打开抖音互联网会发生什么（八）|青训营笔记

打开抖音互联网会发生什么（八）|青训营笔记

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第八篇笔记。

里面有一些链接，建议都点开看看，能拓展很多知识。

本章预备知识：
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  1. Linux因为本人之前买的腾讯云的服务器被人黑了然后挖矿，就被封禁（痛失300元），重新搞了个VirtualBox，再下个镜像安装。
  2. wireshark是一款网络抓包分析工具，非常强大。百度安装。
  3. Socket网络编程开发有关知识，Java版本。

本章主要内容：计算机网络相关知识。

课程收益：
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课程目录：
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刷抖音网络是怎么交互的？

网络接入

互联网

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路由

同网段一般是通过一个交换机来实现，但这个交换机有可能不是物理上的交换机，也可以是UDP虚拟网络上的一个交换机(右下)。
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SDN：软件定义网络（Software Defined Network，SDN)是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

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右上图：左侧想发到右侧需要经过路由的更改目标，左下的两个就是两个路由协议。

路由可以对称也可以不对称。
路由可以说工作在IP层也就是网络层，但动态路由协议这种是属于传输层。

目标IP地址应当是一直不变的，路由只是为了找到下一跳的路，然后通过ARP请求问下一跳你的Mac地址是多少，然后走到下一跳，循环走。
原Mac和目标Mac一直在变化，原IP和目标IP不变。

发包或者路由的一个伪代码流程（右下侧代码）：函数名发一个包，先根据dst（一般是出口的IP）找到主机出口网关和下一跳，然后找到dst的mac(即要去的mac地址，就是下一跳的mac，这个过程也找到了出口的网卡)，发包需要找到网卡的端口，发包的时候是以网卡为单位。
动态路由BGP/OSPF类似，不过是动态的配置。

ARP协议

找到下一跳的MAC就是通过ARP协议。
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ARP是类似于广播，广播不能跨网段，寻找B(广播)，B听到在找他就回应一下(应答单播)，因此这种只能在同一网段(逻辑)的时候用，不同网段不能ARP。

免费ARP：当一个网段新增了一个机器，因为没有ARP缓存，所以大家访问他会比较慢，因此每次新增机器的时候搞一个免费ARP，让大家更新一下MAC表，这样下次有人访问新机器的话就很快。
IPV6也会有类似的做法，新增一个IP的时候，会免费的都问一遍，防止新增的IP跟别人重了(可能同一时间新增了同一IP)。

ARP代理：劫持一个ARP请求，伪造一下发到另一个地方。

ARP本质上是查找下一跳的MAC，不是请求目标地址。

IP协议

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Mac地址不能代替IP地址吗？
不能，因为涉及到向下兼容问题，MAC协议是二层以太网协议，二层以太网协议还有很多种，很多类似于拨号可能用的不是MAC协议，这样就没法上网了。。。所以不能代替。所以美国军方想了个法子，把二层网络封装一下，弄成了IP协议。

IPv4不够用，一般怎么解决？
第一，IPv6。那不支持IPv6的设备咋办？用NAT。

NAT

NAT（Network Address Translation），是指网络地址转换，1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址（即仅在本专用网内使用的专用地址），但又想和因特网上的主机通信（并不需要加密）时，可使用NAT方法。
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家里的路由器就是一个NAT。

NAT不只改了IP地址，还改了端口，否则外网的包回来的时候找不到对应的服务，因为IP是大IP，端口都一样就冲突了，路由不知道给谁了。

上面内容讲的是如何将网络打通，通过NAT，ARP，MAC，路由等等。
下面讲打通后如何传输。

网络传输

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数据包

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经典七层模型，不过实际工作中很少提到表示层和会话层，一般是直接用应用层替代。

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用wireshark抓包。

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需要按层去封装。

数据包发送

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先请求DNS

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域名系统（英文：Domain Name System，缩写：DNS)是互联网的一项服务。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。

这个DNS的过程是逆解析的，流程如图中文字。

DNS的传输协议UDP

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payload：有效载荷。

发包每次发多少？怎么避免分片？
每次发包要小于路径上每个路由器的MTU(什么是MTU，这里还介绍了分片的知识)，这样可以避免分片。

怎么知道没丢包？
因为UDP不可靠，所以没法知道。

怎么权衡效率和质量？
没法搞，弄好了就是自己写一个TCPhh。

TCP三次握手

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Tcpdump与Wireshark

这里简单尝试了一下，Tcpdump可以在Linux上实现抓包：tcpdump抓包与Wireshark分析，这里在虚拟机上抓了一下ping百度的
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，然后保存到文件file1中，放入Wireshark中分析：
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这里大概可以看到ICMP请求，emmm因为我不会发TCP，所以对TCP的抓包回头再弄吧。。。

Linux的虚拟机安装和图形化界面可以看我的另一篇文章：Linux笔记

TCP连接可以理解为一个状态，拔了网线，如果服务器没有探活机制(TCP_KEEPALIVE，这篇文章讲得很好：TCP的KeepAlive 与HTTP的 Keep-Alive)，那这个链接还会一直持续。
这文章有一些基础概念：LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。VIP 是LVS的接收IP -- virtual IP；DIP 是LVS的分发IP -- distribute IP；RIP 是真实目标服务器IP -- Real IP；不同的模型 他们的配置也不一样。

什么是MSS 这篇文章可以弄懂MSS是什么，是在三次握手的时候确定的(在TCP Option中，取双方MSS最小值，作为TCP的MSS)，MSS是传输层的，配合网络层的MTU一起用，为了减少丢包和分片的。

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SYN这次的第一位位置，ACK对方的下一次SYN是多少。
前三次不传数据，但是SYN会+1，ACK不会。更详细一点的可以见这片文章：小谈TCP协议中的Ack和Seq号。主要还是通过Tcpdump和Wireshark来抓包，分析seq和ack的变化。

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Timewait

滑动窗口和流量控制 复习的时候再看吧 内容太多啦

HTTP/HTTP1.1

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为什么不直接用TCP通信？
因为TCP太麻烦了，所以为了方便封装了HTTP。
可以类比中文和军事专用语的区别，而且HTTP是长连接，不用每次都重新握手。

HTTPS

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当明文被窃取的时候，可以通过HTTPS加密。

SSL/TLS握手

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对称加密：如果交流加密算法也被窃听就寄了。
非对称加密：再对交流加密算法加密一层。

非对称加密的盒子怎么做呢？
通过CA进行第三方的授权。

CA是什么？
网络安全中ca是Certification Authority的缩写，一般是指CA证书，它是CA机构发行的一种电子文档，是一串能够表明网络用户身份信息的数字，它提供了一种在计算机网络上验证网络用户身份的方式。

总结

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网络架构怎么给抖音提质

网络提速

HTTP2.0

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多路复用，可以在TCP上同时跑多个stream。

怎么理解多路复用/stream？

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如果TCP丢包怎么办？
对头阻塞，(或者通过ACK标记重传位置，但没解决本质问题)。

QUIC/HTTP3.0

对 对头阻塞的解决方式，谷歌的解决方式(2.0 3.0 go 云计算都是他做的)。这里有篇文章讲得很好：QUIC 和 HTTP/3 队头阻塞的细节，里面的彩蛋部分没看。

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TCP因为Linux不可拔插，嵌入进去了，所以用UDP。
因为系统内核有很多种，所以坐在了用户态。
TLS/SSL握手优化，做0 RTT传输.
弱网优势：弱网情况下，3比2丢包情况优化很多。

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路径优化算法：CDN。。

数据中心分布

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POP接入：更接近核心机房
边缘机房：更接近用户 全国都有，不过越繁华的地段越多

同运营商访问

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通过解析去做，解析发现客户端是电信就用电信的。。。

静态资源(图片视频)路径优化(CDN)

CDN主要是对静态资源做缓存，如果边缘机房里有这个视频的缓存，那就直接发过去了，不用往里面走了。
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动态API(播放/评论接口)路径优化(DSA)

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机房ABCDE都对其他的机房进行一次延测速，记录到表里，就很好计算最优路径。

网络稳定

容灾概念

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一套流程下来就是容灾。

网络容灾的具体案例一

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专线：没走外部的Internet，而是抖音自己内部的网线。
外网：走的外部的Internet。

网络容灾的具体案例二

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本来域名是解析成两个的，1.1.1.1和2.2.2.2。如果一个崩了，改成域名只能解析成一个(这里需要做一次自动化的确认，确认B能够承载A的全部流量，通过CDM？)。如果B也崩了，就是雪崩。。。

网络容灾的具体案例三

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云控：从客户端的SDK控制，不去访问已经崩了的A机房。
但是有可能用户从浏览器访问，就没法更改域名了。。

网络容灾的具体案例四

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兜底：如果后面寄了，就用之前的缓存。

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故障排查

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  1. 故障明确
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  2. 故障止损
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  3. 分段排查
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网络故障排查常用命令

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网络故障排查案例一

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中间节点的误判断，把正常的节点摘掉了。

网络故障排查案例二

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用户防火墙把所有的ip都禁了。。单个的问题

网络故障排查案例三

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网络故障排查案例四

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没有办法的办法，线上去debug。Fast发包：默认是路由对称，目标mac和源mac默认掉转一下就完事了，但实际情况不一样，只能改代码了。

故障预防很重要

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总结

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课后作业1

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Socket编程可以回顾一下之前的文章：Socket5代理服务器。

TCP的编程

目录结构如下：

TCP服务器

一个TCP服务端可以同时连接很多个客户端，例如世界各地的用户使用自己电脑上的浏览器访问淘宝网。因为Go语言中创建多个goroutine实现并发非常方便和高效，所以我们可以每建立一次链接就创建一个goroutine去处理。

TCP服务端程序的处理流程：

  1. 监听端口
  2. 接收客户端请求建立链接
  3. 创建goroutine处理链接。

我们使用Go语言的net包实现的TCP服务端代码如下：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"net"
)

// tcp/server/main.go
// TCP server端
// 处理函数
func process(conn net.Conn) {
	defer conn.Close() // 关闭连接
	for {
		reader := bufio.NewReader(conn)
		var buf [128]byte
		n, err := reader.Read(buf[:]) // 读取数据
		if err != nil {
			fmt.Println("read from client failed, err:", err)
			break
		}
		recvStr := string(buf[:n])
		fmt.Println("收到client端发来的数据：", recvStr)
		conn.Write([]byte(recvStr+"asdasd")) // 发送数据  添加一点内容
	}
}

func main() {
	listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:20000")//通过这个去听客户端
	if err != nil {
		fmt.Println("listen failed, err:", err)
		return
	}
	for {
		conn, err := listen.Accept() // 建立连接
		if err != nil {
			fmt.Println("accept failed, err:", err)
			continue
		}
		go process(conn) // 启动一个goroutine处理连接
	}
}
TCP客户端

一个TCP客户端进行TCP通信的流程如下：

  1. 建立与服务端的链接
  2. 进行数据收发
  3. 关闭链接

使用Go语言的net包实现的TCP客户端代码如下：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"net"
	"os"
	"strings"
)

// tcp/client/main.go

// 客户端
func main() {
	conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:20000")//Dial相当于拨号
	if err != nil {
		fmt.Println("err :", err)
		return
	}
	defer conn.Close() // 关闭连接
	inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
	for {
		input, _ := inputReader.ReadString('\n') // 读取用户输入
		inputInfo := strings.Trim(input, "\r\n")
		if strings.ToUpper(inputInfo) == "Q" { // 如果输入q就退出
			return
		}
		_, err = conn.Write([]byte(inputInfo)) // 发送数据
		if err != nil {
			return
		}
		buf := [512]byte{}
		n, err := conn.Read(buf[:])//接收数据
		if err != nil {
			fmt.Println("recv failed, err:", err)
			return
		}
		fmt.Println(string(buf[:n]))//将接收到的打印
	}
}

执行效果：

UDP的编程

UDP服务端

使用Go语言的net包实现的UDP服务端代码如下：

package main

import (
	"fmt"
	"net"
)
// UDP/server/main.go
// UDP server端
func main() {
	listen, err := net.ListenUDP("udp", &net.UDPAddr{
		IP:   net.IPv4(0, 0, 0, 0),
		Port: 30000,
	})
	if err != nil {
		fmt.Println("listen failed, err:", err)
		return
	}
	defer listen.Close()
	for {
		var data [1024]byte
		n, addr, err := listen.ReadFromUDP(data[:]) // 接收数据
		if err != nil {
			fmt.Println("read udp failed, err:", err)
			continue
		}
		fmt.Printf("data:%v addr:%v count:%v\n", string(data[:n]), addr, n)
		_, err = listen.WriteToUDP(data[:n], addr) // 发送数据
		if err != nil {
			fmt.Println("write to udp failed, err:", err)
			continue
		}
	}
}
UDP客户端
package main

import (
	"fmt"
	"net"
)

// UDP 客户端
func main() {
	socket, err := net.DialUDP("udp", nil, &net.UDPAddr{
		IP:   net.IPv4(0, 0, 0, 0),
		Port: 30000,
	})
	if err != nil {
		fmt.Println("连接服务端失败，err:", err)
		return
	}
	defer socket.Close()
	sendData := []byte("Hello server This is Client!!!")
	_, err = socket.Write(sendData) // 发送数据
	if err != nil {
		fmt.Println("发送数据失败，err:", err)
		return
	}
	data := make([]byte, 4096)
	n, remoteAddr, err := socket.ReadFromUDP(data) // 接收数据
	if err != nil {
		fmt.Println("接收数据失败，err:", err)
		return
	}
	fmt.Printf("recv:%v addr:%v count:%v\n", string(data[:n]), remoteAddr, n)
}

目录结构同TCP，效果也类似，不过服务器常开，客户端只会运行一次。

作业1中的 对UDP的ACK的处理，感觉是从服务器端入手，得先打包吧应该，大致思路应该是先打包(TCP粘包解决，这里也有打包的思路)，在首部添加长度字段4字节防止粘包，然后放入8字节分别控制seq和ack，当seq和ack对应不上的时候即丢包。重传效率，感觉是服务器告诉客户端我少了哪到哪的数据，让客户端在发送一遍。。。有点像http2.0?

第一个作业答案大致如上。。。但是动手能力残疾，下次一定搞。

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作业二感觉有点太难了。。。socket编程实在是懂得太少 日后精进了一定回来搞。

posted @ 2022-06-07 14:05  杀戒之声  阅读(148)  评论(0)  编辑  收藏  举报