如何搭建底层架构实现数据远距离传输毫秒级 底层传输协议

其他协议

• WebSocket

• WebSocket - 建立连接

• WebService
• RESTful
• HTTPDNS
• FTP文件传输协议
• 邮件相关的协议（SMTP、POP、IMAP）

• POP vs IMAP

• IPv6

• IPv6 - 地址格式
• IPv6 - 首部格式
• IPv6 - 拓展头部

WebSocket

Socket 是一套网络编程API，利用它可以建立网络连接，一般都是操作系统底层实现的。
WebSocket 是一个网络协议。

HTTP请求的特点：通信只能由客户端发起。所以，早期很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询。

• 轮询：由浏览器每隔一段时间（如每秒）向服务器发出HTTP请求，然后服务器返回最新的数据给客户端
• 为了能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯，HTML5规范中出现了WebSocket协议

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• 客户端、服务器，任何一方都可以主动发消息给对方

WebSocket 的应用场景很多

• 社交订阅、股票基金报价、体育实况更新、多媒体聊天、多玩家游戏等

WebSocket 和 HTTP 属于平级关系，都是应用层的协议

• 其实TCP本身就是支持全双工通信的（客户端、服务器均可主动发消息给对方）
• 只是HTTP的 “请求-应答模式” 限制了TCP的能力

WebSocket 使用 80(ws://)、443(wss://) 端口，可以绕过大多数防火墙的限制

• ws://example.com/wsapi
• wss://secure.example.com/wsapi

与 HTTP 不同的是，WebSocket 需要先建立连接

• 这就使得WebSocket成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息
• 而HTTP请求可能需要在每个请求都额外携带状态信息（如身份认证等）

WebSocket 使用
WebSocket 体验和演示：https://www.websocket.org/echo.html W3C 标准化了一套 WebSocket API，可以直接使用JS调用：

let ws = new WebSocket('wss://example.com')

WebSocket - 建立连接

• 由客户端（浏览器）主动发出握手请求

WebService

WebService，译为：Web服务，是一种跨编程语言和跨操作系统的远程调用技术标准

其实 WebService 是比较老的技术，放到现在已经可以由普通的 Web API 取代

WebService使用场景举例

• 天气预报、手机归属地查询、航班信息查询、物流信息查询等
• 比如天气预报，是气象局把自己的服务以WebService形式暴露出来，让第三方程序可以调用这些服务功能

事实上，WebService完全可以用普通的 Web API 取代（比如HTTP + JSON）

• 现在很多企业的开放平台都是直接采用Web API

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SOAP (Simple Object Access Protocol)，译为：简单对象访问协议

• 很多时候，SOAP = HTTP + XML
• WebService 使用 SOAP协议 来封装传递数据

WSDL (Web Services Description Language)，译为：Web服务描述语言

• 一个XML文档，用以描述WebService接口的细节（比如参数、返回值等）
• 一般在WebService的URL后面跟上 ?wsdl 获取WSDL信息
  

RESTful

REST (REpresentational State Transfer)，表现层状态转移

REST是一种互联网软件架构设计风格

• 定义了一组用于创建Web服务的约束
• 符合REST架构的Web服务，称为 RESTful Web服务

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RESTful 的实践建议

1、URL中使用名词（建议用复数形式），不使用动词

• 推荐：/users、/users/6
• 不推荐：listsers、/getser?id=6，/uer/list、/user/get?id=6

2、使用 HTTP的请求方法 表达动作：

一个资源连接到其他资源，使用子资源的形式：

• GET /users/6/cars/8
• POST /users/8/cars

3、API 版本化

• mj.com/v1/users
• mj.com/v2/users/66

4、返回 JSON格式的数据

5、发生错误时，不要返回 200状态码
…

HTTPDNS

HTTPDNS 是基于HTTP协议向DNS服务器发送域名解析请求

• 替代了基于DNS协议向运营商Local DNS发起解析请求的传统方式
• 可以避免 Local DNS 造成的域名劫持和跨网访问问题
• 常用在移动互联网中（比如在Android、iOS开发中）

HTTPDNS使用
1、市面上已经有现成的解决方案

• 腾讯云：https://cloud.tencent.com/product/httpdns
• 阿里云：https://help.aliyun.com/product/30100.html

2、移动端集成相关的SDK即可使用HTTPDNS服务

FTP文件传输协议

FTP (File Transport Protocol)，文件传输协议，RFC 959 定义了此规范，是基于TCP的应用层协议

• RFC 1738 中有定义，FTP的URL格式为：ftp://[user[:password]@]host[:port]/url-path

FTP有2种连接模式：主动 (Active) 和 被动 (Passive)

不管是哪种模式，都需要客户端和服务器建立2个连接

① 控制连接：用于传输状态信息（命令，cmd）

② 数据连接：用于传输文件和目录信息（data）

FTP - 主动模式

FTP - 被动模式

邮件相关的协议（SMTP、POP、IMAP）

发邮件使用的协议

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)，简单邮件传输协议
  基于TCP，标准参考 RFC 5321 服务器默认使用25端口，SSL/TLS使用465端口

收邮件使用的协议

• POP (Post Office Protocol)，邮局协议
  基于TCP，最新版是POP3，标准参考 RFC 1939 服务器默认使用110端口，SSL/TLS使用995端口
• IMAP (Internet Message Access Protocol)，因特网信息访问协议
  基于TCP，最新版是IMAP4，标准参考 RFC 3501 服务器默认使用143端口，SSL/TLS使用993端口

收发邮件的过程

POP vs IMAP

POP的特点

• 客户端连接服务器时，将会从服务器下载所有邮件
  可以设置下载完后，立即或一段时间后删除服务器邮件
• 客户端的操作（比如删除邮件、移动到文件夹）不会跟服务器同步
• 每个客户端都是独立的，都可以获得其自己的电子邮件副本

IMAP的特点

• 客户端连接服务器时，获取的是服务器上邮件的基本信息（如列表），并不会下载邮件
  等打开邮件时，才开始下载邮件
• 客户端的操作（比如删除邮件、移动到文件夹）会跟服务器同步
• 所有客户端始终会看到相同的邮件和相同的文件夹

IPv6

IPv6 (Internet Protocol version 6)，网际协议第6版

• 用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题，同时它也在其他方面对于IPv4有许多改进
• 然而长期以来IPv4在互联网流量中仍占据主要地位，IPv6的使用增长缓慢
• 在2019年12月，通过IPv6使用Google服务的用户百分率首次超过30%
  因为使用IPv6需要设备、操作系统内核升级支持IPv6
  不像HTTP升级到HTTP2一样方便

IPv6采用128位的地址，而IPv4使用的是32位

• 支持2¹²⁸（约3.4 ∗ 10³⁸ ）个地址
• 以地球人口70亿人计算，每人平均可分得约 4.86 ∗ 10²⁸个IPv6地址
• 解决了IPv4地址枯竭问题

IPv6 - 地址格式

IPv6地址为128bit，每16bit一组，共8组

每组以冒号 : 隔开，每组以4位十六进制方式表示

• 例如 2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

类似于IPv4的点分十进制，IPv6同样也存在点分十六进制的写法

• 2.0.0.1.0.d.b.8.8.5.a.3.0.8.d.3.1.3.1.9.8.a.2.e.0.3.7.0.7.3.4.4

每组前面连续的0可以省略。下列IPv6地址是等价的：

• 2001:0db8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13
• 2001:db8:2de:0:0:0:0:e13

双冒号 :: 表示一组0或多组连续的0，但只能出现一次。下列IPv6地址等价：

• 2001:db8:2de:0:0:0:0:e13
• 2001:db8:2de::e13

2001::25de::cade 是非法的，因为双冒号:出现了两次，会造成歧义

• 2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade
• 2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade

::1是本地环回地址：0:0:0:0:0:0:0:1

• ping ::1 可以ping通本机

IPv6 - 首部格式

IPv6 有40字节的固定首部

Version (占4bit，0110)：版本号

Traffic Class (占8bit)：交通类别

• 指示数据包的类别或优先级，可以帮助路由器根据数据包的优先级处理流量
• 如果路由器发生拥塞，则优先级最低的数据包将被丢弃

Payload Length (占16bit)：有效负载长度

• 最大值65535字节
• 包括了扩展头部、上层（传输层）数据的长度首部格式

Hop Limit (占8bit)：跳数限制

• 与IPv4数据包中的TTL相同

Source Address (占128bit)：源IPv6地址

Destination Address (占128bit)：目的IPv6地址

Flow Label (占20bit)：流标签

• 指示数据包属于哪个特定序列（流）
• 用数据包的源地址、目的地址、流标签标识一个流

IPv6 - 拓展头部

Next Header(占8bit)：下一个头部

• 指示扩展头部（如果存在）的类型、上层数据包的协议类型（例如TCP、UDP、ICMPv6）