java ee 网络初识
文章目录
- 一、网络发展史
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- 1.1独立模式
- 1.2网络互连
- 1.3局域网
- 1.4广域网WAN
- 二、网络通信基础
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- 2.1IP地址
- 2.2端口号
- 2.3认识协议（重要）
- 2.4五元组
- 2.5协议分层
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- 2.5.1分层的作用
- 2.5.2OSI七层模型
- 2.5.3TCP/IP五层（或四层）模型
- 2.5.4网络设备所在分层
- 2.5.5网络分层对应
- 2.6封装和分用
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- 2.6.1封装
- 2.6.2分用
提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
一、网络发展史
1.1独立模式
独立模式：计算机之间相互独立
（图片来自比特就业课）
1.2网络互连
随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成
业务，就有了网络互连。
网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享。
数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，也称为网络通信。
根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网。
1.3局域网
局域网就是把两台或两台以上主机连到一起
1）基于网线直连
上图就是两根线，把3个主机给连起来，这三个主机就构成了一个局域网
但是这种组网方式非常少见（非常费网线和网口），一般组建局域网都会使用一些转发设备：交换机、路由器
2）基于集线器组建
集线器这种是比较坑的，实际基本没有使用集线器的：它是相当于把一个网线给分叉了（但是分出来的两个叉只能用一个），示意图如下：
3）基于交换机组建
交换机上有很多网口，网口都是对等的，你插哪个孔都一样。把几个电脑往这交换机上一插。借助交换机就组成了局域网。这个局域网的内部主机之间就可以互相进行访问。
4）基于路由器组建
就是把多台电脑连到路由器上（我们最常见的情况）
路由器上有两类端口：WAN口和LAN口
其中插在LAN口上的设备，在一个局域网里，通过WAN口连接到另外一个局域网。
路由器相当于是连接了两个局域网，LAN口是一个，WAN口又是一个，示意图如下：
可以视A为B的局域网中的一个设备
ps:上述讨论的区别都只是传统的交换机和路由器，实际上，真正的交换机和路由器之间的界限已经越来越模糊了——路由器的很多功能，交换机也有；交换机的很多功能，路由器也有。但是如果是笔试或面试中还是以传统的讨论。
通过路由器/交换机 组建起来的这些就叫作局域网（你两台设备插到交换机上是局域网，你把一个城市的设备插到交换机上也还是局域网）
1.4广域网WAN
广域网和局域网之间没有明显界限，认为比较大的局域网，就可以称为“广域网”
全世界最大的广域网——Internet（因特网）
二、网络通信基础
2.1IP地址
概念： IP地址就是描述了网络上的一个主机的位置
（相当于快递的收货地址）
格式：IP地址本质上是一个32位的整数，但是由于32位整数不方便记忆，所以我们是把32位整数分成4个部分，用“.”进行分割。每个部分是一个字节，也就是每个部分范围是0~255，我们把这种表示方式叫“点分十进制”
比如我这里的ip
当然了，这个ip主要是方便我们人去看的，计算机存储这个IP地址还是32位的整数
有一个特殊的IP地址：127.0.0.1 它是环回IP,表示自己这个主机（有点类似java中的this）
2.2端口号
概念：描述了一个主机上的某个应用程序
（相当于快递的收货人的电话）
格式：端口号本质上是一个2字节（16位）的无符号整数
范围0~65535
比如3306就是mysql默认的端口号
服务器程序在启动的时候就需要绑定一个端口号，以便客户端程序来访问
2.3认识协议（重要）
协议是我们学习网络非常重要的东西，我们如果想进行有效通信，前提就是能够明确通信协议。本质上就是约定，发出来的数据是什么样的格式，接收方按照相应的格式进行解析。
举个不恰当的例子：张三是一个间谍特务，他和人接头必须要有一个暗号，能对上这个暗号的才能进行交易（有内鬼，终止交易/doge）
网络通信的时候，本质上传输的是光信号、电信号
通过光信号的频率（高频率/低频率）电信号的电平（高电平/低电平）来表示0和1
通过这样的光、电信号这样的方式，你就可以发送1串的0和1，那么这一串0和1是什么意思呢？你得明确出来是按什么规则发的，接收方才能进行接收和处理
协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵从
的一组约定、规则。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互
通信交流。
而协议一般由三要素组成：
2.4五元组
2.5协议分层
网络通信这个过程，其实非常复杂，里面有很多很多细节。如果只通过一个协议来约定所有的细节，这个协议就会非常庞大复杂。
更好的方法就是把一个大的、复杂的协议拆除多个小的、简单协议。然后每个协议负责一部分工作。
2.5.1分层的作用
我们先来看一张示意图：
（图片来自比特就业课）
1.每层协议不需要理解其他协议的细节了，更好的做到了封装，降低使用成本。
如上图，打电话的人，不需要理解电话的工作原理就可以完成打电话的操作。
制作电话的人，你也不用什么语言都会，你把电话制作出来可以对话就可以了
2.把对应层的协议替换成了其他协议，更好的解耦合
打电话的人，可以不使用有线电话，而去使用无线电话
打电话的人，可以不用中文对话，而去使用英文对话
2.5.2OSI七层模型
这个模型一般只存在与教科书中，真实的情况往往是这个七层的简化版本（也就是下面要说的五层/四层模型）
2.5.3TCP/IP五层（或四层）模型
TCP/IP的五层模型下面四层和OSI是一样，最上面原本OSI的三层被TCP/IP合并成了一层应用层
下面这四层，和我们程序员的关系不是很大，这里的代码逻辑都是由操作系统和驱动以及硬件已经实现好的
我们程序员打交道最多的，还是这个应用层的协议
物理层：网络通信中的硬件设备，比如网卡/网线，针对硬件设备的约定，就是物理层协议所负责的范畴。需要保证所有的主机和网络设备之间，都是相互匹配的。
数据链路层：负责相邻（一根网线连的两个设备叫相邻）的两个设备之间通信
示意图如下：
网络层：负责点到点之间的通信
网络中的任意节点，到任意其他节点之间的通信（不一定是相邻的了）
网络层就负责在这两点之间，规划处一条合适的路线，实际的网络环境非常复杂，两个点之间的路径不止一条，就需要规划最合适的一条（类似你去一个地方，手机上某地图APP给你导航）
示意图如下：
传输层：负责端到端之间(起点到终点)的通信
它只关注结果（数据到没到），不关注过程（不关注数据走哪条路径）
比如我网上买个东西，我只需填写收件人地址，然后商家发货给我。商家和我都只关心在哪里发，发送到哪里，至于这途中是经过了哪些地方是不关心的。
传输层的核心协议有两种：TCP，UDP，socket API也有对应的两组，由于TCP和UDP协议差别很大，因此这两组API差别也挺大的。
应用层：和应用程序密切相关，你传输的这个数据是干啥用的，不同的应用程序就有不同的用途
比如我在网上买个电脑，商家发货给我——传输层（只关心起点终点）
快递公司——网络层（规划路线）
快递小哥——数据链路层（同一个城市，负责相邻的）
电动车/集装箱卡车——物理层（提供传输的基础）
上面所说传输层、网络层、数据链路层、物理层的只考虑包裹如何传输，不考虑这个包裹里面是什么，更不关心包裹里的东西是什么。
那我买电脑的用途是来查资料、玩游戏、上网课——这就是应用层
2.5.4网络设备所在分层
2.5.5网络分层对应
2.6封装和分用
封装和分用是网络分层中的一组重要概念。它描述了不同的分层协议之间，是如何相互配合的。
ps:此处的“封装”和java面向对象里的封装没有关系。
例如：A用QQ给B发消息
2.6.1封装
应用层（QQ应用程序）：根据用户输入的内容，把数据构造成一个应用层的协议报文（遵守了这个协议的一组数据）。
ps:协议是开发QQ的程序员约定的，类比开来，LOL使用的应用层协议，是开发LOL的程序员约定的…
比如我们现在假设协议报文是下图这样：
接下来，应用层协议就调用操作系统提供的API（socket API）,把应用层的数据，交给传输层（就已经进入操作系统的内核了）
传输层(操作系统内核)：根据刚才传输过来的数据，基于当前使用的 传输层协议，来构造一个传输层的协议报文
ps:传输层最典型的协议有UDP、TCP，我们这里以TCP为例
我们现在有一个应用层的数据报
在这个数据报的基础上，我们再给它多加一个TCP的协议报头，就构成了TCP数据报（你可以简单的认为是字符串拼接，只不过这里是拼接的是二进制数据）
TCP的报头有很多信息，其中最重要的是“源端口”和“目的端口”（类似现实中的发件人电话和收件人电话）
类似于你买东西，商家得用一下盒子或蛇皮袋把东西打包好——目的是保护东西不受损害，另外就是可以向上面贴标签
我们网络中的封装不需要考虑数据被弄坏、弄脏的问题，这里主要的目的是为了贴标签：贴上辅助转发的信息（类似收发人的电话），有了这个信息才能发给正确的人。
接下来就会把这个传输层的数据报，交给网络层
网络层（操作系统内核）：拿到了完整的传输层数据，就会根据当前使用的网络层协议（例如IP），再次进行封装，把TCP数据报构造成IP协议数据报，示意图如下：
IP协议报头也有很多重要的信息，其中最重要的就是源IP和目的IP（相当于发件人地址和收件人地址）
紧接着，当前的网络层协议，就会把这个IP数据报交给数据链路层
数据链路层（驱动程序）：在刚才的IP数据报基础上，根据当前使用的数据链路层协议，构造成一个数据链路层的数据报，典型的数据链路层协议——以太网，就会构造成一个“以太网数据帧”
IP协议里面写的地址是始终是起点X和终点Y（比如苏州和扬州）
ps:苏州到扬州路线：苏州-无锡-常州-镇江-扬州
以太网数据帧，帧头里写的地址是接下来一个相邻节点的地址（苏州和无锡）
随着数据往下一个设备的转发，帧头中的地址一直在发生变化
现在在苏州，这里的地址，写的就是 苏州/无锡
到了无锡，这里的地址，写的就是 无锡/常州
到了常州，这里的地址，写的就是 常州/镇江
到了镇江，这里的地址，写的就是 镇江/扬州
注：帧尾里面的信息主要是校验和（后面讲解）
再接下来，数据链路层就会把数据交给物理层
物理层（硬件设备）：
根据刚才的以太网数据帧（其实就是一组0和1），把这里0和1变成高低电平，通过网线传输出去；
或者把这里的0和1变成高低频的电磁波，通过光纤/网线的方式传播出去
我们上面说的：应用层到物理层都是封装——从上往下，数据从高层协议交给下层协议，由下层协议进行封装（构造成该层协议的报文）
到了这一步，此时的数据就已经离开了A的主机，前往了下一个设备，下一个设备可能是路由器/交换机/其他设备（中间可能有若干路由器或交换机负责数据转发）
2.6.2分用
我们中间的过程先不论，先来开数据到底B之后干了什么
物理层（硬件设备、网卡）：
主机B的网卡感知到了一组高低电平，然后就会把这些电平翻译成0或1的一串数据，然后这一串0 1就是一个完整的以太网数据帧。
物理层就把这个数据交给了数据链路层
数据链路层（驱动）：
数据链路层负责对这个数据进行解析，去掉帧头和帧尾，取出里面的IP数据报，然后交给网络层协议
网络层（操作系统）：
网络层协议（IP协议）又会对这个数据进行解析，去掉IP协议报头，取出里面的TCP数据报，再交给传输层
传输层（操作系统内核）：
传输层协议（TCP协议），又会对这个数据进行解析，去掉TCP报头，取出里面的TCP数据报，交给应用层。
应用层（应用程序QQ）
调用soket API 从内核中读取到这个应用层数据报，再按照应用层协议进行解析。根据解析结构再显示到消息窗口中。
分用：就是封装的逆过程，封装是从上往下，数据依次被加上了协议报投（类似层层打包），分用就是从下往上，数据依次被去掉协议（类似层层拆包）
我们之前说过，A和B之间还有一些路由器或者交换机，那中间的那些过程是怎样的呢？
如上图，我们的A把数据分装好后，会经历若干个交换机/路由器，交换机（一般只有数据链路层和物理层）会先分用数据，解析到数据链路层，更新以太网数据帧的帧头里的地址，然后再重新分装，并进行转发（可能会经历多个交换机，直到下一站是B）。