计算机网络再次整理————tcp周边[八]

前言

tcp的包的格式可以看我以前的计算机网络整理，下面这些周边只是为了开发时候我们能用到一些理论知识。

正文

首先要介绍的就是域名，为啥有域名这东西呢？单纯站在网络的角度上讲这属于应用层的东西了。

如果站在万物互联的角度上讲，把互联网看做是一台大型电脑的话，那么域名就相当于句柄了。

句柄这东西解释一下，句柄（Handle）是一个是用来标识对象或者项目的标识符，可以用来描述窗体、文件等，值得注意的是句柄不能是常量。

Windows之所以要设立句柄，根本上源于内存管理机制的问题，即虚拟地址。简而言之数据的地址需要变动，变动以后就需要有人来记录、管理变动，因此系统用句柄来记载数据地址的变更。在程序设计中，句柄是一种特殊的智能指针，当一个应用程序要引用其他系统（如数据库、操作系统）所管理的内存块或对象时，就要使用句柄

比如我们要访问某个服务，但是服务器的ip地址是可以变动的，那么如果是这样的话，那么就有一个问题，那就是这个ip要一直属于你，但是这是不可能的。

那么就有了域名这东西，ip再怎么变化，同一个域名代表着某种服务，域名不变服务就不变了。

那么我们知道源计算机到目标计算机的是通过ip协议的，也就是说传输跟域名是无关的，那么域名如何应对变化的ip呢？

那么就有人想出了DNS这东西，Domain name system(域名系统)，它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS使用UDP端口53。当前，对于每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。

大概是这么一个东西，使用的是udp，那么我们浏览器访问域名，实际上内部会帮助我们将域名转换为ip然后发送出去，那么域名标志就在我们应用层才知道是啥，比如说http将域名放在header 里面的host位置上。

上面是dns抓包。这里可以看到我配置了DNS 服务配置是192.168.0.1，也就是我的网关。

那么如果192.168.0.1 如果无法解析出域名，那么就会传到下一级DNS服务器了。

static void Main(string[] args)
{
	var addresses = Dns.GetHostEntry("www.baidu.com").AddressList;
	foreach (var item in addresses)
	{
		Console.WriteLine($"ip地址:{item.ToString()}");
	}
	Console.ReadLine();
}

我们代码中获取也是相当简单。

然后这里可以看到，我们一个域名会返回AddressList，也就是多个地址。

这个是一个常规现象，怎么说呢，可能多个ip配置一个域名，可以做到负载均衡的作用。

那么多个ip配置一个域名，那么访问域名访问的是哪个ip呢？

在域名解析过程中，通过层层解析，必将域名对应到 IP（逐级授权、中间 CNAME 层层转发，此处按下不表）对于对应到的IP，可能1个，也可能13个（不建议超过13个），DNS 会一股脑将这（些）个 IP 给解析客户端（如浏览器、操作系统的解析服务）最终的应用或系统解析服务，从中随机挑选一个（如果是定制的应用，还可以通过后续的应用层访问对获取到的 IP 做 HA 或权重）

也就是说你用哪个ip是应用程序自己决定的，当然有些库是帮你轮询了，也有些库只选用第一个，但这不是DNS帮你干的事情，DNS 只会返回你在服务商配置的信息。

一些大型网站或CDN服务商为了实现负载均衡，他们的DNS服务器会动态改变多个IP地址的顺序，使得每个IP地址都有机会成为解析结果中的第一个IP地址。

既然域名能解析成ip，那么ip是否能反向解析为域名呢？也是可以的。

https://baike.baidu.com/item/域名反向解析/9327917

平时也没过反向解析这东西，上面也是写道是邮件识别安全问题，不做过多的评论，总之是可以的。

那么对于我们的应用来说，现在ip修改的问题解决了，那么是否直接一个socket，然后通信编写我们自己的应用协议就行呢？

因为我们的应用各不相同，那么就有不同的场景，也就有了不同的需求，那么可以通过对socket的配置来满足我们的需求。

static void Main(string[] args)
{
	var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
	socket.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Tcp, SocketOptionName.ReceiveBuffer, 4098*2);
}

比如tcp是流，我们可以设置输入缓冲区的大小，当然也可以设置输出缓冲区的大小了。

但是值得注意的是，这个设置操作系统可能并不会100%执行，比如说我设置了两倍，那么操作系统不一定按照两倍，可能是1点多倍，这个操作系统有自己的算法的。

那么是否配置是否只影响性能呢？答案其实不是的，还可能短时间无法重启问题。

这就是著名的 time-wait 问题。

这上面标红的部分就是time-wait。

为啥有time-wait呢？ time-wait 一定是在首先发送断开的一方。

下面把首先发送端口的比作是A，后面断开的比作是B。

为什么有time-wait呢？ 因为A断开的一方没有time-wait，也就是说发送最后的ack这个socket销毁了，那么可能发送的ack没有到达B（丢失）。B就不知道A收到了FIN信号，那么B就会进行重试，但是A的socket消失了，然后B永远收不到Ack，无法正常关闭。

那么这个time-wait有什么问题呢？ 比如我们的服务应用宕机了，如果socket 在time-wait 那么我们指定socket bind 某个指定的端口了，那么如果该socket处于time-wait状态，那么服务重启就会报告被端口占用情况。

那么有没有办法解决呢？

这个是允许绑定time-wait socket使用的端口。

Q:编写 TCP/SOCK_STREAM 服务程序时，SO_REUSEADDR到底什么意思？

A:这个套接字选项通知内核，如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT ，可以重用端口。如果端口忙，而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息，指明"地址已经使用中"。如果你的服务程序停止后想立即重启，而新套接字依旧使用同一端口，此时SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到，此时任何非期望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不可能。

前面几篇文章中提及到nagle这个词，nagle 是一个算法，主要是优化小数据网络流量问题。

nagle 是在什么条件下诞生的呢？ 我们指定tcp 是建立在ip协议的基础上，ip协议和tcp协议都是占用字节的，如果你传输一个字节就要给你发送一次的话，也就是说协议的大小要大于数据的大小，那么可以想象流量多么浪费。

那么nagle 就是这样的，比如要发送nagle，n、a、g、l，这个一个字节一个字节发送的话，那么首先n传入到缓存中去，然后发送，这个时候等n传输的ack回来后，那么此时缓存中可能就有了agl，那么就会把agl全部发送出去。

也就是说要等上一个消息的ack确定对方收到后，才开始发送下一条消息。如果设置socket 为TCP_NODELAY为true，那么不会等上一个ack收到就会发送新的数据。

那么nagle 算法是不是百分百适用呢？ 答案肯定是否定的，没有任何一种算法是100%的。

如果我们在传输大文件的时候，很快就会填充掉io的缓存，如果使用nagle 算法，那么要等待ack回来后才能发送，就有点影响效率了。

Nagle算法的规则(可参考tcp_output.c文件里tcp_nagle_check函数注释)：

(1)如果包长度达到MSS，则允许发送；

(2)如果该包含有FIN，则允许发送；

(3)设置了TCP_NODELAY选项，则允许发送；

(4)未设置TCP_CORK选项时，若所有发出去的小数据包(包长度小于MSS)均被确认，则允许发送；

(5)上述条件都未满足，但发生了超时(一般为200ms)，则立即发送。

那么可能就有人问了，那么tcp 都没有ack确认后再进行发送，那么对方收到的包的顺序不就是乱的啊，怎么能保证数据流顺序正常呢？

这个问题的其实吧，tcp 的包里面的数据是有编号的，并不是说发送方发完消息，然后发送方收到了接收方收到了消息（ack），然后保证数据顺序的。

那这就太局限了，其实tcp保证顺序是有编号的，这就要从tcp格式说起了，以前整理的也有，后面再次整理的时候会补充。

socket的配置还有很多，比如TCP_CORK啊，可以百度看看。

结

上面就是为了说明一下tcp是一个非常复杂的协议， 我们在做应用的时候需要了解一些配置，或许有利于性能以及稳定性。下一节，多进程的tcp服务。