网络性能与通信机制-优快云博客

网络性能

谈网络我们最关注的是网络性能，而网络性能的两大指票是：带宽，延迟。（如下图）

带宽越大，并不意味着你的延迟越小。
延迟=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

通信方式

通信双方的分工和信号传输方向可将通信分为三种方式：

单工(Simplex)方式：通信双方设备中发送器与接收器分工明确，只能在由发送器向接收器的单一固定方向上传送数据。
半双工(Half Duplex)方式：通信双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备可以相互传送数据，但某一时刻则只能向一个方向传送数据。
全双工(Full Duplex)方式：通信双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备可以同时在两个方向上传送数据。

其中：局域网采用半双工方式，城域网和广域网采用全双工方式。

IP解决

众所周知我们现在用的是IPV4,而所能支持的机子数只有2^32,现在不够用。怎么解决？

1.DHCP,动态IP分配。
创建一个IP池，动态分配给正在上网的用户。
2.CIDR,无类别域间路由
网络有A，B，C三类网络，它们下面主机数量各不相同，可能造用IP浪费。CIDR则是把路由器具集起来，把网络号弱化
3.net技术。
在一个公有IP后面造一个私有网络。它完美解决了问题，但也触发了网络访问的问题。
公有IP访问不了私用IP，两私有IP之间的访问，而解决此问题的方法主要有2种
1.代理(服务器转发),代表nginx
2.打洞技术,代表花生壳

打洞技术

A发送数据包到公网S,B发送数据包到公网S,则S分别得到了A和B的公网IP， S也和AB分别建立了会话。
由S发到NAT-A的数据包会被NAT-A直接转发给A，由S发到NAT-B的数据包会被NAT-B直接转发给B，除了S发出的数据包之外的则会被丢弃。所以：现在A B 都能分别和S进行全双工通讯了，但是A B之间还不能直接通讯。

解决办法是：

A向B的公网IP发送一个数据包，则NAT-A能接收来自NAT-B的数据包并转发给A了（即B现在能访问A了）；
再由S命令B向A的公网IP发送一个数据包，则 NAT-B能接收来自NAT-A的数据包并转发给B了（即A现在能访问B了）。

TCP和UDP在打洞上却有点不同。这是因为伯克利socket（标准socket规范）的 API造成的。

AB要连接到S，肯定首先AB双方都会在本地创建一个socket，去连接S上的socket。
创建一个socket必然会绑定一个本地端口（就算应用程序里面没写端口，实际上也是绑定了的，至少java确实如此）
假设为8888，这样A和B才分别建立了到 S的通信信道。
接下来就需要打洞了，打洞则需要A和B分别发送数据包到对方的公网IP。
但是问题就在这里：因为NAT设备是根据端口号来确定session，如果是UDP的socket，AB可以分别再创建socket，然后将socket绑定到8888，这样打洞就成功了。但是如果是TCP的 socket，则不能再创建socket并绑定到8888了，这样打洞就无法成功。

socket长连接、短连接以及心跳包机制

所谓长连接，指在一个TCP连接上可以连续发送多个数据包，在TCP连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发检测包以维持此连接，一般需要自己做在线维持。
短连接是指通信双方有数据交互时，就建立一个TCP连接，数据发送完成后，则断开此TCP连接，一般银行都使用短连接。
总结：长连接和短连接的区别就是一个close的关系。

心跳包机制的作用：

内网机器如果不主动向外发起连接，外网机没法直连内网的，这也是内网机安全的原因之一吧，又因为路由器会把这个关系记录下来，但是过一段时间这个记录可能会丢失，所有每一个客户端每隔一定时间就会向服务器发送消息，以保证服务器可以随时找到你，这东西被称为心跳包
理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点（防火墙）会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。在获知了断线之后，服务器逻辑可能需要做一些事情，比如断线后的数据清理呀，重新连接呀
如果不主动关闭socket的话，系统不会自动关闭的，除非当前进程挂掉了，操作系统把占用的socket回收了才会关闭。为什么需要心跳连接主要是判断当前连接是否是有效的、可被使用的。每个socket连接都是长连接，它是一个相当占用系统资源的通信管道，如果这个长连接什么事也没干硬是要占着资源，则server端可以选择关闭这个连接，以省下资源让更多的用户连接进来。