2021 March 04 计算机网络

网络协议十：IPV6、流媒体等

IPV6

简介

IPv6（Internet Protocol version 6），译为：网际协议第6版
1. 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
2. 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
3. 在2019年12月，通过IPv6使用Google服务的用户百分率首次超过30%
  1. 因为需要设备、操作系统内核升级支持IPv6
IPv6采用128位的地址，而IPv4使用的是32位
1. 支持2的128次方（约3.4 ∗ 10的38次方）个地址
2. 就以地球人口70亿人计算，每人平均可分得约4.86 ∗ 10 28个IPv6地址

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
1. 例如2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344
类似于IPv4的点分十进制，同样也存在点分十六进制的写法
1. 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。下面的IPv6地址是等价的
1. 2001:0db8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13
2. 2001:db8:2de:0:0:0:0:e13
可以用双冒号“::”表示一组0或多组连续的0，但只能出现一次。下面的IPv6地址是等价的
1. 2001:db8:2de:0:0:0:0:e13
2. 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
1. 2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade
2. 2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade
::1是本地环回地址（0:0:0:0:0:0:0:1）

首部格式

有40字节的固定首部
IVV4与IPV6的区别
常见的字段
1. Version（占4bit，0110）：版本号
2. Traffic Class（占8bit）：交通类别
  1. 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
  2. 如果路由器发生拥塞，则优先级最低的数据包将被丢弃
3. Payload Length（占16bit）：有效负载长度
  1. 最大值65535字节
  2. 包括了扩展头部、上层（传输层）数据的长度
4. Hop Limit（占8bit）：跳数限制
  1. 与IPv4数据包中的TTL相同
5. Source Address（占128bit）：源IPv6地址
6. Destination Address（占128bit）：目的IPv6地址
7. Flow Label（占20bit）：流标签
  1. 指示数据包属于哪个特定序列（流）
  2. 用数据包的源地址、目的地址、流标签标识一个流
扩展头部
1. Next Header（占8bit）：下一个头部
  1. 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）

HTTP缓存（Cache）

缓存通常使用的场景： GET请求 + 静态资源（比如HTML、CSS、JS、图片等）
ctrl+F5：可以强制刷新缓存
客户端向服务器发送请求，服务器返回响应头，那么哪些字段是用来表示缓存的呢？请求头中哪些字段用来表示缓存的呢？

缓存-响应头

Pragma：作用类似于Cache-Control，HTTP/1.0的产物(1.1已经被淘汰)
Expires：缓存的过期时间（GMT格式时间），HTTP/1.0的产物(1.1已经被淘汰)
1. 只要缓存过了这个响应头的时间，就会过期
Cache-Control：设置缓存策略
1. no-storage：告诉客户端不缓存数据到本地
2. public：允许用户、代理服务器缓存数据到本地
  1. 客户端发送到服务器请求时，中间可能进过很多代理服务器
3. private：只允许用户缓存数据到本地
4. max-age：缓存的有效时间（多长时间不过期），单位秒
5. no-cache：每次需要发请求给服务器询问缓存是否有变化，再来决定如何使用缓存
  1. 客户端给服务器发送请求之后，服务器返回数据给客户端，客户端将数据缓存起来。
  2. 下次发送给服务器同样的请求时，会先让服务器去比对本次请求的资源跟上次比，有没有变化，如果服务器发现没有变化，此时会返回304，没有响应体，表示自己的资源没有更新，请客户端从缓存中获取
优先级：Pragma > Cache-Control > Expires
1. 既然Pragma、Expires、Cache-Control在1.1（向下兼容的）都能使用，那么如果同时使用就会有优先级
Last-Modified：资源的最后一次修改时间
1. 服务器告诉客户端自己的资源最后一次修改时间是什么时候
ETag：资源的唯一标识（根据文件内容计算出来的摘要值）单向散列函数值
优先级：ETag > Last-Modified

缓存-请求头

If-None-Match
1. 如果上一次的响应头中有ETag，就会将ETag的值作为请求头的值
2. 如果服务器发现资源的最新摘要值跟If-None-Match不匹配，就会返回新的资源（200 OK）
3. 否则，就不会返回资源的具体数据（304 Not Modified）
If-Modified-Since
1. 如果上一次的响应头中没有ETag，有Last-Modified，就会将Last-Modified的值作为请求头的值
2. 如果服务器发现资源的最后一次修改时间晚于If-Modified-Since，就会返回新的资源（200 OK）
3. 否则，就不会返回资源的具体数据（304 Not Modified）

缓存-Last-Modified vs ETag

疑问：
1. 既然Last-Modified与ETag都能表示服务器的资源是否做了更新，那么为甚还要用两个表达呢？
Last-Modified的缺陷
1. 只能精确到秒级别，如果资源在1秒内被修改了，客户端将无法获取最新的资源数据
2. 如果某些资源被修改了（最后一次修改时间发生了变化），但是内容并没有任何变化
  1. 会导致相同数据重复传输，没有使用到缓存
ETag可以办到
1. 只要资源的内容没有变化，就不会重复传输资源数据
2. 只要资源的内容发生了变化，就会返回最新的资源数据给客户端

缓存使用流程

即时通信、流媒体

即时通信

即时通信（Instant Messaging，简称IM），平时用的QQ、微信，都属于典型的IM应用
国内的IM开发者社区
1. http://www.52im.net/
IM云服务
1. 网易云信、腾讯云、环信等
常用的协议
1. XMPP、MQTT、自定义协议

XMPP

XMPP（Extensible Messaging and Presence Protocol）
1. 译为：可扩展消息与存在协议，前身是Jabber
2. 基于TCP，默认端口5222、5269
特点
1. 使用XML格式进行传输，体积较大
2. 比较成熟的IM协议，开发者接入方便

MQTT

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport），译为：消息队列遥测传输
1. 基于TCP，默认端口1883、8883（带SSL/TLS）
特点
1. 开销很小，以降低网络流量，信息冗余远小于XMPP
2. 不是专门为IM设计的协议，很多功能需要自己实现
3. 很多人认为MQTT是最适合物联网（IoT，Internet of Things）的网络协议

流媒体

流媒体（Streaming Media），又叫流式媒体
1. 是指将一连串的多媒体数据压缩后，经过互联网分段发送数据，在互联网上即时传输影音以供观赏的一种技术
2. 此技术使得资料数据包得以像流水一样发送，不使用此技术，就必须在使用前下载整个媒体文件
常见协议
1. RTP（Real-Time Transport Protocol），译为：实时传输协议
  1. 参考：RFC 3550、RFC 3551，基于UDP
2. RTCP（Real-Time Transport Control Protocol），译为：实时传输控制协议
  1. 参考：RFC 3550，基于UDP，使用RTP的下一个端口
3. RTSP（Real-Time Streaming Protocol），译为：实时流协议，参考：RFC 7820
  1. 基于TCP、UDP的554端口
4. RTMP（Real-Time Messaging Protocol），译为：实时消息传输协议，由Adobe公司出品
  1. 默认基于TCP的1935端口
5. HLS（HTTP Live Streaming），基于HTTP的流媒体网络传输协议，苹果公司出品，参考：RFC 8216