为什么要学习网络协议？
只有通过网络协议，才能使一大片机器互相协作、共同完成一件事。
网络协议满足 语法、语义、顺序 三要素，以下面的 HTTP 协议为例：
HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 27 Mar 2018 16:50:26 GMT Content-Type: text/html;charset=UTF-8 Content-Language: zh-CN
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<base href="https://pages.kaola.com/" />
<meta charset="utf-8"/> <title> 网易考拉 3 周年主会场 </title>
- 符合语法，只有按照指定的格式，浏览器才认，先是状态、然后是首部、最后是内容。
- 符合语义，按照约定的意思来。例如，状态 200 表示网页返回成功。
- 符合顺序，先发出一个 HTTP 请求，才有上面的一段 HTTP 返回的数据。
浏览器输入 URL 回车后发生了什么？
- DNS 解析
将域名解析成对应的服务器 IP 地址，客户端收到域名地址后，首先去找本地的 hosts 文件，检查在该文件中是否有相应的域名、IP 对应关系，如果有，则向其 IP 地址发送请求，如果没有，再去找 DNS 服务器。
DNS、HTTP 都在 应用层。
- 建立 TCP 连接
通过三次握手，建立客户端与服务器的 TCP 网络连接。
UDP、TCP 都在 传输层，传输层封装完毕后，会将包交给 网络层，网络层的协议是 IP 协议。
- 发送 HTTP 请求
- 服务器处理请求
- 返回响应结果
- 关闭 TCP 连接
通过四次挥手，断开客户端与服务器的 TCP 网络连接。
- 浏览器解析 HTML
- 浏览器布局渲染
网络为什么要分层？
复杂的程序都要分层，每一层专注做本层的事情。
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有下层。
无类型域间路由（CIDR）
由于 C 类地址能包含的最大主机数量太少了，只有 254 个，而 B 类地址能包含的最大足迹数量又太多了，有 65534 个，为了解决这一尴尬的问题，就诞生了 CIDR，这种方式打破了原来设计的几类地址的做法，而是将 32 位的 IP 地址一分为二，前面是 网络号，后面是 主机号，例如 10.100.122.2/24，前 24 位表示网络号，后 8 位表示主机号。网络位全取 1 为子网掩码，例如 255.255.255.0，子网掩码与 IP 地址按位与运算可以得到网络号。
MAC 地址
MAC 地址是全局唯一的，网卡生产数来的时候就已经有了，不会有两张网卡的 MAC 地址是相同的。
为什么不用 MAC 地址进行通信呢？
MAC 地址更像是身份证号，是唯一的标识，比如你不能说我要找身份证号是 xxx 的人在哪，只能说是我要去北京市海淀徐xx小区xx门找到身份证号是 xxx 的人，MAC 地址的通信范围只局限在一个子网中。
动态主机配置协议（DHCP）
如果想要和其他机器通讯，就需要一个通讯地址，那么如果配置这个 IP 地址呢？这就用到 DHCP 协议了，它是一个局域网的网络协议，指的是由服务器控制一段 IP 地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。
地址解析协议（ARP）
在网络通信中，主机和主机通信的数据包需要依据 OSI 模型从上到下进行数据封装，当数据封装完整后，再向外发出。所以在局域网的通信中，不仅需要源/目 IP 地址的封装，也需要源/目 MAC 地址的封装，上层应用程序更多关心 IP 地址，而不去管 MAC 地址，这时就需要 ARP 协议去找到 IP 地址和 MAC 地址的映射，即询问 IP 对应的 MAC 地址，询问方式靠「吼」。
生成树协议（STP）
在一个负载的网络环境中，难免会出现环路，环路会产生广播风暴，最终导致整个网络资源被耗尽，网络瘫痪不可用。为了破除环路，可以采用数据链路层协议 STP，运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个端口进行阻塞，最终将环形网络结果修剪成无环路的树形网状结构。
虚拟局域网（VLAN）
一组逻辑上的设备和用户，不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将他们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，可以控制广播活动，提高网路的安全性。
互联网控制报文协议（ICMP）
网络包在异常复杂的网络环境中传输时，常常会遇到各种各样的问题。当遇到问题时，总不能死的不明不白，要传出消息来，报告情况，这样才可以调整传输策略。而 ICMP 就是用来确认 IP 包是否成功到达目的地址并通知在发送过程中 IP 包被丢弃的原因的，是一种网络层协议。
网关（Gateway）
网关是一个网络连接到另一个网络的「关口」，实质上是一个通过通向其他网络的 IP 地址。很多情况下，人们把网关就叫做路由器。其实不完全准确，路由器是一台设备，它有五个网口或者网卡，相当于有五只手，分别连着五个局域网。每只手的 IP 地址都和局域网的 IP 地址有相同的网段，每只手都是它握住的那个局域网的网关。
动态路由协议
1. OSPF
- 内部路由协议，向本自治系统中所有路由器发送信息
- 发送的信息就是与路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息
- 只有在链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息
2. RIP
- 内部路由协议，仅和相邻路由交换信息
- 路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息
- 按固定时间间隔交换路由信息，例如每隔 30 秒
3. BGP
外部路由协议，在一个国家内部，有路当前选近的走，但是国家质检，不光有远近的问题，还有政策的问题，这就好比从我家里到目的地最近，但是不是谁都能从我家走啊。
TCP 和 UDP
套接字 Socket
Socket 是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把 TCP/IP 层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用，来实现进行在网络中的通信。Socket 的出现只是为了更方便的使用 TCP/IP 协议栈，形成了几个最基本的函数接口，例如 carete、listen、accept、connect、read、write 等。
流媒体协议（RTMP）
网络协议将编码好的视频流，从主播端推到服务器，在服务器上有个运行了同样协议的服务端来接收这些网络包，从而得到里面的视频流，这个过程称为 接流。
服务端接到视频流之后，可以对视频流进行一定的处理，例如转码，也即从一个编码格式，转成另一种 格式。因为观众使用的客户端千差万别，要保证他们都能看到直播。
流处理完毕之后，就可以等待观众的客户端来请求这些视频流。观众的客户端请求的过程称为 拉流。
如果有非常多的观众，同时看一个视频直播，那都从一个服务器上拉流，压力太大了，因而需要一个视 频的分发网络，将视频预先加载到就近的边缘节点，这样大部分观众看的视频，是从边缘节点拉取的， 就能降低服务器的压力。
当观众的客户端将视频流拉下来之后，就需要进行解码，也即通过上述过程的逆过程，将一串串看不懂 的二进制，再转变成一帧帧生动的图片，在客户端播放出来，这样就可以看到直播了。
下载文件
想象一下，下载一个电影需要通过什么方式？
1. HTTP
最简单的方式就是通过 HTTP 下载，但是通过浏览器下载的时候，只要文件稍微大一点，下载速度就很慢。
2. FTP
FTP 采用两个 TCP 连接来传输一个文件
- 控制连接：服务器以被动的方式，打开众所周知用于 FTP 的端口 21，客户端则主动发起连接。该连接将命令从客户端传给服务器，并传回服务器的应答。常用的命令有：list—获取文件目录；reter —取一个文件；store—存一个文件。
- 数据连接：每当一个文件在客户端与服务器之间传输时，就创建一个数据连接。
3. P2P
无论是 HTTP 的方式，还是 FTP 的方式，都有一个比较大的缺点，就是难以解决单一服务器的带宽压力， 因为它们使用的都是传统的客户端服务器的方式。
而 P2P，资源开始并不集中地存储在某些设备上，而是分散地存储在多台设备上。想要下载一个文件的时候，你只要得到那些已经存在了文件的 peer，并和这些 peer 之间，建立点对点的连接，而不需要到中心服务器上，就可以就近下载文件。一旦下载了文件，你也就成为 peer 中的一员，这种方式，参与的人越多，下载速度越快
种子（.torrent）文件
当你想下载一个文件的时候，怎么知道哪些 peer 有这个文件呢?
这就用到种子啦，也即咱们比较熟悉的 .torrent 文件。.torrent 文件由两部分组成，分别是：announce (tracker URL)和文件信息。
下载时，BT 客户端首先解析 .torrent 文件，得到 tracker 地址，然后连接 tracker 服务器。tracker 服务器回应下载者的请求，将其他下载者(包括发布者)的 IP 提供给下载者。下载者再连接其他下载者，根据 .torrent 文件，两者分别对方告知自己已经有的块，然后交换对方没有的数据。此时不需要其他服务器参与，并分散了单个线路上的数据流量，因此减轻了服务器的负担。
域名系统（DNS）
域名解析是互联网上一项十分重要的服务，DNS 就是作为域名和 IP 地址相互映射的一个分布式数据库。DNS 能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过域名，最终得到该域名对应的IP地址的过程叫做域名解析。
域名解析过程
- 电脑客户端会发出一个 DNS 请求，问
www.163.com的 IP 是啥啊，并发给本地域名服务器 (本地 DNS)。那本地域名服务器 (本地 DNS) 是什么呢？如果是通过 DHCP 配置，本地 DNS 由你的网络 服务商(ISP)，如电信、移动等自动分配，它通常就在你网络服务商的某个机房。 - 本地 DNS 收到来自客户端的请求。你可以想象这台服务器上缓存了一张域名与之对应 IP 地址的大 表格。如果能找到
www.163.com，它直接就返回 IP 地址。如果没有，本地 DNS 会去问它的根域 名服务器：“老大，能告诉我www.163.com的 IP 地址吗？” 根域名服务器是最高层次的，全球共有 13 套。它不直接用于域名解析，但能指明一条道路。 - 根 DNS 收到来自本地 DNS 的请求，发现后缀是
.com，说：“哦，www.163.com啊，这个域名是由.com区域管理，我给你它的顶级域名服务器的地址，你去问问它吧。” - 地 DNS 转向问顶级域名服务器：“老二，你能告诉我
www.163.com的 IP 地址吗？” 顶级域名服务器就是大名鼎鼎的比如.com、.net、.org这些一级域名，它负责管理二级域名，比如163.com，所以它能提供一条更清晰的方向。 - 顶级域名服务器说：“我给你负责
www.163.com区域的权威 DNS 服务器的地址，你去问它应该能问到。” - 本地 DNS 转向问权威 DNS 服务器：“您好，
www.163.com对应的 IP 是啥呀? ”163.com的权威 DNS 服务器，它是域名解析结果的原出处。为啥叫权威呢？就是我的域名我做主。 - 权限 DNS 服务器查询后将对应的 IP 地址 X.X.X.X 告诉本地 DNS。
- 本地 DNS 再将 IP 地址返回客户端，客户端和目标建立连接。
负载均衡
站在客户端角度，域名解析是一次 DNS 递归查询过程。DNS 除了可以通过名称映射为 IP 地址，它还可以做另外一件事，就是负载均衡。比如想去吃北京的肯德基，北京有很多家肯德基，如果一个人想去吃肯德基，就可以就近找一下，而不用大家都去同一家，这就是负载均衡。
最简单的，可以通过轮询实现负载均衡，这次返回这个 IP，下次返回另一个 IP。此外还可以做 全局负载均衡，比如北京的用户访问北京的数据中心，上海的用户访问上海的数据中心。
可以配置多个 全局负载均衡器（GSLB），例如可以根据请求本地 DNS 服务器所在的运营商，获取到用户所在的运营商，之后根据本地 DNS 服务器所在地获取到用户的地址位置，最后返回临近的数据中心 IP。
内容分发网络（CDN）
CDN 本质上是将媒体资源、动静态图片、HTML、CSS、JS等内容缓存到离用户更近的 IDC 中，从而让用户进行共享资源，实现缩减站点间的响应时间等需求。
虚拟专用网络（VPN）
VPN 被定义为通过一个公用互联网络建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定隧道，使用这条隧道可以对数据进行几倍加密达到安全使用互联网的目的，广泛使用企业办公当中，虚拟专用网也可以是针对企业内部网的扩展，虚拟专用网可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全连接，用于经济有效地连接到商业伙伴和用户的安全外联网虚拟专用网，因此很多办公一族在自己电脑中也需要建立 VPN 连接，方便远程办公等等。VPN 可以将一个机构的多个数据中心通过隧道的方式连接起来，让机构感觉在一个数据中心里面。