linux高性能服务器编程 (一) --Tcp/Ip协议族

前言：

在学习swoole入门基础的过程中，遇到了很多知识瓶颈，比方说多进程、多线程、以及进程池和线程池等都有诸多的疑惑。之前也有学习相关知识，但只是单纯的知识面了解。而没有真正的学习他们的来龙去脉。所以为了swoole打下坚实的基础，打算从《linux高性能服务器编程》一书中找到启蒙。在此作为学习总结。

书本架构：

书中 1-4 章节，主要介绍TCP/IP协议族网络知识、以及TCP/IP通信的过程。

书中 5-15章节，主要解析服务器编程的主要方面（概念、模型、函数、实践）

第一章

　1.1 TCP/IP协议族体系结构和协议　

　　 TCP/IP协议族是因特网最主流的协议，之前OSI将网络通信划分为7层模型，导致了网络通信的复杂性，后来就简化为目前的四层协议体系。

　　 传说中的TCP/IP协议大致分为四类：数据链路层、网络层、传输层、应用层。

　　这个网络模型到底有什么用处呢？

　　　　其实就是封装数据传输IO交互数据。也就相当于入栈 和 出栈 的一个过程

　　　　具体流程如下：

　　　　1）入栈 发送 请求流程 - 客户端

　　　　　　（应用层）http数据

　　  　　（传输层）tcp首尾部 + http数据

　　　　　　（网络层）ip首尾部 + tcp 首尾部 + http数据

　　　   　　（链路层）以太网首尾部 + ip首尾部 + tcp 首尾部 + http数据

　　　　2）出栈 接受 请求数据 - 服务端

　　　　　　（链路层）以太网首尾部 + ip首尾部 + tcp 首尾部 + http数据

　　　　　　（网络层）ip首尾部 + tcp 首尾部 + http数据

　　　　　　（传输层）tcp首尾部 + http数据

　　　　　　（应用层）http数据

　　1、数据链路层：

　　　数据链路层有两个常用的协议 ARP（地址解析协议）和 RARP (逆地址解析协议) 它们实现了ip地址和机器物流地址（mac地址）之间的相互转换。

　　   ARP 协议就是将 IP 地址转换成 MAC的物理地址；因为在数据链路层传输的datagram只能识别MAC地址，所以只能将IP地址转换成MAC物理地址再进行传输定向；

　　   ARP 的工作原理：发出一个ARP request 这个请求是个没有指定目的地的广播，当网络中有匹配的物理地址时，就将这个物理地址返回即 ARP reply. ARP replay 带着明确地址的目标地址 (MAC物理地址) 。

RARP 就是 ARP的逆向，也就是 MAC物理地址转换成 IP地址。因为为了用于网络上某些无磁盘操作系统的IP地址设计的，具有磁盘的操作系统通常是从磁盘中的配置文件中读取IP地址的，但是无盘系统无法这样操作，所以就需要将MAC地址转换成IP地址。

　　　RARP 的工作原理：RARP 的 request 和 replay 的工作原理类似，但是发送的请求过程远比 ARP 复杂，因为 RARP request packet包中没有IP地址，就无法通过路由器进行转发，因为路由器是工作在网络层的，网络层的协议是IP协议，因此执行流程复杂。具体详情可百度一下。

　　2、网络层：

　　　网络层最核心的协议是IP协议，由于通信的两台主机不是直接相连的，所以IP协议是实现数据包的选路和转发。并通过路由器的形式转发，轮训的重复直到寻找到合适的路由器将数据包成功送达到目标主机。或者发送失败而被丢弃。

　　　网络层另一个重要的ICMP协议（因特网控制报文协议）：主要用于检测网络连接。它实际上不是一个真正意义上的协议，而是IP协议的一个重要补充。ICMP协议使用报文格式如图：

　　　

　　   1） 8位类型知道用于区分报文类型，ICMP报文分为两大类：一类是差错报文，另一类是查询报文

　　   2）有的ICMP报文还使用8位代码字段进行不同的细分。

　　   3）ICMP 报文使用16位校验和字段对整个报文进行循环用于校验。

　　3、传输层：

　　　　传输层协议主要有三个：TCP协议、UDP协议和SCTP协议。传输层为应用程序封装了一条端到端的逻辑通信链路，它负责数据的收发、链路的超时重连等。通常我们只讨论前两种协议。

　　　　TCP协议（传输控制协议）提供可靠的、面向连接的和基于流的服务（流没有边界控制）。TCP协议提供超时重传、数据确认等方式确保数据被正确送达目的端，所以TCP服务是可靠的连接。

　　　　UDP协议（用户数据报协议）和TCP协议恰恰相反，它提供应用层不可靠、无连接和基于数据报的服务。

　　　　SCTP协议（流控制传输协议）传输电话信号设计的

　　　　

性能对比	TCP/IP	UDP
可靠性	可靠	不可靠
连接性	面向链接	无连接
报文	面向字节流	面向报文
效率	传输效率低	传输效率高
双工性	全双工	一对一、一对多、多对多
应用场景	效率要求低，准确性高	效率要求低，准确性低
阻塞控制	慢开始，拥塞避免，快重传，快恢复	无
传输速度	慢	快

　　4、应用层：

　　　　应用层负责处理应用程序的逻辑。数据链路层、网络层和传输层负责处理网络通信细节，必须稳定高效，所以它们都放在内核空间中实现。而应用层则在用户空间实现，因为它计算的逻辑相对庞大比如（文件传输、名称查询、网络管理等）。

　　　　应用层有很多协议：

　　　　ping是应用程序：不是一个协议、它是检测网络连接、是网络环境调试的必备工具。

　　　　telnet是远程登录协议：它可以让我们在本地完成远程任务。

　　　　OSPF开放最短路径优先：是一个动态路由更新协议，用于路由器之间的通信，告知对方各种的路由信息。

　　　　DNS域名服务：将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库。（后面介绍）

　　　　应用层协议：可以跳过传输层直接使用网络层提供服务。