网络通信与区块链

undefinedGo网络与协议

TCP/IP 协议族：

• ARP： Address Resolution Protocol, 正向地址解析协议。通过已知的IP，寻找对应的主机MAC地址。
• RARP：是反响的地址转换协议，通过MAC地址确定IP地址。
• IP：Internet Protocol，是因特网互联协议

• ICMP：Internet Control Message Protocol，是Internet控制报文协议，它是TCP/IP协议的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。

  eg： ping 127.0.0.1 就是用到了ICMP协议

• IGMP：Internet Group Management Protocol，是Internet组管理协议，它是因特网协议家族中的一个组播协议，该协议运行在主机和组播路由器之间。
• TCP：Transmission Control Protocol，传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。主要用于 文件传输
• UDP：User Datagram Protocol，是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。主要用于 聊天
• FTP
• Telnet
• TFTP
• NFS

通信的拆包与组包：

undefinedSocket编程

TCP的 C/S架构：

cs模型：客户端和服务器

客户端 ===》 客户

1）主动请求服务

服务器 ===》 客服

1）被动提供服务

undefinedGo网络通信编程

undefined服务器端

在区块链中，每一个节点既是服务器，也是客户端。

首先服务器在当前节点开启监听，protocol为tcp。在函数startserver退出后，关闭l服务器监听器ln句柄。

同时作为客户端，给中心节点发送version命令，请求区块版本（高度）检查和同步。

接下来进入无限循环，服务器监听器阻塞，等待客户端连接，并通过并发模式，接收来自客户端的连接请求，该并发任务协程会被放到服务器堆栈。该协程的名称是handleConnection。

undefined客户端

客户端通过方法net.Dial连接到服务器。在本函数执行完毕，将关闭与服务器的连接。

接下来将消息写入到conn通道。

undefined服务器端

服务器端接收到客户端的连接，阻塞解除，协程handleConnection被调用执行。

在handleConnection中，首先通过ioutil读取conn上的所有数据，然后解析命令。注意命令为12个字节（commandLength），request则是command+payload构成，payload在各个具体命令的handle中进行解析。

接下来，根据command，转到相应的处理函数中进行处理。

最后关闭通信连接。

undefined区块链的服务器和客户端

1、区块链是P2P网络，因此加入区块链的每一个节点，既是服务器，也是客户端。

所以，一般在sendData时候，都会将发送者的addr作为payload的一部分，发送给对方。

2、P2P通信，是点对点的强通信方式，多次请求-回答完成交互，从发送“麻烦告诉我你版本是什么”开始，发现本地版本比对方低，于是接着发送“麻烦告诉我你有什么”，对方将回复区块或交易的概要（哈希列表），再紧接着向对方要具体的数据（如某个区块或者某个交易）。

3、由于是P2P通信，所以每次请求-回答的数据都很小：在区块链中，每次请求只会请求一个区块的数据或者一个交易的数据，这将最大限度保证通信的可靠性。

undefinedMultiaddress

多地址（通常缩写为multiaddr）是一种约定，用于将多层寻址信息编码为单个“面向未来”的路径结构。

例如：/ip4/127.0.0.1/udp/1234对两个协议及其基本寻址信息进行编码。 /ip4/127.0.0.1通知我们，我们需要IPv4协议的127.0.0.1回送地址，而/ udp / 1234告诉我们，我们希望将UDP数据包发送到端口1234。

可以组成多地址来描述地址的多个“层”。

例如，multiaddr/p2p/QmYyQSo1c1Ym7orWxLYvCrM2EmxFTANf8wXmmE7DWjhx5N唯一标识我的本地 IPFS 节点, 使用 libp2p的注册的协议ID/p2p/和我的IPFS节点公钥的multihash。

undefinedMultiaddr简介：

Multiaddr aims to make network addresses future-proof, composable, and efficient.

Current addressing schemes have a number of problems.

• They hinder protocol migrations and interoperability between protocols.
• They don't compose well. There are plenty of X-over-Y constructions, but only few of them can be addressed in a classic URI/URL or host:port scheme.
• They don't multiplex: they address ports, not processes.
• They're implicit, in that they presume out-of-band values and context.
• They don't have efficient machine-readable representations.

Multiaddr solves these problems by modelling network addresses as arbitrary encapsulations of protocols.

• Multiaddrs support addresses for any network protocol.
• Multiaddrs are self-describing.
• Multiaddrs conform to a simple syntax, making them trivial to parse and construct.
• Multiaddrs have human-readable and efficient machine-readable representations.

• Multiaddrs encapsulate well, allowing trivial wrapping and unwrapping of encapsulation layers.

  Multiaddr was originallythought up by @jbenet.

  翻译如下：

  Multiaddr的目标是使网络地址可适应未来需求，可组合且高效。

  当前的寻址方案具有许多问题。

• 它们阻碍协议迁移和协议之间的互操作性。
• 他们表现不佳。有很多X-over-Y构造，但是只有少数可以用经典的URI / URL或host：port方案进行寻址。
• 它们不复用：它们寻址端口，而不是进程。
• 它们是隐式的，因为它们假定带外值和上下文。
• 它们没有有效的机器可读表示。

Multiaddr通过将网络地址建模为协议的任意封装来解决这些问题。

• Multiaddr支持任何网络协议的地址。
• Multiaddr是自我描述的。
• Multiaddr遵循简单的语法，使其易于解析和构造。
• Multiaddr具有人类可读和有效的机器可读表示形式。

• Multiaddr可以很好地封装，从而可以轻松封装和解开封装层。

  Multiaddr最初是由@jbenet想到的。

undefined以太坊的KAD协议

以太坊Kad网络中节点间通信基于UDP，主要由以下几个命令构成，若两个节点间PING-PONG握手通过，则认为相应节点在线。

undefined以太坊的邻居节点

C++版本以太坊源码中，NodeTable是以太坊 P2P网络的关键类，所有与邻居节点相关的数据和方法均由NodeTable类实现。

undefined邻居节点发现方法

邻居节点是指加入到K桶，并通过PING-PONG握手的节点。

邻居节点发现流程说明：

• 系统第一次启动随机生成本机节点NodeId，记为LocalId,生成后将固定不变，本地节点记为local-eth。
• 系统读取公共节点信息，ping-pong握手完成后，将其写入K桶。
• 系统每隔7200ms刷新一次K桶。

• 刷新K桶流程如下：

  a. 随机生成目标节点Id，记为TargetId，从1开始记录发现次数和刷新时间

  b. 计算TargetId与LocalId的距离，记为Dlt

  c. K桶中节点的NodeId记为KadId，计算KadId与TargetId的距离，记为Dkt

  d. 找出K桶中Dlt大于Dkt的节点，记为k桶节点，向k桶节点发送FindNODE命令，FindNODE命令包含TargetId

  e. K桶节点收到FindNODE命令后，同样执行b-d的过程，将从K桶中找到的节点使用Neighbours命令发回给本机节点。

  f. 本机节点收到Neighbours后，将收到的节点写入到K桶中。

  g. 若搜索次数不超过8次，刷新时间不超过600ms，则返回到b步骤循环执行。

undefined邻居节点网络拓扑及刷新机制

1 TargetId为随机生成的虚拟节点ID。

2 以太坊Kad网络与传统Kad网络的区别：

• 以太坊节点在发现邻居节点的8次循环中，所查找的节点均在距离上向随机生成的TargetId收敛。
• 传统Kad网络发现节点时，在距离上向节点本身收敛。