运维

# 前言

在计算机网络领域，端口是至关重要的概念。它们用于标识网络上的特定进程或服务，使得数据包能够准确地传输到目标应用程序。TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是两种主要的传输层协议，各具有不同的特点和用途。那么，一个端口是否可以同时用于TCP和UDP的通信呢？本文将深入探讨这个问题，并解释其背后的技术实现和实际应用场景。

## 什么是端口？

想象一下你的电脑是一座大楼，而端口就是大楼中的各个房间。每个房间都有一个唯一的房间号，用来让信使（网络数据包）知道要送到哪个房间。比如，HTTP协议通常使用80号房间（端口），而HTTPS则使用443号房间。

## TCP和UDP是什么？

TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是互联网通信的两大主要协议。就像是两种不同的信使服务：

* **TCP**：可靠的快递服务，会确保你的包裹（数据）按顺序、安全无误地送达，并且会要求收件人签收（确认接收）。
* **UDP**：快递速度很快，但不保证包裹是否完整到达。适合那些对时效性要求高但对完整性要求不高的场景，比如在线视频和在线游戏。

## 那么，TCP和UDP可以用同一个端口吗？

答案是：**可以**！

虽然听起来有些令人吃惊，但TCP和UDP实际上是两个不同的协议栈，各自有自己的连接方式和机制。我们可以把它们想象成两家不同的快递公司，它们各自租用了大楼的不同部分来处理自己的快递业务。

### 具体如何实现？

在实际操作中，TCP和UDP使用同一个端口号来处理不同类型的数据是很常见的。比如，某个应用程序可以同时通过TCP和UDP来提供不同的服务。这些服务会监听（listen）同一个端口，但处理方式不同。

**举个例子**

假设我们有一个应用程序，它在端口12345上同时提供TCP和UDP服务：

* 对于TCP连接，它可能用于文件传输，因为文件传输需要保证数据的完整性。
* 对于UDP连接，它可能用于实时语音通话，因为语音通话更注重时效性而非数据完整性。

当有数据包到达时，操作系统的网络栈会根据数据包的协议类型（是TCP还是UDP）将数据包分别交给相应的处理程序。

### 实际应用

举个实际的例子，DNS（域名系统）就是一个典型的场景。DNS通常使用端口53，既可以通过UDP快速查询，也可以通过TCP进行可靠传输。

* **UDP**：用来发送小且简短的查询请求，这样可以快速获得响应。
* **TCP**：在需要传输大量数据或者查询结果过大时，会使用TCP来确保数据的完整性。

## 操作系统如何管理端口

操作系统在管理端口时，会根据协议类型来区分TCP端口和UDP端口。每个协议栈都有自己独立的端口号空间。这意味着在同一台计算机上，端口12345的TCP服务和端口12345的UDP服务是完全独立的，两者互不干扰。

### 网络栈的处理流程

当一个数据包到达网络接口时，操作系统的网络栈会首先检查数据包头部的信息，以确定该数据包属于哪个协议（TCP或UDP）。然后根据协议类型和目标端口号，将数据包交给相应的协议处理程序。这一过程如下：

1. **接收数据包**：网络接口接收到一个数据包。
2. **协议类型检查**：检查数据包的协议类型字段，以确定是TCP还是UDP。
3. **端口号检查**：读取数据包中的目标端口号。
4. **递交处理**：将数据包递交给相应协议栈的处理程序（TCP栈或UDP栈），由监听该端口的应用程序来处理。

## 在应用开发中的考虑

对于开发者来说，理解TCP和UDP共用端口的机制有助于设计更加高效和灵活的网络应用程序。

### 多协议支持

有些应用程序需要同时支持TCP和UDP连接。例如：   

* **游戏服务器**：通常使用UDP来处理游戏状态更新（因为速度快，时效性高），同时使用TCP来进行玩家认证和其他需要高可靠性的操作。
* **流媒体应用**：使用UDP来传输视频流（减少延迟），而使用TCP来处理控制信息和元数据（确保传输的可靠性）。

### 安全性考虑

在设计支持多协议的应用时，需要注意安全性问题。例如：

* **端口****扫描攻击**：攻击者可能通过扫描常见端口来寻找漏洞。因此，确保你的应用程序在监听端口时有足够的安全保护措施（如防火墙和入侵检测系统）。
* **数据验证**：对于UDP来说，由于其不可靠性，必须在应用层进行数据验证和处理丢包的逻辑。

### 性能优化

共享端口有助于减少资源占用和提升性能。例如：

* **资源共享**：同一个应用程序通过共享端口，可以减少系统资源的占用（如减少套接字的数量）。
* **优化数据流**：通过统一的端口管理，可以更方便地优化数据流的处理，提高整体的网络性能。

## 总结

综上所述，TCP和UDP协议确实可以共用同一个端口，通过操作系统的协议栈进行有效管理和区分。这种机制不仅在理论上可行，而且在许多实际应用中得到了广泛应用，如DNS服务、游戏服务器和流媒体应用等。理解这一概念对于网络应用开发者来说至关重要，有助于设计出更加高效、安全和灵活的系统。


在计算机网络领域，端口是至关重要的概念。它们用于标识网络上的特定进程或服务，使得数据包能够准确地传输到目标应用程序。TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是两种主要的传输层协议，各具有不同的特点和用途。那么，一个端口是否可以同时用于TCP和UDP的通信呢？本文将深入探讨这个问题，并解释其背后的技术实现和实际应用场景。什么是端口？想象一下你的电脑是一座大楼，而端口就是大楼中的各个房间。  

如何在同一端口上同时运行TCP和UDP服务

服务端

#### 1、示例

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
static int hex2num(char c)
{
	if (c >= '0' && c <= '9')
		return c - '0';
	if (c >= 'a' && c <= 'f')
		return c - 'a' + 10;
	if (c >= 'A' && c <= 'F')
		return c - 'A' + 10;
	return -1;
}

void hexstr2mac(char *dst, char *src) {
	int i=0;
    while(i<6) {
        if(' ' == *src||':'== *src||'"'== *src||'\''== *src) {
            src++;
            continue;
        }
        *(dst+i) = ((hex2num(*src)<<4)|hex2num(*(src+1)));
	i++;
        src += 2;  
    }
}

//使用
char mac[6]={0};
char* macstr="AA:BB:CC:DD:EE:FF";
hexstr2mac(&mac,macstr);

printf("Mac:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n", mac[0], mac[1], mac[2], mac[3], mac[4], mac[5]);
// 其打印结果的0x后面会出现很多FFF


```

```C
// 打印示例，如：
DstMAC:00:FFFFFFF4:FFFFFF8D:FFFFFFB4:FFFFFFF3:FFFFFFE1
SrcMAC:00:0C:29:49:FFFFFFAF:FFFFFFBA
```

MAC[i]应该是被定义成了 char了，char是有符号的，完整的类型名是signed char。

若是printf("%.2X:",MAC[i])，传参时会将MAC[i] 扩展成int再传

若MAC[i]是0x50, 则被扩展成0x00000050

若是0x86, 因为符号位是1，带符号扩展则变成0xFFFFFF86所以要&0xff,  去掉高位0xFFFFFF

#### 2、方法一

```C++
// 定义mac[6]时，使用unsigned char定义
unsigned char mac[6] = {0};
```

#### 3、方法二

```
// 打印时mac[i]后面加&0xFF
printf("Mac:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n", mac[0]&0xFF, mac[1]&0xFF, mac[2]&0xFF, mac[3]&0xFF, mac[4]&0xFF, mac[5])&0xFF;
```

```C
// 使用上述两种方法，打印示例如下：
DstMAC:00:F4:8D:B4:F3:E1
SrcMAC:00:0C:29:49:AF:BA
```


如何有效打印Mac地址(C语言)

阻塞I/O、非阻塞I/O、信号驱动I/O、I/O多路复用都是**同步I/O**。

**同步I/O**指内核向应用程序通知的是就绪事件，比如只通知有客户端连接，要求用户代码自行执行I/O操作。

**异步I/O**是指内核向应用程序通知的是完成事件，比如读取客户端的数据后才通知应用程序，由内核完成I/O操作。

#### 一、阻塞I/O

调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的去检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回才能进行下一步动作。

当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。

#### 二、非阻塞I/O

非阻塞等待，每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事。非阻塞I/O执行系统调用总是立即返回，不管时间是否已经发生，若时间没有发生，则返回-1，此时可以根据errno区分这两种情况，对于accept，recv和send，事件未发生时，errno通常被设置成eagain。

#### 三、信号驱动I/O

Linux用套接口进行信号驱动IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO时间就绪，进程收到SIGIO信号。然后处理IO事件。

#### 四、I/O多路复用

Linux用select/poll函数实现IO复用模型，这两个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是这两个函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。知道有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数。

#### 五、异步I/O

Linux中，可以调用aio\_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。


阻塞I/O、非阻塞I/O、信号驱动I/O、I/O多路复用都是同步I/O。同步I/O指内核向应用程序通知的是就绪事件，比如只通知有客户端连接，要求用户代码自行执行I/O操作。异步I/O是指内核向应用程序通知的是完成事件，比如读取客户端的数据后才通知应用程序，由内核完成I/O操作。一、阻塞I/O调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的去检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回才

5种常见的I/O模型

前端

### Request

* **accept**

  * **accept-encoding**
  * **accept-language**
  * **content-type**
  * **cookie**
  * **origin**
  * **referer**
  * **user-agent**
  * **if-modified-since**
  * **cache-control**

  ### Response


  * **content-type**
  * **Content-Length**
  * **content-encoding**
  * **access-control-allow-credentials**
  * **access-control-allow-origin**
  * **Access-Control-Expose-Headers**
  * **Access-Control-Max-Age**
  * **date**
  * **cache-control**
  * **last-modified**
  * **ETag**


Requestacceptaccept-encodingaccept-languagecontent-typecookieoriginrefereruser-agentif-modified-sincecache-controlResponsecontent-typeContent-Lengthcontent-encodingaccess-control-allow-credentialsacce

HTTP 常见请求头

## 前言

> 科学正确的使用 Http 缓存，会让我的应用体验上升一次台阶，并有效的节约服务器资源。
>
> 了解 Http 缓存机制与原理，并使用在自己的应用中。下文内容提供详细参考。

## 一、HTTP缓存相关请求头

* Cache-Control
* Expires
* Etag
* Last-Modified
* If-None-Match
* If-Modified-Sign

## 二、强缓存

1. 第一次请求资源

![image-20210127170717895](https://tva1.sinaimg.cn/large/008eGmZEgy1gn2d8ihmwmj31g30u0dpb.jpg)

> 服务器 Response Header 返回
>
> * Cache-control 资源缓存时间 6s （强缓存）
> * Etag 资源 etag 摘要（协商缓存）
> * Last-Modified: 资源最后修改时间 （协商缓存）

---

2. 第二次请求资源

![image-20210127170827108](https://tva1.sinaimg.cn/large/008eGmZEgy1gn2d9p5wgej31lu0u0457.jpg)

> 在 6s 内刷新了页面，重新加载图片，由于第一次请求设置了 Cache-Control 缓存时间为 6s。
>
> 于是图片直接从内容中加载（from memory cache）
>
> 如果 6s 内关闭页面重新打开会看到缓存内容从硬盘中加载（from dist cache）

> Cache-Control,Expires 等强缓存字段都可由服务器返回。（Node, Nginx, Java 等等）
>
> 下文会记录 Node 处理方式。

## 三、协商缓存

![image-20210127170423785](https://tva1.sinaimg.cn/large/008eGmZEgy1gn2d5hb32yj31j40u0wnt.jpg)

> 接着强缓存的流程，图片加载 6s 后刷新重新页面，图片超过了强缓存设置的时间，浏览器会向服务器发起资源请求。
>
> Request Header 中携带第一次加载图片时服务器返回的字段：
>
> If-Modified-Sign 设置服务器上次请求返回的 Last_Modified
>
> If-Nono_Match 设置服务器上次请求返还的 Etag

**服务器端**

> 判断请求头 Request Header 是否携带 If-Modified-Sign、If-Nono_Match。如果存在，通过计算获取资源的 etag，与请求头的 etag 进行对比，If-Modified-Sign 与文件的最后修改时间对比，如果都匹配，直接返回 304 给浏览器。浏览器直接加载本地资源。如果不匹配，则返回资源数据给浏览器。
>
> If-Modified-Sign、If-Nono_Match 同时存在时，If-Nono_Match 的优先级更高。也就是 就算 If-Modified-Sign 与目标资源的最后修改时间不同，但是 etag 值相同，那么也直接返回 304，也就是走协商缓存。

## 四、Koa 静态资源处理

1. 添加静态资源包依赖库 `koa-static`

   > npm install koa-static
   >

   2. 启动静态资源服务器

   ```javascript
   const Koa = require('koa');
   const static = require('koa-static');

   const App = new Koa();
   App.use(static('../public'))

   App.listen(3000);
   ```

   3. 处理强缓存请求头

   ```javascript
    /** Browser cache max-age in milliseconds. (defaults to 0) */
    maxage?: number;
    /** Tell the browser the resource is immutable and can be cached indefinitely. (defaults to false) */
    immutable?: boolean;
    /** Allow transfer of hidden files. (defaults to false) */
    hidden?: boolean;
    /** Root directory to restrict file access. (defaults to '') */
    root?: string;
    /** Name of the index file to serve automatically when visiting the root location. (defaults to none) */
    index?: string | false;
    /** Try to serve the gzipped version of a file automatically when gzip is supported by a client and if the   requested file with .gz extension exists. (defaults to true). */
    gzip?: boolean;
    /** Try to serve the brotli version of a file automatically when brotli is supported by a client and if the requested file with .br extension exists. (defaults to true). */
    brotli?: boolean;
    /** If not false (defaults to true), format the path to serve static file servers and not require a trailing slash for directories, so that you can do both /directory and /directory/. */
    format?: boolean;
    /** Function to set custom headers on response. */
    setHeaders?: SetHeaders;
    /** Try to match extensions from passed array to search for file when no extension is sufficed in URL. First found is served. (defaults to false) */
    extensions?: string[] | false;
   ```

   4. 处理协商缓存

   > npm install koa-conditional-get
   >
   > npm install koa-etag
   >

   ```javascript
   const Koa = require('koa');
   const path = require('path');
   const conditional = require('koa-conditional-get');
   const etag = require('koa-etag');
   const App = new Koa();

   App.use(conditional());
   App.use(etag());

   App.use(static('../public'))
   App.listen(3000);
   ```

## 五、刷新缓存失效情况

![img](https://tva1.sinaimg.cn/large/008eGmZEgy1gn2jl11gm8j30h6046dgh.jpg)


科学正确的使用HTTP缓存，会让我的应用体验上升一次台阶，并有效的节约服务器资源。了解Http缓存机制与原理，并使用在自己的应用中。下文内容提供详细参考。一、HTTP缓存相关请求头Cache-ControlExpiresEtagLast-ModifiedIf-None-MatchIf-Modified-Sign二、强缓存第一次请求资源服务器ResponseHeader返回Cache-cont

HTTP 缓存原理与实践

## 前言

> 「为啥咱们的网站访问那么慢」「网站加载这么慢客户都跑了」「能不能把咱们的网站加载速度提升下」本文记录的内容「CDN」是解决上面问题的方法之一，也是技术难度，成本相对较低的一种方式。

## 「问题起源」

首先分析一下网站加载速度慢的原因（问题基于前端静态文件部署在普通的云服务器CVM上，没有设置其他任何优化措施的情况）

浏览器渲染页面需要在请求到需要渲染的html文件的情况下，然后解析html中的<style/><img/><script/>等需要加载其他静态资源的标签时继续向目标服务器进行资源请求。因为云服务器是架在公网上的，请求获取静态资源是需要通过网络传输，服务器对资源的处理等操作。对于普通的云服务器，网络带宽不足，服务器硬盘还是普通的机械硬盘，请求静态资源对云服务器来说真的是个考验。

如何能加快请求静态资源的速度呢？1. 加快服务器读取文件的速度 2.加快服务器传输文件流给客户端的速度。加快读取文件速度，那就换个好的硬盘，加快传输速度，那就增加服务器的带宽。解决这两个问题都是需要银子的，能用银子解决问题，那还费什么脑子学习呢。

为了解决上面的问题，可以考虑引入CDN。

## 「CDN 是个啥」

> **百度百科定义**
>
> CDN的全称是Content Delivery Network，即[内容分发网络](https://baike.baidu.com/item/内容分发网络/4034265)。CDN是构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。

通俗的解释：CDN「内容分发网络」，出于尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快更稳定的目的，通过在网络各处放置节点服务器所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络方式，CDN系统能够实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上。

这通俗的解释好像也不是很通俗，那么尝试从CDN的原理上下手，看看CDN的运行过程，方便进一步理解CDN到底是怎么解决访问速度问题的。

## 「CDN 工作原理」

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/0081Kckwgy1gk7gm4thr6j30u00vbjum.jpg" alt="image-20201030165304073" style="zoom:67%;" />

> 按照图中顺序，详细介绍每一步的动作

**「1」** 当用户浏览器或者其他代理客户的请求网站页面的内容URL，首先查询本地DNS系统，如果之前访问过并且缓存ip存在，则直接返回ip给浏览器，然后用户浏览器通过ip向目标服务器发起请求获得资源,DNS系统会最终将域名的解析权交给CNAME指向的CDN专用DNS服务器。


**「2」** 如果本地DNS服务器不存在缓存信息，进一步向权威DNS服务器请求CNAME类型的解析记录，CNAME记录对应的是CDN专属DNS服务器。


**「3」** 用户向CDN的全局负载均衡设备发起内容URL访问请求， CDN全局负载均衡设备根据用户IP地址，以及用户请求的内容URL，选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备，告诉用户向这台设备发起请求。


**「4」**  区域负载均衡设备会为用户选择一台合适的缓存服务器提供服务，选择的依据包括：根据用户IP地址，判断哪一台服务器距用户最近；根据用户所请求的URL中携带的内容名称，判断哪一台服务器上有用户所需内容；查询各个服务器当前的负载情况，判断哪一台服务器尚有服务能力。基于以上这些条件的综合分析之后，区域负载均衡设备会向全局负载均衡设备返回一台缓存服务器的IP地址。


**「5」** 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户。


**「6」** 用户向缓存服务器发起请求，缓存服务器响应用户请求，将用户所需内容传送到用户终端。如果这台缓存服务器上并没有用户想要的内容，而区域均衡设备依然将它分配给了用户，那么这台服务器就要向它的上一级缓存服务器请求内容。


**「7」** 追溯到网站的源服务器将内容拉到本地。


## 「实践出真知」

> 纸上得来终觉浅，最好的学习方式莫过于亲自下场参与一下。
>
> 接下来将通过普通部署 vs CDN 部署两种方式，对比一下加载效果。

**「Nginx普通部署」 vs 「七牛云CDN部署」**

![nginx普通部署](http://api.portal.levenx.com/aa9e762c45bb4e4c83b4a961db32e165.jpg)

![七牛云cdn部署](http://api.portal.levenx.com/f4ae525a026c4f959a91d7cd5c84cd08.jpg)

> **备注**：七牛云CDN部署效果图中 js 文件的大小变小了，是因为七牛云服务器开启了gzip压缩，实际上是同一个js文件。但是返回响应时间920ms 跟 26ms，差距也是有点大。这还是文件比较小的情况，如果js文件再大一点，普通云服务器部署简直没得玩。


「为啥咱们的网站访问那么慢」「网站加载这么慢客户都跑了」「能不能把咱们的网站加载速度提升下」本文记录的内容「CDN」是解决上面问题的方法之一，也是技术难度，成本相对较低的一种方式。「问题起源」首先分析一下网站加载速度慢的原因（问题基于前端静态文件部署在普通的云服务器CVM上，没有设置其他任何优化措施的情况）浏览器渲染页面需要在请求到需要渲染的html文件的情况下，然后解析html中的等需要加载其他

CDN 了解一下

客户端

算法

工程

产品

信息安全

Network（网络）是指连接在一起的计算机、设备和其他物体，它们可以彼此通信和交换信息。网络可以分为局域网（LAN）、广域网（WAN）、互联网（Internet）等不同的类型和层次，它们在不同的范围和层次上提供了不同的服务和功能。

网络的主要特点包括：

连通性：网络可以将不同的计算机、设备和应用程序连接在一起，实现彼此之间的通信和数据交换。

分布式：网络中的计算机和设备分布在不同的地理位置，可以通过网络连接在一起，实现分布式计算和数据存储。

开放性：网络是一个开放的系统，可以使用不同的协议和技术来实现各种功能和服务。

可靠性：网络通过冗余和备份等方式提高了数据传输和存储的可靠性和安全性。

网络在现代社会中扮演着非常重要的角色，它可以用于各种不同的应用场景，如通信、电子商务、社交媒体、云计算等。网络技术的发展也带来了许多新的机遇和挑战，例如网络安全、数据隐私和数字化转型等方面。

如果您想深入了解网络的原理和技术，可以学习计算机网络、网络安全、云计算等相关领域的知识。这些知识可以帮助您更好地理解和应用网络技术，为自己的职业发展和个人成长打下坚实的基础。