计算机网络

这一课你将能做到

1. 对应 OSI 七层与 TCP/IP 四层模型，说出每一层解决什么问题、有哪些代表协议
2. 描述 TCP 三次握手、四次挥手与可靠传输的基本机制，区分 TCP 与 UDP
3. 说清一次 HTTPS 请求从 DNS 解析到 TLS 握手再到 HTTP 响应的完整链路

为什么要学

分布式系统的本质是「通过网络协作的多台计算机」。判题平台里几乎每个动作都在走网络：浏览器用 HTTPS 调后端接口，后端用 JDBC 连 MySQL、用 RESP 协议连 Redis，微服务之间走 HTTP/gRPC，判题结果通过 WebSocket 实时推给用户。

网络知识直接决定排查问题的能力：接口超时是连不上还是对端慢？DNS 偶尔解析失败怎么办？为什么 HTTPS 多一次往返？TIME_WAIT 太多端口耗尽怎么处理？只会 @GetMapping 无法回答这些问题。本课建立分层模型与三个关键协议（TCP、TLS、HTTP）的直觉。

先建立图像

分层模型对照（数据自上而下逐层加「信封」）
OSI 七层            TCP/IP 四层     代表协议/设备        典型问题
7 应用层            应用层          HTTP/HTTPS, DNS     状态码、接口语义
6 表示层                            TLS, JSON, gzip     编码、加密
5 会话层                            WebSocket
4 传输层            传输层          TCP / UDP           端口、可靠/快速
3 网络层            网际层          IP, ICMP            寻址、路由、ping
2 数据链路层        网络接口层      以太网, ARP, MAC    局域网内投递
1 物理层                            网线/光纤/比特流

一次请求的旅程
浏览器
  │ 1.DNS: 域名 → IP（递归查询：缓存→本地DNS→根→顶级→权威）
  │ 2.TCP 三次握手建立连接
  │ 3.TLS 握手：协商算法、交换证书与密钥（非对称加密换出对称密钥）
  │ 4.HTTP 请求/响应（后续都用对称密钥加密）
  ▼
Nginx/负载均衡 ──▶ Spring Boot ──▶ MySQL/Redis

跟着做

步骤 1：亲手观察网络分层与连接

# 从下到上观察
ipconfig / ifconfig          # 看本机 IP、MAC（网络接口层/网际层信息）
ping judge.example.cn        # ICMP：测 IP 层连通性与延迟
nslookup judge.example.cn    # DNS：看域名解析到哪个 IP
tracert judge.example.cn     # Windows / traceroute：看经过哪些路由跳数

# 观察传输层连接（Linux/macOS）
netstat -an | grep ESTABLISHED      # 或 ss -tan：看 TCP 连接状态
curl -v https://judge.example.cn/api/problems   # -v 把 DNS、TCP、TLS、HTTP 全过程打出来

curl -v 是最值得养成的习惯：它依次打印解析到的 IP、TCP 连接建立、TLS 证书校验与加密套件协商、HTTP 请求头和响应状态码。一个命令看完整张分层图。

步骤 2：理解 TCP 三次握手与可靠传输

三次握手（建立连接，确认双方收发能力都正常）
  客户端              服务端
    ── SYN, seq=x ───────▶   我想连，我的序号是 x
    ◀── SYN+ACK, seq=y,
        ack=x+1 ─────────    我收到了，也想连，确认你
    ── ACK, ack=y+1 ────▶   确认你，连接建立
  为什么不是两次？要防止一个迟到的旧连接请求突然到达，
  白白让服务端建立连接并等待资源。

可靠传输四件套
  序号 + 确认ACK：每个字节有序号，没收到确认就重传
  超时重传：       计时器到期未确认 → 重发
  滑动窗口：       批量发送而不是发一个等一个，流量控制
  拥塞控制：       慢启动/拥塞避免，探测网络容量，避免灌爆网络

TCP vs UDP：TCP 面向连接、可靠、有序，代价是握手开销和头部较大（网页、文件、数据库连接都用它）；UDP 无连接、不保证可靠但延迟低、头部小（DNS 查询、视频通话、游戏同步、QUIC/HTTP3 在 UDP 上自建可靠性）。判题平台的实时状态推送用 WebSocket（基于 TCP），对延迟敏感的判题心跳可考虑 UDP 但要自己补确认。