计网 - 计算机网络开篇

迈不过友情╰ 2022-10-12 01:48 219阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  Pre
 *  知识点
 *   *  网络的基础结构
     *  工作原理
     *  应用场景
 *  系统学习
 *   *  互联网和传输层协议
     *  网络层协议
     *  网络编程
     *  Web 技术
     *  网络安全

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

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# Pre #

不知道你有没有遇到过，因为 TCP 队头阻塞，没有预备方案，导致分布式集群中部分服务发生延迟，导致系统雪崩

*  DDoS
 *  DNS 劫持
 *  跨机房通信问题
 *  …

网络是一种工作技能， 比如

*  很多候选人在回答“TCP 为什么要 3 次握手”这样简单的问题时，就像背经文一样，没有自己的理解；
 *  当面对“HTTPS 协议的 TTFB 传输时间”这类需要将 TCP 的原理和 HTTPS 结合起来思考的问题，就更加束手无策。

此外，工作当中也经常要用到计算机网络的知识，而且一旦用错就容易造成灾难性的后果，给公司直接带来经济损失。

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但实际情况是，很多程序员对网络相关的知识一知半解，不足以应对日常的工作需求。

*  遇到网络故障（如 DNS 故障）时，由于没有系统性地学习过网络相关的知识，对Linux 下，诸如 nslookup、telnet、lsof、netstat 等网络相关的指令一知半解，导致不知道如何定位问题；
 *  很多人使用 TCP 连接时，只考虑收发数据，不能考虑到队头阻塞、多路复用等问题，导致经常出现系统负载不高，但是吞吐量很低的情况。

一名程序员，无论是应对日常开发、日常排查，还是解决突发的网络问题（网络调试、网络优化）都离不开计算机网络。而要想成为优秀的工程师、架构师，朝着更高阶、更高薪的岗位去晋升，补足编程必备基础知识——计算机网络是绕不过去的一关。

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对程序员来说，计算机网络解决的是常识问题，有了这些常识，你才能更好地利用工具解决工作中的问题。比如用 telnet 调试远程服务、用 Whireshark 抓包定位网络故障；再比如把 ulimit 设置成多少？Dubbo 异步单一连接扛不住了该怎么办？用 HTTP 协议的 Keep-Alive 维持心跳可不可行？等等。

在工作中，当你想快速进入一个领域开发程序，马上就会面临诸如：我用哪个协议？用哪个网络框架？如果计算机网络知识不扎实，很容易选错；另外，你也没有办法优化参数，或者当你承接了系统优化的工作时，由于计网知识不扎实，会陷入无穷无尽的学习。比如今天碰到 TCP 队头阻塞，明天碰到滑动窗口，后天碰到 ARP 和路由算法。

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# 知识点 #

从基础结构、工作原理、应用场景三个维度，系统性地梳理和讲解计算机网络知识，解决日常工作场景中遇到的网络问题。

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## 网络的基础结构 ##

了解计算机网络的生态和基础设施。 讨论日常生活和工作中常见的东西，比如路由器、交换机、终端、基站等，介绍它们背后隐含的网络，比如公司网络、家庭网络、网络边界等，以及组织它们工作的网络协议栈，TCP/UDP/IP 等。

前端工程师，平时只用 HTTP 协议就够了。那需要了解吗？

一个首页日 PV 在百万级别的电商类网站。 首页有 100 多个卡片，突发奇想地做前端组件化，本来是想解决组件和服务间依赖的问题，让每个卡片自己发请求到服务端。由于上线比较晚，代码 Review 的时候并没有发现，结果变更提交到了线上。

可想而知， 服务器挂了。。。。。。

这是什么原因导致的呢？要知道每个卡片单独发请求，我们每次打开网站首页，都会发送上百个请求到服务端。这位前端同学的处理方式，直接把服务器的请求数量提升到亿级别 （百万 \* 100），相当于做了一次压力测试和人肉 DDoS。

有同学说，不知者无罪，毕竟 HTTP 协议里没有讲“不能发送这么多请求”。可是，**网络是有吞吐量限制的，这是一个常识问题**。所谓常识，就是作为工程师本应掌握的知识。

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听完这个故事，服务端同学可能很开心，暗自窃喜：“我们服务端，肯定不会犯这种常识性错误。”

维护一个中间层。请求到达中间层，还需要去其他内部服务请求数据，然后组装统一返回。结果中间层很不稳定，经常出现**延迟很高，而且内存使用很高**的情况。

DUMP 了一下内存，发现大量连接对象。经过排查，是因为接收每个请求，系统都会建立很多个到其他服务的连接。**在网络波动期，连接持续积压，导致频繁创建 Socket 文件，最终超过操作系统的限制崩溃。**

你可能会说，这是一个技术问题，可以用多路复用、长连接、队列等方式解决。但是抛开这些专业的网络 + IO 技术问题，这是不是一个常识问题呢？ 答案当然是。因为**网络连接是有成本的，而且网络是不稳定的。不稳定的情况下，连接数应当有所限制。**

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## 工作原理 ##

介绍网络的工作原理，里面会涉及一些算法问题，比如滑动窗口、路由和寻址。还会涉及细节问题，比如讲解一些封包格式，但更多的是理解网络的工作原理，比如多路复用、缓存设计、Socket、I/O 模型等。

有同学说，网络库一大堆，用就好了，还有必要理解原理吗？

举个例子： 数据量千万级资源仓库，对外提供RPC服务。本地集群压测报告 QPS 3000。

服务上线之前，幸好有另一位工程师对这个 3000 QPS 的设计很感兴趣。自己又写了一个压测程序，远程调用测试集群压测，结果在 1000 QPS 就打挂了。

这是怎么回事呢？因为 3000 的 QPS 是在最邻近的网络节点，用少量连接测试得到的结果。1000 QPS 则是模拟了一个延迟较高的网络，用较高的并发数连接测试的结果。

所以你凭直觉说，哪份测试报告更加靠谱？当然第二份报告更有意义，**网络是一个不稳定的环境，服务端随时面临大量的并发连接。大家都使用网络库，但是如何根据自己的业务场景、网络特性、I/O 特性、计算资源特性，优化网络，这就需要你了解网络的工作原理了**。

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## 应用场景 ##

*  HTTPS 协议握手的过程？
 *  RPC 是如何工作的？
 *  IM 系统是如何工作的？
 *  抓包用什么工具？
 *  要注意什么安全攻防？
 *  网络出了问题怎么排查？

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# 系统学习 #

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## 互联网和传输层协议 ##

介绍互联网的体系和整体框架，参与的硬件设备，以及它们的作用。还会介绍传输层协议 TCP 和 UDP，重点讨论它们的工作原理、算法和优化策略。这部分知识是计算机网络的基础，也最能体现网络设计的精髓。

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## 网络层协议 ##

围绕局域网和 IP 协议展开，包括 ARP、IPv4、IPv6、NAT 等基本概念，探讨 IPv6 的工作原理，以及 IPv6 和 IPv4 的兼容策略。IP 协议几乎是网络层的唯一协议

互联网和传输层协议 和 网络层协议 属于基础篇，是计算机网络最底层的基础知识。

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## 网络编程 ##

围绕 Socket 讨论网络编程，介绍各种网络 I/O 模型和编程方式的优缺点，并以 RPC 框架设计为题去落地学到的这些知识和实现。讨论在不同的并发量、针对不同服务特性选择不同的 I/O 模型，调整 TCP 关联的参数，等等，进而学习如何优化自己系统的网络。这部分内容会为企业带来实际价值，

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## Web 技术 ##

讨论平时使用最多且最重要的应用层协议——HTTP 协议（包括 HTTP 2.0），并扩大讨论范围到 Web 技术生态，比如从 DNS 看缓存、从 CDN 看负载均衡、从 HTTP 协议看开发规范、从流媒体技术看协议选择，以及从爬虫技术看网络安全。

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## 网络安全 ##

讨论网络安全技术，一部分是基础设施，比如证书、加解密、公私钥体系、信任链等；另一部分是具体的攻击手段，比如 DDoS、XSS、SQL 注入、ARP 攻击、中间人攻击等，以及它们的防御手段。安全是所有互联网公司的高压线，学完这块内容能够帮助你屏蔽掉一些高危操作，在工作中避免出现安全问题。

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