”。

TCP属于传输层，基于字节流进行传输（以字节为单位），
TCP将大块数据分割成以报文段（segment）为单位的数据包，
可以可靠准确地将这些数据包传递给对方，不出现丢失或乱序，
送信息以后，有机制确认信息是否安全到达，速度较慢。

当网络通信时采用TCP协议时，在真正的读写操作之前，
为了确保数据准确无误送到对方手中，
Server与Client之间必须建立一个连接，
当读写操作完成后，双方不再需要这个连接时，
它们可以释放这个连接，
连接的建立是需要3次握手的，而释放则需要4次挥手，
所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

如何确保可靠传输？
Sequence Number，ACK等。

如何控制？

  • Flow Control，流量控制，减少发送内容给接收端，以免接收端收不过来；
  • Congestion Control，拥塞控制，因为网络带宽有限，避免给网络上发送太多内容，避免网络堵塞，已一种合适的速度发送数据，以至网络资源利用率最大化，细节详见ACN笔记；

拥塞会造成什么？

  • 网络延迟提升；
  • 丢包；
3次握手

如果握手过程中某个阶段莫名中断，
TCP协议则会以相同的顺序重新发送相同的数据包。

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-esEt4oNa-1659947068493)(evernotecid://BCE3D193-8584-4CB1-94B3-46FF37A1AC6C/appyinxiangcom/12192613/ENResource/p401)]

4次挥手

未完待续

FIN，ACK，FIN，ACK

IP协议

IP协议，是指互联网协议（Internet Protocol），
缩写为IP。

IP协议位于网络层，
IP协议为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议，
主要负责路由和连接，几乎所有的网络系统都会用到IP协议。

它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，
规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。

任何厂家生产的计算机系统，
只要遵守IP协议就可以与因特网互连互通。

IP地址与MAC地址

确保数据传输需要满足2个重要条件：IP地址与MAC地址。

IP地址，
是指互联网协议地址（Internet Protocol Address），
又译为网际协议地址，缩写为IP Address。

IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，
它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，
IP地址用于唯一的标识网络中的一个通信实体。

IPv4地址为32位, IPv6地址为128位，
IPv4地址是一个32位的二进制数，
通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），
每8位用圆点隔开，每个8位数可以转成一个0-255的十进制数，
例如格式为：101.220.44.17。

IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，
其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。
例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数（01100100.00000100.00000101.00000110）。

MAC地址是网卡所属的固定地址，
IP地址可以与MAC地址进行匹配。

IP地址可以变换，但MAC地址基本不会改变，
IP地址是逻辑地址，MAC地址是物理地址。

网络层及以上使用IP地址，
数据链路层及以下使用MAC地址。

IP间的通信依赖MAC地址，
在网络中，通常需要经过多个类似于路由器的网络设备，
中转多次才能将数据包传送到目的地。

使用ARP协议（Address Resolution Protocol），
根据IP地址可以反查出对应的MAC地址。

在中转时，利用中转设备的MAC地址来搜索下一个中转目标，
直到找到最终目标服务器为止。

端口（Port）

端口可以认为是设备与外界通讯交流的出口。

（这里不说物理端口，只说虚拟端口）
虚拟端口指计算机内部或交换机路由器内的端口，是不可见的。

如果把IP地址比作一间大房子的地址，
端口就是出入这间房子的门，
这个大房子最多可以有65536个门，
即：2^16，范围是从0到65535），端口是通过端口号来标记的，
端口号只有正整数，0-1024一般是被系统使用。

一个通信实体可以有多个通信程序同时提供网络服务，
用于表示数据交给哪个程序处理，
同一台计算机上不能有两个程序使用同一个端口。

例如：
80端口是HTTP默认，443是HTTPS默认，
3306是MySQL默认，8080是Tomcat默认等等。

在Internet上，各主机间通过TCP/IP协议发送和接收数据包，
各个数据包根据其目标主机的IP地址来进行互联网络中的路由选择（请求到哪里），把数据包顺利的传送到目的主机。
操作系统都支持多程序（进程）同时运行，
那么目的主机应该把接收到的数据包传送给众多同时运行的进程中的哪一个呢？
我们需要端口来辨识。

操作系统会给那些有需求（需要被访问）的进程分配协议端口，
进程和端口是一一对应的关系，但并不是所有的进程都有端口。

当目标主机接收到数据包后，将根据报文头的目标端口号，
把数据发送到相应端口，
而与此端口相对应的那个进程将会领取数据并等待下一组数据的到来。

不光接受数据包的进程需要开启它自己的端口，
发送数据包的进程也需要开启端口，
这样，数据包中将会标识端口，
以便接受方能顺利地回传数据包到这个端口。

例如：
我现在有一台服务器的外网IP为：10.10.10.88，
我在这台服务器上开启了2个程序。

一个是MySQL数据库，端口号为3306，
一个是Nginx服务器，端口号为80。

那么我的用户可以通过：
10.10.10.88:80来访问我的Nginx服务器，
10.10.10.88:3306来访问我的MySQL数据库。

尽量的关闭不需要开放的端口，
防止攻击者扫描端口，寻找漏洞攻击。

常见端口与协议（以下端口为默认端口号，可以进行修改）

协议名（应用层） 类型（传输层） 端口号 描述
SSH TCP 22 secure shell，安全登录
TELNET TCP 23 远程登录
FTP TCP 20/21 文件传输协议，file transfer protocol，用于文件的上传和下载
SMTP TCP 25 简单邮件传输协议，simple mail transfer protocol，邮件的传输
HTTP TCP 80 超文本传输协议，hypertext transfer protocol，访问Web网站
HTTPS TCP 443 安全超文本传输协议，secure hypertext transfer protocol，以加密方式访问web网站
DNS UDP 53 域名解析服务，客户端进行域名查询
内网IP与外网IP

内网IP指局域网中的IP，通过内网IP，
同在一个局域网内的计算机可以进行通信，
一般在网络应用的服务器中，都是使用内网IP进行通信，
网络阻塞较小。

外网IP则是广域网因特网上的IP，
可以让连接因特网上的计算机进行通信。
一般家里或单位会有一个路由器供许多设备上网，
那么这些设备所共享一个外网IP，
但每个设备都会有自己的内网IP。

UDP协议

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议），
发送以后就不管了，不去确认信息是否到达，速度较快。

未完待续

HTTP报文

用于HTTP协议交互的信息被称为HTTP报文。

HTTP报文由从客户端到服务器的请求报文，
与从服务器到客户端的响应报文构成。

HTTP报文本身是由多行（用CR+LF作换行符）数据构成的字符串文本。

CR（Carriage Return，回车符：16进制0x0d），
LF（Line Feed，换行符：16进制0x0a）。

通用报文结构：

  1. [开始行/起始行] （对于请求消息，开始行就是请求行；对于响应消息，开始行就是状态行）；
  2. [消息报头/头域/headers]，每一个报头域都是由[名字/域名]+“：”+空格+[值/域值]组成（如：Connection: keep-alive\r\n ），消息报头域的名字是大小写无关的。域值前可以添加任何数量的空格符，头域可以被扩展为多行，在每行开始处，使用至少一个空格或制表符；
  3. 空行（只有CRLF的行，一个指示头域结束的空行 ）；
  4. [消息正文/消息体] （可选）组成（对于请求消息，消息正文就是请求正文；对于响应消息，消息正文就是响应正文）；
请求报文

请求报文包括：请求行、request headers、请求正文。

请求行（请求方法+请求URI+协议版本）：
GET /aaa HTTP/1.1

请求正文：
user=jeffrey&pwd=1234

[请求headers/请求头/请求报头]：
请求报头允许客户端向服务器端传递请求的附加信息，
以及客户端自身的信息。

名称 内容 描述
Accept text/html,application/xml 浏览器可接受的MIME类型
Accept-Encoding gzip,deflate,sdch 浏览器能够进行解码的数据编码方式，比如gzip。Servlet能够向支持gzip的浏览器返回经gzip编码的HTML页面。许多情形下这可以减少5到10倍的下载时间；
Accept-Language zh-CN,zh;q=0.8 浏览器所希望的语言种类，当服务器能够提供一种以上的语言版本时要用到；
Cache-Control max-age=0 Cache-Control头域：指定请求和响应遵循的缓存机制
Connection keep-alive 表示是否需要持久连接。HTTP 1.1默认进行持久连接，它可以利用持久连接的优点，当页面包含多个元素时（例如Applet，图片），显著地减少下载所需要的时间。要实现这一点，Servlet需要在应答中发送一个Content-Length头，最简单的实现方法是：先把内容写入ByteArrayOutputStream，然后在正式写出内容之前计算它的大小；keep-alive=持久链接，不会让网页中的图片和css等资源再开一个新的tcp连接，支持在同一个tcp连接上传输多次http请求，响应。减少了建立tcp连接3次握手的那些消耗和延迟
Cookie JSESSIONID=xxxxxxx;
Host abc.com 指定请求资源的Intenet主机和端口号，必须表示请求URL的原始服务器或网关的位置。HTTP/1.1请求必须包含Host，否则系统会以400状态码返回。
User-Agent Mozilla/5.0 (Windows NT 6.3; WOW64) 客户端信息，客户端的操作系统、浏览器和其它属性。
Referer http://abc.com/a/a Refferer头域：允许客户端指定请求uri的源资源地址，这可以允许服务器生成回退链表，可用来登陆、优化cache等。他也允许废除的或错误的连接由于维护的目的被追踪。如果请求的uri没有自己的uri地址，Referer不能被发送。如果指定的是部分uri地址，则此地址应该是一个相对地址。alex：其实就是从哪里点进来的

请求报文格式如下：
请求行(方法+请求URI+版本号 GET /index.html HTTP/1.1) － 通用信息头 － 请求头 － 实体头 － 报文主体
请求行以方法字段开始，后面分别是 URL 字段和 HTTP 协议版本字段，并以 CRLF 结尾。SP 是分隔符。除了在最后的 CRLF 序列中 CF 和 LF 是必需的之外，其他都可以不要。

请求方法
名称 描述
GET
POST 向服务器提交数据，提交表单信息或上传文件。
PUT
DELETE
OPTIONS
TRACE
CONNECT

GET与POST方法有以下区别：

  1. 在客户端，GET可以通过URL问号传参，在地址栏中可以看到参数，适用于非敏感数据，而POST参数放置在Header内提交；
  2. GET方式提交的数据最多只能有1024字节，而POST则没有此限；
响应报文

响应报文包括：响应行、response headers、响应正文。

[响应行/状态行]（协议版本+状态码）：
HTTP/1.1 200 OK

响应正文：

...

[响应headers/响应头/响应报头]：
允许服务器传递不能放在状态行中的附加响应信息，
以及关于服务器信息，
和对Request-URI所标识的资源进行下一步访问的信息。

名称 内容 描述
Connection keep-alive 同上
Content-Encoding gzip 文档的编码（Encode）方法。只有在解码之后才可以得到Content-Type头指定的内容类型。利用gzip压缩文档能够显著地减少HTML文档的下载时间。
Content-Type text/html;charset=utf-8 表示后面的文档属于什么MIME类型。Servlet默认为text/plain，但通常需要显式地指定为text/html。由于经常要设置Content-Type，因此HttpServletResponse提供了一个专用的方法setContentType。 可在web.xml文件中配置扩展名和MIME类型的对应关系；
Date Fri, 13 Nov 2015 10:31:26 GMT Date头域表示消息发送的时间，时间的描述格式由rfc822定义。Date描述的时间表示世界标准时，换算成本地时间，需要知道用户所在的时区。
Set-Cookie SERVERID=2a36b2541cceaf4c5f320f 服务器向客户端设置Cookie
Transfer-Encoding chunked 把数据分割成多块，能让浏览器逐步显示页面的编码

应答报文格式如下：
状态行(版本号 状态码 原因 HTTP/1.0 200 OK) － 通用信息头 － 响应头 － 实体头 － 报文主体
状态码元由3位数字组成，表示请求是否被理解或被满足。原因分析是对原文的状态码作简短的描述，状态码用来支持自动操作，而原因分析用来供用户使用。客户机无需用来检查或显示语法。

无状态

HTTP是一种无状态（stateless）协议。
为了更加高效与简洁，
HTTP不对请求和响应之间的通信状态进行保存，
即服务器自己也不知道之前发送给客户端什么了。

协议对于事务处理没有记忆能力，
服务器不知道客户端是什么状态，
打开一个服务器上的网页，
和你之前打开这个服务器上的网页之间没有任何联系，
我们可以使用Cookie来记录当前登录用户状态。

无状态不代表HTTP不能保持TCP连接，
更不能代表HTTP使用的是UDP协议。

Cookie

Cookie通过在请求报文和响应报文中写入Cookie信息，
来记录客户端状态。

服务端发送的响应报文Set-Cookie，
通知客户端保存Cookie，下次客户端再给服务器发请求时，
客户端会自动在请求报文中加入Cookie值后发送给服务端。

服务端收到带Cookie的请求后，会进行对比或相关逻辑检查，
从而判断出客户端状态。

长连接与短连接

HTTP的[长/短]连接本质上是TCP[长/短]连接。

在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接。
浏览器和服务器每进行一次HTTP通信，
就建立一次TCP连接，但任务结束就将TCP连接中断。

这种情况在当年是OK的，因为当年的网页都几乎是纯文本，
但随着互联网的普及，网页中包含了许多资源文件，
例如：JS、CSS、图片等，
这样就会同时建立与关闭多个TCP连接，导致增加通信开销。

但从HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。
使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这行代码：
Connection:keep-alive。

使用长连接时，当一个网页打开后，
客户端和服务器之间用于传输数据的TCP连接不会关闭，
如果客户端再次访问网页上的其他资源，
则会继续使用这一条已经建立的连接，大幅提升了网页加载速度。

Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个失效时间，
可以在不同的服务器软件中设定这个时间。
实现长连接要客户端和服务端都支持长连接才可以。

不过长连接有一个缺点，连接如果一直不关闭的话，
随着客户端连接越来越多，Server早晚有扛不住的时候，
这时候Server端需要采取一些策略，
如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接，
限制每个客户端的最大长连接数等。

状态码

状态码用于描述请求结果，通过状态码，
我们可以清晰的知道服务器是正常处理了请求还是出错了。

状态码类型：

类型 原因
1xx 信息性 接收的请求正在处理
2xx 成功 请求正常处理完毕
3xx 重定向 浏览器需要进行附加操作以处理请求
4xx 客户端错误 服务器无法处理请求
5xx 服务器错误 服务器处理请求出错

100——Continue，服务器仅接收到部分请求，但是一旦服务器并没有拒绝该请求，客户端应该继续发送其余的请求。
101——Switching Protocols，服务器转换协议：服务器将遵从客户的请求转换到另外一种协议。

200——请求成功
201——提示知道新文件的URL（请求被创建完成，同时新的资源被创建。）
202——接受和处理、但处理未完成
203——返回信息不确定或不完整
204——请求收到并成功处理，但返回信息为空
205——服务器完成了请求，用户代理必须复位当前已经浏览过的文件
206——客户端进行范围请求（content-range），服务器已经成功执行了这部分范围的GET请求

300——请求的资源可在多处得到
301——永久性重定向，请求的资源已经被永久分配了新的URI
302——临时性重定向，请求的资源已经被临时分配了新的URI
303——建议客户访问其他URL或改变GET访问方法
304——客户端发送请求时使用GET方法并且请求报文中包含If-Match,If-Modified-Since,If-None-Match,If-Range,If-Unmodified-Since中的任意一个，在未满足条件的情况下，返回304
305——请求的资源必须从服务器指定的地址得到
306——前一版本HTTP中使用的代码，现行版本中不再使用
307——类似302

400——错误请求，请求报文中出现语法错误
401——未授权，需要通过HTTP认证
HTTP 401.1 - 未授权：登录失败
HTTP 401.2 - 未授权：服务器配置问题导致登录失败
HTTP 401.3 - ACL 禁止访问资源
HTTP 401.4 - 未授权：授权被筛选器拒绝
HTTP 401.5 - 未授权：ISAPI 或 CGI 授权失败
402——保留有效ChargeTo头响应
403——禁止访问，访问权限问题
HTTP 403.1 禁止访问：禁止可执行访问
HTTP 403.2 - 禁止访问：禁止读访问
HTTP 403.3 - 禁止访问：禁止写访问
HTTP 403.4 - 禁止访问：要求 SSL
HTTP 403.5 - 禁止访问：要求 SSL 128
HTTP 403.6 - 禁止访问：IP 地址被拒绝
HTTP 403.7 - 禁止访问：要求客户证书
HTTP 403.8 - 禁止访问：禁止站点访问
HTTP 403.9 - 禁止访问：连接的用户过多
HTTP 403.10 - 禁止访问：配置无效
HTTP 403.11 - 禁止访问：密码更改
HTTP 403.12 - 禁止访问：映射器拒绝访问
HTTP 403.13 - 禁止访问：客户证书已被吊销
HTTP 403.15 - 禁止访问：客户访问许可过多
HTTP 403.16 - 禁止访问：客户证书不可信或者无效
HTTP 403.17 - 禁止访问：客户证书已经到期或者尚未生效
404——没有找到被请求的资源、文件、URl
405——用户在Request-Line字段定义的方法不允许
406——根据用户发送的Accept拖，请求资源不可访问
407——类似401，用户必须首先在代理服务器上得到授权
408——客户端没有在用户指定的饿时间内完成请求
409——对当前资源状态，请求不能完成
410——服务器上不再有此资源且无进一步的参考地址
411——服务器拒绝用户定义的Content-Length属性请求
412——一个或多个请求头字段在当前请求中错误
413——请求的资源大于服务器允许的大小
414——请求的资源URL长于服务器允许的长度
415——请求资源不支持请求项目格式
416——请求中包含Range请求头字段，在当前请求资源范围内没有range指示值，请求也不包含If-Range请求头字段
417——服务器不满足请求Expect头字段指定的期望值，如果是代理服务器，可能是下一级服务器不能满足请求长。

500——内部服务器错误，可能是服务端的bug
HTTP 500.100 - 内部服务器错误 - ASP 错误
HTTP 500-11 服务器关闭
HTTP 500-12 应用程序重新启动
HTTP 500-13 - 服务器太忙
HTTP 500-14 - 应用程序无效
HTTP 500-15 - 不允许请求 global.asa
501——未实现
502——网关错误
503——无法接收请求，可能是高并发情况或停机维护

中转站

HTTP通信时，除了客户端与服务器以外，
还有一些用于数据转发的一些应用程序，
它们可以配合服务器工作。

这些应用程序和服务器，
可以将请求转发给通信链路中的下一个服务器，
并能接收到下一个服务器的响应再转发给客户端。

代理（Proxy）

代理是服务器与客户端之间的中间人，
代理服务器接收由客户端发来的请求并转发给目标服务器，
并接收目标服务器返回的响应再返回给客户端。

代理不会改变请求URI，直接把请求发给目标服务器。
转发可以经过多个代理服务器，转发时，
需要附加"via"字段来标记经过的主机信息。

使用代理的好处：

  • 利用资源的副本缓存在代理服务器上，在缓存有效期内，每次请求相同资源时，可以不再访问目标服务器，减少对目标服务器的访问，节省流量，节省时间；
  • 公司或学校的网络环境下，需要对特定网站进行访问控制，还可以获得上网日志；
  • 可以对报文内容进行加工处理；
  • 访问被禁网站；
  • 隐藏真实IP；

网关（Gateway）

网关和代理有些相似之处，
网关可以把HTTP请求转化成其他协议请求发给非HTTP服务器，
再将非HTTP服务器的响应转化成HTTP返回给客户端。

利用网关能提升安全性，可以在客户端与网关的通信上加密，
网关可以连接数据库，使用SQL查询数据，
网关还可以跟其他业务系统进行联动。

网关是一个接收代理，作为一些其它服务器的上层，
并且如果必须的话，可以把请求翻译给下层的服务器协议。

隧道（Tunnel）

隧道可以确保客户端与服务器的通信是安全的，
可以通过SSL等加密手段建立一条与服务器的通信线路。

隧道本身是透明的，不会去解析HTTP请求，
客户端不用在意隧道的存在。

隧道在相隔甚远的客户端与服务器之间进行中转，
并保持双方通信连接的应用程序。

ISO/OSI协议模型

（ISO协议模型因为比较复杂因此本章只为抛砖引玉。）
国际标准化组织（ISO）为了规范协议层次的划分制定了开发系统互联模型，即ISO/OSI参考模型。

（OSI，Open Systems Interconnection），此模型根据网络功能制定出7层网络协议结构，
由低到高分别为：
物理层->数据链路层->网络层->传输层->会话层->表示层->应用层。
只要遵守这个OSI标准, 任何两个系统都能进行通信。

将通信功能分为若干个层次，每一层完成一部分功能，
实现相对独立的功能，各个层次相互配合共同完成通信的功能。

每一层只和直接相邻的两层打交道，它利用下一层提供的功能，
向高一层提供本层所能完成的服务。

每一层是独立的，每一层都可以采用最适合的技术来实现，
每一层次可以单独进行开发和测试。

将网络体系进行分层就是把复杂的通信网络协调问题进行分解，
再分别处理，使复杂的问题简化，
以便于网络的理解及各部分的设计和实现。

模拟数据&信息会在各个层中流动：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hVI7GCOm-1659947068495)(evernotecid://BCE3D193-8584-4CB1-94B3-46FF37A1AC6C/appyinxiangcom/12192613/ENResource/p395)]

注意事项

  1. TCP/IP协议并不完全符合OSI标准定制的7层参考模型，它采用了4层的层级结构。
  2. 对于程序员来说，关心最多的应该是最高的应用层，能给用户直接使用的网络应用程序。
  3. FTP、SMTP、TELNET、HTTP这些协议都需要传输层的TCP协议来进行传输数据，上层协议需要遵守底层协议的规范。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xjMUS3WN-1659947068496)(evernotecid://BCE3D193-8584-4CB1-94B3-46FF37A1AC6C/appyinxiangcom/12192613/ENResource/p396)]

ISO/OSI协议模型与TCPI/IP的对应关系

层级 ISO/OSI协议模型 TCP/IP
高层 应用层：http，smtp，ftp，telnet，ssh，xmpp，whois，dns 应用层
表示层：asn.1，smb，afp，ncp
会话层：tls，rpc
中层 传输层：tcp，udp 传输层
网络层：ip，arp，icmp，igmp，bgp，ipx 网络层
底层 数据链路层：以太网（ethernet），isdn，ppp（点对点），IEEE 802.11 数据链路层
物理层

1.物理层（Physical Layer），单位是比特

无论是存储还是传输，都是一大串0和1的组合（比特流，让我想起了黑客帝国的画面）。
信息的传递需要一些物理媒介（不在OSI协议模型7层里），例如：同轴电缆、双纽线等。
但是\=比特流不能在真实的物理介质中传输的，而需要把它转换为光信号或者电信号。

若生产相互连接的两个设备的两个厂商都遵循相同物理层规范，则二者必定能被连接在一起，
并能接收对方发来的电、光或其他的物理信号，
而且能正确地将这些物理信号理解为二进制的0和1序列。

向上：提供给【数据链路层】比特流。
自己：进行光电信号与比特流之间的转换。
向下：提供给【物理媒介】光电信号，用于物理上的传输，只负责正确地发送比特流，并不关心这些比特的具体含义。

2.数据链路层（Data Link Layer），单位是帧

数据在这一层不再是以比特流的形式存在，而是分割成一个一个的帧再进行传输。
它依赖物理层提供的比特流把数据组织成为有边界的传输单位，称为帧。
帧使无头无尾的比特流变成容易控制的有界单位。

由于数据在这层要被分割成一个一个的帧，由于不同的链路规定了不同的最大帧长，
即MTU(最大传输单元)，凡是超出这个MTU的帧都必须被分块。
例如一台货车一次能运输5吨的货物, 而有条公路限载重2吨, 那么你只好分3次运输。

前面提到的网卡在这里出场。

向上：提供给【网络层】帧。
自己：1.把【物理层】的比特流解封成帧。2.把【数据链路层】的帧封装成比特流。
向下：提供给【物理层】比特流，再通过【物理层】转换成光电信号向外发送。

3.网络层（Network Layer），单位：包（数据包&数据报）

网络层用特定的网络层地址来标识整个网络中的一个节点，
并负责使来自传输层的应该到达某个网络层地址的数据能够被送达这个网络层地址所对应的网络节点。

在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，
也可能还要经过很多通信子网。
网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。

最典型的的网络层协议就是目前在Internet中使用的IP协议，
它使用IP地址唯一地标识Internet中的一台主机，
路由设备根据IP包中的目的IP地址将IP包一步步转发至目的主机。

向上：提供给【传输层】包。
自己：1.把【数据链路层】的帧解封成包。2.把【网络层】的包封装成帧。
向下：提供给【数据链路层】帧，再通过【数据链路层】封装为比特流，再通过【物理层】转换成光电信号发出去。

4.传输层（Transport Layer），单位：报文

本层主要是TCP与UDP协议作传输,以可靠和经济的方式，
为两个端系统（也就是源站和目的站）的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，
负责传输数据。

传输层向上层提供屏蔽了传输细节的数据传输，
服务将来自高层的数据进行分段并将来自低层的数据重组，
对数据传输进行差错恢复和流量控制。通过对每个网络节点的多个进程进行标识，
传输层可以实现对网络层的多路复用。

向上：提供给【会话层】报文。
自己：1.把【网络层】的包解封成报文。2.把【传输层】的报文封装成包。
向下：提供给【网络层】包，再通过【网络层】封装成帧，再通过【数据链路层】封装为比特流，再通过【物理层】转换成光电信号发出去。

5.会话层（Session Layer），单位：报文

会话层用于建立和管理不同主机的两个进程之间的对话。会话层可以管理对话，
可允许对话在两个方向上同时进行，也可以强制对话同时只在一个方向上进行。
在后一种情况下，会话层可以提供会话令牌来控制某时刻哪一方可以发生数据。
会话层还可以提供同步服务，它可以在数据流中插入同步点，
每当因网络出现故障而造成大量数据传输中断时，
通过同步点机制可以使两个进程之间的数据传输不需要从头开始，
而是从最后一个同步点开始继续传输。

会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。
如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

6.表示层（Presentation Layer），单位：报文

表示层协议规定对来自应用层的数据如何进行表达，
例如采用什么样的文字编码、是否及如何进行压缩、是否及如何加密等。

这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，
转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。
数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。

7.应用层（Application Layer），单位：报文

应用层是ISO/OSI模型中最靠近用户的一层，
应用层协议直接面对用户的需求，
例如：
与发送邮件相关的应用层协议可以规定诸如邮件地址的格式、
邮件内容的段落表示、
客户与服务器进行交互的命令串等。

URL与URI

URI（Uniform Resource Identifier），统一资源标识符。
URL（Uniform Resource Locator），统一资源定位符。

例如：
ftp://abc.com/a/a.txt
http://www.abc.com/a/a.txt
telnet://192.168.1.1:80/

URI用字符串标识某一互联网资源，
而URL表示资源的地点（互联网上所处的位置），
URL是URI的子集。

URL是使用浏览器访问网页时需要输入的网页地址，
例如：www.abc.com就是URL。

域名

域名解析

域名解析是把域名指向网站服务器的外网IP地址。
202.108.9.16 -> www.163.com

人们通过域名可以方便地访问到网站服务器，
说得简单点就是将好记的域名解析成IP，
域名的解析工作由DNS服务器完成。

使用IP地址也可以访问服务器，
但是没有人能记得住xx.xx.xx.xx的形式，为了简单好记，
采用域名来代替IP地址标识站点地址。

域名需要去域名运营商申请购买，
国内最大是万网（已被阿里云收购），美国最大的是godaddy。
购买完成后，需要进入域名管理平台去设置A记录或CNAME等，
这样域名才能被真正使用。

DNS

域名管理系统DNS（Domain Name System），
是负责域名解析的服务，跟HTTP一样，属于应用层。

DNS可以把域名转换成网络可以识别的IP地址，
之后客户端可以通过IP地址访问主机，
DNS也可以通过IP反查域名。

之前有新闻报道黑客黑了DNS服务器，
导致大面积的域名无法访问。

A记录

A(Address)记录是域名到ip的映射，即为IP起别名，
同时也可以设置您域名的二级域名。

例如：
202.108.9.16 -> abc.com
202.108.9.22-> test.abc.com

CNAME

也被称为规范名字/别名记录，
可以理解成域名别名到域名的映射，即为域名起别名，
这种记录允许多个名字映射到同一台服务器。

例如：
test.abc.com -> baidu.com
test2.abc.com -> baidu.com

MX记录

与邮件相关的，
MX记录记录了发送电子邮件时域名对应的服务器地址。

泛域名解析

泛域名解析定义为： 用户的域名aaa.com，
之下所设的*.aaa.com全部解析到同一个IP地址上去。
比如客户设mail.aaa.com就会自已自动解析到与aaa.com同一个IP地址上去。

服务器

服务器分为硬件服务器，软件服务器两个维度，需要分别说明。

硬件服务器

简单的说任何一台电脑都可以成为一台硬件服务器，甚至我们的笔记本电脑也可以，
但是性能很低（CPU/内存/IO/硬盘/带宽），无法承载大量的访问，
所以专业网站的服务器基本都是配置较高（根据业务的增长来判断），
并将多台服务器组合成若干个集群，并使用负载均衡来把访问压力分摊到不同的服务器上。
（也可以将不同的服务放到不同的集群中，鸡蛋不要装在一个篮子里）

软件服务器

在硬件服务器的基础上，搭建操作系统(Windows/Linux等)，
在操作系统上搭建软件服务器(IIS/Apache/Tomcat/Nginx/Resin等)，
在软件服务器上安装程序（Java/PHP/.Net等），
我们的网站就是部署在软件服务器上，
之后开启软件服务器，对外提供服务，让成千上万的用户来访问。
用户的访问请求，就是请求到了我们的软件服务器中，
软件服务器通过程序返回给用户应答。

软件服务器的类型

  1. Web服务器/前端服务器
    主要用于解析网站中的HTML（静态网页），Javascript（网页脚本），CSS（网页样式），图片，字体等文件，动态的资源请求则交给身后的Tomcat集群，我们目前使用Nginx，大幅度缓解后端服务器的压力。

  2. 应用服务器/后端服务器
    主要用于解析网站中的动态请求，需要后端程序或者数据库操作的请求，
    可以解析java程序，jsp动态页面，缓存，消息队列等等服务，是网站的核心，
    我们目前使用的是tomcat。

  3. 数据库服务器
    将业务数据保存在我们的数据库中，供程序来使用。比如用户的一次预约，
    就在在数据库的预约表中生成一条预约数据，我们在数据库中设计出表，列，库的概念，
    将业务逻辑拆分成不同的逻辑单元，我们目前使用的是mysql。

  4. 文件服务器
    负责存储图片，ppt，pdf，word文档，常用软件等文件，我们目前使用的是阿里云的oss。

  5. 缓存服务器
    将一些热点数据放到缓存中，让程序直接从缓存中获取，增加性能，减少数据库压力，
    我们目前使用的是阿里云的memcached。缓存是走内存层面，数据库是走读写硬盘。

  6. 消息队列服务器
    异步操作，分为生产者，消息队列，消费者三个概念，可以分担服务器的压力，
    为什么支付宝转账那么快，就是先把钱转给你再说，在其他的服务器集群中进行大量的运算，
    保证这次转账是正确的，以及进行大数据分析，如果转账这个操作是同步的话，
    那将会非常的慢严重降低用户体验。

二进制（binary）

在计算机的世界中，所有的数据在存储和运算时在底层都要使用二进制数表示，
包括你现在看到的文章，听的歌，看的电影等等等等，其底层都是一串串的0和1。

在计算机底层世界中全部都是一串密密麻麻的1010二进制串。
1和0对应电子元件的开和关，1代表开，0代表关。
计算机用高电平和低电平分别表示1和0，计算机只能识别二进制码代表的程序和数据。
1和0是组成计算机世界的最基本元素。

早期的计算机使用穿孔纸袋来进行计算，有空代表1，没空代表0。
计算机吞下一堆纸袋后才开始计算，
之后再把计算结果用纸袋吐出来或者用一排排信号灯来告诉人类计算结果。

二进制奉行逢二进一，十进制奉行逢十进一。
一个1或0表示1位，四个1或0就是4位，八个1或0就是8位，以此类推。
4位二进制码：0001
8位二进制码：00000001
16位二进制码：00000000 00000001
32位二进制码：00000000 00000000 00000000 00000001

例如：对于一个十进制数字5，
4位的表达方式是：0101，8位的表达方式是：00000101。

以00000101为例，最左侧的0是高位，最右侧的1是低位。
这里有个高位补0的概念，如果当前二进制码不够要求的长度，就要高位补0。

例如在java中的int类型，int是占4个字节（32位，4 * 8=32）
int a = 2;
二进制表示是：
00000000 00000000 00000000 00000010

二进制与十进制只是长得不一样，但表达的含义是一样的，十进制给人看，二进制给计算机看。

十进制 二进制
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001

二进制的缺点就是位数太长，人们常用八进制和十六进制作为二进制的缩写方式。
在计算机内部使用二进制，而输出与输出则采用十进制，计算机自己完成转换工作。

二进制串如何变成数据文件

一串串貌似无规则的1010二进制串，如何变成一个数据文件呢？
科学家们已经帮我们制定好了规则，下面以图片文件来举例。

假设现在有一串很长的二进制码，开头的16位表示文件格式标识，表示当前文件是什么格式，
后面的几串二进制表示文件的基本信息，包括图像的长宽高、颜色深度等等。

众所周知，图片是由一个个非常小的像素点构成，假如当前图片的颜色深度是24位，
则表示每个像素点的颜色都是由24个1或0的数据来组成的，后面的二进制串则是图像数据的本体。

之后的第一个24位二进制串表示第一个像素点的颜色，把这24位拆成3组，
分别是3串8位的二进制，这三串分别表示三个基准颜色：红、绿、蓝。
每组二进制串的不同，可以组合成各种各样的颜色，例如：

像素1：11111111 11111111 11111111 组成白色（红+绿+蓝）
像素2：11111111 00000000 00000000 组成红色
像素3：11111111 11111111 00000000 组成黄色（红+绿）
以此类推，如果是千万像素级别的照片，那就要这样计算千万次，最后呈现出图片的样子。

系统根据文件的扩展名不同，来识别文件中的二进制串的规则也就不同，打开呈现的方式也不同了。

二进制与十进制的转换

十进制转二进制

使用除2取余法，把10进制数不断的除2，得到的余数就形成了二进制数。
例如：
十进制数9
9除以2 = 4余1（低位）
4除以2 = 2余0
2除以2 = 1余0
1除以2 = 0余1（高位）
1001

十进制数8
8除以2 = 4余0（低位）
4除以2 = 2余0
2除以2 = 1余0
1除以2 = 0余1（高位）
1000

十进制数7
7除以2 = 3余1（低位）
3除以2 = 1余1
1除以2 = 0余1（高位）
0111（高位补0）

二进制转十进制

把一串二进制码从右往左看，把最右边的数乘以2的0次方，然后依次往左，
右边第二个数乘以2的1次方，右边第三个数乘以2的2次方，以此类推，最后把这些数累加，
就形成了十进制数。

例如：

0011
1*2^0 + 1*2^1 + 0*2^2 + 0*2^3
1 + 2 + 0 + 0 = 30111
1*2^0 + 1*2^1 + 1*2^2 + 0*2^3
1 + 2 + 4 + 0 = 7

二进制的算术运算

二进制加法

跟十进制加法类似，只不过是逢二进一，从右向左每位依次相加。
例如我们将：0111+0010 （十进制的7+2=9）

0111
0010----
1001

二进制减法

跟十进制减法类似，低位数不够减时需要向高位数借位，借1当2，从右向左每位依次相减。
例如我们将：1001-0111 （十进制的9-7=2）

1001
0111----
0010

二进制乘法

跟十进制减法类似，从右向左每位依次相乘，之后再每位相加。
例如我们将：0010乘以0100 （十进制的2乘以4=8）

   00100100--------000000000010
00001000

二进制除法

1001
0011
（后续补充）

二进制的逻辑运算

二进制“或”

一个数为1，一个数为0，则运算结果为1；
两个数都为1，则运算结果为1；
两个数都是0，则运算结果为0；

1001
0011----
1011

二进制“与”

一个数为1，一个数为0，则运算结果为0；
两个数都为1，则运算结果为1；
两个数都是0，则运算结果为0；

1001
0011----
0001

二进制“非”

也可以称为取反操作，并不是2个值的运算。
0=1
1=0

1001----
0110

二进制“异或”

一个数为1，一个数为0，则运算结果为1；
两个数都为1，则运算结果为0；
两个数都是0，则运算结果为0；

1001
0011----
1010

二进制的负数

这里只说在程序中的二级制负数机制，需要涉及到原码、反码、补码等知识。
int a = 5;
由于int是4字节32位，所以5在程序中的表达方式为：
00000000 00000000 00000000 00000101
前面的一堆0是需要高位补0。

那么-5如何来表示呢？
负数默认以补码来表示，说到补码，需要先从原码和反码开始说起。

无符号：无符号位的最高位不是符号位，而是数值的一部分。
有符号：最高位为符号位，符号为0表示正数，符号为1表示负数。
除非特别声明，带符号数都默认由补码表示。

原码

一个二进制数同时包含符合和数值两部分，用最高位表示符号位，其余位表示数值，
这种表示带符号数的方法为原码表示法。

5的原码
00000000 00000000 00000000 00000101
-5的原码
10000000 00000000 00000000 00000101

反码

对于正数，其反码与原码相同。
对于负数，除了符号位外，其余各位按位取反，即1都换成0，0都换成1。

5的反码
00000000 00000000 00000000 00000101
-5的反码
11111111 11111111 11111111 11111010

补码

对于正数，补码与原码相同。
对于负数，则其补码为反码+1（低位+1）。

5的补码
00000000 00000000 00000000 00000101
-5的补码
11111111 11111111 11111111 11111011

所以-5的二进制码为：
11111111 11111111 11111111 11111011

位运算

移位经常用于对乘法运算的优化，左移1位相当于乘以2，
左移2位相当于乘以4，左移3位相当于乘以8，
左移n位相当于乘以2的n次方。

一些概念

字节（Byte）

字节是计算机中用于【存储】和【传输】的一种计量单位，
1个字节等于8位的二进制数（0或1），
1个字节 = 8个比特 = 8位，
1byte = 8bit。

例如：
我们家现在的网速是200kb/s，那个图片的大小为800kb，
这个程序在内存中占用了350kb的内存。

换算：2的10次方=1024。
注意区分大B和小b，大B表示byte，小b表示bit，1B=8b。

1KB（kilobyte 千字节） = 1024B；
1MB（megabyte 兆字节） = 1024KB，简称兆；
1GB（gigabyte 吉字节） = 1024MB，简称千兆；
1TB（trillonbyte 万亿字节） = 1024GB，简称太字节；
1PB（petabyte，千万亿字节） = 1024TB，简称拍字节；

进程、线程

每个正在系统上运行的程序都是一个进程。
每个进程包含一到多个线程。

进程也可能是整个程序或者是部分程序的动态执行。
线程是一组指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里独立执行。
也可以把它理解为代码运行的上下文。

所以线程基本上是轻量级的进程，它负责在单个程序里执行多任务。
通常由操作系统负责多个线程的调度和执行。

多线程是为了使得多个线程并行的工作以完成多项任务，以提高系统的效率。
线程是在同一时间需要完成多项任务的时候被实现的。

ASCII码

ASCII是American Standard Code for Information Interchange的缩写，
用来制订计算机中每个符号对应的代码。

它是现今最通用的单字节编码系统，
每个ASCII码以1个字节(Byte)储存，
从0到数字127代表不同的常用符号。

例如大写A的ASCII码是65，小写a则是97。

0：48
1：49
9：57
A：65
a：97

ASCII是基于拉丁字母的一套电脑编码系统。它主要用于显示现代英语和其他西欧语言。

西文字符的编码：
计算机中的信息都是用二进制编码
表示的，用以表示字符的二进制编码称为
字符编码。

例如ASCII码
ASCII码有7位码和8位码两种。
7位码使用7位二进制位表示一个字符的编码，
共有128个不同的编码值（2的7次方）
8位码则有256个不同的编码（2的8次方）

在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示（因为计算机用高电平和低电平分别表示1和0），例如，像a、b、c、d这样的52个字母（包括大写）、以及0、1等数字还有一些常用的符号（例如* 、# 、@ 等）在计算机中存储时也要使用二进制数来表示，而具体用哪些二进制数字表示哪个符号，当然每个人都可以约定自己的一套（这就叫编码），而大家如果要想互相通信而不造成混乱，那么大家就必须使用相同的编码规则，于是美国有关的标准化组织就出台了ASCII编码，统一规定了上述常用符号用哪些二进制数来表示。

美国标准信息交换代码是由美国国家标准学会(American National Standard Institute , ANSI )制定的，标准的单字节字符编码方案，用于基于文本的数据。

起始于50年代后期，在1967年定案。它最初是美国国家标准，供不同计算机在相互通信时用作共同遵守的西文字符编码标准，它已被国际标准化组织（International Organization for Standardization, ISO）定为国际标准，称为ISO 646标准。适用于所有拉丁文字字母。

ASCII码使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符。

标准ASCII 码也叫基础ASCII码，使用7 位二进制数来表示所有的大写和小写字母，数字0 到9、标点符号， 以及在美式英语中使用的特殊控制字符。

其中：
0～31及127(共33个)是控制字符或通信专用字符（其余为可显示字符），如控制符：LF（换行）、CR（回车）、FF（换页）、DEL（删除）、BS（退格)、BEL（响铃）等；通信专用字符：SOH（文头）、EOT（文尾）、ACK（确认）等；ASCII值为8、9、10 和13 分别转换为退格、制表、换行和回车字符。它们并没有特定的图形显示，但会依不同的应用程序，而对文本显示有不同的影响。

32～126(共95个)是字符(32是空格），其中48～57为0到9十个阿拉伯数字。
65～90为26个大写英文字母，97～122号为26个小写英文字母，其余为一些标点符号、运算符号等。

同时还要注意，在标准ASCII中，其最高位(b7)用作奇偶校验位。所谓奇偶校验，是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法，一般分奇校验和偶校验两种。

奇校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位b7添1；偶校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非偶数，则在最高位b7添1。
后128个称为扩展ASCII码。

许多基于x86的系统都支持使用扩展（或“高”）ASCII。扩展ASCII 码允许将每个字符的第8 位用于确定附加的128 个特殊符号字符、外来语字母和图形符号。

软件工程

  • bug，非正常现象，功能缺陷，问题，有些bug会死人，有些bug不痛不痒，允许带bug上线；

  • 单元测试，将自己写的功能，自己跑一遍，不参杂别人的业务逻辑。

  • 版本，每次发布到线上的东西，都会增加版本号以便于管理版本，以及版本回退。

  • 迭代，第一版会很low，第二版比第一版强，第三版比第二版强。

  • 健壮性，当系统遇到各种错误时，是否有机制去处理，例如：当某个节点不可用，某个服务不可用，某个连接超时等等。当出现某个问题时，我们需要有一些解决方案来提升系统整体的健壮性，例如：自动替换不可用节点，自动重试，某些错误处理机制等等。整个系统内有1处出错了，但因为系统具有隔离性，因此错误并没有蔓延，这也体现了系统的健壮性；

环境

  • 开发环境
    供前后端工程师进行编码时使用的环境，一般都是使用自己的电脑，配置较低，
    只为将开发出的代码能看到效果，这里是最新的版本。

  • 测试环境
    供测试工程师使用，内部演示以及内部员工测试使用的平台，性能较低，
    测试环境的配置更接近于生产环境，
    防止有些bug在开发环境中测试不出来的窘境，这里的版本要比开发环境低。

  • 预上线环境/仿真环境
    在测试工程师测试完毕后，产品经理需要在该环境上验收，以及测试工程师做冒烟测试。
    数据全部使用生产环境的数据，性能较低，比测试环境更接近生产环境，除了性能以外。
    也可以没有这个环境，直接从测试环境跳到生产环境。

  • 生产环境
    所谓生产，就是生产业务数据，开放给真实用户的真实环境，
    生产环境下的服务器各项配置与资源分配都比前三个环境要高很多，这里的版本要比测试环境低。

负载均衡

在互联网高速发展的时代，大数据量、高并发等是互联网网站提及最多的。
如何处理高并发带来的系统性能问题，
最终大家都会使用负载均衡机制。它是根据某种负载策略把请求分发到集群中的每一台服务器上，
让整个服务器群来处理网站的请求。

集群

用N台服务器构成一个松耦合的多处理器系统(对外来说，他们就是一个服务器)，
它们之间通过网络（内网）实现通信。让N台服务器之间相互协作，共同承载一个网站的请求压力。

单点登录

单点登录（Single Sign On），简称为 SSO，是目前比较流行的企业业务整合的解决方案之一。
SSO的定义是在多个应用系统中，用户只需要登录一次就可以访问所有相互信任的应用系统。

当用户第一次访问应用系统的时候，因为还没有登录，会被引导到认证系统中进行登录；
根据用户提供的登录信息，认证系统进行身份校验，如果通过校验，
应该返回给用户一个认证的凭据token；

用户再访问别的应用的时候，就会将这个token带上，作为自己认证的凭据，
应用系统接受到请求之后会把token送到认证系统进行校验，检查token的合法性。
如果通过校验，用户就可以在不用再次登录的情况下访问应用系统2和应用系统3了。

PV、UV、IP

这三个概念均为衡量一个互联网产品规模的指标，也是找投资拉风投的一个point。
例如google的日均pv可以高达130亿左右，而百度的日均pv则是20亿左右，可见两者的规模差距。

  • PV
    page view，浏览量。页面的浏览次数，衡量网站用户访问的网页数量，
    用户每打开/刷新一次页面就记录一次，多次打开会累计。

  • UV
    unique visitor，独立访问者。00：00——23：59，
    也即1天内某站点的访问人数（以cookie为依据）。
    一天内同一个访客的多次访问只记为1个UV。

  • IP
    独立ip地址，指1天内使用不同ip地址的用户访问网站的数量，同一IP无论访问几个页面，
    独立IP都只记为1。
    说明：一个访客（使用一个账号）使用多个设备（网络）访问会算为多个IP，
    同一个IP使用不同账号会算为多个UV。
    IP侧重于反应网络地址的差异，UV侧重于反应访问者的差异。

分布式

首先，我们需要明确一个概念：节点。
节点是一个笼统的概念，指服务器&虚拟机&Docker容器&JVM进程，可以理解成运行程序的地方。

所谓的分布式系统，就是从很久以前把程序部署到单个节点转换成了部署在多个节点上。
随着访问量的增长，原始的ALL IN ONE的部署方式已经无法满足互联网产品的三高特性。
那我们就需要做架构层面的优化，从数据库层面，从业务层面，从运维方面，从产品层面做拆分。
盘子越大，拆的越多，这样满足三高才成为可能。

最开始的程序是所有的代码，数据库，文件等都扔在了一个节点上，
随着流量的上升需要考虑高并发，高可用。

那秉承着不要把鸡蛋放到一个篮子里，以及单机是有性能瓶颈的概念，
于是我们要把原来放在一起的东西拆出来，分门别类的部署在多个节点上，
这里还会延伸出负载均衡和集群的概念出来。

例如：有专门的数据库服务器集群，分布式缓存集群，分布式文件服务器，业务也可以拆分成多个，并部署在不同的节点上，想想当前流行的微服务。

原来的Controller，Sevice，DAO这三层都可以拆，然后部署在多个节点上。
综上所述，把程序各种拆，这就是分布式系统。

以前AController调用AService是在一个JVM进程里，使用分布式系统后，就要跨进程调用，
利用类似于RPC或HTTP REST的方式调用，需要使用类似于Dubbo或Spring Cloud这种框架。

Load

负载

未完待续

对于后端服务而言，并发用户访问会提升服务负载，消耗计算资源。然而计算资源是有限的，如CPU、memory、network等等，过载将会导致服务性能下降，高延迟甚至宕机。

由于平均负载还包含了等待CPU和等待IO的进程，所以不一定和CPU使用率一致。

计算型，平均负载升高，CPU使用率升高
IO型，平均负载升高，CPU使用率不一定升高
大量进程切换，平均负载升高，CPU使用率也可能升高

Scalability

可扩展性：
良好的可扩展性可允许系统同台增加新功能，
而不会影响原有的功能。

良好的可扩展性建立在高度的解耦之上。（将运行所需资源，模块的耦合从代码中分离出来，放入配置文件管理，最理想的情况是允许使用可插拔式的模块，类似于一些软件的插件）

使用XML配置文件可以避免修改代码，
从而提升程序的解耦。

可伸缩性：
高并发场景，后端服务有效应对负载、过载的能力。

Scalability is the term we use to describe a system’s ability to cope with increased load.

Session

Cookie和Session都为了用来保存状态信息，
都是保存状态的机制，
它们都是为了解决HTTP无状态的问题而所做的努力。

Cookie与Session的区别

  1. Cookie将状态保存在客户端（默认在本地的硬盘里），Session将状态保存在服务器端；
    （默认在Tomcat的内存中，当然Tomcat自己也有机制会往硬盘里放，session.ser。也有童鞋使用组件放到分布式缓存里的）

  2. 网络服务器用HTTP头向客户端set-cookie，在客户终端，浏览器解析这些cookie并将它们保存为一个本地文件，
    保存在客户端本机的硬盘里，它会自动将同一服务器的任何请求缚上这些cookie；

  3. Session是针对每一个用户的，变量的值保存在服务器上，用一个sessionID来区分是哪个用户session变量；

  4. Session比Cookie更安全些；

Session的实现方式有两种

1.使用Cookie来实现
1.1浏览器第一次请求是不带sessionId的。

1.2第一次请求成功后，tomcat首先检查这个请求里是否已包含了JSESSIONID，
如果已包含一个JSESSIONID则说明以前已经为此浏览器创建过session，
tomcat就按照JSESSIONID把这个session检索出来使用（如果检索不到，可能会新建一个），
如果客户端请求不包含JSESSIONID，
则tomcat自动为此客户端创建一个session并且生成一个与此session相关联的JSESSIONID，
tomcat会把session信息存储在内存中。
tomcat自动在响应消息中用Set-Cookie头将cookie的内容回送给浏览器，
浏览器把JSESSIONID保存cookie中（本地磁盘）。
（JSESSIONID的值应该是一个既不会重复，又不容易被找到规律以仿造的字符串）

1.3浏览器自动在后面新的请求中将刚才的JSESSIONID携带在Cookie头中发送给tomcat，
tomcat通过JSESSIONID在内存中找到这个客户端对应的Session内容，从而实现会话的保持。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WsNHho6R-1659947068498)(evernotecid://BCE3D193-8584-4CB1-94B3-46FF37A1AC6C/appyinxiangcom/12192613/ENResource/p397)]

2.使用URL回显来实现
URL回写是指tomcat在发送给浏览器页面的所有链接中都携带JSESSIONID的参数，
这样客户端点击任何一个链接都会把JSESSIONID带回tomcat。如果直接在浏览器输入服务端资源的url来请求该资源，
那么Session是匹配不到的。

tomcat对Session的实现，是一开始同时使用Cookie和URL回写机制，如果发现客户端支持Cookie，
就继续使用Cookie，停止使用URL回写。如果发现Cookie被禁用，就一直使用URL回写。

[云服务/云计算]

一些知名的服务提供商包括：
百度云，阿里云，腾讯云，微软的Azure，亚马逊的AWS等等。

理论上，所有的服务器产品都可以是购买自阿里云，
阿里云提供了一整套Web应用的解决方案，
大幅度减轻我们自建服务器的工作量。

Cloud Foundry是业界第一个开源PaaS云平台，
它支持多种框架、语言、运行时环境、云平台及应用服务，
使开发人员能够在几秒钟内进行应用程序的部署和扩展，
无需担心任何基础架构的问题。

总结

我们聊了包括计算机硬件的一些基础，
以及网络方面的一些知识，
希望大家可以即时总结复盘自己的知识体系，
让自己在web的路上越走越远。

彩蛋：
Platform as a Service PaaS
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