网络并发知识第一天网络通信基本原理
网络层结构
网络结构有两种主流的分层方式：OSI七层模型和TCP/IP四层模型。
OSI七层模型和TCP/IP四层模型
OSI是指Open System Interconnect，意为开放式系统互联。
TCP/IP是指传输控制协议/网间协议，是目前世界上应用最广的协议。
两种模型区别
1、OSI采用七层模型，TCP/IP是四层模型
2、TCP/IP网络接口层没有真正的定义，只是概念性的描述。OSI把它分为2层，每一层功能详尽。
3、在协议开发之前，就有了OSI模型，所以OSI模型具有共通性，而TCP/IP是基于协议建立的模型，不适用于非TCP/IP的网络。
4、实际应用中，OSI模型是理论上的模型，没有成熟的产品；而TCP/IP已经成为国际标准。
OSI模型下的两端通信模型
一次连接
日常中，我们向一个网站地址进行访问的时候，都是浏览器默默的在内部构建了基于HTTP协议的请求，以访问百度为例：
谷歌浏览器地址栏输入百度地址，然后打开F12，查看：
在linux中，也可以完成这个操作：
[root@dream01 ~]# cd /proc/$$/fd
[root@dream01 fd]# ll
总用量 0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 255 -> /dev/pts/0
1、建立socket连接
[root@dream01 fd]# exec 8<> /dev/tcp/www.baidu.com/80
[root@dream01 fd]# ll
总用量 0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:46 255 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 4月 12 23:47 8 -> socket:[10353]
2、基于连接，基于协议（HTTP协议：规范标准)进行通信数据的请求
echo -e 'GET / HTTP/1.0\n' >& 8
3、响应
[root@dream01 fd]# cat <& 8
HTTP/1.0 200 OK
Accept-Ranges: bytes
Cache-Control: no-cache
Content-Length: 14615
Content-Type: text/html
Date: Sun, 12 Apr 2020 15:55:26 GMT
P3p: CP=" OTI DSP COR IVA OUR IND COM "
P3p: CP=" OTI DSP COR IVA OUR IND COM "
Pragma: no-cache
Server: BWS/1.1
Set-Cookie: BAIDUID=58BDB9283AB79ECA7FF2BFFA5FFBE1A0:FG=1; expires=Thu, 31-Dec-37 23:55:55 GMT; max-age=2147483647; path=/; domain=.baidu.com
Set-Cookie: BIDUPSID=58BDB9283AB79ECA7FF2BFFA5FFBE1A0; expires=Thu, 31-Dec-37 23:55:55 GMT; max-age=2147483647; path=/; domain=.baidu.com
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X-Ua-Compatible: IE=Edge,chrome=1<!DOCTYPE html><!--STATUS OK-->
<html>
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</body></html>
但到目前为止，我们实际只看到了表面上我们直观可以看到的东西，如你所见，不管是我们手动发送还是浏览器，都只完成了最上层：应用层 的构建。
而实际上，一套流程应该是这样的：
TCP/IP协议，将OSI模型的7层缩减成了4层，作为软件开发工程来说，只需要关注这四层就可以了。
如图，客户端到服务端的一次通信大致是上述的。 基于TCP/IP，应该是4层，但为了描述清楚整个过程，我把链路层和物理层没有合在一起，而是单独拿出来说。
下面我们就上图，来一层层描述一次连接会发生什么。
应用层
日常中，都是浏览器帮我们完成的这个工作，正常来说，作为一个无加密的网站，就是基于HTTP协议，进行组织信息，将字符串格式化，然后需要调用下层
传输控制层
这一层指的就是TCP,UDP
在TCP/IP下，我们这层指的就是TCP，说到TCP就是面向连接的可靠传输协议，什么叫面向连接可靠传输的呢？
输入：
netstap -natp
结果：
可以看到，每一个连接都有记录，以本地22端口为例，每启动一个shell，远程就多一个端口号与本地22进行连接，因此可以看出，通过本地+远程端口号，可以唯一确定一条连接。
接下来说一说TCP的一次连接的生命周期：
三次握手
那么，为什么一定要三次握手呢，一次可以吗？两次可以吗？带着这些问题，我们来分析一下为什么必须是三次握手。
1、第一次握手，A向B发送信息后，B收到信息。B可确认A的发信能力和B的收信能力
2、第二次握手，B向A发消息，A收到消息。A可确认A的发信能力和收信能力，A也可确认B的收信能力和发信能力
3、第三次握手，A向B发送消息，B接收到消息。B可确认A的收信能力和B的发信能力
通过三次握手，A和B都能确认自己和对方的收发信能力，相当于建立了互相的信任，就可以开始通信了。
三次握手完成之后，双方才会开始分配各自的文件描述符，建立资源。
从图中可以看出，建立连接经历了三次握手。
四次挥手
我们知道，一个操作系统最多分配65535个端口号，你每经过三次握手后，成功建立一次socket连接，都会消耗自身连接方的一个随机端口号，也就是说，资源是有限的，用完需要被释放！
因此当数据传输完毕，需要断开连接释放资源，而断开连接经历了四次挥手：
1、第一次挥手：主机1（可以是客户端或服务器），设置seq和ack向主机2发送一个FIN报文段，此时主机1进入FIN_WAIT_1状态，表示没有数据要发送给主机2了
2、第二次挥手：主机2收到主机1的FIN报文段，向主机1回应一个ACK报文段，表示同意关闭请求，主机1进入FIN_WAIT_2状态。
3、第三次挥手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，主机2进入LAST_ACK状态。
4、第四次挥手：主机1收到主机2的FIN报文段，向主机2回应ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段后，关闭连接。此时主机1等待主机2一段时间后，没有收到回复，证明主机2已经正常关闭，主机1页关闭连接。
上述步骤更加形象的描述：
A主动向B发送想要断开连接的请求：
A：嘿，我想和你断开连接了，可以吗？
B：好的，我知道你想和我断开连接了。
此时B可能还有事情没有完成，需要过一段时间，当处理完之后，将由B主动向A再次主动发起断开请求：
B:我这边事情处理好了，可以断开连接了。
A：好的，我知道了，我们一起断开吧。
以上过程，完成了A,B双方都确认要进行断开的过程，此时才会断开。
上述的过程中的三次握手>数据传输>四次分手，成为一次数据传输操作的最小粒度，不可被分割。
传输控制层主要是创建握手包，确认包，上面说的三次握手，四次分手，单单由传输控制层也是不能完成的，它还得依赖下层，最终通过物理网卡传输出去。
好，那到现在为止，我们的包算是通过这一层给捏好了，那怎么发出去呢？
网络层
说网络层之前可以先看一下我们的网卡配置：
IP & NETMASK(子网掩码） = 所在网络
这个关系我们可以通过查看路由表进行验证：
路由表
一个ip如何找到另外一个ip？
方案一：记录ip到另外一个ip的完整的网络拓扑链路图，之后通过最短路径连接。但当节点变多，计算耗时将不可避免变长。所以现代网络通信并未选用这种。
方案二：下一跳，无需存储全部节点，只需存储自身ip节点和下一跳的节点地址，具体什么意思呢？
我们拿请求百度为例：
使用ping命令，会把www.baidu.com转换成实际的ip地址（61.135.169.121），此时观察我们的路由表，似乎并没有与之对应的ip记录。
此时，我们通过这个ip去跟路由表每个条目的genmask进行与运算，然后将得到的所在网络地址与destination进行比对。
发现只有最后一个0.0.0.0可以匹上，然后它对应的网关Gateway是192.168.150.2
至此，我们虽然还不知道百度的ip地址到底在哪，但是我们已经知道，基于我们自身ip，下一跳要去的位置！
再请求qq，然后去用上述方式一样去与子网掩码进行与运算，发现无论什么请求，都是落到192.168.150.2上，这也就是我们的默认网关。
而关于路由表，存在如下特征：
1、在路由表中，网关可以有多个，但默认网关只有一个，它的特征是它对应的Genmask是0.0.0.0
2、Gateway为0.0.0.0的，代表本机一定在该网络地址中有一个具体的ip号。
3、反之，Gateway不为四个0，则表示需要进行下一跳，不是直连的地址。
问题：还是百度为例，如果我此时想要请求百度，那么我的目标地址应该是写谁呢？ 是百度的ip，还是我路由下一跳的ip？
显然是目标ip，因为如果是下一跳，当发到下一跳时，下一跳的ip节点发现自身就是目标地址了，就结束“跳转”了。
可是，我如果直接目标ip是百度的ip，我的路由表里没有这个ip啊？要怎么跳到百度那里去？
这就不是网络层的事情了，需要再包一层“信封”，也就是，链路层。。。
链路层
它在写了目标ip地址的包上，又套了一层东西：mac地址（网卡地址）
网络层有路由表， 链路层当然也有表：
arp是啥？arp是一个协议。
DNS会解析ip地址和域名的映射。 这个解析是全网的
ARP会解析IP地址和网卡硬件地址的映射。这个解析是受限于是同一局域网下的
观察图中，发现第二条，192.168.150.2，也就是我们下一跳的ip位置，对应的mac地址是 00:50:56：f7:53:2b
因此，到这一层，实际上，一次请求包会被包装成三层：
当然，源地址和目标地址都是需要有的，因此一个包大致内容：
关于ARP
当一台计算机重启后，不激活网卡的时候，实际上arp是空的。
当网卡激活的时候，会主动宣告（我来了），发起ARP广播。
举例来说，计算机1（192.168.1.4）要获取路由器（192.168.1.1）arp中的信息，会怎么一个过程？
首先，计算机1要主动发起一个arp包：
目标mac地址因为不确定，所以用FFFF表示
接下来arp包发送到交换机，交换机会学习记录下发送源的信息。然后触发广播动作
广播给计算机2，发现目标ip对不上，这个arp包直接被丢弃。
广播给路由器，发现目标ip对的上，然后路由器将回返一个arp包给广播源头：
包将被转发给交换机，交互机触发学习动作，记录下路由器的信息。并且交换机已经在之前请求来时已经学习记录下了源头（计算机1）的信息，此时将不触发广播动作，而是定向转发到计算机1上。
至此，计算机1将得到关于路由器（192.168.1.1）的arp中的ip和mac的映射信息
当下次计算器1真正发起一个点到点的请求的时候，经过交换机的时候，同理，因为之前路由器将arp包回送给计算机1的时候已经经过了交换机，交换机记录学习下了路由器的信息，可以直接定向转发到路由器上去。
结论：
TCP/IP协议，基于下一跳的机制。
IP是端点间
mac地址是节点间的
一个ip到另外一个ip之间可能需要经过若干个节点的一跳一跳接力完成。
在一个数据包传输过程中，每一跳只有mac地址会发生变化，而ip和端口号不会变化。
跳跃过程中有多条路径怎么办？这是网络工程师需要规划的地方，一定会规划出一条跳往指定ip方向的路径。 路径的下一跳选择，体现在路由层通过 目标ip & 掩码 匹配到的网络地址， 然后通过链路层中的mac映射，通过下一跳网络地址，找到对应的mac硬件地址，这样就确定好了下一次的包的流转。
科普
路由器是三层的，有路由表，一般是衔接不同网段的中介点，因此会分别拥有可以直接连接两端网段的地址。 可以做路由的转发和判定
交换机是二层的，只管转发
计算机是五层或者七层的。
一次路由实操
node03和node04都属于192.168.150.0网络上的机器，它们之间是可以直连的。
但与此同时，node03上面有一块额外的网卡eth0：3，它的ip是192.168.88.88
问题：node04可以ping通node03的这块etho0：3的网卡吗？
不行。
分析这个过程，为什么不行：
在04上ping 192.168.88.88，会走路由表的按位判定，之后发现走默认网关，192.168.150.2。
当路由过去后，默认网关实际也没有连接着192.168.88.88的网段，因此地址丢失了，无法找到目录ip。
那怎么办？
手动在node04添加路由条目：
使得在04上ping 192.168.88.88的时候可以路由到192.168.150.13上，也就是node03上，此时03可以直连192.168.88.88，因此就可以ping通了！
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