【JavaEE】_网络通信原理

目录

1. 网络发展史

2. 网络通信基础

1.1 IP地址

1.2 端口号

1.3 协议

1.3.1 概念

1.3.2 五元组

1.4  协议分层

1.4.1 协议分层的优点

1.4.2 协议分层的分类

1.4.3网络设备所在分层

1.4.4 两台主机通过TCP/IP协议通讯过程

1.5 封装与分用

1.5.1 封装

1.5.2 分用

---

1. 网络发展史

（1）单机：计算机之间相互独立；

（2）局域互联网LAN：将多台电脑通过路由器、集线器、交换机等进行连接构成局域互联网；

组件局域网的方式：

① 网线直连； ② 基于交换器组建； ③ 基于集线器组建； ④ 基于交换机和路由器组建；

（3）广域互联网WAN：使用路由器连接多个局域网形成大范围网络，形成广域网；

（局域网与广域网之间没有明确的界限）

注：组件网络涉及到的重要设备：

① 集线器：一根网线分两路，但同一时刻只同一条，比较古早，现今不常见；

② 交换机：组件局域网（不能跨局域网），可以用于扩展路由器的端口，而今带有路由功能的交换机也较常见，故而交换机与路由器的界限也越来越模糊；

③ 路由器：将两个局域网进行连接（跨局域网），一般家用路由器常见是5个网口：I个WAN+4个LAN，其中WAN口用于连接上级路由器；

2. 网络通信基础

网络互联的目的是进行网络通信，即网络数据传输；

1.1 IP地址

1. 在组建的网络中，主机用于输出或是接收数据根据IP地址进行标识，标识了网络设备所在的位置，

即：IP地址用于定位主机的网络地址，唯一标识一个主机；

2. 在计算机中，使用一个32位、4字节数字表示地址，一般会把IP地址表示成4个0~255之间的十进制数字，并且用3个点进行分割，这种表示方法称为点分十进制表示法。

1.2 端口号

1. 网络通信时，端口号可以标识主机中发送、接收数据的进程，标识了一个具体的应用程序；

即：端口号用于定位主机中的进程；

2. 端口号也是一个整数，大小为2字节，相对IP地址，是一个比较小的数字，范围是0~65535。

3. 不同的程序可以关联/绑定到不同的端口号，要求同一个主机上的应用程序不能关联到同一个端口号。一个端口号只能被一个程序绑定，但一个程序可以绑定多个端口；

如：mysql服务器绑定了3306端口，与此同时mysql还可以绑定其他的端口，但其他的程序就不能绑定3306端口了。

4. 端口号的分类：

第1类：熟知端口号：1~1023，留给一些较常见的服务器程序进行使用的，如：DNS：53端口，HTTP：80端口；

第2类：登记/注册端口号：1024~49151，使用这类端口号必须在IANA登记；

第3类：临时端口（短暂端口号）：49152~65535，仅在客户进程运行时才动态选择，通信结束后则端口号收回。

1.3 协议

1.3.1 概念

协议是网络协议的简称，网络协议是网络通信经过的所有网络设备都必须遵从的一组约定、规则；

1.3.2 五元组

在TCP/IP协议中，一次通信涉及到五元组，即：

源IP，源端口，目的IP，目的端口，协议类型；

1.4  协议分层

1.4.1 协议分层的优点

基于复杂的网络编程，如果协议过于复杂会导致学习成本、维护成本等都非常高，故而实际情况是复杂的大协议被拆分成若干个相对简单的小协议，令每个协议负责一部分功能，某些协议之间的功能与作用是类似的，故而针对小协议再进行分层，类似于代码中功能类似的类在同一包中；

① 如甲乙用汉语使用电话机打电话时，协议就被分为语言层汉语协议与通信设备层电话机协议，两个协议之间没有必须相互熟知底层原理的必要，类似于封装，降低了学习和维护的成本；

② 如甲乙现用英文或使用无线电话打电话，同时可以灵活地针对某一层协议进行替换；

1.4.2 协议分层的分类

当前互联网的协议分层主要有两种风格：

第一种： OSI 七层网络模型：实际不存在，教科书用于教学；

第二种： TCP/IP 五层（四层）网络模型：实际存在的，是OSI七层模型的简化版本；

物理层：约定网络通信中基础的硬件设备种类，如通信使用的网线、网口等等；

数据链路层：负责相邻两个结点如何进行传输；

网络层：负责路径的规划；

传输层：负责设备之间的数据传输，即端到端之间的传输，关注起点和终点；

应用层：描述应用程序如何使用数据，可以使用现有协议，也可由程序员自行编写，是程序员最需要关注的一点；

注：（1）主机是五层转发，路由器是三层转发（需解析出IP协议），交换机是二层转发（只需关注下一步发展到哪个相邻的设备上）；

（2）基于协议分层的网络数据传输的基础五元组：

（3）应用层协议往往是根据具体的场景与需要，由程序员自主决定的；

源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议类型；

1.4.3网络设备所在分层

1. 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，即TCP/IP的全5层；

2. 对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，即TCP/IP五层的下3层；

3. 对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，即TCP/IP五层的下2层；

4. 对于一台集线器，它只实现了物理层；

注：（1）交换机的作用是对路由器的端口进行拓展。

1.4.4 两台主机通过TCP/IP协议通讯过程

注：（1）通信双方的协议必须一致，否则通信无法正常进行；

（2）发送方进行封装，接收方进行分用；

1.5 封装与分用

1. 不同的协议层的数据报有不同的称谓：在传输层叫做段，在网络层叫做数据报，在链路层叫做帧；

2. 每层协议层增加或剥离的首部信息中包含了一些类似于首部长度、载荷长度以及上层协议名称等信息；

1.5.1 封装

应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部，称为封装：

1.5.2 分用

数据封装成帧后发送到传输介质上，到达目的主机后每层协议剥离相应首部，根据首部中的“上层协议字段”将数据交给对应的上层协议处理：