深入浅出RPC服务与网络协议分层教学文档

深入浅出RPC服务与网络协议分层教学文档 一、RPC服务概述 RPC(Remote Procedure Call)是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。本系列文章从RPC产生的历史背景开始讲解，涉及RPC核心原理、RPC实现等，通过图文类比的方式剖析它的内部世界。 二、网络协议基础 为什么需要网络协议？ 网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。就像不同语言的人需要共同语言才能交流一样，网络上的计算机也需要共同协议才能通信。 一次请求涉及的网络协议 机器定位 ：通过IP协议(网络层)确认目标机器 程序定位 ：通过端口号(传输层TCP协议)确定目标程序 请求区分 ：通过消息ID(应用层RPC协议)关联请求和响应 物理传输 ：由物理层的光缆、电缆、无线信道等支持，配合PPP、ARP等协议 三、网络协议分层详解 应用层协议 HTTP协议 超文本传输协议(Hyper Text Transfer Protocol) 简单的请求-响应协议，运行在TCP之上 规定客户端和服务器之间的消息格式和响应方式 HTTPS协议 Hyper Text Transfer Protocol over SecureSocket Layer 在HTTP基础上加入SSL/TLS加密层 默认端口与HTTP不同，提供身份验证和加密通信 广泛用于安全敏感通信如支付交易 RPC协议 远程过程调用协议 允许程序调用远程计算机上的服务 隐藏底层网络技术细节 RTMP协议 实时消息传输协议(Real Time Messaging Protocol) 基于TCP，用于Flash/AIR平台与流媒体服务器间的音视频通信 包括RTMP基本协议及RTMPT/RTMPS/RTMPE等多种变种 P2P协议 点对点网络技术 依赖参与者计算能力和带宽而非集中式服务器 用于文件共享、VoIP等实时媒体通信 DNS协议 域名系统协议 将域名和IP地址相互映射的层次结构数据库 采用递归查询方式响应请求 GTP协议 GPRS隧道协议(GPRS Tunneling Protocol) 分为GTP-C(控制面)、GTP-U(用户面)和GTP'(计费传输) 用于2.5G/3G/4G/5G移动通信网络 DHCP协议 动态主机配置协议 集中管理、分配IP地址 使主机动态获得IP、网关、DNS等信息 其他应用层协议 FTP、Gopher、IMAP4、IRC、NNTP、XMPP、POP3、SIP、SMTP、SNMP、SSH、TELNET、RTCP、RTP、RTSP、SDP、SOAP、STUN、NTP、SSDP、BGP等 传输层协议 TCP协议 传输控制协议(Transmission Control Protocol) 面向连接、可靠、基于字节流的传输层协议 提供进程间通信能力 关键设计要素： 源端口号和目标端口号：确定目标应用 包序列号：解决乱序问题 确认序列号：解决丢包问题 状态位(SYN/ACK/RST/FIN)：维护连接状态 窗口大小：流量控制 网络层协议 IP协议 网际互连协议(Internet Protocol) TCP/IP体系中的网络层协议 提供无连接、不可靠、尽力而为的数据包传输服务 提高网络可扩展性，实现大规模异构网络互联 链路层协议 PPP协议 点对点协议(Point to Point Protocol) 提供多协议数据包传输的标准方法 替代非标准的SLIP协议 可携带IP、DECnet、IPX等多种协议 四、协议分层关系与数据传输流程 发送端流程 应用层 ：用户数据加上RPC头部，传递给传输层 传输层 ：将整个数据作为消息体，加上TCP头部，传递给网络层 网络层 ：将整个数据作为消息体，加上IP头部，传递给链路层 链路层 ：加上MAC头部，通过物理层传输 接收端流程 链路层 ：解析以太网头部，取出数据传递给网络层 网络层 ：解析IP头部，取出数据传递给传输层 传输层 ：解析TCP头部，取出数据传递给应用层 应用层 ：解析RPC协议头部，获取原始用户数据 五、TCP协议设计详解 TCP协议的设计目的是解决IP协议无法处理的进程间通信问题，其主要设计考虑包括： 端口机制 ：区分不同应用程序 序列号系统 ：确保数据有序到达 确认机制 ：保证数据可靠传输 状态控制 ：管理连接生命周期 流量控制 ：通过窗口大小调节传输速率 TCP通过这些机制实现了可靠的、面向连接的通信服务，能够适应从硬线连接到分组交换的各种网络环境。