网络协议趣谈什么是网络协议
Posted sysu_lluozh
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了网络协议趣谈什么是网络协议相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
下面是一段经典的Hello World!代码
public class HelloWorld
public static void main(String[] args)
System.out.println("Hello World!");
这是每一个程序员向计算机世界说"你好，世界"的方式。但是，这段文字也是一种协议，是人类和计算机沟通的协议，只有通过这种协议计算机才知道我们想让它做什么
一、协议三要素
这种协议还是更接近人类语言，机器并不能直接读懂，需要进行翻译，翻译的工作交给编译器，也就是常说的compile
可以看得出，计算机语言作为程序员控制一台计算机工作的协议，具备了协议的三要素
- 语法
内容要符合一定的规则和格式。例如，括号要成对，结束要使用分号等
- 语义
内容要代表某种意义。例如数字减去数字是有意义的，数字减去文本一 般来说就没有意义
- 顺序
先干啥，后干啥。例如，可以先加上某个数值，然后再减去某个数值
但是，要想打造互联网世界，只教给一台机器做什么是不够的，需要学会教给一大片机器做什么，这就需要网络协议。只有通过网络协议才能使一大片机器互相协作的方式共同完成一件事
二、简单栗子
那网络协议长啥样，能干成啥事？先看下面的这个栗子
当想要买一个商品，常规的做法就是打开浏览器，输入购物网站的地址，浏览器就会显示一个缤纷多彩的页面
那浏览器是如何做到这件事情的？它之所以能够显示缤纷多彩的页面，是因为它收到了一段来自HTTP协议的"东西"。用一个购物网站来举例，格式就像下面这样：
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>大促主会场</title>
这符合协议的三要素吗？
-
符合语法，只有按照上面那个格式浏览器才认。例如，上来是状态，然后是首部，然后是内容
-
符合语义，就是要按照约定的意思来。例如，状态200表述的意思是网页成功返回。 如果不成功就是常见的404
-
符合顺序，一点浏览器就是发送出一个HTTP请求，然后才有上面那一串HTTP返回的东西
浏览器显然按照协议商定好，最后就展示了一个五彩缤纷的页面
三、常用的网络协议
在经济学领域，伦纳德·里德(Leonard E. Read)创作的《铅笔的故事》，这个故事通过一个铅笔的诞生过程讲述复杂的经济学理论。接下来用一个下单的过程看看互联网世界的运行过程中，都使用了哪些网络协议
- URL
在浏览器里面输入https://www.jd.com，这是一个URL
- DNS
浏览器只知道名字是www.jd.com，但并不知道具体的地点，所以不知道应该如何访问。于是，它打开地址簿去查找。可以使用一般的地址簿协议DNS去查找，还可以使用另一种更加精准的地址簿查找协议HTTPDNS
- IP
无论用哪一种方法查找最终都会得到这个地址：39.175.102.3。这个是IP地址，是互联网世界的门牌号
- HTTP/HTTPS
知道了目标地址，浏览器就开始打包它的请求。对于普通的浏览请求往往会使用HTTP协议，但对于购物的请求往往需要进行加密传输，因而会使用HTTPS协议。无论是什么协议里面都会写明你要买什么和买多少
DNS、HTTP、HTTPS所在的层称为应用层。经过应用层封装后，浏览器会将应用层的包交给下一层去完成，通过socket编程来实现
- TCP/UDP
下一层是传输层。传输层有两种协议，一种是无连接的协议UDP，一种是面向连接的协议TCP。对于支付来讲往往使用TCP协议。所谓的面向连接就是，TCP会保证这个包能够到达目的地。如果不能到达就会重新发送，直至到达
TCP协议里面会有两个端口，一个是浏览器监听的端口，一个是电商的服务器监听的端口。 操作系统往往通过端口来判断，它得到的包应该给哪个进程
传输层封装完毕后，浏览器会将包交给操作系统的网络层。网络层的协议是IP协议。在IP协议 里面会有源IP地址，即浏览器所在机器的IP地址和目标IP地址，也即电商网站所在服务器的IP
地址
操作系统既然知道了目标IP地址，就开始想如何根据这个门牌号找到目标机器。操作系统往往
会判断，这个目标IP地址是本地人，还是外地人。如果是本地人，从门牌号就能看出来，但是 显然电商网站不在本地，而在遥远的地方
- DHCP
操作系统知道要离开本地去远方。虽然不知道远方在何处，但是可以这样类比一下：如果去国外要去海关，去外地就要去网关。而操作系统启动的时候，就会被DHCP协议配置IP地址， 以及默认的网关的IP地址192.168.1.1
- ARP
操作系统如何将IP地址发给网关呢？在本地通信基本靠吼，于是操作系统大吼一声，谁是192.168.1.1啊？网关会回答它，我就是，我的本地地址在村东头。这个本地地址就是MAC地 址，而大吼的那一声是ARP协议
于是操作系统将IP包交给了下一层，也就是MAC层。网卡再将包发出去，由于这个包里面是有MAC地址的，因而它能够到达网关
网关收到包之后，会根据自己的知识判断下一步应该怎么走。网关往往是一个路由器，到某个IP地址应该怎么走，这个叫作路由表
路由器有点像玄奘西行路过的一个个国家的一个个城关。每个城关都连着两个国家，每个国家相当于一个局域网，在每个国家内部都可以使用本地的地址MAC进行通信
一旦跨越城关就需要拿出IP头来，里面写着贫僧来自东土大唐(就是源IP地址)，欲往西天拜佛求经(指的是目标IP地址)。路过宝地，借宿一晚，明日启行，请问接下来该怎么走啊？
- OSPF/BGP
城关往往是知道这些知识的，因为城关和临近的城关也会经常沟通。到哪里应该怎么走，这种沟通的协议称为路由协议，常用的有OSPF和BGP
城关与城关之间是一个国家，当网络包知道了下一步去哪个城关，还是要使用国家内部的MAC地址，通过下一个城关的MAC地址，找到下一个城关，然后再问下一步的路怎么走，一
直到走出最后一个城关
最后一个城关知道这个网络包要去的地方。于是，对着这个国家吼一声，谁是目标IP啊？目标 服务器就会回复一个MAC地址。网络包过关后，通过这个MAC地址就能找到目标服务器
目标服务器发现MAC地址对上了，取下MAC头来，发送给操作系统的网络层。发现IP也对上 了，就取下IP头。IP头里会写上一层封装的是TCP协议，然后将其交给传输层，即TCP层
在这一层里，对于收到的每个包都会有一个回复的包说明收到了。这个回复的包绝非这次下单请求的结果，例如购物是否成功，扣了多少钱等，而仅仅是TCP层的一个说明，即收到之后的回复。当然这个回复会沿着刚才来的方向走回去，报个平安
因为一旦出了国门，西行路上千难万险，如果在这个过程中网络包走丢了，例如进了大沙漠或者被强盗抢劫杀害怎么办呢？因而到了要报个平安
如果过一段时间还是没到，发送端的TCP层会重新发送这个包，还是上面的过程直到有一天收到平安到达的回复。这个重试绝非浏览器重新将下单这个动作重新请求一次，对于浏览器来说就发送了一次下单请求，TCP层不断自己闷头重试。除非TCP这一层出了问题，例如连接断了才轮到浏览器的应用层重新发送下单请求
当网络包平安到达TCP层之后，TCP头中有目标端口号，通过这个端口号可以找到电商网站的进程正在监听这个端口号，假设一个Tomcat，将这个包发给电商网站
电商网站的进程得到HTTP请求的内容，知道了要买东西和买多少。往往一个电商网站最初接 待请求的这个Tomcat只是个接待员，负责统筹处理这个请求，而不是所有的事情都自己做。 例如，这个接待员要告诉专门管理订单的进程，登记要买某个商品和买多少，要告诉管理库存的进程，库存要减少多少，要告诉支付的进程，应该付多少钱等等
- RPC
如何告诉相关的进程呢？往往通过RPC调用，即远程过程调用的方式来实现。远程过程调用就是当告诉管理订单进程的时候，接待员不用关心中间的网络互连问题，会由RPC框架统一处理。RPC框架有很多种，有基于HTTP协议放在HTTP的报文里面的，有直接封装在TCP报文里面的
当接待员发现相应的部门都处理完毕，就回复一个HTTPS的包告知下单成功。这个HTTPS
的包会像来的时候一样，经过千难万险到达你的个人电脑，最终进入浏览器显示支付成功
网络协议，按照从底层到上层的顺序
以上是关于网络协议趣谈什么是网络协议的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章