【JavaEE初阶】网络初识
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文章目录
- 网络发展
-
- 独立模式
- 网络互联
- 局域网LAN
- 广域网WAN
- 网络通信基础
-
- IP地址
- 端口号
- 认识协议
-
- 概念
- 五元组
- 协议分层
- OSI七层模型
- TCP/IP五层（或四层）模型
- 网络设备所在分层
- 网络分层对应
网络发展
独立模式
独立模式：计算机之间相互独立。
网络互联
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。
局域网LAN
局域网，即 Local Area Network，简称LAN。
Local 即标识了局域网是本地，局部组建的一种私有网络。局域网内的主机之间能方便的进行网络通信，又称为内网；局域网和局域网之间在没有连接的情况下，是无法通信的。
（1）基于网线直连
（2）基于集线器组建
（3）基于交换机组建
（4）基于交换机和路由器组建
交换机：组建局域网
路由器：本质是把两个局域网连起来
广域网WAN
广域网，即 Wide Area Network，简称WAN。
通过路由器，将多个局域网连接起来，在物理上组成很大范围的网络，就形成了广域网。广域网内部的
局域网都属于其子网。
网络通信基础
IP地址
IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单说，IP地址用于定位主机
的网络地址。
就像我们发送快递一样，需要知道对方的收货地址，快递员才能将包裹送到目的地。
格式：
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），如：
01100100.00000100.00000101.00000110。
通常用“点分十进制”的方式来表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。如：
100.4.5.6。
特殊IP：
127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1
本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开
发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。
IP地址解决了网络通信时，定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进
程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识。
端口号
在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简
单说：端口号用于定位主机中的进程。
类似发送快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货人（端口号）。
格式：端口号是0~65535范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据。
注意事项：
两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号。
认识协议
概念
协议是通信网络中最核心的概念。它是一个约定，商量好数据是啥样的格式来进行传输的。有了这个约定，才能让双方理解对方的含义。
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。通常由三要素组成：
（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式；
类似打电话时，双方要使用同样的语言：普通话
（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；
语义主要用来说明通信双方应当怎么做。用于协调与差错处理的控制信息。
类似打电话时，说话的内容。一方道：你瞅啥？另一方就得有对应的响应：瞅你咋的！
（3）时序，即事件实现顺序的详细说明
时序定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是
异步传输。
女生和男生的通话，总是由男生主动发起通话，而总是在男生恋恋不舍的时候，由女生要求
结束通话。
网络通信，是一个比较复杂的史强，需求场景复杂了，实现功能也会比较复杂，如果这个协议太复杂，那么学习成本，使用成本，理解成本，维护成本都会比较高。因此，实际中，是针对这个复杂的大协议，拆成若干个相对简单的小协议。
针对这些小的协议，再进行“分类”。（分层）
五元组
在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：
- 源IP：标识源主机
- 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
- 目的IP：标识目的主机
- 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
- 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式
协议分层
协议分层有很多好处
- 降低学习和维护成本
- 灵活的针对这里的某一层协议进行替换
OSI七层模型
当前互联网世界，协议分层有两种风格：
（1） OSI七层网络模型
（2）TCP\IP五层网络模型
OSI七层模型分为以下七层：
OSI 七层模型既复杂又不实用：所以 OSI 七层模型没有落地、实现。
实际组建网络时，只是以 OSI 七层模型设计中的部分分层，也即是以下 TCP/IP 五层（或四层）模型来实现。
TCP/IP五层（或四层）模型
TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。
越往下的，越接近硬件设备。越往上，就越接近用户。
网络分层：相当于上层协议要调用下层协议。下层协议给上层协议提供服务。
举个：
我在淘宝上买了一件衣服，需要填写收件人地址和收件人姓名。
物理层：约定了网络通信中基础的硬件设备。
数据连接层/网卡层：主要负责相邻的两个节点之间具体的传输。
（相邻的两个节点就是指从浙江到湖南，从湖南到陕西这种传输途径。）
网络层：主要负责路径规划，走那条路比较划算。
（比如快递是从浙江义乌到西安，有很多途径可以选择，走哪一条路，怎么走，就是网络层关心的）
传输层：只关心起点到终点（端与端之间的传输）。
（站在我和商家的角度。我们不关心快递传输的过程，只关心起点和终点。这个过程就是传输层的工作。）
应用层：描述了数据的传输。用户要怎么来使用。
（我买了一个刷子，我可以用来刷鞋，刷梳子，刷羽绒服…）
节点：上述设备的统称，任何一个连入网络的交换机，路由器，电脑都可以成为“节点”。
相邻节点：通过一根线连在一起。
网络设备所在分层
- 对于一台主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也即是TCP/IP五层模型的下四 层
- 对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；
- 对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；
- 对于集线器，它只实现了物理层；
注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为二层交换机（工作在TCP/IP五层模型的下两
层）、三层路由器（工作在TCP/IP五层模型的下三层）。
随着现在网络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的网络设
备都是传统意义上的交换机和路由器。
网络分层对应
用户在输入框输入“hello”这个字符串，qq这个应用程序，就把这个字符串，构造成一个应用层数据报。
应用层数据报本质上就是一个遵守了约定格式的字符串。
发送方：
-
应用层
一个假设的应用层协议的格式：
发送QQ号；发送时间；接收方QQ号；消息内容
程序要调用操作系统的api，把这个应用层数据，交给传输层。 -
传输层（进入操作系统内核）
在传输层中，要把上述应用层程序构造成传输层的 数据报。
传输层使用到的协议：最知名的UDP和TCP。
比如此处使用UDP，就需要构造出UDP数据报。（在应用层基础上，加上UDP报头）
此处相当于字符串拼接，将报头和后面数据拼接在一起。
所谓“报头”就是一个“标签”
通过标签标示出当前要把这个消息怎样进行传输。
传输层就把这个UDP数据报交给“网络层”。
那么为什么要网上拼报头呢？
商家给我们发货，也是要套上包装的。比如一件T恤，要先套上一层塑料，再套一个纸盒。外面再套纸壳的盒…
一方面是防止衣服脏了或者运输过程损坏了。另一方面，可以在包装上面贴标签。标签上可以写一些信息。
这是快递传输中必要的内容。
- 网络层
最知名的协议：IP协议。IP协议要基于上述数据，打包成一个IP数据报。
这里的IP报头也相当于是一个字符串，包含了另外一组信息（最核心的信息，源IP和目的IP）
网络层数据准备好，还需要进一步的交给数据链路层。 - 数据链路层
最知名的协议：以太网。基于上述数据，还要打包成一个以太网数据帧。
接下来这个数据继续往下传输，交给物理层。
- 物理层
把上述二进制的数据（一串101010）转换成电信号/光信号。
此时就把真正的数据发出去了。
知识拓展：
表示一个网络传输的数据单位
包（packet）
报（datagram）
帧（frame）
端（segment）
上述过程，从应用层到物理层，层层加码，这个过程称为封装。
接收方：
（1）物理层
网卡接收到的信号是光信号和电信号，是在物理层，把这个光电信号转换回二进制的数据
转换回的这个数据，其实是一个以太网数据帧。
（2）把这个数据交给数据链路层尽心解析：
数据链路层没需要去掉帧头帧尾。取出中间的载荷。再交给上层的网络层。IP协议
以太网数据帧帧头里也会记录，这个载荷是不是一个IP数据报。
（3）网络层，IP写针对这里进行解析，解析出IP报头，取出IP协议的载荷，把这里得到的数据层数据报，交给上层传输层。
IP报头里会记录载荷是UDP还是TCP
（4）传输层：UDP再进行解析，取出报头，取出载荷，再把这个载荷交给对应的应用程序层。
UDP报头中有一个重要字段“目的端口”，目的端口是一个具体的应用程序，关联在一起的。因此就可以根据这个端口来把数据交给应用程序了。
（5）应用层：QQ应用程序，QQ就会针对应用层协议进行解析，显示到页面上。
上述过程，从下到上，层层解析，这个过程称为“分用”。
封装：包装快递
分用：拆快递。
整个的网络协议中，协议分为了很多层。
上层协议要调用下层协议（上层吧数据交给下层，继续封装）。
下层要给上层协议提供支持（下层协议解析好数据，交给上层）。
这里的几层协议之间是有明确的层级关系的，只有响铃的两层之间才能够进行交互。（不能跨层交互）