网络架构

单机架构

例子：植物大战僵尸，红警等

CS架构

例子：QQ，大型网游等

1. 客户端：用户安装的软件；
2. 服务端：统一管理数据库的主机中的软件就叫做服务端，再后来服务端不只是管理数据，外加处理业务逻辑。

CS架构要求

1. 用户安装客户端；产商部署服务端
2. 每个用户需要独立安装软件、服务端升级也要每个用户升级

面试题：数据放在服务端和客户端的利与弊？

1. 服务端统一处理有更好的安全性和稳定性而且升级比较容易，不过服务器负担就增加了。
2. 客户端将负担分配到每个用户，从而可以节约服务器资源，安全性和稳定性可能会有一定的问题，但是升级比较麻烦，每个安装的客户端程序都需要升级，另外为了节省网络资源，通过网络传输的数据应该尽量减少！

BS架构

例子：京东，淘宝等

1. 统一客户，用户电脑中的浏览器，访问同种类的网站，具体业务的处理根据相应协议和标准提供通用的服务器程序，在不同的服务器处理。

架构

1. OSI主要用于教学（万恶的大学），在编程的时候用的都是TCP/IP。

2. TCP/IP的对应关系，就像在淘宝购物，快递（网络接口层），告诉卖家地址（网络层）、快递送货（运输层）、收到货物拆包使用（应用层）。

3. 对于广泛使用的东西就需要制定相应的标准，就像大公司有很多制度来规范做事情的流程。由于网络传输应用非常广泛，但是规矩不是强制性的，所以叫做协议而不是标准，TCP/IP参考模型也可以看做是一种协议。

4. BS结构中TCP/IP模型中的网络接口层没有响应的协议，网络层是IP协议，传输层是TCP协议，应用层是HTTP协议，另外还是用到了DNS结构，而且在HTTP上层还有相应。

5. 基于BS结构下的程序就要求解决速度问题，而速度问题的核心就是解决海量数据操作和高并发问题，网站复杂架构就是从这两个问题演变出来的。

区别

互联网的组成

互联网的拓扑结构非常复杂 ，并且在地理位置上覆盖了全球，从工作方式上看，可以划分为两大块：

1. 边缘部分：这部分由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。
2. 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分用来为边缘部分提供服务。

互联网的硬件、软件两部分

当你打开浏览器，输入一个网址比如 <www.taobao.com> ，几秒钟就看到淘宝首页。这个一个简单的动作，整个互联网到底发送了什么？下面是一个简化的过程描述：

1. 浏览器检查是否有缓存过域名对应IP地址
2. 如果没有缓存的域名对应的IP，请求域名服务器解析成对应的IP地址
3. 浏览器建立Socket连接，根据http协议组装http报文，通过tcp/ip协议发送报文。
4. tcp/ip协议会通过网络层网卡（wifi或网线）发射信号到家庭里面的路由器，家里的路由器发送信号到电讯厂商的交换机（中间可能会经过很多次的路由）找到目标服务器，服务器也许托管在IDC机房，也许在阿里云VPS，也许在国外。
5. 机房里面会有大型交换机、机柜、专业的精密空调，你要访问的那台IP的服务器就在其中某个机柜中。
6. 在服务器接收到信号后，会根据tcp/ip协议解出http协议头。根据请求决定需要返回的数据
7. 在服务器端实际上根据业务还有很复杂的逻辑；服务器后面还有许多台服务器，到底指定那台服务器来处理请求，需要负载均衡设备来完成
   要返回的数据是在缓存里面、还是在静态文件中、还是在数据库（如MySQL，Oracle）中
8. 浏览器根据返回的数据，发现有一些静态资源（如CSS，JS，图片等）时有重新发起新的http请求，而这些静态资源文件可能在CDN网络中，请求静态资源的整个过程需需要从第一步重新再走一遍，并且很可能中间经过的交换机，路由过程是不一样的。

硬件组成

1. 终端设备：电脑（pc，笔记本），移动设备（手机，pad），智能电视，智能家居
2. 网络设备：网卡，网线，水晶头，路由器，家用交换机，防火墙设备，中继器，桥接器
3. 主机设备：IDC机房，机柜，精密空调，负载均衡器，服务器，工作站，小型机、大型机

软件组成

1. 网络协议类，比如互联网的基础协议tcp/ip协议
2. 操作系统类，比如window，linux，macOS，android，iOS
3. 平台中间件类：比如webServer，Nginx，Apache，Tomcat，MySQL等
4. 应用类：比如浏览器，微信，邮箱，游戏等等。

OSI七层协议

1. 互联网的本质就是一系列的网络协议，这个协议就叫OSI协议（一系列协议），按照功能不同，分工不同，人为的分层七层。实际上这个七层是不存在的。没有这七层的概念，只是人为的划分而已。

2. 每一层都运行不同的协议，协议就是标准。

3. 七层划分为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

4. 五层划分为：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

5. 四层划分为：应用层、传输层、网络层、网络接口层。
   
   

物理层

物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

数据链路层

1. 数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式<以太网协议>
2. ethernet规定：一组电信号构成一个数据报，叫做’帧’，每一数据帧分成：报头head和数据data两部分
3. ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即Mac地址
4. 计算机底层，只要在一个局域网，都是靠广播的方式。
   
5. 其实基于广播的这种通信就可以实现全世界通信了，你吼一声，如果全世界是一个局域网，全世界的计算机肯定可以听得见，从理论上似乎行得通，但如果全世界的计算机都在吼，你想一想，这是不是一个灾难。因此，全世界不能是一个局域网，于是就有了网络层。

网络层

网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

1. Mac地址是用来标识你在局域网的某个位置，IP地址是用来标识你在哪个局域网。
2. 你要跨网络发包要知道对方的IP地址，计算机在发包前，会判断你在哪个局域网，对方在哪个局域网，如果在一个局域网，基于Mac地址的广播发包就OK了；如果不在一个教室，即跨网络发包，那么就会把你的包交给网关来转发。
3. Mac地址及IP地址唯一标识了你在互联网中的位置。

局域网中怎么获取对方的Mac地址：

1. 肯定要知道对方的IP地址，这是最基本的。
2. 自己的IP可以轻松获得，自己的Mac也轻松获取，目标Mac为12个F，我们叫广播地址，表达的意思是我想要获取这个目标IP地址172.16.10.11的机器的Mac地址。
3. Mac为12个F代表的是一种功能，这个功能就是获取对方的Mac地址，计算机的Mac永远不可能是12个F。
4. 一嗓子吼出去了，所有人开始解包，只有IP地址是172.16.10.11的这个人才会返回他的Mac地址，其他人全部丢弃。发回来源Mac改成自己的Mac地址，同时把目标的Mac地址放在数据部分。

跨网络获取对方的Mac地址：

通过IP地址区分，计算机运算判断出不在同一个局域网内，目标IP就变成了网关的IP了。网关的IP在计算机上配死了，可以轻松获取。

IP协议详解

1. 规定网络地址的协议叫IP协议，它定义的地址称之为IP地址，广泛采用的v4版本即IPv4，它规定网络地址由32位2进制表示
2. 网络部分：标识子网
   主机部分：标识主机
   注意：单纯的IP地址段只是标识了IP地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个IP所处的子网

子网掩码详解

1. ”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。

2. 比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

3. 知道”子网掩码”后，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

4. 总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

ARP协议详解

arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的Mac地址

传输层

传输层功能：建立端口到端口的通信

1. 端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口
2. 有了Mac地址+IP地址+端口，就能确定世界上独一无二的一台计算机上的应用程序

TCP协议

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

UDP协议

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

应用层

应用层功能：规定应用程序的数据格式。

TCP协议的三次握手和四次挥手

背景

通过OSI七层网络模型中IP层的介绍，我们知道网络层，可以实现两个主机之间的通信。但是这并不具体，因为，真正进行通信的实体是在主机中的进程，是一个主机中的一个进程与另外一个主机中的一个进程在交换数据。IP协议虽然能把数据报文送到目的主机，但是并没有交付给主机的具体应用进程。而端到端的通信才应该是应用进程之间的通信。

UDP，在传送数据前不需要先建立连接，远地的主机在收到UDP报文后也不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但是正是因为这样，省去和很多的开销，使得它的速度比较快，比如一些对实时性要求较高的服务，就常常使用的是UDP。对应的应用层的协议主要有 DNS，TFTP，DHCP，SNMP，NFS 等。

TCP，提供面向连接的服务，在传送数据之前必须先建立连接，数据传送完成后要释放连接。因此TCP是一种可靠的的运输服务，但是正因为这样，不可避免的增加了许多的开销，比如确认，流量控制等。对应的应用层的协议主要有 SMTP，TELNET，HTTP，FTP 等。

常用的端口号

三次握手

1. 最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。
2. TCP服务器进程时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
3. TCP客户进程向服务器发出连接请求报文，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
4. TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
5. TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
6. 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
   

TCP四次挥手

1. 数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

2. 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

3. 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

4. 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

5. 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

6. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2*MSL（最长报文段寿命）的时间后，才进入CLOSED状态。

7. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

为什么客户端最后还要等待2MSL？

1. MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。

2. 保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。

3. 防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？

建立连接的时候，服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

socket

什么是Scoket

1. socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
   

套接字工作流程

粘包问题

只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包。

1. 发送端可以是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据。
2. 也就是说，应用程序所看到的数据是一个整体，或说是一个流（stream），一条消息有多少字节对应用程序是不可见的，因此TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的原因。而UDP是面向消息的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不同的。

粘包的两种情况

1. 发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一起，产生粘包）(nagle算法规定，TCP协议会将数据量较小、时间间隔短的数据合并为一条发送给客户端)
2. 接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收（客户端发送了一段数据，服务端只收了一小部分，服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包）

为何TCP是可靠传输，udp是不可靠传输

1. TCP在数据传输时，发送端先把数据发送到自己的缓存中，然后协议控制将缓存中的数据发往对端，对端返回一个ack=1，发送端则清理缓存中的数据，对端返回ack=0，则重新发送数据，所以TCP是可靠的
2. udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，因此不可靠