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软件工程师需要了解的网络知识:从铜线到HTTP

软件工程师需要了解的网络知识:从铜线到HTTP(一)—— 前言

 写作目标

本文面向中国互联网届众多的“应用软件工程师”,确切地说,面向 web 后端工程师(Java、PHP),web 前端工程师,移动开发工程师(iOS、Android)。本文将从铜线讲起,一路讲到 HTTP,为大家剖析出一个真实的“网络”。

写作由来

内容来源

前两天我给一个要跳槽的做 iOS 的哥们儿讲了几个小时的网络,给他的面试铺路,在讲之前,我就意识到了这次的内容如果能够整理一下将会是一套丰富的面向软件工程师的网络教程。…

OSI七层模型简介-原创

OSI七层模型简介

不能跨层传递, 只有物理层能实现物理通信,而其它层是逻辑通信 .

OSI七层网络模型

TCP/IP四层概念模型

硬件 协议 数据单元 说明
应用层(Application) 应用层 HTTP,FTP,telnet,DNS,MQTT,
SMTP,SSH等
DATA  apache,nginx等
表示层(Presentation)  MIME SSL TLS XDR  包括数据格式转换、加密和压缩,涉及编码格式,图片格式等ASCII EBCDIC MIDI MPEG
会话层(Session)  Sockets ,RPC  会话层控制计算机之间的对话(连接)。建立、管理和终止本地和远程应用程序之间的连接(一般由多线程维持多个会话连接)操作系统/应用读取
传输层(Transport) 传输层  可有四层硬件 TCP, UDP Segment (TCP) / Datagram (UDP)  端口(port)到端口(找到应用程序)

OSI七层模型与TCP/IP五层模型

        博主是搞是个FPGA的,一直没有真正的研究过以太网相关的技术,现在终于能静下心学习一下,希望自己能更深入的掌握这项最基本的通信接口技术。下面就开始搞了。

一、OSI参考模型

        今天我们先学习一下以太网最基本也是重要的知识——OSI参考模型。
 1、OSI的来源
        OSI(Open System Interconnect),即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型,是ISO(国际标准化组织)组织在1985年研究的网络互连模型。
        ISO为了更好的使网络应用更为普及,推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范,就能互联了。
  2、OSI七层模型的划分
       OSI定义了网络互连的七层框架(物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层),即ISO开放互连系统参考模型。如下图。
        每一层实现各自的功能和协议,并完成与相邻层的接口通信。OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力,它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。
    
 3、各层功能定义
        这里我们只对OSI各层进行功能上的大概阐述,不详细深究,因为每一层实际都是一个复杂的层。后面我也会根据个人方向展开部分层的深入学习。这里我们就大概了解一下。我们从最顶层——应用层 开始介绍。整个过程以公司A和公司B的一次商业报价单发送为例子进行讲解。
<1>    应用层
        OSI参考模型中最靠近用户的一层,是为计算机用户提供应用接口,也为用户直接提供各种网络服务。我们常见应用层的网络服务协议有:HTTP,HTTPS,FTP,POP3、SMTP等。
        实际公司A的老板就是我们所述的用户,而他要发送的商业报价单,就是应用层提供的一种网络服务,当然,老板也可以选择其他服务,比如说,发一份商业合同,发一份询价单,等等。
<2>    表示层
        表示层提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。如果必要,该层可提供一种标准表示形式,用于将计算机内部的多种数据格式转换成通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。
        由于公司A和公司B是不同国家的公司,他们之间的商定统一用英语作为交流的语言,所以此时表示层(公司的文秘),就是将应用层的传递信息转翻译成英语。同时为了防止别的公司看到,公司A的人也会对这份报价单做一些加密的处理。这就是表示的作用,将应用层的数据转换翻译等。
<3>    会话层
        会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。      
        会话层的同事拿到表示层的同事转换后资料,(会话层的同事类似公司的外联部),会话层的同事那里可能会掌握本公司与其他好多公司的联系方式,这里公司就是实际传递过程中的实体。他们要管理本公司与外界好多公司的联系会话。当接收到表示层的数据后,会话层将会建立并记录本次会话,他首先要找到公司B的地址信息,然后将整份资料放进信封,并写上地址和联系方式。准备将资料寄出。等到确定公司B接收到此份报价单后,此次会话就算结束了,外联部的同事就会终止此次会话。
<4>   传输层

TCP/IP指南

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译者:(   )
译文发布时间:2001-12-28
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Network Working Group                                      T. Socolofsky
Request for Comments:  1180                                      C. Kale
                                                  Spider Systems Limited
                                                            January 1991

  
  

TCP/IP指南
(RFC1180——A TCP/IP Tutorial)
  
本备忘录的状态
  
这本 RFC 是 TCP/IP 协议的指南, 重点介绍通过一个路由 
器从来源主机提交一个 IP 数据包到目的地主机的步骤。 
它不指定一个因特网标准。 
  
目录
  

TCP接入层的负载均衡、高可用、扩展性架构

一、web-server的负载均衡

互联网架构中,web-server接入一般使用nginx来做反向代理,实施负载均衡。整个架构分三层:

  • 上游调用层,一般是browser或者APP
  • 中间反向代理层,nginx
  • 下游真实接入集群,web-server,常见web-server的有tomcat,apache

 

整个访问过程为:

  • browser向daojia.com发起请求
  • DNS服务器将daojia.com解析为外网IP(1.2.3.4)
  • browser通过外网IP(1.2.3.4)访问nginx
  • nginx实施负载均衡策略,常见策略有轮询,随机,IP-hash等
  • nginx将请求转发给内网IP(192.168.0.1)的web-server

 

由于http短连接,以及web应用无状态的特性,理论上任何一个http请求落在任意一台web-server都应该得到正常处理(如果必须落在一台,说明架构不合理,不能水平扩展)。

 

问题来了,tcp是有状态的连接,客户端和服务端一旦建立连接,一个client发起的请求必须落在同一台tcp-server上,此时如何做负载均衡,如何保证水平扩展呢?

 

二、单机法tcp-server

单个tcp-server显然是可以保证请求一致性:

  • client向tcp.daojia.com发起tcp请求
  • DNS服务器将tcp.daojia.com解析为外网IP(1.2.3.4)
  • client通过外网IP(1.2.3.4)向tcp-server发起请求

 

方案的缺点?

无法保证高可用。

 

三、集群法tcp-server

通过搭建tcp-server集群来保证高可用,客户端来实现负载均衡

  • client内配置有tcp1/tcp2/tcp3.daojia.com三个tcp-server的外网IP
  • 客户端通过“随机”的方式选择tcp-server,假设选择到的是tcp1.daojia.com
  • 通过DNS解析tcp1.daojia.com

用 netstat 命令,分析网络连接情况

  1. // 用jps命令,显示所有JAVA进程。
  2. # jps
  3. 18374 DesktopServerLauncher
  4. 14690 Bootstrap
  5. 23211 Jps
  6. //除了jps那行,其余全是JAVA进程。
  7. // 用netstat命令,显示进程ID和程序名(p);然后用grep命令找出进程18374;然后用head命令显示前3行。
  8. # netstat -antp | grep 18374 | head –3
  9. tcp        0      0 :::54104                    :::*                        LISTEN      18374/java
  10. tcp        0      0 ::ffff:
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