为什么要学习网络协议

相信大家都听过通天塔的故事，上帝为了阻止人类联合起来，让人类说不同的语言，人类没法沟通，达不成“协议"，通天塔的计划就失败了。

但是千年以后，有一-种叫“程序猿”的物种，“敲”着一种这个群体通用的语言，打造着互联网世界的“通天塔”。如今的世界，正是因为互联网，才连接在一起。

还记得当"Hello World!"在显示器上出现的时候，你激动的心情吗?

如果你是程序员，一定看得懂上面这一段文字。这是每一个程序员向计算机世界说“你好，世界”的方式。但是，你不一定知道，这段文字也是一种协议，是人类和计算机沟通的协议，只有通过这种协议，计算机才知道我们想让它做什么。

为了深入理解‘网络协议’，下面就让我们一起进入它的‘世界’吧

第1章通信协议概述

程序是如何工作的

揭秘层与层之间的关系

小结

总结一下本节的内容，理解网络协议的工作模式，有以下两个小窍门。

始终想象自己是一个处理网络包的程序:如何拿到网络包，如何根据规则进行处理，如何发出去。
始终牢记一个原则:只要是在网络上跑的包，都是完整的。可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。

第2章从二层到三层

第一层:物理层

第二层: MAC层

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拓扑结构是怎么形成的

我们常见到的办公室内部结构大多是一排排的桌子，每个桌子上都有一个网口，一排十几个座位就有十几个网口，一个楼层就会有几十个甚至上百个网口。如果算上所有楼层，这个场景自然比宿舍复杂多了。哪里复杂呢?接下来会具体讲解。

如何解决常见的环路问题

这样看起来，两个交换机工作得非常好。随着办公室越来越大，交换机数目肯定越来越多。整个拓扑结构就会变得复杂，这么多网线，绕来绕去，不可避免地会出现一些意料之外的情况，比较常见的就是环路问题。

如图2-7所示，当两个交换机将两个物理段同时连接起来时，你可能会觉得，这样确保了拓扑结构的高可用性，但是却不幸地出现了环路。出现了环路会有什么结果呢?

STP中那些难以理解的概念

IP头和MAC头什么时候变、什么时候不变

对于服务器发送包时IP头和MAC头什么时候变、什么时候不变这个问题，可以分两种类型进行讨论。我把它们称为“欧洲十国游”和“玄奘西行”。

之前我说过，MAC地址是一个在局域网内才有效的地址。因而，MAC地址只要过网关，就必定会改变，因为已经换了局域网。“欧洲十国游”和“玄奘西行”两者主要的区别在于包的IP地址是否改变。不改变IP地址的网关，我们称为转发网关;改变IP 地址的网关，我们称为NAT ( Network Address Translation )网关。

动态路由的两种分类

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动态路由的两个实现

第3章最重要的传输层

TCP头格式

TCP的三次握手

由于内容实在太多了，避免影响到大家的阅读体验，就不一一展示了，只提取部分内容以供大家参考…

TCP四次挥手

TCP状态机

将连接建立和连接断开的两个时序状态图综合起来，就是著名的TCP的状态机，如图3-5所示。学习时建议将这个状态机和时序状态机对照着看。

流量控制问题

基于UDP的socket程序的函数调用过程

第4章最常用的应用层

HTTP请求报文的构建

HTTP返回报文的构建

HTTP的返回报文是有一-定格式的，也是基于HTTP1.1的，结构如图4-3所示。

HTTP 2.0

HTTPS的工作模式

我们知道，非对称加密在性能上不如对称加密，那是否能将两者结合起来呢?例如，使用非对称加密传输对称加密的密钥，而双方大部分的通信都通过对称加密进行。

这当然是可以的，即HTTPS的总体思路，如图4-10所示。

DHT

第5章陌生的数据中心

示例:通过DNS服务器访问数据中心中对象存储上的静态资源

假设全国有多个数据中心，托管在多个运营商处，每个数据中心有三个可用区( AvailableZone )。对象存储通过跨可用区部署实现高可用。在每个数据中心中，至少要部署两个内部负载均衡器，内部负载均衡器后面对接多个对象存储的前置服务器( Proxy-server )。下面我们以通过DNS服务器访问数据中心中对象存储上的静态资源为例，看看DNS解析和负载均衡的整个过程。如图5-3所示，各个步骤含义如下:

IPsec VPN的建立过程

2.5G网络

4G网络协议解析

异地上网问题

第6章云计算中的网络

虚拟网卡的原理

那网络是如何“骗”应用的呢?如何将虚拟机的网络和物理机的网络连接起来呢?

如图6-1所示，首先，虚拟机要有张网卡。对于qemu-kvm 来说，这是通过Linux系统上的一种TUN/TAP技术来实现的。

OpenFlow协议和Open vSwitch

SDN有很多种实现方式，我们来看一种开源的实现方式。

如何在云计算中使用Open vSwitch

Open vSwitch 这么牛，如何在云计算中使用呢?图6-21是使用传统的VLAN模式和使用Open vSwitch的一个对比图。

控制网络的QoS有哪些方式

云中网络之隔离GRE、VXL AN:虽然住一个小区，也要保护隐私

第7章容器技术中的网络

Calico网络模型的设计思路

我们看图7-14中的两台物理机，它们的物理网卡在同一个二层网络里面。由于两台物理机的容器网段不同，完全可以将两台物理机配置成为路由器，并按照容器的网段配置路由表。

RPC概述:远在天边，近在眼前

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服务发现问题

[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-plMlA7YN-1659440014106)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/19999858-bad6a288c88ebe08.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

第8章微服务相关协议

数据中心内部是如何相互调用的

传输协议问题

如何解决Dubbo的协议约定问题

服务发现问题已经通过注册中心解决了。我们下面就来看一下Dubbo的协议约定问题。

第9章网络协议知识串讲

部署一个高可用高并发的电商平台

首先，要有个电商平台。假设我们已经有了一个特别大的电商平台，这个平台应该部署在哪里呢?如果使用公有云，一般会部署在多个位置，比如华东、华北、华南。我们的电商是要服务全国的，所以部署范围要广。同时，我们把主站点放在华东，如图9-1所示。

大声告诉全世界，可以到我这里买东西

当电商应用搭建完毕之后，接下来需要将如何访问到这个电商网站广播给全网。

图9-2画的是一个可用区的情况。对于多个可用区，我们可以隐去计算节点的情况，将外网访问区域放大，如图9-3所示。

看上宝贝点下单，双方开始建连接

如果你浏览了很多图片，发现实在喜欢某个商品，于是决定下单购买。

电商网站针对下单的情况提供了RESTful 的下单接口，而对于下单这种需要保密的操作，要通过HTTPS进行请求。

在进行所有这些操作之前，首先要做的事情是建立连接，过程如图9-6所示。

从数据中心进网关，公网NAT成私网

网络包从手机端经历千难万险，终于到了SLB的公网IP地址所在的公网网口。由于MAC地址和IP地址与之相匹配，因而网口将网络包收了进来。

如图9-10所示，虚拟网关节点的公网网口上会有一个NAT规则，将公网IP地址转换为VPC里面的私网IP地址，这个私网IP地址就是SLB的HAProxy所在的虚拟机的私网IP地址。

准备一个Docker的镜像

Open vSwitch的实验

笔记三大特点

第一，会从身边经常见到的事情出发，用讲故事的方式来讲解各种协议，然后慢慢扩大到不熟悉的领域。

例如，每个人都会使用查看IP地址的命令，我们就从这个命令开始，展开讲解一些相关概念。每个人都在大学宿舍组过简单的网络来打游戏，我们就从宿舍网络涉及的最简单的网络概念开始讲，然后说到办公室网络，再说到日常常用的与上网、购物、视频下载等活动相关的网络协议，最后才说到最陌生的数据中心。说到这里的时候，很多概念已经在前面的“宿舍”和“办公室”的例子中都出现过，因此更容易接受和理解。

第二，讲解网络协议时会更加贴近使用场景，将各个层次的关系串连起来，而非孤立地讲解某个概念。

常见的计算机网络课程往往会按照网络分层，. 一层一层地讲，却很少讲层与层之间的关系。例如，我们在学习路由协议的时候，在真实场景中，这么多的算法和二层是什么关系呢?和四层又是什么关系呢?再比如，我们在真实的网络通信中访问一个网站、进行一次支付，那么在TCP三次握手的时候，IP 层在干什么? MAC层在干什么?这些内容本书都会逐一讲解。

第三，在讲解完各个层次的协议之后，会讲述如何在当前热门领域(比如云计算、容器和微服务)中使用这些协议。

通过学习本书，读者一方面可以了解这些网络协议的真实应用场景，另一方面也可以通过上手使用云计算、容器、微服务来进一步加深对于网络协议的理解。

当然，单单有文档看是远远不够的，还有视频和相匹配的课件进行学习提升，努力把计算机网络这一块儿给搞明白，相信一定会有不凡的人生！！

TCP/IP/网络IO学习视频

TCP/IP网络协议

网络IO

还有课件分享

IO课件

TCP/IP课件

好了，今天就到这里了，希望大家能够好好学习，把计算机网络这一块儿给提升上来，也希望本文能够得到大家的喜欢！！

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