标签：HTTP Nio 端口 地址 NAT IP地址 Java 数据包 连接
由以前的文章得知，http本质上是TCP连接，然后发送http约定的字节。既然是TCP那么TCP的一些限制也会影响http的性能，接下来介绍下我们访问网络的一些流程。
网络访问流程
IPv4/6
我们现在常使用的IP地址是IPv4地址，由四组0-255的十进制数字组成，中间以小数点分隔。Internet上的每一台主机或者路由器都至少有一个IP地址。IP地址(IPv4地址，下文IP地址默认指IPv4)的长度是32位。被写成4组，每组8位，总数为2的32次方，大约43亿个。43亿IP地址假如全球每人分配一个IP就需要75亿。
IPv6地址的二进制位数是128位，这128位地址通常被写成8组，每组为4个十六进制数的形式。ipv6是互联网协议的第六版，是下一代互联网协议。IPv6采用128位地址长度，其地址数量总数可达2的128次方个，当然这个还未普及。
为了快速解决IP地址匮乏的这个问题，NAT技术诞生了。
NAT
中文名唤作网络地址转换，诞生于IP地址匮乏的时代。
NAT的基本思想是ISP（Internet服务提供商）为每个家庭或者公司分配一个IP地址，这个IP地址用作Internet流量的传输，也就是大家常说的外网IP地址或者公网IP地址。在客户网络的内部，每台计算机有唯一一个IP地址，即内网IP地址，这些地址主要用于路由内部流量。当一个数据包离开客户网络发送至其他ISP时，需要进行地址转换，把唯一的内网IP地址转换成外网的IP地址。
这种地址转化使用IP地址的三个范围，这些地址已被声明私有化，任何内网中的设备可以任意使用这些地址，但是在这三个范围内的IP地址不允许出现在Internet（外网）上，这三个保留的地址范围是：
10.0.0.0~10.255.255.255/8
172.16.0.0~172.31.255.255/12
192.168.0.0~192.168.255.255/16
他们分别可以容纳16777216、1048576、65536台主机。一般家里用无线路由器，就用到了网络地址转换技术，我们连上wifi后分配的IP地址一般是以172或192为开头。学校或者大企业里面的网络可能会用到10开头的地址范围。
NAT将内网外网划分好之后，是如何使内网的设备访问外网的呢？
如下图，当计算机A在内网（假设IP为10.0.0.1）想去访问一个Internet上的网站S（假设IP地址为54.223.189.245）时，A的数据包需要先经过一个NAT盒子(NAT box)，这个盒子先将A的IP源地址转换成外网的真实IP地址（假设IP为121.0.0.2），然后将转换后的数据包发送至Internet。
于是问题来了，当网站S收到这个数据包后，会处理请求，并发送响应的数据包，然而这个数据包的目标地址是121.0.0.2（外网IP），数据包如何返回内网中的A呢？
这里要先介绍一下源端口（Source Port）和目标端口（Destination Port）的概念。当一个进程希望与另一个进程建立TCP连接时，它把自己绑定到一个本机尚未被占用的TCP端口上，这个端口称为源端口，该TCP连接中所有入境的数据包都要被发送至这个端口。同时进程还需要提供一个目标端口，指明数据包到达远程主机后送至哪一个端口处理。每一个出境的TCP数据包都包括一个源端口和目标端口。
举例来说，如下图，网站服务器S（IP地址为54.223.189.245）的HTTP服务运行在80端口上，公网上的计算机D（IP地址为121.141.56.23）想去访问网站S，于是把自己绑定到本机的33121端口上，并发送请求的数据包，这个数据包中就包含了计算机D的源端口33121和目标端口80。网站S收到请求后，发送响应的数据包，这个数据包中包含了服务器S的源端口80和目标端口3312。
上面的例子是外网中的一台计算机访问一个网站。在内网中计算机发送的数据包同样存在着源端口和目标端口。NAT盒子做的事情就是对出入境数据包的端口进行修改。
回到最初举的例子，假设内网计算机A（IP地址为10.0.0.1）发送的请求包的源端口是45421，目标端口是80，请求访问网站服务器S（IP地址为54.223.189.245）。
当这个出境数据包经过NAT盒子时，其源地址被修改成公网的真实IP（121.0.0.2），源端口被修改一个索引值（假设为50002），这个索引值指向NAT盒子的地址转化表中的某一项，这一表项保存了计算机A的内网源地址和源端口。最后NAT盒子将重新生成的数据包发送出去。
当网站S响应的入境数据包到达NAT盒子时，数据包经过处理，目的地址由公网IP（121.0.0.2）还原为计算机A的内网IP（10.0.0.1），目标端口由索引值（50002）还原为计算机A的源端口（45421）。还原后数据包可以正常的在内网路由。
这个过程基本如下图所示。
网络访问的限制
由上面可以看出，我们所有的内网ip都会映射到同一个外网ip，所有内网机器对外网的访问都要通过同一个外网ip。对于同一个外网ip来说，端口、socket存储等都是有限的，如果同一时间我们的请求越多，建立的TCP连接和NAT需要的资源也就越多，那么NAT的压力也越大，致使连接没有在规定的时间内收发数据，导致服务器断开连接，大量的请求超时或者其他异常。
提高性能的方法
1.连接池
既然连接多会导致性能降低，那我们构造一个连接池不就得了。构造一个池子，维护连接数量，如果连接不足就创建连接，如果连接满了，就删除一个空闲连接然后再创建连接（删除策略可以优先删除最早的连接或者使用LRU策略），如果没有空闲连接就把请求添加到一个数组里面等待有空闲连接，保证连接数在一个上限下面。
2.复用连接
从HTTP/1.1起，默认开启了Keep-Alive，保持连接特性，客户端和服务器都能选择随时关闭连接，则请求头中为connection:close。简单地说，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的TCP连接。但是Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间。我们可以用这个特性来实现连接复用（毕竟TCP三次握手也挺费时间的，尤其是https，ssl握手交换密钥需要的时间会更长）。只需要在上面的连接池里面构造一个以host和端口位key，连接数组为value的map即可，每次使用连接的时候先取同一目标地址和目标端口的空闲连接，取到后直接发送请求数据。如果没有再根据1里面的策略进行选取。
3.压缩算法
访问那些返回的数据量大的地址时候，数据传输就成了影响性能的大头，毕竟大量的数据传输也需要很长时间，这个时候我们就可以通过压缩数据来将大数据变成小数据。比如前几篇文章提到过的gzip算法等。
具体的实现代码比较多，就不在这里写了，感兴趣的可以去github上 https://github.com/cxsummer/net-nio 看。
标签：HTTP,Nio,端口,地址,NAT,IP地址,Java,数据包,连接 来源： https://blog.csdn.net/cjc000/article/details/118087763
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