＜JavaEE＞ 网络编程 -- 网络通信基础(协议和协议分层、数据封装和分用)

目录

一、IP地址

1）IP地址的概念

2）IP地址的格式

二、端口号

1）端口号的概念

2）端口号的格式

3）什么是知名端口号？

三、协议

1）协议的概念

2）协议的作用

3）TCP/IP协议中的五元组概念

四、协议分层

1）什么是协议分层？

2）协议分层的作用

3）协议分层的两种模型

<1> OSI七层模型

<2> TCP/IP五层模型

4）协议分层应用的经典网络设备

五、封装和分用

1）封装和分用的概念

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一、IP地址

1）IP地址的概念

IP地址描述了一个网络设备的网络地址，主要用于对设备的网络地址进行标识和定位。

2）IP地址的格式

IP地址是一个32位的二进制数，每8位二进制数(4个字节)后，用一个 ‘ . ’ 号分隔。这种表示方式被称为“点分十进制”。(如：192.168.1.1)

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二、端口号

1）端口号的概念

端口号区分了一个主机上的不同应用程序，用于对主机中发送、接收数据的进程标识和定位。

不同的程序可以关联多个端口号，但是一个端口号只能被一个程序关联。

2）端口号的格式

端口号是一个2字节的整数，表示范围在0~65535之间。

3）什么是知名端口号？

在0~65535范围中，0端口通常不使用，1~1023端口为系统预留端口，这些端口被分配给一些比较常见的服务器程序使用。一般在编程使用时，不应使用这些端口。

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三、协议

1）协议的概念

网络通信有数据发送方和数据接收方，接收方如何识别发送方发送的数据，这就需要通信的双方有一个约定，这个约定就是协议。

协议即网络协议，是指网络通信过程的相关设备都必须共同遵守的一系列规则。这里的规则的具体体现，就是数据格式。

2）协议的作用

计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过“频率”和“强弱”来表示0和1。

协议是一个规则，规定了通信双方如何解读这些信号，只有遵守这个规则，不同设备之间才能正确解读对方的发送的数据。

3）TCP/IP协议中的五元组概念

TCP/IP协议是网络通信中最基本的协议。
在TCP/IP协议中，用五元组的概念来标识一个网络通信，五元组是一次通信过程中必不可少的信息。
五元组包括了以下内容：
<1> 源IP	标识源主机
<2> 源端口号	标识源主机中该次通信发送数据的进程
<3> 目的IP	标识目的主机
<4> 目的端口号	标识目的主机中该次通信接收数据的进程
<5> 协议号	标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

四、协议分层

1）什么是协议分层？

网络通信十分复杂，有许多问题需要通过协议进行解决。如果将这些协议全部杂糅在一起，则会十分混乱。因此，就将这些协议拆分分层，使得每个协议都在自己的领域，专注于处理自己的事务。

2）协议分层的作用

分层的好处是使用上层协议时，不必关心下层，使用下层协议时，不用关心上层，每一层协议专注于处理自己的事务即可，同时每一层协议都可以根据需要灵活替换。

这类似于对上下层协议进行了封装，按照协议的定位和作用，进行分类，并且约定了不同层次之间的“调用关系”。

3）协议分层的两种模型

<1> OSI七层模型

OSI：即Open System Interconnection（开放系统互连）。是一种框架性的设计方法，最主要的功能是帮助不同类型的主机实现数据传输。

OSI七层模型复杂而不实用，没有实际的实现，只存在于教科书中。

图示演示模型分层：

<2> TCP/IP五层模型

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括了许多其他的协议，组成了TCP/IP协议簇。
TCP/IP通讯协议采用了五层层级结构，每一层都呼叫它的下一层协议提供的网络来完成自己的需求。
包括以下五层：
1> 应用层	负责应用程序间的沟通。规范应用程序如何使用数据。
2> 传输层	负责通信两端的数据传输。关注的是端与端。
3> 网络层	负责地址管理和路由选择。关注的是端与端之间的路径。
4> 数据链路层	负责设备之间数据帧的传送和识别。关注的是两个相邻节点之间的数据传输情况。
5> 物理层	负责光电信号的传递方式。是用于网络通信的硬件设备。
实际上TCP/IP五层模型就是将OSI七层模型中的上三层结合在一起了。

图示演示模型分层：

4）协议分层应用的经典网络设备

主机	主机的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，同时主机上的应用程序则是处于应用层，TCP/IP五层模型都在主机上有所实现。
路由器	实现了从网络层到物理层，即TCP/IP模型的下三层。
交换机	实现了从数据链接层到物理层，即TCP/IP模型的下二层。
集线器	只实现了物理层。
随着网络设备技术的发展，现在的路由器和交换机的应用层级越来越高，出现了应用于三四层的交换机和四层的路由器等。

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五、封装和分用

1）封装和分用的概念

不同层级的数据包称谓不同，在传输层的称为段(segment)，在网络层称为数据报(datagram)，在链路层称为帧(frame)。

应用层数据发送时，会从应用层到物理层，逐层处理数据。这里的处理指的是每层协议会在数据上增加数据首部(header)，这称为封装(Encapsulation)。

首部信息包含首部长度，荷载(payload)长度，端口信息，上层协议等内容。

数据封装完成后发送，经过传输介质到达目的主机，再由每层协议逐层解析对应层级的首部，最后得到源主机应用层发送的数据，这称为分用。

图示演示封装和分用：

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