这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第 3 篇笔记。
本节课程主要是以刷抖音时的底层互联网交互作为切入点，梳理了计算机网络的相关知识，并结合实际生产环境理解网络的优化方向和稳定性建设。主要包括四个部分：
- 网络接入协议
- 网络传输协议
- 网络优化
- 网络稳定
网络接入协议
网络接入涉及的相关内容有：互联网、路由、ARP协议、IP协议、NAT等。
路由
可以做同网段路由，也可以做跨网段路由。配置路由的命令是：
to 10.0.1.1/24 via 10.0.0.254 default via 10.0.0.254
路由不一定是对称的，路由的节点也可以是网状的。 路由工作协议层不一定只是在网络层，也可能工作于传输层，甚至向下四层。路由通过改变mac地址（源mac、目标mac），目标ip地址不变，找到发包口
ARP协议
如何找下一跳的mac地址？
ARP本章上是查找下一跳的mac地址，而不是目标mac地址。 只有逻辑同网段才能发送ARP。
ARP请求广播（不能跨网段），ARP应答单播
免费ARP：不需要发送请求广播就可以告诉mac地址。主要的应用一种是用于IP地址冲突检测，二是用于更新ARP地址缓存表中的原有记录。 网络中接入新的设备时，发送一条ARP消息，让其他设备更新mac表，添加新设备的mac地址。防止ip冲突（两台服务器配置了同一个ip）
IP协议
ip地址是互联网设备的唯一标识。
不使用mac地址代替ip地址的原因是：网络协议层是向下兼容的，二层网络除了mac地址还有其他协议地址。为了统一不同协议，所以在上层用ip地址统一。
ipv4不够用的解决方式：使用ivp6，nat。
NAT
NAT，网络地址转换：内网用户通过设备，修改源地址，内部ip地址可重复，连接到互联网的外部ip地址是唯一的，将不同地址影视到同一个地址，压缩ipv4地址的使用。
NAT是同时改变目标地址和端口，解决了多个内网客户端访问同一个 ip+port， 源端口恰好一样，会发生冲突的情况。
网络传输
请求DNS
- 客户端发送解析域名的请求
- 递归解析器（根、顶级、域名）
DNS的传输协议UDP
UDP本身相对简单：想发什么包，就分配一个UDP的header，payload中填写数据发送即可，如何保证协议可靠：
- 发包每次发多少？怎么避免分片？MTU，IP分片
- 怎么知道没丢包？
- 怎么权衡传输效率和质量？
TCP三次握手
在已建立TCP连接后，把了网线，连接会中断吗？两者之间无强耦合关系。如果建立的TCP连接有探活功能，定期检查连接是否还保持着。如果没有收到ack包，则说明连接断开了。 通过mss判断是否分片
TCP传输
- sequence number：表示发送方packet的数据部分的第一位在整个data stream的所在位置。
- acknowledge number：表示期望接收方的下一次sequence number是多少。注意，虽然SYN/FIN传输无data，但是会让下一次传输的packet seq增加一；但是，ACK的传输，不会让下一次传输的packet seq加一。
TCP的有限状态机
- 为什么老问你Timewait？2个msl。确认连接正常关闭，防止前一次ack丢失，可能会异常关闭连接。
- 丢包怎么办？ACK重传的机制。
- 滑动窗口再结合基础概念（seq，ack）去理解。
- 流量控制/拥塞控制结合基础概念（seq，ack）去理解。
HTTP/HTTP1.1
为什么不直接用TCP通信？HTTP是分层协议，TCP本身负责的协议已经非常多了。HTTP更关注业务、代码逻辑，而不用考虑协议具体的实现，做好了交互的原则。
为什么互联网上有那么多HTTP通信？ HTTP1.1有哪些优化？长连接，部分传输，HOTS，缓存
HTTPS
对HTTP加密，采用SSL/TLS 握手（对称加密和非对称加密）和CA。
网络提速
HTTP2.0
多路复用：在一个TCP连接上同时进行多个HTTP，TCP复用。
怎么理解多路复用/stream？
- 单个TCP连接传输
- 如果TCP丢包怎么办？队头阻塞
QUIC / HTTP3.0
- UDP
- Userspace（用户态）
- 0 RTT
- 弱网优势 优化HTTP2.0，解决队头阻塞的问题
数据中心分布
服务器部署的地方
- 核心机房：核心数据、数据库
- POP点接入：与外网、运营商交互
- 边缘机房：更靠近用户的运营商机房
静态资源（图片视频）路径优化（CDN）
不随着api请求的改变而改变的资源。
核心思想： 缓存资源。先在“边缘机房”找资源，如果之前有其他客户端访问过就会缓存在边缘机房；如果没有，则再在“汇聚机房”、“核心机房”找。
动态api（播放/评论接口）路劲优化（DSA）
不同客户端调用api接口得到的资源不同。
核心思想： 根据各相邻机房的网络时延表，得到最短时延的路径
网络稳定
容灾概念
- 故障发生
- 故障感知
- 自动切换
- 服务恢复
故障排查
- 故障明确
- 故障止损
- 分段排查
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
