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标签
基本功/网络
字数
2364 字
阅读时间
10 分钟

本专栏收录数据在网络里怎么被搬运、怎么被保障：单个协议的报文长什么样，地址怎么划、路由怎么匹配，一条连接从建立到关闭经历什么，丢包和拥塞了怎么办。

它与相邻专栏的边界是层次而不是技术栈：

不收去哪看本专栏只关心
进程与线程怎么被调度、内存怎么被管理07-多线程与并发、04-进程、线程与调度内核网络栈与用户态进程的交接点
数据怎么在磁盘与内存之间搬08-文件系统与 IO 栈数据在内核里怎么走到网卡
多个节点怎么达成一致（Paxos、Raft、PBFT）一致性共识算法承载这些协议报文的传输层本身

换个说法：上述专栏回答“用网络能造出什么系统”，本专栏回答“一个字节从 A 到 B 要经过哪些约定”。

目录 ​

  • 01 · 网络分层模型 —— 全栏的骨架：四层各管什么、每层 PDU 叫什么、与 OSI 七层如何对应，一次请求从键入网址到页面显示依次经过哪些层，以及按层定位故障的排查顺序
  • 02 · HTTP 协议 —— 应用层的主篇：报文格式与语义的分离、方法与状态码、连接管理与队头阻塞、缓存与条件请求、Range 与分块传输，以及 HTTP/2 多路复用与 HTTP/3 换用 QUIC 的动机
  • 03 · TLS 与 HTTPS —— 记录层与握手层的分工、密码套件与协商、RSA 与 ECDHE 两代密钥交换各自怎么防中间人、TLS 1.3 砍掉的那一次往返、证书链验证与会话复用、性能损耗落在哪几段
  • 04 · RPC 与 WebSocket 的边界 —— 字节流没有消息边界的后果与三种分帧编码、RPC 的构成与 gRPC 的分层关系、WebSocket 的握手算法与帧头位布局、掩码规则，以及六维选型判据
  • 05 · 05-TCP 协议 —— 传输层母篇，面向连接的可靠字节流：首部格式、连接生命周期与状态机、确认与重传、流量控制、拥塞控制，以及 MSS 与路径 MTU 的关系
  • 06 · TCP 的边界与失败模式 —— 按连接生命周期组织的失败模式：ISN 与序列号空间、对端消失、TIME-WAIT 与四元组复用、建连期的丢弃、传输期的意外报文，规范与 Linux 实现分开写
  • 07 · QUIC 与 UDP 上的可靠传输 —— 为什么在 UDP 之上重建可靠传输、包与帧的分层、序号与重传、两级流控、无队头阻塞及其代价、连接迁移，以及与 TCP 的逐项对照
  • 08 · 08-IP 协议与路由 —— 网络层：首部字段、地址与子网划分、分类地址与 NAT、路由表的最长前缀匹配与 Linux FIB、转发与分片、组播与 IGMP、IPv6 的差异
  • 09 · ICMP 与 ping —— ICMP 的定位与报文格式、查询与差错报文、五类不得回报差错的规则、traceroute 的三种探测方式与 PMTU 黑洞，以及 127.0.0.1 / localhost / 0.0.0.0 的区别
  • 10 · 10-以太网与 ARP —— 链路层：以太网帧格式与 EtherType 的两种语义、VLAN 标签、MAC 地址、ARP 解析与免费 ARP
  • 11 · 11-主机接入网络：DHCP 与地址配置 —— 从插上网线到能通外网：DHCP 的 DORA 四步与状态机、租约生命周期、配置落地、IPv6 的 SLAAC
  • 12 · 12-交换机与路由器：两种转发机制 —— 从设备看这套机制：MAC 表与路由表怎么建、改不改包的根本差异、广播域与冲突域、三层交换机与容器网络的映射
  • 13 · 13-STP、RSTP 与 MSTP —— 三代防环协议全解：选举与定时器、RSTP 的提议-同意握手、MSTP 的 Region 与 IST/CST、三代对比与排查
  • 14 · Linux 内核收发网络包 —— 把前面几篇的分层落到内核实现：收包的硬中断与 NAPI 轮询、sk_buff 生命周期、协议栈入口、发包路径上的 qdisc 与 TSQ，以及软中断 / ksoftirqd / RPS 的分工

阅读顺序 ​

01 → 02 → … → 14，编号就是阅读顺序，整体从应用层往链路层走：01 立起骨架，02–04 是应用层，05–07 是传输层，08–09 是网络层，10–13 是网络接口层与主机接入，14 收尾落到内核实现。

01 是入口，只立起「应用层 / 传输层 / 网络层 / 网络接口层」这个骨架，后面各篇都在展开其中某一层。02 → 03 → 04 是应用层：01 举例用的那条「键入网址到页面显示」的路径就是 HTTP，所以 02 紧跟它；03 补上 HTTP 底下的 TLS，04 回答「已经有 HTTP 了，为什么还要 RPC 与 WebSocket」。05 → 06 → 07 是传输层：05 是母篇，把首部、状态机、确认与重传、流量与拥塞控制写到 wire level；06 讲它没讲的那另一半——会坏在哪里，规范与 Linux 实现分开说；07 是另一条路线，在 UDP 之上重建可靠传输。08 → 09 是网络层：08 讲首部、地址、路由与转发，09 补同层的 ICMP 与 ping，顺带把回环地址、localhost 与 0.0.0.0 分开。10 → 13 是网络接口层与接入：10 是帧与地址解析，11 是主机接入，12 从设备看这套机制（MAC 表与路由表），13 是 12 里 STP 那一段的完整展开。14 不引入新协议，只把前面几篇的分层落到 Linux 内核真实的调用链上，读完再回头看 05/08/10 的队列、重传与 NAPI 才有落点。

TCP 架在 IP 之上，IP 又架在以太网之上，顺着读下来每篇都在用前一篇的结论：TCP 的 MSS 协商受 IP 的路径 MTU 约束（05-TCP 协议 §3.6 与 08-IP 协议与路由 §5.3），而 IP 入网时的 1500 字节上限直接来自以太网的载荷上限（10-以太网与 ARP §1.3）。PMTU 黑洞的排查要同时用到 IP 的 DF 位与 TCP 的分段。

三篇内部各有一条线：

  • TCP 按「先报文、再连接、再控制」走 —— 首部决定后面所有机制的表达方式，连接管理是状态机入口，可靠传输 / 流量控制 / 拥塞控制是三条并行回路；
  • IP 按「先报文、再地址、再匹配、再转发」走 —— 首部字段是后面所有讨论的基础，地址决定前缀怎么算，最长前缀匹配是路由的核心，转发与分片把前几节串起来；
  • 以太网按「先帧、再类型、再地址、再解析」走 —— 帧结构是载体，EtherType 决定载荷怎么解释，MAC 地址是转发依据，ARP 把 IP 地址接到这套地址上。

相关 ​

  • 08-文件系统与 IO 栈 —— sendfile 省掉的拷贝发生在 TCP 的发送路径上
  • 01-容器的本质 —— 网络命名空间与 veth 对是连接的承载环境，容器路由表建在 IP 的多表机制上
  • P2P 与路由 —— 另一套「路由」：覆盖网上的 DHT 查找，与 IP 的单跳转发是不同层次的问题

参考 ​

贡献者 ​

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