这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第5篇笔记

刷抖音网络是怎么交互的？

• 网络接入
• 网络传输

网络接入-互联网

网络接入-路由

往同网段如何发包/交互？

路由一定是对称的吗？

路由是工作在哪一层协议？

IP层，但是并不准确

那路由是改的IP地址吗？

不是，改的是Mac地址，做到发包口

动态路由BGP/OSPE等

怎么找到下一跳的MAC？

网络接入—ARP协议

• 逻辑同网段才能发送ARP
• ARP请求广播，ARP应答单播

跨网段是找下一跳再找ARP

ARP简介

地址解析协议（Address Resolution Protocol），其基本功能为透过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。它是IPv4中网络层必不可少的协议，不过在IPv6中已不再适用，并被邻居发现协议（NDP）所替代。

1.MAC地址作用？是什么？

MAC地址就像身份证一样，用来证明身份的，长度为48bit,由12位的16进制数表示。

2.MAC地址分类

• 1，物理MAC地址：全球唯一的硬件地址，这种MAC地址标识了唯一的以太网的一的一个终端。

• 2，广播MAC地址：（全F）用来表示局域网（LAN）上的所有终端设备。

• 3，组播MAC地址：第8位bit为1的MAC地址为组播MAC地址，用来表示LAN上的的一组终端。

3,MAC地址表是什么？作用？

mac地址表记录了交换机学习到的其他设备的mac与接口的对应关系，以及接口所属的vlan等信息。设备在转发报文时，根据报文的目的MAC地址查询MAC地址表，如果查到了，则根据表项的出接口转发该报文，如果没查到，设备将采取广播方式在所属vlan内除接收接口外的所有接口转发该报文。

ARP本质上是查找下一跳的MAC，不是请求目标地址

网络接入-IP协议

唯一标识，互联网通用，抖音客户端一个，抖音服务端一个

MAC地址不能代替IP地址吗？

IP地址将二层的协议做了一个统一

IPv4不够用，一般怎么解决的？

NAT

网络接入-NAT

家里路由器是怎样上网的？

多个内网客户端访问同一个目标地址+端口，源端口恰好一样，冲突了？

NAT是IP+端口一起改变的，当有存在的连接的时候，端口选择另一个就行了

网络传输 - 数据包

网络传输 - 数据包发送

网络传输 - 先请求DNS

网络传输 - DNS的传输协议 UDP

UDP本身相对简单

总结：想发什么包，就分配一个UDP的头，把payload里面塞数据发出去就好

UDP用好很难

发包每次发多少？怎么避免分片？

• MTU传输有限制，所以需要分片。因为影响效率，一旦分片要考虑重组；分片会消耗CPU计算资源，重组也会消耗计算机重组资源

怎么知道没丢包？

• UDP里没有可靠的协议，丢包了也不知道

怎么权衡传输效率和质量？

• 用UDP去传输的话，就是怎么保证协议可靠

总结：怎么保证协议可靠？

网络传输 - TCP三次握手

TCP是什么？

• TCP，全称传输控制协议（transmission Control Protocol）是位于传输层的重要协议，它最要的特点：面向连接 ,可靠，面向字节流。

什么是TCP连接？

拔了网线，连接会断吗？

• 在一定场景会断开，但在一定场景又不会断开。主要看有没有TCP的保护

你真的了解TCP三次握手吗？

• ①首先 Client 端发送连接请求报文

• ②Server 段接受连接后回复 ACK 报文，并为这次连接分配资源。

• ③Client 端接收到 ACK 报文后也向 Server 段发生 ACK 报文，并分配资源，这样 TCP 连接就建立了

用川航举例子

• ①四川8633请求建立连接(SYN)，并且发送出序号。

• ②服务端接受到信号，即有确认号（ACK）,此时并同样返回请求序号Seq

• ③客户端接受到信号，即有确认号（ACK），连接已经建立。

网络传输 - TCP传输

sequence number：表示的是我方（发送方）这边，这个packet的数据部分的第一位应该在整个data stream中所在的位置。

acknowledge number：表示的是期望的对方（接收方）的下一次sequence number是多少。注意：SYN/FIN的传输虽然没有data，但是会让下一次传输的packet seq增加一，但是，ACK的传输，不会让下一次的传输packet加一

为什么老问你Timewait？

• timewait会占用客户端端口，会很拖累网络进程。

丢包怎么办？

• ack机制，滑动窗口再结合基础概念去理解，流量控制/拥塞控制结合基础概念去理解

网络传输 - HTTP/HTTP1.1

为什么不直接用TCP通信呢？

• TCP通信的东西已经够多了，HTTP本身还是TCP，但是它针对了不同的场景，做了一些优化，理解更加专业，不会有歧义

为什么互联网上那么多HTTP通信？

• 其实HTTP只是多加了一层规矩。HTTP依然是TCP，只是这个规矩让用户更加清晰/简洁。

网络传输 - HTTPS

传输中被插入小网站怎么办？

• HTTPS解密出来依然是HTTP

网络传输 - SSL/TLS握手

总结

网络架构怎么给抖音提质

• 网络提速

• 网络稳定

网络提速 - HTTP2.0

网络提速 - 怎么理解多路复用/stream？

单个TCP链接传输

如果TCP丢包怎么办？

• 队头阻塞：一个丢包，结果就为了发送这一个包一直在重新发送，后面的包一直在等待

网络提速 - QUIC/HTTP3.0

TCP or UDP？

• 改TCP复杂，不好改。UDP推广方便，好改

Kernel or Userspace

0 RTT

• QUIC天然支持HTTPS协议，弱网传输优势：可以解决队头阻塞

除了协议优化，网络路径能不能优化？

网络提速-数据中心分布

核心机房：存储核心数据，数量少于POP接入

POP接入：和运营商、外网做交互，数量多，更增加和互联网交互的入口

边缘机房：更靠近用户，不是核心，专门针对小运营商

网络提速 - 同运营商访问

移动服务器不能访问电信服务器，稳定性差

网络提速-静态资源（图片视频）路径优化（CDN）

先在边缘机房访问搜索访问记录，有就直接下载，没有就汇聚机房；还找不到就去核心机房搜索。

CDN本质是静态缓存。

网络提速 - 动态API（播放/评论接口）路径优化（DSA）

最快方式：

算法寻找最优路径：DSA

刷的快，但是三天两天挂掉，谁刷抖音？

网络稳定 - 容灾概念

故障发生

故障感知：系统感知到故障，或者客服反馈

自动切换：故障的节点或有问题的系统从容灾系统中去掉

服务恢复：自动回复

网络容灾的具体案例一

无专线可能会绕路连接，但是有专线则直达

网络容灾的具体案例二

网络稳定-故障明确

出现什么故障？-> 沟通是前提

• 什么业务？什么接口故障？
• 故障体现在哪里？
• 访问其他目标是否正常？
• 是否是修改导致的异常？

网络稳定-故障止损

先止损再排查

• 用户体验第一
• 对公司收入的影响是按照分钟甚至秒来计算

如何止损

• 组件没有容灾，但是系统有没有？
• 降级

网络稳定-分段排查

客户端排查

• 客户端访问其他服务没问题吗？
• 前提客户端访问目标服务没问题吗？

服务端排查

• 服务端监控/指标都正常吗？
• 手动访问一下正常吗？
• 分组件排查

中间链路排查

• 服务端跟客户端确保都没问题
• 中间网络设备有没有问题？（交换机/路由器/网关LB）
• 旁路的DNS有没有问题？

网络稳定-网络故障排查常用命令

• dig查询DNS问题
• ping/telnet/nmap查询三层/四层连通性
• Traceroute排查中间链路
• iptables
• tcpdump

网络故障排查案例一

网络故障排查案例二

网络故障排查案例三

网络故障排查案例四

网络稳定-故障预防很重要

• 监控报警

• 故障演练/预案

• 故障降级/止损

总结