这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第3篇笔记
刷抖音网络是怎么交互的
分为网络接入，网络传输
网络接入-路由
同网段：虚拟网络段，可以是多个交换机连接起来
路由不一定是对称的 A->H有多条路可达，同样，H->A返回时也有多条路，所以路由不一定是对称的
路由是工作在IP层，路由协议并不一定是工作在IP层，如RIP基于UDP,BGP基于TCP，RIP和BGP二者属于应用层协议，OSPF和EIGRP基于IP，所以OSPF属于传输层协议。路由并不是改的IP地址，是改的MAC地址，找到发包口，源IP地址和⽬标IP地址在传输过程中是不会变化的，只有源 MAC 地址和⽬标 MAC ⼀直在变化。
如何寻找下一跳的MAC
通过ARP协议，其本质是查找下一跳的MAC地址，而不是请求目标地址，逻辑同网段才能发送ARP，源发送ARP广播请求，目标收到后发出ARP应答单播。
网络接入-IP协议
IP协议是唯一标识，互联网通用
Mac地址为什么不能代替IP地址：Mac协议是一个二层协议，二层协议有很多，如电话拨号等，如果用Mac代替IP，则向下不兼容。IP协议是为了统一封装所有二层协议，实现兼容，并且Mac地址不容易维护。
IPv4不够用如何解决：使用IPv6代替，或NAT。在专用网（私网IP）连接到因特网（公网IP）的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址（公网IP地址）。这样，所有使用本地地址（私网IP地址）的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。
NAT的实现方式有三种：
- 静态转换：将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，IP地址对是一对一的，是一成不变的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。
- 动态转换：将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时，IP地址是不确定的，是随机的，所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。也就是说，只要指定哪些内部地址可以进行转换，以及用哪些合法地址作为外部地址时，就可以进行动态转换。
- 端口多路复用：将不同私网地址的报文的源IP地址转换为同一公网地址,但他们被转换为该地址的不同端口号,因而仍然能够共享同一地址。
NAT是IP+端口一起改变的，NAT设备会维护一张表，记录这种改变。
网络传输-数据包
先请求DNS
DNS：域名--IP地址的映射
- 客户端发 www.douyin.com 的解析请求
- 递归解析器去问"."（根域服务器）, com.去哪里解析
- 递归解析器去问"com."（顶级域服务器），douin.com 去哪里解析
- douyin.com（权威服务器）告诉递归解析器 www.douyin.com 解析到 xxx
DNS的传输协议UDP
UDP本身相对简单，头只有16位源端口号，16位目的端口号，16位UDP长度，16位校验和，想法什么包，就分配一个UDP的头，把payload里面塞数据发出去就好。
网络传输-TCP三次握手
网线断了之后TCP连接逻辑上不会断，假设TCP有探活（定时发送心跳包），会发现连接收不到ACK，就会断开连接。
TCP三次握手能防止历史连接的建立，减少双方不必要的资源开销，帮助双方同步初始化序列号（序列号保证数据包不重复，不丢弃和按序传输）
TCP三次握手的时候确认MSS（最大分段大小），当TCP发现数据超过MSS时，就会先分片，所以其生成的IP包也就不会大于MTU，自然不会用IP分片。
sequence number：表示的是我方（发送方）这边，这个packet的数据部分的第一位应该在整个data stream中所在的位置。
acknowledge number：表示的是期望的对方（接收方）的下次sequence number是多少。
注：SYN/FIN的传输虽然没有data，但是会让下一次传输的packet seq加一，但是ACK的传输，不会让下一次的传输packet加1.
网络传输-TCP传输
- Timewait：要等两倍的MSL（去向ACK消息最大存活时间（MSL) + 来向FIN消息的最大存活时间(MSL)），确保连接正常关闭，防止前一次的ACK丢失，Linux还有timewait recycle和timewait reuse，recycle是指不等timewait，而是直接重复再利用，reuse也是，但是二者是有风险的。
- 丢包怎么办：重传，ACK机制判断是否丢包
- 滑动窗口
- 流量控制/拥塞控制
网络传输HTTP/HTTP1.1
为什么不直接用TCP通信：TCP负责的已经够多了，使用HTTP可以让人关注业务的实现，而不用去关注协议。HTTP只是多加了一层规矩，仍然是TCP，只是这个规矩让用户更清晰，更简洁。可以将TCP理解为中文，普通话，将HTTP理解为军事专用语，其实都是中文，只是做了一些特殊规定。
HTTP1.1对HTTP做了优化：
- 长连接
- 部分传输
- HOST
- 缓存
网络传输HTTPS
HTTPS在TCP三次握手之后，还需进行SSL/TSL握手，HTTPS解密出来仍然是HTTP。
HTTPS采用的是对称加密和非对称加密结合的混合加密方式：
- 通信建立前采用非对称加密的方式交换会话秘钥，后续就不再使用非对称加密。非对称加密使用两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发而私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢
- 通信过程中全部使用对称加密的会话秘钥的方式加密明文数据，对称加密只是用一个密钥，运算速度快，密钥必须保密，无法做到安全的密钥交换。
网络结构如何给抖音提质
网络提速-HTTP2.0
多路复用，多图并发下载，即在一个TCP上跑多个HTTP。多个Stream复用一条TCP连接，达到并发的效果，提高HTTP传输的吞吐量。
网络提速QUIC/HTTP3.0
为解决TCP的对头阻塞问题而提出，QUIC协议是基于UDP协议的，在用户态实现，QUIC天然地支持HTTPS协议，内部包含了TLS，仅需 1 个 RTT 就可以「同时」完成建立连接与密钥协商，甚至在第二次连接的时候，应用数据包可以和 QUIC 握手信息（连接信息 + TLS 信息）一起发送，达到 0-RTT 的效果。
网络提速-同运营商访问
同一运营商内的网络访问丢包率较低，通过解析来实现，看IP是属于哪个运营商
网络提速-静态资源（图片视频）路径优化（CDN）
静态资源缓存在边缘机房，客户端访问时访问到边缘机房就获取到了数据，而不用进一步地去访问核心机房。
网络提速-动态API（播放/评论接口）路径优化（DSA）
网络中的结点做网络延时探测，所以探测数据做成一张表，根据算法选择一条最优的路径。
网络稳定
容灾
故障发生-故障感知-自动切换-服务恢复
故障排查
- 故障明确：出现什么故障
- 故障止损：先止损，在排查，保证用户体验第一，如何止损：组件没有容灾，系统是否有容灾，降级（一般是降版本，降到先前的稳定版本）
- 分段排查：客户端排查，服务端排查，中间链路排查
故障预防
- 监控报警
- 故障演练/预案
- 故障降级/止损