不敢相信，只用500页笔记就趣谈了网络协议

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原创最新推荐文章于 2026-07-07 10:56:42 发布 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

华为“扫地僧”纯手打《趣谈—网络协议.pdf》，看完只剩一个字：香不知道你有没有发现一个问题：这几年技术更新很快，这几年OpenStack、Docker、Mesos ,Kubernetes、微服务、Serverless、AIOps等技术一个比一个赶，往往都是还没了解、没有运用过这门技术，就又出现了一个新的技术但是当你扒开这层繁杂的外衣，你会发现其本质还是操作系统、计算机网络、数据结构与算法、编译原理、计算机组成与系统结构等等这些可能我们在入门的时候就开始学习的知识！拿网络协议来说，它的变化很小，一旦掌握到一定程度，就会一直受益！这些基础知识带给我们最大的收益就阅读详情

网络协议是什么？为什么要学习网络协议？

一、什么是网络？

西安交通大学的在线课程《系统平台与计算环境》的计算机网络定义，我是比较认同的。

“将不同地理位置的、功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路连接在一起，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传输的系统。”

网络中的计算机需要交流，就需要一种类似于我们语言的东西，我们称之为协议。

二、网络协议是什么？

正如语言不是乱来的，协议也需要遵守三大要素：语法、语义、时序。

语法规定了怎么讲，就是通信双方对话的内容要有一定的规则和格式。

语义规定了讲什么，即通信双方的话要言之有“物"，会要求对方干些什么。

时序规定了先后顺序，同样的话说的顺序不同，其代表的意思也不一定相同。时序就规定了信息交流的顺序。

通过协议，就能够让计算机之间互相通信，从而可以互相合作，合作共赢，共建”计算机命运共同体“。

那么说了这么多，网络协议能干些什么呢？

当你产生这个问题的时候，你就去搜索引擎键入 ”网络协议能干些什么呢“ ，然后点击搜索。

浏览器里面的搜索引擎会给你显示很多很多结果，那么，你有没有思考过浏览器是怎么做到的呢？

三、为什么要学习网络协议？

如果没有网络协议，计算机之间可能就不能进行通信，就会乱套。因此网络协议的存在是十分必要的，我们也看到了，去搜索引擎搜索一个问题，背后都是许多个网络协议共同努力的结果，我使用的这个搜索引擎服务器还在俄罗斯，这么远的距离，浏览器与服务器之间的通信还能正常进行，多么伟大的工程。

既然网络协议既是基础，又绕不过去，还这么难，但是趟过去之后又不怎么变，收益越来越大，那为什么不写一文档，给大家一点可借鉴的经验，帮助大家尽快掌握网络协议呢？

那么，今天咱们就从目录、主要包括的内容和总结三部分给大家进行网络协议的拓展学习，希望大家能够喜欢！！

主要内容

主要把本文内容分为九章来给大家介绍：

第1章通信协议概述.

1.1为什么要学习网络协议

1.2网络分层的真实含义，总结一下本节的内容，理解网络协议的工作模式，有以下两个小窍门。

始终想象自己是一个处理网络包的程序:如何拿到网络包，如何根据规则进行处理，如何发出去。
始终牢记一个原则:只要是在网络上跑的包，都是完整的。可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。

1.3 ifconfig:熟悉又陌生的命令行，通过本节的学习希望你能记住以下的知识点，后面都能用得上:

I地址有定位功能，MAC地址类似身份证号，无定位功能。
CIDR可以用来判断是不是本地地址。
IP地址分公网IP地址和私网IP地址。后面的章节中会谈到“出国门”，就与此有关。

1.4 DHCP与PXE:IP地址是怎么来的，又是怎么没的，本节内容总结如下:

DHCP主要租给客户端IP地址，这个过程和租房很像，要商谈、签约、续租，广播还不能“抢单”。
DHCP会给客户端推荐“装修队”PXE来安装操作系统，这在云计算领域大有用处。

第2章从二层到三层．

2.1从物理层到MAC层:如何在宿舍里自己组网玩联机游戏，本节有3个重点需要记住:

MAC层是用来解决多路访问的“堵车”问题的。
ARP是通过“吼”的方式来寻找目标MAC地址的，“吼”完之后会记住一段时间，这个叫作缓存。
交换机是有MAC地址学习能力的，学会了它就能知道谁在哪里，不用广播了。

2.2交换机与VLAN:办公室太复杂，我要回学校，本节总结如下:

·当交换机的数目越来越多时，会遭遇环路问题，让广播包迷路。这时就需要使用STP通过“比武论剑”的方式，将有环路的图变成没有环路的树，从而解决环路问题。
·交换机数目过多会导致隔离问题。可以通过VLAN形成虚拟局域网，从而解决广播问题和安全问题。

2.3ICMP与ping:投石问路的侦察兵，本节内容总结如下:

·ICMP 相当于网络世界的侦察兵。本节讲解了两种类型的ICMP报文，一种是主动探查的查询报文，一种异常报告的差错报文。
ping使用查询报文，Traceroute使用差错报文。

2.4世界这么大，我想出网关:欧洲十国游与玄奘西行，本节总结如下:

·如果离开局域网，就需要经过网关。
·路由器是一个三层设备，里面有如何寻找下一跳的规则。
·经过路由器之后MAC头要变，如果I地址不变，相当于不换护照的“欧洲十国游”，如果IP地址改变，相当于换护照的“玄奘西行”。

2.5路由协议:“西出网关无故人""敢问路在何方”，本节总结如下:

路由分静态路由和动态路由，静态路由可以配置复杂的策略路由，控制转发策略。
动态路由有两种主流协议，距离矢量路由协议和链路状态路由协议。分别对应BGP和OSPF 这两个实现。

第3章重要的传输层．

3.1 UDP:虽然简单但是可以定制化，本节总结如下:

如果将TCP比作成熟的社会人，UDP则是头脑简单的小朋友。TCP复杂，UDP简单。TCP维护连接，UDP谁都相信。TCP知进退，UDP愣头青一个，勇往直前。
·UDP虽然简单，但它有简单的用法。它可以用在环境简单、需要多播、应用层自己控制传输的地方，例如DHCP、VXLAN、QUIC等。

3.2 TCP(上):虽然复杂，使用起来却轻松，本节总结如下:

· TCP头很复杂，但是主要关注五个方面:顺序问题、丢包问题、连接维护、流量控制，以及拥塞控制。
连接的建立要经过三次握手，断开要经过四次挥手。

3.3 TCP (下):西行必定多妖孽，恒心智慧消磨难，总结如下:

顺序问题、丢包问题、流量控制都是通过滑动窗口来解决的，滑动窗口其实就相当于领导和下属的工作备忘录，布置过的工作要有编号，干完了有反馈，活儿不能派太多，也不能太少。
拥塞控制是通过拥塞窗口来解决的，相当于往管道里面倒水，快了容易溢出，慢了浪费带宽，要摸着石头过河，找到最优值。

3.4 socket: Talk is cheap, show me the code ，本节总结如下:

你需要记住在基于TCP和UDP的socket程序的函数调用过程中，客户端和服务端都需要调用哪些函数。
写一个能够支撑大量连接的高并发的服务端不容易，需要多进程、多线程，而 epoll能解决C10K问题。

第4章常用的应用层．

4.1 HTTP:看个新闻原来这么麻烦，本节总结如下:

HTTP很常用，也很复杂，重点记住GET、POST、PUT、DELETE这几个方法，以及重要的首部字段。
HTTP2.0通过头压缩、分帧、二进制编码、多路复用等技术提升性能。
QUIC协议通过基于UDP自定义的连接、重传、多路复用、流量控制等机制进一步提升性能。

4.2 HTTPS:点外卖的过程原来这么复杂，本节总结如下:

加密分对称加密和非对称加密。对称加密效率高，但是解决不了密钥传输问题;非对称加密可以解决这个问题，但是效率低。
非对称加密需要通过证书和权威机构来验证公钥的合法性。
HTTPS是综合了对称加密和非对称加密的HTTP。既保证传输安全，也保证传输效率。

4.3流媒体协议:如何在直播里看到帅哥美女，本节总结如下:

编码两大流派达成了一致，都是通过关于时间、空间的各种算法来压缩数据的。
压缩好的数据，为了方便传输会组成一系列NALU，按照帧和片依次排列。
排列好的NALU在网络传输时，要按照RTMP包的格式进行包装，RTMP包会拆分成块进行传输。
推送到流媒体服务器的视频流经过转码和分发，可以被客户端通过RTMP拉取，然后组合为NALU，解码成视频格式进行播放。

4.4 P2P协议:下载电影，分布式协议速度快，本节总结如下：

下载一个文件可以使用HTTP或FTP，这两种协议都使用集中下载的方式，而P2P则换了一种思路，采取去中心化下载的方式。
P2P也有两种下载方式，一种是依赖于tracker服务器，即元数据集中，文件数据分散;另一种基于分布式哈希算法，元数据和文件数据全部分散。

第5章陌生的数据中心.

5.1 DNS:网络世界的地址簿，本节总结如下:

DNS是网络世界的地址簿，可以通过域名查询地址，由于DNS服务器是按照树状结构组织的，因而域名查找使用的是递归的方法，并通过缓存的方式增强性能。
域名和IP地址相互映射的过程给了应用基于域名做负载均衡的机会,可以实现简单的负载均衡，也可以根据地址和运营商实现全局负载均衡。

5.2 HTTPDNS:网络世界的地址簿也会指错路，本节需要记住以下两个重点:

·传统的DNS服务器有很多问题，例如解析慢、更新不及时。因为缓存、转发NAT问题导致客户端误会自己所在的位置和所属的运营商，从而影响流量的调度。
·HTTPDNS服务器通过客户端SDK，服务端通过HTTP直接调用解析DNS服务器的方式，绕过了传统DNS服务器的缺点，实现了智能调度。

5.3 CDN:你去小卖部取过快递吗，本节需记住以下两个重点:

CDN和电商系统的分布式仓储系统-样，分为中心节点、区域节点、边缘节点，将数据缓存在离用户最近的位置。
CDN最擅长的是缓存静态数据,除此之外还可以缓存流媒体数据,这时要注意使用防盗链。CDN也支持动态数据缓存，可用模式有两种:一种是边缘计算的生鲜超市模式，另一种是链路优化的冷链运输模式。

5.4数据中心:我是开发商，自己拿地盖别墅，本节需要记住以下3个重点:

数据中心分为三层。服务器连接到接入层，然后是汇聚层，接着是核心层，最外面是边界路由器和安全设备。
数据中心的所有链路都要高可用。服务器可以绑定网卡，交换机可以堆叠，三层设备可以通过等价路由，二层设备可以通过TRILL协议实现高可用。
随着云和大数据的发展,东西流量相较于南北流量更加重要,因而演进出叶脊网络结构。

5.5 VPN:朝中有人好做官，本节总结如下:

VPN可以将一个机构的多个数据中心通过隧道连接起来,让机构感觉在一个数据中心里面一样，如同自驾游通过琼州海峡。
完全基于软件的IPsec VPN可以保证私密性、完整性、真实性，简单便宜，但是性能稍微差一些。
MPLS-VPN综合了I转发模式和ATM标签转发模式的优势，性能较好，但是需要从运营商处购买。

5.6移动网络:去巴塞罗那，手机也上不了“脸书”，本节总结如下:

移动网络的发展历程从2G到3G，再到4G，功能逐渐从以打电话为主转变为以上网为主。
请记住4G网络的结构，有eNodeB、MME、SGW、PGW等，分控制面协议和数据面协议，你可以对照这个结构，试着说出手机上网的流程。
即便你在国外运营商的范围内上网，也要由国内运营商控制，因而也上不了“脸书”。

第6章云计算中的网络．

6.1云中网络:自己拿地成本高，购买公寓更灵活，本节总结如下:

云计算的关键技术是虚拟化，这里我们重点关注的是虚拟网卡通过打开TUN/TAP字符设备的方式，将虚拟机内外连接起来。
云中的网络重点关注四个方面:共享、隔离、互通、灵活。其中共享和互通有两种常用的方式，分别是桥接和NAT，隔离可以通过VLAN的方式来进行。

6.2软件定义网络:共享基础设施的小区物业管理办法，本节总结如下:

用SDN 控制整个云里面的网络，就像小区保安从总控室管理整个物业是一样的，将控制面和数据面进行了分离。
Open vSwitch是一种开源的虚拟交换机的实现，它能对经过自己的网络包做任意修改，从而使得云对网络的控制十分灵活。
将Open vSwitch引入云之后，可以使配置简单而灵活，并且可以解耦物理网络和虚拟网络。

6.3云中网络之安全:虽然不是土豪，也需要基本保障，本节总结如下:

云中的安全策略的常用方式是使用iptables的规则,请记住它的5个链:PREROUTING、INPUT、FORWARD、OUTPUT、POSTROUTING。
iptables 的表分为4种: raw、mangle、nat、filter。其中安全策略主要在filter表中实现，而虚拟网络和物理网络地址的转换主要在nat表中实现。

6.4云中网络之QoS:室友疯狂下电影，我该怎么办，本节总结如下:

云中的流量控制主要是通过队列进行的，排队规则分为两大类:无类别排队规则和基于类别的排队规则。
在云中网络Open vSwitch中，主要使用HTB将总的带宽在一棵树上按照配置的比例进行分配，并且在一个分支不使用流量时，借给另外的分支，从而增强带宽利用率。

6.5云中网络之隔离GRE、VXLAN:虽然住一个小区，也要保护隐私，本节总结如下:

要对不同用户的网络进行隔离,解决VLAN数目有限的问题,需要通过Overlay的方式，常使用的是GRE和VXLAN。
GRE是一种点对点的隧道模式，VXLAN是支撑组播的隧道模式，它们都要在某个隧道端口进行封装和解封装，实现跨物理机的互通。
Open vSwitch可以作为隧道端口，通过设置流表规则在虚拟机网络和物理机网络之间进行转换。

第7章容器技术中的网络．

7.1容器网络:来去自由的日子，不买公寓去合租，本节总结如下:

容器是一种比虚拟机更加轻量级的隔离方式，主要通过namespace和 cgroup技术进行资源的隔离，namespace负责“看起来”隔离，cgroup负责“用起来”隔离。
容器网络连接到物理网络的方式和虚拟机很像，通过桥接的方式可以实现一台物理机上容器的相互访问，如果要访问外网，最简单的方式还是通过NAT。

7.2容器网络之Flannel:每人一亩三分地.，本节总结如下:

基于NAT的容器网络模型在微服务架构下有两个问题，一个是IP地址重叠，另一个是端口冲突，需要通过Overlay 网络保持跨节点的连通性。
Flannel是跨节点容器网络方案之一，它提供的Overlay方案主要有两种方式，一种是UDP在用户态封装，另一种是VXLAN在内核态封装，而VXLAN的性能更好一些。

7.3容器网络之Calico:为了高效说出善意的谎言，本节总结如下:

Calico推荐使用物理机作为路由器，这种模式没有虚拟化开销，性能比较高。
Calico的主要组件包括路由、iptables 的配置组件Felix、路由广播组件BGP Speaker，以及大规模场景下的BGP路由反射器。
为解决跨网段的问题，Calico还有一种IPIP模式，即在两台机器之间打一个隧道，两台机器分别位于隧道两端，这样本来不是邻居的两台机器，因为隧道变成了相邻的机器。

7.4 RPC概述:远在天边，近在眼前，本节总结如下:

远程调用看起来用socket编程就可以了，其实是很复杂的，要解决协议约定问题、传输协议问题和服务发现问题。
Bruce Jay Nelson的论文、早期ONC RPC框架，以及NFS的实现，给出了解决这三大问题的示范性实现，即协议约定要公用协议描述文件并通过这个文件生成Stub程序，RPC的传输一般需要一个状态机，同时需要另外一个进程专门做服务发现。