为什么要多路分解和多路复用？
因为：如果某层的一个协议对应直接上层的多个协议/多个实体，则需要多路分解和多路复用。
例子：


这里值得注意的是，在发送之前，需要为每个数据封装上头部信息才会生成Segment，交给网络层。

 
 
1.HTTP/2较HTTP/1.1优化亮点
 
HTTP/2是一个二进制协议，其基于“帧”的结构设计，改进了很多HTTP/1.1痛点问题。下面列举一些最常被津津乐道的改进之处：
 
多路复用的流
头部压缩
资源优先级和依赖设置
服务器推送
流量控制
重置消息
 
以上列举的每一项都值得做深入细致的研究，这里就只针对“多路复用”功能的实现进行深入的学习。
 
2.“多路复用”的原理解析
 
2.1 什么是多路复用？
 
网络上有一张图能清晰的解释这个问题：

HTTP/1.1协议的请求-响应模型大家都是熟悉的，我们用“HTTP消息”来表示一个请求-响应的过程，那么HTTP/1.1中的消息是“管道串形化”的：只有等一个消息完成之后，才能进行下一条消息；而HTTP/2中多个消息交织在了一起，这无疑提高了“通信”的效率。这就是多路复用：在一个HTTP的连接上，多路“HTTP消息”同时工作。
 
2.2 为什么HTTP/1.1不能实现“多路复用”？
 
简单回答就是：HTTP/2是基于二进制“帧”的协议，HTTP/1.1是基于“文本分割”解析的协议。
看一个HTTP/1.1简单的GET请求例子：
 
GET / HTTP/1.1
Accept:text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
Accept-Encoding:gzip, deflate, br
Accept-Language:zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8
Cache-Control:max-age=0
Connection:keep-alive
Cookie:imooc_uuid=b2076a1d-6a14-4cd5-91b0-17a9a2461cf4; imooc_isnew_ct=1517447702; imooc_isnew=2; zg_did=%7B%22did%22%3A%20%221662d799f3f17d-0afe8166871b85-454c092b-100200-1662d799f4015b%22%7D; loginstate=1; apsid=Y4ZmEwNGY3OTUwMTdjZTk0ZTc4YzBmYThmMDBmZDYAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAANDEwNzI4OQAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA5NTMzNjIzNjVAcXEuY29tAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAADBmNmM5MzczZTVjMTk3Y2VhMDE2ZjUxNmQ0NDUwY2IxIDPdWyAz3Vs%3DYj; Hm_lvt_fb538fdd5bd62072b6a984ddbc658a16=1541222935,1541224845; Hm_lvt_f0cfcccd7b1393990c78efdeebff3968=1540010199,1541222930,1541234759; zg_f375fe2f71e542a4b890d9a620f9fb32=%7B%22sid%22%3A%201541297212384%2C%22updated%22%3A%201541297753524%2C%22info%22%3A%201541222929083%2C%22superProperty%22%3A%20%22%7B%5C%22%E5%BA%94%E7%94%A8%E5%90%8D%E7%A7%B0%5C%22%3A%20%5C%22%E6%85%95%E8%AF%BE%E7%BD%91%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%BB%9F%E8%AE%A1%5C%22%2C%5C%22%E5%B9%B3%E5%8F%B0%5C%22%3A%20%5C%22web%5C%22%7D%22%2C%22platform%22%3A%20%22%7B%7D%22%2C%22utm%22%3A%20%22%7B%7D%22%2C%22referrerDomain%22%3A%20%22%22%2C%22cuid%22%3A%20%22Jph3DQ809OQ%2C%22%7D; PHPSESSID=h5jn68k1fcaadn61bpoqa9hch2; cvde=5be7a057c314b-1; IMCDNS=1
Host:www.imooc.com
Referer:https://www.imooc.com/
Upgrade-Insecure-Requests:1
User-Agent:Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/63.0.3239.132 Safari/537.36
 
以上就是HTTP/1.1发送请求消息的文本格式：以换行符分割每一条key:value的内容，解析这种数据用不着什么高科技，相反的，解析这种数据往往速度慢且容易出错。“服务端”需要不断的读入字节，直到遇到分隔符（这里指换行符，代码中可能使用\n或者\r\n表示），这种解析方式是可行的，并且HTTP/1.1已经被广泛使用了二十多年，这事已经做过无数次了，问题一直都是存在的：
 
一次只能处理一个请求或响应，因为这种以分隔符分割消息的数据，在完成之前不能停止解析。
解析这种数据无法预知需要多少内存，这会带给“服务端”很大的压力，因为它不知道要把一行要解析的内容读到多大的“缓冲区”中，在保证解析效率和速度的前提下：内存该如何分配？
 
2.3 HTTP/2帧结构设计和多路复用实现
 
前边提到：HTTP/2设计是基于“二进制帧”进行设计的，这种设计无疑是一种“高超的艺术”，因为它实现了一个目的：一切可预知，一切可控。
帧是一个数据单元，实现了对消息的封装。下面是HTTP/2的帧结构：

帧的字节中保存了不同的信息，前9个字节对于每个帧都是一致的，“服务器”解析HTTP/2的数据帧时只需要解析这些字节，就能准确的知道整个帧期望多少字节数来进行处理信息。我们先来了解一下帧中每个字段保存的信息：
 
名称
长度
描述
Length
3 字节
表示帧负载的长度，默认最大帧大小2^14
Type
1 字节
当前帧的类型，下面会做介绍
Flags
1 字节
具体帧的标识
R
1 位
保留位，不需要设置，否则可能带来严重后果
Stream Identifier
31 位
每个流的唯一ID
Frame Payload
不固定
真实帧的长度，真实长度在Length中设置
 
如果使用HTTP/1.1的话，你需要发送完上一个请求，才能发送下一个；由于HTTP/2是分帧的，请求和响应可以交错甚至可以复用。
为了能够发送不同的“数据信息”，通过帧数据传递不同的内容，HTTP/2中定义了10种不同类型的帧，在上面表格的Type字段中可对“帧”类型进行设置。下表是HTTP/2的帧类型：
 
名称
ID
描述
DATA
0x0
传输流的核心内容
HEADERS
0x1
包含HTTP首部，和可选的优先级参数
PRIORITY
0x2
指示或者更改流的优先级和依赖
RST_STREAM
0x3
允许一端停止流（通常是由于错误导致的）
SETTINGS
0x4
协商连接级参数
PUSH_PROMISE
0x5
提示客户端，服务端要推送些东西
PING
0x6
测试连接可用性和往返时延（RTT）
GOAWAY
0x7
告诉另外一端，当前端已结束
WINDOW_UPDATE
0x8
协商一端要接收多少字节（用于流量控制）
CONTINUATION
0x9
用以拓展HEADER数据块
 
有了以上对HTTP/2帧的了解，我们就可以解释多路复用是怎样实现的了，不过在这之前我们先来了解“流”的概念：HTTP/2连接上独立的、双向的帧序列交换。流ID（帧首部的6-9字节）用来标识帧所属的流
下面两张图分别表示了HTTP/2协议上POST请求数据流“复用”的过程，很容易看的明白：

 
3. 更多特性与简介
 
由于HTTP/2消息中“帧”的设计，客户端和服务端在通信的过程中能够彼此了解更多的信息。下面再简单说一下其他几点比较重要的特性，算是一个学习引导方向吧。
 
3.1 流量控制（滑窗）
 
HTTP/2的新特性之一是基于流的流量控制。不同于HTTP/1.1,只要客户端可以处理，服务端就会尽可能快的发送数据，HTTP/2提供了客户端调整传输速度的能力（服务端也可以）。WINDOW_UPDATE帧用来完成这件事情，每个帧告诉对方，发送方想要接收多少字节，它将发送一个WINDOW_UPDATE帧以指示其更新后的处理字节能力。
 
3.2 设置资源优先级和依赖关系
 
流的一个重要特性是可以设置优先级和资源数据的依赖关系。HTTP/2通过流的依赖可以实现这些功能。通过HEADERS帧和PRIORITY帧，客户端可以明确的告诉服务端它最需要什么，这是通过声明依赖关系和权重实现的。
 
依赖关系为客户端提供了一种能力，通过指明某些对象对另外一些对象的依赖，告知服务器哪些资源应该被优先传输。
权重让客户端告诉服务器如何具体确定具有共同依赖关系对象的优先级。
 
3.3 服务端推送
 
《孙子兵法》中有一句名言：“兵马未到，粮草先行”。服务端推送功能就可以实现这样一个功能。当页面还没有开始请求具体的资源时，服务端就已经把一些资源（像css和js）已经推送到客户端了。当浏览器要渲染页面时，资源已经在缓存中了，听起来是一件很酷的事情，实际上也正是这样。服务端推送是通过PUSH_PROMISE帧实现的，当然其实现的细节是非常复杂的，感兴趣的同学可以研究一下。
HTTP/2的“多路复用”问题已经说明白了，还补充了一些新特性的介绍。当然想要深入了解HTTP/2的一些原理，有太多太多的内容需要阅读，实践。比如“首部压缩”算法HPACK是HTTP/2的关键元素之一，是HTTP/2制定开发组长时间的研究成果，其思想内容也是特别值得学习借鉴的。本节所设计到的东西只是HTTP/2协议中的冰山一角，RFC7540可以帮助你充分了解该协议的方方面面。
 

OSI参考模型
 
应用层——所有能产生网络流量的程序
表示层——在传输之前是否进行加密 或 压缩 处理，二进制或ASCII码表示
会话层——查木马，看需求端和网站之间的连接
传输层——可靠传输，流量控制，不可靠传输(一个数据包即可，不需要建立会话，例如向DNS查询网站IP地址)
网络层——负责选择最佳路径，规划IP地址(ipv4和ipv6变化只会影响网络层)
数据链路层——帧的开始和结束，还有透明传输，差错校验(纠错由传输层解决)
物理层——定义网络设备接口标准，电气标准(电压)，如何在物理链路上传输的更快
 
PC4向PC3传输数据
 

 PC：计算机；Hub：集线器；Switch：交换机；Router：路由
 
发送端(封装)：
 (1)应用层准备要传输的数据；
 
(2)传输层把文件进行分段并编号；(数据段)
 
(3)网络层把传输层的每一个数据包增加原IP地址和目标IP地址；(数据包)
 
(4)数据链路层把每个数据加上MAC地址；两种情况：(数据帧)
 使用自己的子网掩码，判断自己和目标地址分别在哪个网段，若在同一个网段(不过路由器)，通过ARP协议广播的方式得到目标IP地址的MAC地址，然后就能封装出一个数据帧；如果子网掩码不是一个网段(用与运算)，通过ARP协议广播的方式得到路由器(网关)的MAC地址，然后把数据通过交换机发送到路由器M2，因为M2和M3是点对点通信，没有别的主机，所以它们之间的MAC地址就是FF。
 
(5)物理层把数据帧变成数字信号(bit流)
 
接收端(解封)：
 
(1)交换机Hub0接收bit流，能对数据进行存储转发。它根据数据帧的MAC地址，确定数据是从哪来的，要去哪。
 
(2)路由器M2获取交换机的数据包，识别其中的IP地址，根据路由表选择出口，它无法识别数据段内容。
 
(3)路由器M2到M3是点对点通信，遵守PPP协议。
 
(4)PC3收到bit流后，数据链路层发现MAC地址是自己的，去掉MAC地址给它的网络层，网络层去掉IP地址给传输层，传输层把数据给应用层，应用层把各个数据拼接起来。

温故:
 
        1、单工传输：单工传输只支持数据在一个方向上传输，数据传送只能在一个方向上进行，任何时候都不能改变方向，就像公路上的单行道，例如无线电广播。
 
        2、半双工传输：半双工传输允许数据在两个方向上传输，但是还是有限制的地方，就是在同一时刻只允许数据在一个方向上传输，从本质上来说，它应该是一种可以切换方向的单工通信，就像一条窄到只容一辆车通过的马路，虽然它不是单行道，两个方向皆可以通行，但是同一时间却只能有一个通过。传统的对讲机使用的就是半双工的通信方式。
 
        3、全双工传输：全双工传输允许数据同时在两个方向传输，即有两个信道，因此才能允许双向同时传输。全双工通信是两个单工通信的集合，要求收发双方都有独立的收发能力，就行马路上的双向车道，你走你的我走我的，互不干涉计算机之间的通信。
         如果对这部分内容有兴趣请看《计算机网络基础之数据传输方式（二）》
 
知新：
 
        今天给大家带来的是“多路复用技术”，什么是多路复用技术呢？简单的说就是许多单个的信号通过高速线路上的信道同时进行传输，这里有两点是要说的。第一，前面所说的高速线路的信道实际上是由一条信道分割出来的多条子信道，所以可以有N条信道；第二就是要想实现多路复用技术就需要一个工具：多路复用器。
 
拓展：多路复用器的存在意义是为了充分利用通信信道的容量，大大降低系统的成本。例如，对于一对电话线来说，它的通信频带一般在100kHz以上，而每一路电话信号的频带一般限制在4kHz以下。此时，信道的容量远大于一路电话的信息传送量。采用多路复用器，可使多路数据信息共享一路信道。
 
        当复用线路上的数据流连续时，这种共享方式可取得良好效果。显然，这样做比每台终端各用一根通信线路传送也更为经济。多路复用器总是成对使用的。一个连续终端，另一个在主机附近，它的作用是将接收的复合数据流，依照信道分离数据，并将它们送到对应的输出线上，故称为解多路复用器。举个例子，现在有一桌子饭，如果只有一个人就只能吃掉十分之一，为了不剩下，就再增加9个人不就能都吃掉了嘛。这一桌子饭就相当于一条频率带宽很大的信道，一个人的食量就相当于一个信号；下图就是多路复用的系统结构图。
 
 
多路复用技术又分为了好多种，这里介绍常见的三种频分多路复用、时分多路复用和波分多路复用。
 
1、频分多路复用（FDM）：就是在物理信道的频率带宽大大超过单一原始信号所需要的带宽的情况下，可以将物理信道的总带宽分割成多个与传输单个信号带宽相同（略宽）的子信道，每个信道传输一路信号，多路原始信号在频分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使各信号的带宽不相互重叠。多路原始信号在频分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使各信号的带宽不相互重叠
 
 
2、时分多路复用 (TDM)：若物理信道能够达到的位传输速率超过各路信号源所要求的的数据传输速率，可以采用时分多路复用技术。时分多路复用TDM是将一条物理信道按时间分为若干时间片轮换地给多个信号使用，每一时间片由复用的一个信号占用，这样可以在一条物理信道上传输多个数字信号。举个例子，一般人一秒钟磕一个瓜子，老王十分之一秒就能磕一个瓜子，因此老王就可以将一秒钟分成10份，同样的一秒钟老王就可以磕10个瓜子.
 
 
总结： 
 
        对于频分复用，频带越宽，则在此频带宽度内所能划分的子信道就越多；对于时分复用，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时隙数就越多，因而所划分的子信道就越多。FDM主要用于模拟信道的复用，TDM主要用于数字信道的复用。
 
        对于频分多路复用的分配方法，有分为了同步时分多路复用和异步时分多路复用。二者的区别是同步时分多路复用的时隙都是安排好并且固定不变的，即每一个信号源与一个时隙对应，因此在接收端只需要通过时隙序号就可以判断出是那个信号源的数据。但是这种多路复用也有其不足，因为同步时分多路复用有一个原则就是哪怕某个时隙某个信号源没有数据发过来，那么这个时隙宁可空着也不能给别的信号源用。
 
        其实大家知道了同步时分多路复用的原理也就基本知道了异步时分多路复用是怎么回事。刚刚说了同步时分多路复用的缺点是如果用户没有数据发送，那么就会浪费带宽，但是异步时分多路复用恰恰避免了这个问题，它可以动态的分配信道的时隙，用户不固定占用某个某个时隙，如果某路数据源没有数据发送，就允许其他数据源占用这个时隙。
 
3、波分多路复用（WDM）：光分多路复用是指在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，其实就是将电的频分多路复用技术用于光纤信道，唯一的区别就是WDM使用光调制解调设备将不同信道的信号调制成不同波长的光，并复用到光纤通道上，在接收端使用波分设备分离出不同的波长的光。
 
 
4、码分多路复用（CDM）：码分bai多路复用也是一种共享du信道的方法，每个用户可zhi在同一时间dao使用同样的zhuan频带进行通信，shu但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干拢能力强。码分多路复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响，而且增大了通信系统的容量。
 
 
        总结：FDM是以频段不同来区分不同的信号的，特点是信道不独占，但是时间共享，每一子信道使用的频带不重叠；TDM的特点是独占时隙，但是信道资源共享，每一个子信道使用的时隙不重叠；而CDM的特点是所有子信道在同一时间可以使用整个信道进行数据传输，它在信道与时间资源上均为共享。
 
        如果对这部分内容感兴趣，请继续看我的《计算机网络基础之数据交换技术》