干貨！我的計算機網(wǎng)絡(luò)怎么考了100的？
有讀者問我：軒轅，你是怎么學(xué)計算機網(wǎng)絡(luò)的?
鴿了好久，今天得空聊聊這個話題。
軒轅是通信工程專業(yè)，計算機網(wǎng)絡(luò)通信自然是必學(xué)內(nèi)容。
我猜，絕大多數(shù)同學(xué)的計算機網(wǎng)絡(luò)知識，估計都是在學(xué)生時代，抱著謝希仁那本厚厚的《計算機網(wǎng)絡(luò)》課本，老師念著上個世紀就傳承至今的教案PPT得來的。
如果運氣好，老師講的不錯，還學(xué)的進去。
如果運氣不好，老師只是一個PPT播放機的話，那就···
很不幸，我就是運氣不好的那種。
老師講了一大堆協(xié)議啊，局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備啥的，我卻聽著聽著經(jīng)常就神游太虛了。
一次偶然，發(fā)現(xiàn)隔壁班的計算機網(wǎng)絡(luò)是當初教計算機二級的老師在上課，這位老師的講課風(fēng)格一直是我非常喜歡的，于是我和兩個小伙伴就一起溜進去蹭課，這一蹭不要緊，一下就上了癮。
這位老師風(fēng)格獨立，根本不用學(xué)校發(fā)的教材，而是自己編寫了一套PPT，從最底層的原理講起，從通信的編碼校驗，到局域網(wǎng)的802.3、802.4、802.5等技術(shù)演進，用生動有趣到生活實例告訴我們什么是CSMA/CD，聽得我們?nèi)绨V如醉。我現(xiàn)在寫的很多故事性的文章，一定程度上都有這位老師的影響。
在我們幾個的口口相傳下，我們班在上計算機網(wǎng)絡(luò)課時，門可羅雀，而隔壁班人卻越來越多，不知道我們的計算機網(wǎng)絡(luò)老師看到后心里有何感想。
果然，老師的力量還是很大的，一下子就開了竅似的，學(xué)起來簡單多了，期末考試輕松拿下100分。
我的經(jīng)歷
期末考試結(jié)束后就是暑假，我進入學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)安全實驗室了，進入之后的第一個任務(wù)，也是事關(guān)我們能否留下來的考核題目來了：編寫一個HTTP流量還原的軟件。
程序要求：輸入一個從wireshark等抓包軟件導(dǎo)出的pcap文件，輸出這其中所有傳輸?shù)腍TTP內(nèi)容，包括HTML、CSS、JS、JPEG、PNG、GZIP等等內(nèi)容。
包括我在內(nèi)，同批次進入實驗室的總共有5個人，大家各自負責(zé)不同的協(xié)議流量還原，有FTP、SMTP、HTTP、IMAP、POP3，我算運氣好的，因為HTTP相對來說是最熟悉的了。
那時剛剛大一暑假，才剛剛學(xué)完C語言，雖然已經(jīng)提前自學(xué)了C++，但面臨這個題目還是慌了。
最大的問題就是，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包只在課本里學(xué)過報文格式，我也沒見過真正的數(shù)據(jù)包長啥樣，也不知道在pcap文件里怎么存儲的，更不知道如何把HTTP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)給還原出來了。
總之，就是當時對網(wǎng)絡(luò)流量的認識還停留在類似上面這樣的圖上，至于數(shù)據(jù)包長啥樣則完全沒概念。
有一天晚上，實驗室的老師安排了高一屆的師兄們給我們講解了如何抓包，怎么查看網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)。
那是我第一次在抓包軟件下看到了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的真實樣子，觸動特別大，平時躺在書本上的報文格式，現(xiàn)在活生生的出現(xiàn)在了眼前，每一個字節(jié)，甚至每一個比特的意義都在抓包軟件下看的清清楚楚，原來，網(wǎng)絡(luò)是可以看到的!
在抓包軟件下，網(wǎng)絡(luò)的分層不再是一個靜態(tài)的分層模型圖，而是看得到的一層又一層的報文頭，從鏈路層的以太網(wǎng)協(xié)議，到網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議，再到老大難的TCP頭部，再到上面的應(yīng)用層協(xié)議，那一串二進制比特流數(shù)據(jù)，用一棵協(xié)議樹的形式對應(yīng)了起來。
那幾天，我們都在集中學(xué)習(xí)抓包，看著自己瀏覽的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，最后都能在抓包軟件中找到它，我對計算機網(wǎng)絡(luò)的理解開始變得立體起來。
抓包學(xué)的差不多，就要開始編寫程序完成任務(wù)了。
在C/C++語言中，為了處理報文數(shù)據(jù)，就會定義各種各有的協(xié)議結(jié)構(gòu)體，這一來，又進一步強化了對每個字段的理解，因為它不再是書本上一個簡單的字段名字，它變成了我代碼結(jié)構(gòu)體中一個實實在在存在的成員變量。
- typedef struct _ip_hdr
- {
- #if LITTLE_ENDIAN
- unsigned char ihl:4; //首部長度
- unsigned char version:4, //版本
- #else
- unsigned char version:4, //版本
- unsigned char ihl:4; //首部長度
- #endif
- unsigned char tos; //服務(wù)類型
- unsigned short tot_len; //總長度
- unsigned short id; //標志
- unsigned short frag_off; //分片偏移
- unsigned char ttl; //生存時間
- unsigned char protocol; //協(xié)議
- unsigned short chk_sum; //檢驗和
- struct in_addr srcaddr; //源IP地址
- struct in_addr dstaddr; //目的IP地址
- }ip_hdr;
這里插一句，以前學(xué)C語言，學(xué)到聯(lián)合體union、位域這些東西時一直不知道怎么用以及有啥用，直到去處理解析這些協(xié)議頭數(shù)據(jù)的時候才發(fā)現(xiàn)：哇靠!真香!
說回我的程序，我的程序分為了兩個階段，第一步，先把pcap中存儲的數(shù)據(jù)包都展示出來，這一步主要是文件格式處理和數(shù)據(jù)包的分層解析。
第二步，識別HTTP會話，提取傳輸?shù)膬?nèi)容。
這第一步倒還好，熟悉了文件格式和報文分層的格式后，循環(huán)遍歷pcap文件內(nèi)容，挨個分層解析協(xié)議即可。
但是這個第二步就有些困難了，最重要的就在于HTTP的傳輸層是TCP，TCP里面涉及到超時重傳、亂序等一些復(fù)雜的情況，要完整的合并一個會話，考慮到上面這些情況，就沒那么容易了。
不過，困難亦是機遇，一直對計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的TCP這頭攔路虎有些懼怕，這一次是時候跟它好好把話說清楚，道明白。
序列號SEQ和確認號ACK是TCP傳輸?shù)幕?，抓住這倆家伙，就能抓住TCP會話的脈絡(luò)。
經(jīng)過一陣研究摸索，總算寫出了一套算法來進行會話流的重組，雖然現(xiàn)在回過頭去看還是有很多考慮不足之處，但在當時已經(jīng)能解決面臨的問題。
通過編程來進行流重組的過程，對TCP的超時重傳、擁塞控制、滑動窗口、數(shù)據(jù)亂序等細節(jié)有了完全不一樣的理解。
以前只是從概念上記住理解，而現(xiàn)在是自己要從代碼層面處理這一個個的場景，這個掌握的深度自然是不一樣的。
差不多一個月后，暑假過了一半兒，我總算把這個程序?qū)懥顺鰜?，看著自己上網(wǎng)的內(nèi)容被自己的軟件完整的還原出來，心里那種感覺，別提多有成就感了。
那時候開始，我對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸從里到外到底如何在工作有了全新的認識。它不再是停留在課本上那一張張靜態(tài)的報文格式圖。
一點通而多點通，有時候一個關(guān)鍵的點弄通透了以后，學(xué)習(xí)其他相關(guān)問題就會有豁然開朗的感覺了。
知道了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)如何在傳輸，再回過頭去看那些各種各樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就輕松多了。
這時候再把視角拔高一些，為什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要分層，每層的職責(zé)是什么，集線器跟交換機組網(wǎng)區(qū)別是什么，這些問題不用看書，自己就能回答上來了，它確實就該是那樣子的!
方法總結(jié)
計算機網(wǎng)絡(luò)這門課，屬于計算機四大基礎(chǔ)課程之一，無論是什么技術(shù)棧，只要從事計算機行業(yè)都得學(xué)。
而學(xué)習(xí)的方法和途徑呢，我推薦的方法是看書學(xué)理論+實戰(zhàn)相結(jié)合的方式。
第一個層次，看書+看視頻。
雖然看書很是頭疼，但基礎(chǔ)知識最好還是得通過看書來獲得。
看的時候呢可能會遇到各種各樣的疑問和困難，這時候我建議先從整體把關(guān)，不必拘泥在某個字段上。先對計算機網(wǎng)絡(luò)先有一個初步的認識，知道這大概是個什么東西，解決了什么問題。
有了初步的概念和大體的認識，再逐層細化。
推薦書目：
- 《TCP/IP協(xié)議詳解》(卷一)
- 《網(wǎng)絡(luò)是怎樣連接的》
- 《圖解TCP/IP》
如果實在是覺得看書學(xué)不進去，那我推薦你可以去看視頻，這年頭，視頻學(xué)習(xí)資料到處都是，只要你肯花功夫，通過視頻也能學(xué)好。
視頻呢也分兩種類型，一種是高校的公開課，你可以在網(wǎng)上找到一些計算機專業(yè)比較知名的學(xué)校，看看他們的公開課，比如清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、上海交大等等。
這一類視頻的特點是比較中規(guī)中矩，就像在大學(xué)里面上課一樣，氛圍感會更強一點，缺點是可能顯得有些枯燥，不過畢竟是名校的資源，比較系統(tǒng)全面，更靠譜一些。四舍五入就相當于在這里上學(xué)了。
另外一種就是一些自媒體博主，或者一些機構(gòu)推出的專欄課程。這一類相對更新一些，照顧到年輕人的口味，會用一些動畫之類的方式來呈現(xiàn)，講述的也更有趣一些。
按照套路，我是不是應(yīng)該推薦幾個放在這里?
但我沒有。
我覺得吧，視頻課程每個人的口味都不太一樣，畫面、PPT質(zhì)量、老師的聲音、語速、講述風(fēng)格等都有要求。
授人以魚不如授人以漁，大家可以去B站、網(wǎng)易云課堂上面搜一下，這兩類的視頻都有許多，其中不乏高質(zhì)量的視頻，建議多去看幾個比較比較，看看自己更喜歡哪一款。
第二個層次，抓包。
看書和視頻，這些知識還只是靜態(tài)的，紙上得來終覺淺，想要掌握扎實，就得學(xué)會抓包，自己親自動手抓一抓網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，看一下它們到底長什么樣子，并通過抓包工具分析各個協(xié)議的各個字段的作用，把前面學(xué)來的理論知識實際用起來。
這里我列舉一些可以關(guān)注的抓包場景：
- ping一個IP地址，抓包分析IP+ICMP
- ping一個域名，抓包分析UDP+DNS
- ping一個局域網(wǎng)IP，抓包分析ARP
- 禁用網(wǎng)卡重新啟用，抓包分析DHCP
- 訪問一個網(wǎng)站域名(非HTTPS)，抓包分析TCP和HTTP
- 訪問一個網(wǎng)站域名(HTTPS)，抓包分析HTTPS
至于抓包工具選擇，可以看看我的這篇文章：我抓了一個包，你不想看看?
而且，學(xué)會了抓包，也會在工作中排查問題大有幫助，實在是程序員必備技能!
這里再推薦兩本抓包分析書籍：
就像書的標題一樣，網(wǎng)絡(luò)分析就這么簡單!作者文筆出眾，不是那種一板一眼的教科書，從實際工作中遇到的問題出發(fā)，引領(lǐng)你學(xué)習(xí)，很容易看進去。
第三個層次，編程。
達到第二個層次，對于大多數(shù)人已經(jīng)足夠了。但如果你想對計算機網(wǎng)絡(luò)了解對更深一些，或者你的工作與網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)，那么寫點代碼絕對是不二之選。
那寫點什么類型的代碼好呢?
第一類是編寫我上面說的那種網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)分析軟件，通過分析處理真實的數(shù)據(jù)包，實際處理每一層每一類協(xié)議的每個字段，哪怕你只是把數(shù)據(jù)包內(nèi)容分層展示出來，那也是有非常大的幫助。
第二類就是編程來收包和發(fā)包。我們平常使用套接字編程，一般都是封裝的應(yīng)用層協(xié)議，如果你是學(xué)習(xí)應(yīng)用層協(xié)議，用套接字就可以，比如你可以寫一個簡單的靜態(tài)webserver，對HTTP協(xié)議進行封包解包。
而如果你想學(xué)習(xí)更底層協(xié)議的封包，比如TCP、UDP、ICMP、ARP、IP這些協(xié)議，那就得另謀他法，比如原始套接字，比如一些開源SDK等。
第三類，更進一步，可以嘗試編寫一些內(nèi)核驅(qū)動程序，通過操作系統(tǒng)提供的接口，進行數(shù)據(jù)包的監(jiān)控、攔截過濾與修改、通信阻斷，實現(xiàn)一些有趣的功能，比如自己實現(xiàn)一個簡單防火墻，開發(fā)一個進程通信監(jiān)控軟件等等。
再說幾句
上面只是對于開發(fā)人員的一些建議，對于專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)工程師、運維會有所不同，可能還需要學(xué)習(xí)組網(wǎng)技術(shù)、交換機/路由配置、防火墻和網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)的知識。
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「編程技術(shù)宇宙」，作者軒轅之風(fēng)O。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系編程技術(shù)宇宙公眾號。
