分布式系统中的通讯协议：TCP/IP与UDP/IP详解
分布式系统中的通讯协议：TCP/IP与UDP/IP详解
在分布式系统中，通讯协议是其核心组成部分。本文将深入探讨TCP/IP和UDP/IP通信协议，以及如何基于Java实现系统通讯。同时，还将介绍TCP流量整形、多任务处理优化、NIO概念以及组播协议等关键技术。
从集中式架构到分布式架构
分布式架构的核心在于分层设计，每一层都可能包含特定领域的服务。在分布式架构中，服务层之间需要进行频繁的通讯，这要求我们使用合适的通讯协议来确保数据的准确传输。
任务目标
在分布式系统中，远程通信是必不可少的。我们需要了解不同类型的数据传输方式，包括字节流、字节数组和Java对象。同时，还需要掌握两种主要的协议类型：TCP/IP协议和UDP/IP协议。
网络领域的基础知识
协议类型
- TCP/UDP/multicast
- IO（BIO、NIO、AIO）
- Socket
- NIO（Netty/Mina）
- 序列化和反序列化
HTTP请求在网络中的传输过程
基于OSI的七层网络模型
- 应用层
- 表示层
- 会话层
- 传输层
- 网络层
- 数据链路层
- 物理层
TCP/IP的四层概念模型
- 网络接口层
- 网络层
- 传输层
- 应用层
在网络通信中，数据包需要经过多个层次的封装和解封装。例如，TCP头用于标识协议，IP头用于标识目标地址，MAC头用于标识目标网卡。这些信息最终会被转换为字节流进行传输。
IP协议
IP协议提供了一组数据报文服务，每组服务都由网络统一处理和分发。IP头包含目的地址和源地址，但IP协议本身是不可靠的，可能会出现数据丢失、重复或无序的情况。
TCP与UDP协议
TCP可靠协议
TCP协议能够检测和恢复IP层提供的主机和主机通讯中可能发生的报文丢失、重复和错误的情况。它提供了可靠的字节流通道，确保数据的完整性和顺序性。
UDP不可靠协议
UDP协议不会对数据进行任何修复或重传，它提供了一个基于IP之上的尽力而为的数据报文服务。UDP适用于对实时性要求较高但对数据完整性要求不高的场景。
深入分析TCP/IP
DNS解析
DNS解析将域名转换为IP地址，然后通过网关进行数据传输。这个过程类似于打电话时的拨号过程。
三次握手
TCP通过三次握手建立一个可靠的连接。客户端发送SYN包，服务器回应SYN+ACK包，客户端最后发送ACK包确认连接建立。
四次挥手
TCP断开连接时需要进行四次挥手。客户端发送FIN包请求关闭，服务器发送ACK确认收到，服务器处理完所有数据后发送FIN包，客户端最后发送ACK确认关闭。
TCP流量控制
为了防止网络拥塞，TCP引入了滑动窗口机制。发送方根据接收方的缓冲区大小动态调整窗口大小，确保数据不会丢失。
使用TCP协议进行通讯
在现代编程语言中，TCP和UDP都是基于socket概念实现的。socket可以看作是一个抽象层，应用程序通过它来发送和接收消息。
BIO与NIO
BIO阻塞
BIO是一种同步阻塞I/O模型，每个客户端请求都会分配一个线程。在数据传输过程中，如果缓冲区被占用，会导致线程阻塞。
NIO非阻塞
NIO（New IO）是一种非阻塞I/O模型，通过事件机制实现解耦。服务端有一个多路复用器，可以轮询多个channel，当某个channel可读或可写时，就会触发相应的事件。
组播协议
单播协议
TCP和UDP都是基于点对点的通讯，可以称为单播协议。
广播
网络中的所有主机都可以收到一份数据副本。
多播
消息只发送给一个多播地址，只有订阅了这个地址的主机才能收到数据。
总结
分布式系统中的通讯协议是确保系统正常运行的关键。通过理解TCP/IP和UDP/IP协议，以及相关的IO模型和组播协议，我们可以更好地设计和优化分布式系统。