java学习-网络编程

1、概述

​ 计算机通过传输介质，通信设施和网络通信协议，把不同的计算机连接起来，实现资源共享和传输，网络编程就是不同计算机之间进行通信传输。

2、网络分层

​ 计算网络分为网络协议和体系结构

2.1网络体系结构

​ 通过网络发送数据这个过程靠的是计算机网络通信完成的。分为多层，每层之间通过接口连接，层次实现功能是协议数据单元（PDU）来描述。ISO制定OSI模型是不基于具体机型，操作系统和公司的网络体系结构称为开放系统互联参考模型

但是这个模型过于庞大，复杂，美国国防部提出了TCP/IP协议参考模型，简化了OSI参考模型

2.1.1OSI参考模型

OSI把网络通信分为七层，如图

1. 物理层（二进制传输）

   物理层处于OSI的最低层，整个系统的基础，涉及到原始数据传输，功能主要是为数据端的设备提供传输数据的通路以及传输数据。

2. 数据链路层（帧传输）

   实现计算机中相邻节点可靠传输，把原始数据加上数据链路协议，构成逻辑上可靠的数据链路，做的事情有链路管理，成帧，差错管理以及流量控制，其中帧是对物理层的原始数据进行界定，也能对丢失数据进行处理。

3. 网络层

   涉及源主机节点到目的主机节点之间可靠数据传输，路由选择，网络寻址，流量控制，拥塞控制，网络互连。

4. 传输层

   承上启下的作用，涉及源节点到目的节点的信息传输，解决跨网络链接和释放，对底层不可靠的网络。建立链接需要三次握手，释放连接需要四次握手。

5. 会话层和表示层

   会话层功能负责应用程序之间的建立，维持和中断会话，提供对设备和节点之间的会话控制，协调系统和服务之间的交流，并提供单双工，半双工，全双工三种不同的通信方式

   表示层关心信息传输的格式定义，主要功能将应用层的信息转化为共同理解的形式，提供字符代码，数据格式，控制信息格式，加密等

6. 应用层

   OSI最高层，直接为应用进程提供服务，其作用在实现多个系统进程通信，完成一系列服务

2.1.2TCP/IP参考模型

​ 中文名传输控制协议/因特网互连协议。开发的网络协议簇，采用四层结构，网络接口层，网络层（ip层）、传输层(TCP层)、应用层

• 网络接口层

TCP/IP协议对网络接口层没有给出具体的描述，网络接口层对应着OSI参考模型的物理层和数据链路层

• 网络层（IP层）

网络层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此，分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，这就需要上层必须对分组进行排序。网络层除了需要完成路由的功能外，也可以完成将不同类型的网络（异构网）互连的任务。除此之外，互联网层还需要完成拥塞控制的功能。

• 传输层（TCP层）

TCP层负责在应用进程之间建立端到端的连接和可靠通信，它只存在与端节点中。TCP层涉及两个协议，TCP和UDP。其中，TCP协议提供面向连接的服务，提供按字节流的有序、可靠传输，可以实现连接管理、差错控制、流量控制、拥塞控制等。UDP协议提供无连接的服务，用于不需要或无法实现面向连接的网络应用中。

• 应用层

应用层为Internet中的各种网络应用提供服务。

2.2网络协议

如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规则（如语言）一样，计算机之间能够进行相互通信是因为它们都共同遵守一定的规则，即网络协议。

OSI参考模型和TCP/IP模型在不同的层次中有许多不同的网络协议，如图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-iFzVRRoc-1619072685009)(C:\Users\kedouer\Documents\网络协议.png)]

网络协议之间的关系图如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gwZrXWFq-1619072685013)(C:\Users\kedouer\Documents\网络2.png)]

2.2.1 IP协议

​ IP协议的作用在于把各种数据包准备无误的传递给对方，其中两个重要的条件是IP地址和MAC地址。由于IP地址是稀有资源，不可能每个人都拥有一个IP地址，所以我们通常的IP地址是路由器给我们生成的IP地址，路由器里面会记录我们的MAC地址。而MAC地址是全球唯一的。举例，IP地址就如同是我们居住小区的地址，而MAC地址就是我们住的那栋楼那个房间那个人。IP地址采用的IPv4格式，目前正在向IPv6过渡。

2.2.2 TCP协议

​ TCP（传输控制协议）是面向连接的传输层协议。TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。TCP协议采用字节流传输数据。

组成格式

协议首部和数据两部分，协议首部的固定部分是20个字节，首部的固定部分后面是选项部分。

首部还包括源端口号以及目的端口号、序号、确认序号、数据偏移、保留字段、标志位，6个、接收窗口、校验和

三次握手和四次握手

三次握手

TCP是面向连接的协议，建立连接有三个阶段，连接建立，数据传送和连接释放，简称三个阶段。

​ 第一次：客户端发送请求

​ 第二次：服务端回传确认信息

​ 第三次：客户端回传确认信息

注意：握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。

四次握手

tcp连接是全双工，因此双方都要单独关闭，

第一次：客户端请求切断连接

第二次：服务端返回确认信息

第三次：服务器关闭客户端的连接后，请求切断连接

第四次：客户端发送确认关闭信息到服务端

2.2.3 UDP协议

组成格式

首部和数据。其中，首部仅有8个字节，包括源端口和目的端口、长度（UDP用于数据报的长度）、校验和。

TCP与UDP的区别

1. TCP基于连接，UDP是无连接的；
2. 对系统资源的要求，TCP较多，UDP较少；
3. UDP程序结构较简单；
4. TCP是流模式，而UDP是数据报模式；
5. TCP保证数据正确性，而UDP可能丢包；TCP保证数据顺序，而UDP不保证；

2.2.4 HTTP协议

HTTP，超文本传输协议，它是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。HTTP是一种应用层协议，它是基于TCP协议之上的请求/响应式的协议。HTTP协议是Web浏览器和Web服务器之间通信的标准协议。HTTP指定客户端与服务器如何建立连接、客户端如何从服务器请求数据，服务器如何响应请求，以及最后如何关闭连接。HTTP连接使用TCP/IP来传输数据。

请求过程

1、客户端在端口80打开与服务端建立tcp连接。URL中还可以指定其他端口

2、客户端向服务端发送消息，请求指定路径的资源

3、服务端向客户端发送响应，响应码

4、服务端关闭连接

HTTP报文

TTP报文主要有请求报文和响应报文两种

请求有get和postz这种

HTTP请求报文由请求行、首部行和实体主体组成，由浏览器发送给服务器。

响应返回状态码200这种

HTTP和HTTPS的区别

HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单来说就是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。它是一个URL scheme（抽象标识符体系），句法类同http:体系，用于安全的HTTP数据传输。https:URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。

超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息。HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如信用开号、密码等。

为了解决HTTP协议的这一缺陷，需要使用另一种协议：安全套接字层超文本传输协议HTTPS。为了数据传输的安全，HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL协议，SSL依靠证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。

HTTPS和HTTP的区别主要为以下四点：

• https协议需要到ca申请证书，一般免费证书很少，需要缴费。

• http是超文本传输协议，信息是明文传输，https则是具有安全性的ssl加密传输协议。

• http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

• http的连接很简单，是无状态的；https协议是有ssl+http协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。

  HTTP和TCP/IP协议的关系

  网络中有一段比较容易理解的介绍：

  “我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也 可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

3 java Socket网络编程

3.1 socket概述

​ Java的网络编程主要涉及到的内容是Socket编程。Socket，套接字，就是两台主机之间逻辑连接的端点。TCP/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

​ Socket，实际上是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），

​ 传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些。

3.2 socket整体流程

1、服务器端创建一个服务器套接字（ServerSocket），并把它附加到一个端口上，服务器从这个端口监听连接。端口号的范围是0到65536，但是0到1024是为特权服务保留的端口号，我们可以选择任意一个当前没有被其他进程使用的端口。

2、客户端请求与服务器进行连接的时候，根据服务器的域名或者IP地址，加上端口号，打开一个套接字。当服务器接受连接后，服务器和客户端之间的通信就像输入输出流一样进行操作。

总结