0 探索线路
2 协议栈、网卡
围绕着“创建套接字 ——> 连接服务器 ——> 发送数据 ——> 接收数据 ——> 断开连接”来讲解
2.1 创建套接字
2.1.1 协议栈内部结构
浏览器、邮件等一般应用程序收发数据用TCP；
DNS查询等收发较短的控制数据用UDP。
IP层中包含ICMP协议（用于告知网络包传送过程中产生的错误以及各种控制消息）和ARP协议（用于根据IP地质查询相应的以太网MAC地址）
IP层以下是网卡驱动程序负责控制网卡硬件，更下面是网卡，对网线中的电或光信号执行发送和接收操作
2.1.2 套接字对于协议栈的作用
套接字实体，包含IP地址和端口号（源和目标），以及控制信息（包括是否收到响应、多长时间了、是否重试了等）。协议栈根据套接字存储的信息，判断下一步的行动。
windows中netstat命令，展示了所有套接字：
2.1.3 调用socket时的操作
2.2 连接服务器
2.2.1 连接的含义
连接，就是客户端和服务器相互交换套接字控制信息（比如IP地址、端口号等）
2.2.2 控制信息头部
TCP头部格式：
2.2.3 连接操作的实际过程
（1）首先，客户机跟服务器需要交换控制信息（包括双方的IP地址端口号等），结束后，客户机的头部SYN比特置1。等待连接状态切换为正在连接状态
（2）服务器的SYN比特置1，ACK比特置1，回包给客户机
（3）当客户机收到服务器的套接字信息后，检查SYN是否为1，如果为1表示连接成功，正在连接状态切换为连接成功状态
（4）客户机将ACK置1，返回给服务器，告知对方已收到回包
2.3 收发数据
2.3.1 HTTP请求消息交给协议栈
上层应用通过write传递一段二进制序列给协议栈，协议栈不会立刻发送出去，而是将数据存放在内部的发送缓冲区中，并等待应用程序的下一段数据。当数据累积到一定量，才会进行发送。
累积数据的长度决定因素：
（1）MTU（最大传输单元）。在以太网中一般是1500 Bytes，包含包头长度。MSS（最大分段大小）是MTU-len（包头）
（2）时间。协议栈内部有一个计时器，达到这个时间后，即使包大小不到MTU，依旧发送
（3）应用程序可以指定选项：不等待填满缓冲区直接发送（浏览器一般是如此）
2.3.2 对较大的数据进行拆分
包太大，TCP会将包拆分成小包发送
2.3.3 使用ACK号确认网络包已收到
发送方说：“现在发送的是从第1字节开始的部分，一共有1460字节”
接收方回复说：“到第1461字节之前的数据，我已经都收到了”。ACK号是1461
数据双向传输：
连接操作 + 收发操作：
2.3.4 动态调整ACK号等待时间（超时时间）
TCP采用动态调整等待ACK号返回的方法，在数据发送过程中，持续测量ACK号返回时间。返回变慢，则增长等待时间；否则，缩短等待时间
2.3.5 使用窗口有效管理ACK号
一个简单的异步调用过程，在等待ACK号这段时间内，继续发送后续的一系列包。
一个问题：如果一直收不到ACK号，却依旧一直发送后续的包，会导致发送包频率超过接收方能处理能力的情况。
因此，需要采用滑动窗口的方式，来动态平衡发送和接收频率。具体做法：接收方需要告诉发送方自己最多能接收多少数据（比如此刻队列已快满了，最多能接收的数据就比较少），发送方根据这个大小来发送数据。
更新窗口大小的时机：接收方从缓冲区中取出数据给应用程序之后，需要告知发送方。通常会将ACK包和更新窗口大小的包合并在一起发送，会有一个等待时间，不是立刻发送，这样也可以省略中间过程。
2.3.7 接收HTTP响应请求
协议栈会检查收到的数据块和TCP头部的内容，判断是否有数据丢失，如果没有问题，则返回ACK号。然后将数据copy到应用程序内存
2.4 从服务器断开并删除套接字
2.4.1 数据发送完毕后断开连接
2.4.2 删除套接字
等待重传完毕后，才删除套接字，一般等待几分钟
2.4.3 TCP整体流程
2.5 IP与以太网的包收发操作
2.5.1 包的基本知识
其中以太网部分的MAC头，可以替换为无限局域网、ADSL、FTTH等头，代替以太网帮助IP协议来传输网络包。
2.5.2 生成包含接收方IP地址的IP头部
IP头部格式：
协议栈内有一张IP表（路由表），由此路由表决定某个IP包应该选择哪个网卡发送。这个表是预先设定的，所以只要根据目标地址，协议栈就能自动选择使用哪个网卡发送数据包了。
浏览器中HTTP请求消息，都是通过TCP来传输的。
2.5.3 生成以太网用的MAC头部
实际在底层，以太网是通过MAC地址来定位当前主机和目标主机的。
2.5.4 通过ARP查询目标路由器的MAC地址
若需要发送以太网包到对方，是需要知道对方以太网包的MAC地址的。
在以太网中，可以通过广播方式，将包发给连在同一以太网的所有设备，ARP就是利用广播查询。
为防止漫天的ARP包在飞跃，协议栈缓存了ARP包结果。
之所以采用MAC地址来作为以太网的真正寻址方式，是为了可扩展其他方式来发送网络包，而非只有IP寻址方式，比如IPv4和IPv6的不同编码都能转化为MAC地址发包。
2.5.5 以太网的基本知识
多态计算机能通信的技术，称为以太网。信号只会流到MAC地址指定的设备。以太网规定，两台设备之间的网线距离不能超过100米，这个距离内极少发生错误。
2.5.6 IP包转换成电或光信号发送出去
网卡中的ROM保存着全世界唯一的MAC地址，也有一些特殊的方法，网卡驱动模块从命令或配置中读取MAC地址。（难道不会与别人的MAC地址碰撞？）
2.5.7 给网络包再加3个控制数据
主要是报头、起始帧分解符、末尾帧校验序列
2.5.8 向集线器或交换机发送网络包
集线器是半双工模式（需要首先判断网线中是否有其他设备发送的信号，避免信号碰撞）
交换机是全双工模式（发送和接收可以同时进行，不会发生碰撞）
2.5.9 接收返回包
网卡连接着扩展总线中的中断线，当包到达，会触发中断信号。中断信号通过中断控制器连接到CPU，CPU就会暂时挂起当前处理任务，切换到操作系统的中断处理程序，网卡在安装的时候，就分配了中断号（即插即用规范，自动分配中断号），与网卡驱动绑定，因此中断信号最后会分发到网卡驱动。
网卡驱动执行流程：
（1）通过MAC头部中的以太类型字段判断协议类型（大多数使用TCP/IP，还有NetWare中使用的IPX/SPX、Mac中使用的AppleTalk等）
（2）根据协议类型，分配到不同协议栈（例如IP协议，会交给TCP/IP协议栈；AppleTalk协议，就会交给AppleTalk协议栈）
（3）协议栈进一步解包后，决定交给哪一个应用程序
2.5.10 协议栈处理
TCP/IP协议栈处理过程：
（1）IP模块检查IP头部、确认格式正确；
（2）IP模块查看接收方IP地址，应该与客户端网卡的地址一致
（3）不是自己的IP时，IP模块会发送ICMP消息将错误告知发送方
（4）IP正确时，IP模块会将分片的原始包进行重组
（5）TCP模块会根据TCP头部中的接收方和发送方的端口号来查找对应的套接字
（6）TCP模块找到套接字后，会根据套接字中记录的通信状态，执行响应的操作（如果是数据包，则填充到缓冲区；如果是控制包，则返回响应控制包）
2.6 UDP协议的收发操作
2.6.1 不需要重发的数据用UDP发送更有效
TCP会针对每一个小包进行出错校验重传，还会发送一堆建立连接和断开的控制包。而使用UDP，不需要重传。
2.6.2 适合使用UDP
（1）控制短数据
DNS查询之类的控制短数据，适合UDP。没有滑动窗口机制，也没有重传机制，遇到错误直接丢包。由应用程序检测错误，并决定重传。
（2）音频和视频数据
实时性要求高，发送不及时会导致卡顿，错过播放时机，重传机制意义不大。另外，缺少包问题也不大。
