很多情况下，我们都会接触到网络模型，Socket、TCP等网络编程概念。但这些技术概念在我们平时的开发中却不是经常碰到。但是为什么它们会频繁的在博客中，面试中出现？主要原因还是我们使用的技术都已经对这些技术完成了封装，我们只需要使用就行，但使用过程中如果出现问题，我们却如无头苍蝇一样，不知道如何下手。这个时候就需要我们去理解技术的原理。
网络模型分层
应用层
我们能直接接触到的就是应用层（Application Layer），我们电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现。那么，当两个不同设备的应用需要通信的时候，应用就把应用数据传给下一层，也就是传输层。
所以，应用层只需要专注于为用户提供应用功能，比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
应用层是不用去关心数据是如何传输的，就类似于，我们寄快递的时候，只需要把包裹交给快递员，由他负责运输快递，我们不需要关心快递是如何被运输的。
传输层
在传输层会有两个传输协议，分别是 TCP 和 UDP。
TCP 的全称叫传输控制协议（Transmission Control Protocol），大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议，比如 HTTP 应用层协议。TCP 相比 UDP 多了很多特性，比如流量控制、超时重传、拥塞控制等，这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。
UDP 相对来说就很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。当然，UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以，不过要实现一个商用的可靠 UDP 传输协议，也不是一件简单的事情。
应用需要传输的数据可能会非常大，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，我们把每个分块称为一个 TCP 段（TCP Segment）。
网络层
网络层的协议就是IP协议，负责将数据从一端传递到另一端。
IP 协议是TCP/IP 协议族中最为核心的协议，更确切的说是网络层重要的协议之一。 IP 协议把上层数据包封装成IP 数据包后进行传输，如果IP 数据包太大，还要对数据包进行分片后再传输，到了目的地址处再进行组装还原，以适应不同物理网络对一次所能传输数据大小的要求。
各层数据包格式
网络接口层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。
Socket
Socket要做的事情就是将一台电脑的进程跟另一台电脑的进程建立连接。
Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口 （API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。
Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。
是操作系统内核里的一部分，用来帮助进程调用硬件资源，比如网卡。
sock
sock是socket用来收发数据的一个数据结构。里面包含了IP和端口。
为了实现不同类型的网络传输功能，通过继承sock就实现了应用在不同场景下的sock。
inet_sock特指用了网络传输功能的sock，在sock的基础上还加入了TTL，端口，IP地址这些跟网络传输相关的字段信息。Unix domain socket，用于本机进程之间的通信，直接读写文件，不需要经过网络协议栈。这是个非常有用的东西。
inet_connection_sock 是指面向连接的sock，在inet_sock的基础上加入面向连接的协议里相关字段，比如accept队列，数据包分片大小，握手失败重试次数等。
tcp_sock 就是正儿八经的tcp协议专用的sock结构了，在inet_connection_sock基础上还加入了tcp特有的滑动窗口、拥塞避免等功能。同样udp协议也会有一个专用的数据结构，叫udp_sock。
为什么高并发系统需要修改Linux的文件最大打开数？
Linux 是文件即系统，最大文件打开数影响着请求连接数量，一般情况下是1024。这个是一般的解释。
更近一步来说就是，建立连接需要创建一个sock，在创建这个sock的时候，同时创建一个文件，操作这个文件就是操作这个sock，将文件的文件句柄交给进程，让进程通过这个句柄去控制sock。
HTTP
HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器返回响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。
在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。
在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。
HTTP消息信息是用ASCII编码的，每个HTTP请求消息均包含HTTP协议版本（HTTP/1.1，HTTP/2），HTTP方法（GET/POST等），HTTP标头（Content-Type，Content-Length），主机信息等。以及包含要传输到服务器的实际消息的正文（请求主体）。
有个比较形象的描述：HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力。
和WebSocket的关系
WebSocket和HTTP一样，都位于网络模型的应用层。
WebSocket是双向的，在客户端-服务器通信的场景中使用的全双工协议，它以ws://或wss://开头。与HTTP不同的是，Websocket需要先建立连接，这就使得其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携带状态信息（如身份认证等）。这意味着客户端和服务器之间的连接将保持活动状态，直到被任何一方（客户端或服务器）终止。在通过客户端和服务器中的任何一方关闭连接之后，连接将从两端终止。
连接状态
linux下使用netstat命令查看端口连接状态。
- 通过postman访问端口为12800的接口时，状态是ESTABLISHED。
1> netstat -nat | grep -i 12800 2tcp6 0 0 :::12800 :::* LISTEN 3tcp6 0 0 192.168.150.233:12800 192.168.14.8:57350 ESTABLISHED 4
当短时间内多次调用会复用该连接。
- 当大概一分钟之后再次进行调用会发现会建立新的连接，原来的链接变为TIME_WAIT
1> netstat -nat | grep -i 12800 2tcp6 0 0 :::12800 :::* LISTEN 3tcp6 0 0 192.168.150.233:12800 192.168.14.8:57662 ESTABLISHED 4tcp6 0 0 192.168.150.233:12800 192.168.14.8:57350 TIME_WAIT
同时，我们发现在通过postman进行接口调用时，访问端的端口是socket在建立连接时通过算法生成的。客户端使用的端口号范围是：49152~65535。
公认端口（Well Known Ports）：0-1023之间的端口号。
常用的公认端口有：
FTP : 21
TELNET : 23
SMTP : 25
DNS : 53
TFTP : 69
HTTP : 80
HTTPS: 443
SNMP : 161
注册端口（Registered Ports）：从1024-49151。
- 当通过nginx代理访问12800接口时，通过监听12800端口发现
1> netstat -nat | grep -i 12800 2tcp6 0 0 :::12800 :::* LISTEN 3tcp6 0 0 127.0.0.1:12800 127.0.0.1:60082 TIME_WAIT 4tcp6 0 0 ::1:12800 ::1:36186 TIME_WAIT
调用完状态就直接是TIME_WAIT。同时会有个注册端口36186的地址出现。
当不停地通过页面访问nginx代理的网页，通过nginx代理访问12800接口时。
1> netstat -nat | grep -i 12800 2tcp6 0 0 :::12800 :::* LISTEN 3tcp6 0 0 127.0.0.1:12800 127.0.0.1:60082 TIME_WAIT 4tcp6 0 0 ::1:12800 ::1:36200 TIME_WAIT 5tcp6 0 0 ::1:12800 ::1:36196 TIME_WAIT 6tcp6 0 0 ::1:12800 ::1:36186 TIME_WAIT 7tcp6 0 0 127.0.0.1:12800 127.0.0.1:60092 TIME_WAIT 8tcp6 0 0 ::1:12800 ::1:36204 TIME_WAIT 9tcp6 0 0 127.0.0.1:12800 127.0.0.1:60096 TIME_WAIT
会出现多个链接。表明nginx代理访问后端接口的连接没有复用，这是因为nginx代理后台接口时，默认没有使用长连接。
查看nginx进程的连接状态。
1> netstat -anp | grep nginx 2 3tcp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:* LISTEN 343982/nginx: maste 4tcp 0 0 0.0.0.0:11800 0.0.0.0:* LISTEN 343982/nginx: maste 5tcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN 343982/nginx: maste 6tcp 0 0 0.0.0.0:8083 0.0.0.0:* LISTEN 343982/nginx: maste 7tcp 0 0 192.168.150.233:80 192.168.14.8:55378 ESTABLISHED 343983/nginx: worke 8tcp 0 0 192.168.150.233:80 192.168.14.8:55230 ESTABLISHED 343983/nginx: worke 9tcp 0 0 192.168.150.233:80 192.168.14.8:55200 ESTABLISHED 343983/nginx: worke
发现nginx跟客户端的连接是一个ESTABLISHED的状态。连接是可以复用的。 默认情况下，nginx已经自动开启了对客户端的连接的keep alive支持。
1http{ 2 ## 长连接保持时间 3 keepalive_timeout 65; 4 ## 一个长连接的最大请求数 5 keepalive_requests 100; 6}
nginx代理后端地址需要配置长连接。 为了让nginx和server（nginx称为upstream）之间保持长连接，典型设置如下：
http {
upstream BACKEND {
...
keepalive: 300; //很重要
}
server {
location / {
...
proxy_http_version 1.1; //这2个最好设置以下
proxy_set_header Connection "";
}
}
}
第一个参数是keepalive，这个的含义是指空闲连接数。 根据QPS和平均响应时间大体能计算出需要的长连接的数量。比如前面10000 QPS和100毫秒响应时间就可以推算出需要的长连接数量大概是1000. 然后将keepalive设置为这个长连接数量的10%到30%。或者直接设置为1000。
proxy_http_version和proxy_set_header最好也设置一下。
通过以上配置之后，再次测试nginx代理后台接口的状态情况。
1> netstat -anp | grep 12800 2tcp 0 0 127.0.0.1:33692 127.0.0.1:12800 ESTABLISHED 2187147/nginx: work 3tcp6 0 0 :::12800 :::* LISTEN 1873072/java 4tcp6 0 0 127.0.0.1:12800 127.0.0.1:33692 ESTABLISHED 1873072/java 5tcp6 0 0 ::1:12800 ::1:38028 ESTABLISHED 1873072/java 6tcp6 0 0 ::1:38028 ::1:12800 ESTABLISHED 2187147/nginx: work
发现连接状态是ESTABLISHED。通过不停的访问前端页面，页面发送请求到后台接口，都没有新的连接的建立，是复用的原有连接。
通过查看nginx的连接情况可以看出来。
1> netstat -anp | grep nginx 2tcp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:* LISTEN 2187146/nginx: mast 3tcp 0 0 0.0.0.0:11800 0.0.0.0:* LISTEN 2187146/nginx: mast 4tcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN 2187146/nginx: mast 5tcp 0 0 0.0.0.0:8083 0.0.0.0:* LISTEN 2187146/nginx: mast 6tcp 0 0 127.0.0.1:33934 127.0.0.1:12800 ESTABLISHED 2187147/nginx: work 7tcp 0 0 192.168.150.233:80 192.168.14.8:55108 ESTABLISHED 2187147/nginx: work
最后2行的意思是：192.168.14.8 使用端口55108跟192.168.150.233的80端口建立了长连接，访问页面。 nginx使用生成的端口33934访问了本机的12800端口，这个端口是后台接口地址，也是长连接。