五层网络传输协议

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图1

  • 应用层 ：应用进程间的交互来实现特定网络应用的问题，处理HTTP请求报文（解决包装数据的问题）
    为特定应用程序提供数据传输服务，例如 HTTP、DNS 等协议。数据单位为报文。
  • 传输层 ：进程之间基于网络的通信问题，处理TCP报文段（解决数据如何传输的问题）
    为进程提供通用数据传输服务。由于应用层协议很多，定义通用的传输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。运输层包括两种协议：传输控制协议 TCP，提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据单位为报文段；用户数据报协议 UDP，提供无连接、尽最大努力的数据传输服务，数据单位为用户数据报。TCP 主要提供完整性服务，UDP 主要提供及时性服务。
  • 网络层 ：分组在多个网络间传输（路由）的问题，处理IP数据报
    为主机提供数据传输服务。而传输层协议是为主机中的进程提供数据传输服务。网络层把传输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分组。
  • 数据链路层 ：分组在一个网络（或链路）上传输的问题，处理帧
    网络层针对的还是主机之间的数据传输服务，而主机之间可以有很多链路，链路层协议就是为同一链路的主机提供数据传输服务。数据链路层把网络层传下来的分组封装成帧。
  • 物理层 ：解决使用何种信号传输比特的问题，处理比特流
    考虑的是怎样在传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异。

传输层TCP协议

网络层只把分组发送到目的主机，但是真正通信的并不是主机而是主机中的进程。传输层提供了进程间的逻辑通信，传输层向高层用户屏蔽了下面网络层的核心细节，使应用程序看起来像是在两个传输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。
HTTP/TCP网络协议和RPC - 图2

TCP首部格式

  • 数据偏移 ：指的是数据部分距离报文段起始处的偏移量，实际上指的是首部的长度。
  • 确认 ACK ：当 ACK=1 时确认号字段有效，否则无效。TCP 规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置 1。
  • 同步 SYN ：在连接建立时用来同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则响应报文中 SYN=1，ACK=1。
  • 终止 FIN ：用来释放一个连接，当 FIN=1 时，表示此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放连接。
  • 窗口 ：窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间是有限的。

TCP实现可靠传输

  • 滑动窗口机制

窗口是缓存的一部分，用来暂时存放字节流。发送方和接收方各有一个窗口，接收方通过 TCP 报文段中的窗口字段告诉发送方自己的窗口大小，发送方根据这个值和其它信息设置自己的窗口大小。
发送窗口内的字节都允许被发送，接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认，那么就将发送窗口向右滑动一定距离，直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态；接收窗口的滑动类似，接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机，就向右滑动接收窗口。
接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认（累计确认）。

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图3

  • 超时重传

TCP 使用超时重传来实现可靠传输：如果一个已经发送的报文段在超时时间内没有收到确认，那么就重传这个报文段。

  • 流量控制

接收方发送的确认报文中的窗口字段可以用来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0，则发送方不能发送数据。TCP发送方收到接收方的零窗口通知后会启动持续计时器，并暂停发送。持续计时器超时后向接收方发送零窗口探测报文。

  • TCP拥塞控制

TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
发送方需要维护一个叫做拥塞窗口（cwnd）的状态变量，注意拥塞窗口与发送方窗口的区别：拥塞窗口只是一个状态变量，实际决定发送方能发送多少数据的是发送方窗口。

  • 慢开始

1、2、4、8、… 、cwnd/2

  • 拥塞避免

当 cwnd >= ssthresh 时，进入拥塞避免，每个轮次只将 cwnd 加 1

  • 快重传

接收方在收到数据时要进行立即确认；接收方收到失序报文段时要发出对已收到报文的重复确认
发送发一旦收到三个连续的重复确认，则将响应的报文立即重传

  • 快恢复

发送方一旦收到三个重复确认，就知道只是丢失了个别报文，执行快恢复算法
令 ssthresh = cwnd / 2 ，cwnd = ssthresh，注意到此时直接进入拥塞避免
HTTP/TCP网络协议和RPC - 图4

TCP连接的建立和断开

  • TCP连接建立主要解决三个问题：

    1. 使TCP双方知道对方的存在
    2. 使双方能够商议一些具体参数（如窗口最大值、是否使用窗口扩大、时间戳选项等）
    3. 使双方能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配

  • 连接建立-三次握手

假设 A 为客户端，B 为服务器端。

  • 首先 B 处于 LISTEN（监听）状态，等待客户的连接请求。
  • A 向 B 发送连接请求报文，SYN=1，ACK=0，选择一个初始的序号 x。
  • B 收到连接请求报文，如果同意建立连接，则向 A 发送连接确认报文，SYN=1，ACK=1，确认号为 x+1，同时也选择一个初始的序号 y。
  • A 收到 B 的连接确认报文后，还要向 B 发出确认，确认号为 y+1，序号为 x+1。
  • B 收到 A 的确认后，连接建立。

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图5

  • 三次握手的原因

第三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器，让服务器错误打开连接。
客户端发送的连接请求如果在网络中滞留，那么就会隔很长一段时间才能收到服务器端发回的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后，就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器，如果不进行三次握手，那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手，客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的连接确认，不进行第三次握手，因此就不会再次打开连接。

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图6

  • 连接断开-四次挥手
  • A 发送连接释放报文，FIN=1。
  • B 收到之后发出确认，此时 TCP 属于半关闭状态，B 能向 A 发送数据但是 A 不能向 B 发送数据。
  • 当 B 不再需要连接时，发送连接释放报文，FIN=1。
  • A 收到后发出确认，进入 TIME-WAIT 状态，等待 2 MSL（最大报文存活时间）后释放连接。
  • B 收到 A 的确认后释放连接。

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图7

四次挥手的原因

客户端发送了 FIN 连接释放报文之后，服务器收到了这个报文，就进入了 CLOSE-WAIT 状态。这个状态是为了让服务器端发送还未传送完毕的数据，传送完毕之后，服务器会发送 FIN 连接释放报文。
客户端接收到服务器端的 FIN 报文后进入此状态，此时并不是直接进入 CLOSED 状态，还需要等待一个时间计时器设置的时间 2MSL。这么做有两个理由：

  • 确保最后一个确认报文能够到达。如果 B 没收到 A 发送来的确认报文，那么就会重新发送连接释放请求报文，A 等待一段时间就是为了处理这种情况的发生。
  • 等待一段时间是为了让本连接持续时间内所产生的所有报文都从网络中消失，使得下一个新的连接不会出现旧的连接请求报文。

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图8

应用层HTTP协议

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图9

HTTP请求和响应格式

image.png

Web页面请求过程

  1. DHCP 配置主机信息（获取IP地址）
    • 主机生成一个 DHCP 请求报文，并将这个报文放入具有目的端口 67 和源端口 68 的 UDP 报文段中。
    • 该报文段则被放入在一个具有广播 IP 目的地址(255.255.255.255) 和源 IP 地址（0.0.0.0）的 IP 数据报中。
    • 交换机解析该报文并转发至DNS服务器
  2. ARP 解析 MAC 地址（获取网关路由器MAC地址）
    • DHCP 过程只知道网关路由器的 IP 地址，为了获取网关路由器的 MAC 地址，需要使用 ARP 协议。
    • 主机生成一个包含目的地址为网关路由器 IP 地址的 ARP 查询报文，将该 ARP 查询报文放入一个具有广播目的地址的以太网帧中
  3. DNS 解析域名
    • 向网关路由器发送DNS查询报文
    • DNS服务器找到并返回记录
  4. HTTP 请求页面
    • 三次握手建立连接
    • 主机发送请求报文，解析响应报文
    • 四次挥手释放连接

RPC远程调用

从上面对 RPC 介绍的内容中，概括来讲RPC 主要解决了：让分布式或者微服务系统中不同服务之间的调用像本地调用一样简单。

HTTP/TCP网络协议和RPC - 图11

RPC 只是一种概念、一种设计，就是为了解决 不同服务之间的调用问题, 它一般会包含有 传输协议 和 序列化协议 这两个。

但是，HTTP 是一种协议，RPC框架可以使用 HTTP协议作为传输协议或者直接使用TCP作为传输协议，使用不同的协议一般也是为了适应不同的场景。

Feign远程调用丢失请求参数问题

image.png

  • Feign在进行远程调用时会自动创建一个Request对象，默认不带任何信息（包括Cookie），会导致HTTP请求丢失信息
  • 可以通过提供Feign的请求拦截器，自定义Request请求参数 ```java package com.springCloud.user.config;

@Configuration public class DefaultFeignConfig { /**

  1.  * 配置默认日志级别
  2.  * @return
  3.  */
  4. @Bean
  5. public Logger.Level getLevel() {
  6.     return Logger.Level.BASIC;
  7. }
  9. /**
  10.  * 通过拦截器重写请求头
  11.  * @return
  12.  */
  13. @Bean
  14. public RequestInterceptor getRequestInterceptor() {
  15.     return new RequestInterceptor() {
  16.         // 获取request对象的请求头并写入到feign的request对象中
  17.         @Override
  18.         public void apply(RequestTemplate requestTemplate) {
  19.             ServletRequestAttributes requestAttributes = (ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes();
  20.             if (requestAttributes != null) {
  21.                 // 获取request请求
  22.                 HttpServletRequest request = requestAttributes.getRequest();
  23.                 // 获取所有请求头名称
  24.                 Enumeration<String> headerNames = request.getHeaderNames();
  25.                 if (headerNames != null) {
  26.                     while (headerNames.hasMoreElements()) {
  27.                         String name = headerNames.nextElement(); // key
  28.                         String value = request.getHeader(name); // value
  29.                         requestTemplate.header(name, value);
  30.                     }
  31.                 }
  32.             }
  33.         }
  34.     };
  35. }

}


- Feign异步调用丢失请求头

![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/21563681/1641974094228-d7b62df0-4948-435e-99cb-c6bd0bca2073.png#clientId=u69cccc6f-ee19-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=522&id=ude6bdd75&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=522&originWidth=1032&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=59978&status=done&style=none&taskId=u219f5fb1-0435-491d-913c-09811feb9fe&title=&width=1032)

- 需要在每一个异步处理中放入相同的RequestContextHolder对象，这样就可以获取到同一个Request对象
```java
@Controller
public TestController{
    @RequestMapping("/test")
    public void test() {
        // 获取主线程的请求对象
        RequestAttributes requestAttributes = RequestContextHolder.getRequestAttributes();

        CompletableFuture<Void> getAddressFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            // 将主线程的请求对象放入子线程中
            RequestContextHolder.setRequestAttributes(requestAttributes);
            // 远程调用服务查询地址信息
            // ...
        });

        CompletableFuture<Void> getCartFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            // 将主线程的请求对象放入子线程中
            RequestContextHolder.setRequestAttributes(requestAttributes);
            // 远程调用服务查询购物车数据
            // ...
        });
    }
}