今天簡要談一下通信協議。
網絡通信協議
網絡通信協議主要是對信息的傳輸速率、傳輸代碼、代碼結構、傳輸控制步驟、差錯控制等做出的規定並制訂的標準。
協議主要由以下三個部分組成：
- 語義：需要的控制信息以及執行的動作
- 語法：交換的數據或控制信息的格式與結構
- 時序：雙方的應答關係，包括速度的匹配和順序
OSI參考模型
OSI不是規範，準確的來說，是一個抽象的參考模型，他沒有提供任何具體的實現標準。現有網絡大多數可以通過OSI模型來進行分析，瞭解OSI模型有助於分析和管理網絡。
OSI是一個分層結構，共有七層：
TCP/IP協議簇
介紹
TCP/IP協議簇先於OSI參考模型開發，因此層次無法完全和OSI模型對應起來。他將不同的通信功能集成到不同的網絡層次，形成了一個具有四層的體系結構。
有人也將其分為5層，將鏈路層從網絡接口層剝離出來。
各層的職責
- 網絡接口層：主要負責向網絡物理介質發送/接收數據包。因為TCP/IP沒有對物理層和鏈路層進行定義，所以它支持各種底層的網絡技術和標準。
- 網絡層：負責處理IP數據包的傳輸、路由選擇、流量控制和擁塞控制。ARP/RARP協議用於將IP地址與底層物理地址進行相互轉換。IP協議既是網絡層的核心協議，也是整個TCP/IP協議簇的核心協議。
- 傳輸層：為兩臺主機提供端到端的通信。傳輸層主要包括傳輸控制協議TCP（提供可靠的面向連接的傳輸服務），用戶數據報協議UDP（簡單高效的無連接的服務）。可以根據上層應用的實際需求來選擇
- 應用層：直接為特定的應用程序提供服務，如文件傳輸協議FTP，簡單郵件傳輸協議SMTP，超文本傳輸協議HTTP。
重要概念
面向連接與無連接：
想要通過面向連接的協議在兩臺主機之間通信，需要兩臺主機之間首先建立連接，才能通信。如何建立/斷開連接？這就涉及到三次握手和四次揮手。後續再講。
而無連接的協議在通信前不需要建立連接，就像寄信，只需要知道目的地地址就行了（請注意，這只是一個比喻，發郵件並不是使用的無連接協議，因為無連接的協議通常是不可靠的）
可靠與不可靠
可靠的協議保證數據能傳輸到目的地，而且內容不會發生變化。TCP就是一種可靠的協議。
不可靠的協議不能保證將數據傳送到目的地，但是它會盡力而為，還會檢驗送到目的地的數據是否完整。UDP就是一種不可靠的協議。
那麼有人可能會說了？既然有了可靠的協議，還需要不可靠的協議幹什麼？不是多此一舉嗎？非也，下面詳細說說TCP和UDP的優缺點。
字節流與數據報
字節流協議表示可以將發送方傳輸給接收方的數據看作是字節流。先發出的數據將會被先接收到。TCP屬於字節流協議。
數據報協議是將數據一個個傳送，沒有順序。UDP就是一種數據報協議。
套接字（Socket）
網絡層中，IP利用協議號來指定傳輸協議，傳輸層中，TCP/UDP使用端口號來區分應用程序。將一個IP地址和一個端口號結合，就形成了一個套接字（也稱為插座），套接字用來標明網絡中的唯一網絡進程。
TCP與UDP的優缺點
TCP：
- 優點： 可靠，穩定 TCP的可靠體現在TCP在傳遞數據之前，會有三次握手來建立連接，而且在數據傳遞時，有確認、窗口、重傳、擁塞控制機制，在數據傳完後，還會斷開連接用來節約系統資源。
- 缺點：慢，效率低，佔用系統資源高，易被攻擊 TCP在傳遞數據之前，要先建連接，這會消耗時間，而且在數據傳遞時，確認機制、重傳機制、擁塞控制機制等都會消耗大量的時間，而且要在每臺設備上維護所有的傳輸連接，事實上，每個連接都會佔用系統的CPU、內存等硬件資源。 而且，因為TCP有確認機制、三次握手機制，這些也導致TCP容易被人利用，實現DOS、DDOS、CC等攻擊。
UDP：
- 優點： 快，比TCP稍安全 UDP沒有TCP的握手、確認、窗口、重傳、擁塞控制等機制，UDP是一個無狀態的傳輸協議，所以它在傳遞數據時非常快。沒有TCP的這些機制，UDP較TCP被攻擊者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是無法避免攻擊的，比如：UDP Flood攻擊。
- 缺點：不可靠，不穩定 因為UDP沒有TCP那些可靠的機制，在數據傳遞時，如果網絡質量不好，就會很容易丟包。
那麼，哪些場景使用TCP，哪些場景使用UDP？
TCP：郵件，遠程登錄等等。UDP：NDS，廣播，即時通訊，視頻電話等等。
TCP的三次握手和四次揮手
三次握手建立連接
TCP建立連接在理論上似乎只要一次請求和一次響應就可以了，但是在實際情況中，請求或者響應可能會丟失，此時需要重傳來建立連接。假如只通過一次請求和一次響應，可能會出現以下問題（圖片轉自知乎用戶@大閒人柴毛毛）：
針對這個問題，連接時的“三次握手”可以有效解決。（其實無論握手多少次，都不能完全保證一條信道是完全可靠的，只能說明其是可用的，三次握手是能互相明確對方，同時開銷是最小的，所以常用三次握手建立連接）
下面我還是畫一張圖來描述這個流程：
四次揮手斷開連接
分層分析和排查故障
之前一次電話面試的時候，面試官問我：假如在調用第三方服務時，沒有返回數據，可能是什麼問題？我當時回答說通過返回的狀態碼來判斷，他補充狀態碼也沒返回。我一時語塞，不知道面試官想要考察什麼，只好尷尬地跳過。（我比較菜）
後來，才想到通過對協議簇的分層分析可以較為有效地排查故障。
一般有兩種排查方式：
- 從低層開始，首先檢查物理層，比如查看網絡線纜是否鬆動損壞。這一般用於剛組建網絡或者調整了網絡線纜的情況。否則效率太低了。
- 從高層開始，首先檢查應用層，比如查看瀏覽器是否正常配置，這一般用於網絡環境比較穩定的情況下。
為了高效解決問題，在實際應用中，往往會從中間層開始檢測，這似乎也有點像二分查找思想。
那麼回到一開始的一個問題：
假如在調用第三方服務時，沒有返回數據，可能是什麼問題?
1、ping目標遠程計算機
若成功則說明網絡是正常的，可以去考慮更高層的事，需要去測試服務或應用程序。
若失敗，則繼續2.
2、ping同一子網的網關，確認正在使用的這臺主機是否連接到了本地網絡。
若成功，說明本地網關和遠程目標計算機之間的連通有問題，可以跟蹤測試路由。
若失敗，則繼續3.
3、ping環回地址127.0.0.1。
若成功，說明本地網關和當前計算機之間通信有問題。
若失敗，檢查IP是否有問題，若有問題，再檢查本地TCP/IP協議軟件是否有問題等等。