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为什么要学习网络协议

时间：03-20来源：作者：点击数：

本文摘自刘超的《趣谈网络协议》第一讲：为什么要学习网络协议

前言

《圣经》中有一个通天塔的故事，大致是说，上帝为了阻止人类联合起来，就让人类说不同的语言。人类无法沟通，达不成“协议”，通天塔的计划就失败了。

后来出现了，一种“程序猿”的物种，敲着一种这个群体通用的语言，连接着全世界所有的人，打造着互联网世界的通天塔。

但是，要想打造互联网世界的通天塔，只教给一台机器做什么是不够的，需要教会一大片机器做什么，这就需要网络协议来进行。只有通过网络协议，才能使一大片机器互相协作、共同完成一件事。

协议三要素

语法就是这一段内容要符合一定的规则和格式。

语意就是这一段内容要代表特定含义。

顺序就是先干啥，后干啥。

当你在浏览器中输入购物网站网址，回车后，浏览器就会出现购物网站缤纷多彩的商品页面，这个过程浏览器是如何做到的呢？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”。格式如下：

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> 网易考拉 3 周年主会场 </title>

上面这段http协议它符合协议三要素吗，答案肯定是呀。

首先，符合语法，只要按照上面的格式，浏览器才会认识，可简单分为：先状态，在首部，最后是内容。

其次，符合语义，就是要按照约定的意思来。例如，状态200，表示的意思是页面成功返回。例如，状态404，表示的意思是请求的资源不存在。

最后，符合顺序，输入网址，回车发送一个http请求，然后才有上面那一串http响应。

我们常用的网络协议有哪些？

接下来我们就看看一个购物过程都用到了哪些网络协议。

DNS/HTTPDNS：你在浏览器中输入https//www.kaola.com，这是一个URL。对于浏览器来说他只知道名字是“www.kaola.com”，但是不知道具体的地点，也就不直到到怎么去访问。浏览器于是就去域名相关的y一般的地址薄–DNS，或者更加精准的地址薄–HTTPDNS去查询该名称具体对应的地址。

无论使用那种方式去查找，最终都会得到一个相同的地址：106.114.138.24，也就是常说的IP地址。这个IP地址就是互联网世界中的“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；但是对于购物的请求，往往需要进行加密传输，因而会使用HTTPS协议。无论什么协议，里面都会写明“你要买什么，买多少”。

DNS、HTTP、HTTPS所在的层我们称为应用层。经过封装之后，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，下一层就是传输层。

UDP/TCP：UDP/TCP都属于传输层协议，UDP是一种无连接的协议，TCP是一种面向连接的协议。对于支付来讲，往往使用TCP协议。所谓面向连接就是，TCP会保证请求的包会到达目的地，如果不能到达，就会重新发送（浏览器/用户是不感知该行为），直到包到达为止。

TCP协议里面会有两个端口，一个是浏览器监听的端口，一个是目标电商的服务器监听的端口。操作系统往往通过端口来判断，他得到的包应该给那个进程。

IP：传输层封装完毕后，浏览器会将包交给操作系统的网络层。网络层协议是IP协议，在IP协议里面会有源IP地址（浏览器所在机器的IP地址）和目标IP地址（电商服务器的IP地址）。

操作系统已经知道了目标IP地址，操作系统往往会进行判断，该IP地址是否是本地地址。（这里只说外地IP地址）操作系统知道要访问外地的IP地址就会去网关哪里问一下。而操作系统启动的时候，就会被DHCP协议配置IP协议，以及默认的网关的IP地址，譬如：192.168.1.1。

ARP：操作系统怎么将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，我的本地址是多少，回答给大吼的人，这个本地址就是（MAC地址）。而大吼的那一声就是ARP协议。

于是操作系统将IP包交给下一层，也就是MAC层。网卡再将包发出去。由于这个包里面是包含MAC地址的，因此能够达到网关。

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城关。每个城关连接着两个国家，每个国家相当于一个居于网，每个国家内部，都可以使用本地的地址MAC进行通信。

一旦跨过城关，就需要拿出IP头来，里面写着贫僧来自东土大唐（源IP地址），欲往西天拜佛求经（目标IP地址）。路过宝地，借宿一晚，明日启程，请问接下来该怎么走？

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，当网络包知道下一不去哪个城关，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，然后问下一步怎么走，一直走出最后的一个城关。

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，发给操作系统的网络层。发现IP地址也对上了，就取下IP头。IP头里会封装的是TCP协议，然后将其交给传输层，即TCP层。

在这一层里，对于收到的每一个包，都会有一个回复说明，说明包收到了。这个回复的包绝非是这次下单请求的结果，例如购物是否成功，扣了多少钱，而仅仅是TCP层的一个说明，即收到请求到之后的回复。当然这个回复，会沿着刚才来的方向走回去，报个平安。

如果过一段时间还是没到，发送端的TCP层就会重新发送这个包，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个。对于浏览器来讲，就发送了一次下单请求，TCP会闷头重试。除非TCP这一层出了问题，例如连接断了，才会轮到浏览器的应用层重新发送这个下单请求。

当网络包平安到达TCP层之后，TCP头中有目标端口，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，假设Tomcat将这个包发给电商网站。