JavaEE 网络篇(1)

本文开始针对网络基础概念进行探讨

1.IP地址

IP地址是标识网络一台设备所在的位置——用于定位主机的网络地址

例如 陕西省 西安市 临潼区 西安科技大学

2.端口号

一台主机可能有多个程序，同时使用网络

端口号 是用来区分一台主机上不同程序的——用于定位主机上的进程

3.认识协议

当程序已经收到数据了，程序如何理解数据的含义？

网络协议——通信双方对于发送/接受 数据格式的约定

协议 最终体现为 网络上传输的数据包的格式

网络通信中，协议非常关键——多个主机认同并遵守同一套协议，此时通信才是有意义的

例如 国内同胞 可以互相交流通信，是因为遵守同一套协议——中国话

相反 我们和外国人 无法交流 协议不同——语言不同

4.五元组

• 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——标识目的主机该次通信接收数据的进程
• 协议类型——标识 发生进程和接收进程双方约定的数据格式

例如 

相当于  A从甲地 到乙地 找B

5.协议分层

由于网络通信非常复杂

如果设计一个协议，完成网络通信中方方面面的问题，势必会使这个协议非常复杂，非常庞大

使用要把一个庞大的协议——拆分成 若干个 功能单一的协议

为了方便管理进行归类分层

什么是协议分层？         相当于打电话时，定义不同的层次的协议：

5.1分层：

• 只有相邻两层协议之间可以进行交互
• 上层协议可以调用下层协议
• 下层协议可以给上层协议提供服务
• 协议之间的交互，不能跨层进行        

例如 跨级汇报是职场大忌

5.2封装

上层协议，不需要了解下层协议的细节

例如打电话的人 会说话就行了，不需要理解电话机的工作原理

5.3解耦

分层之后，灵活的替换其中某一层，对于整体的工作进程影响很小

真实的互联网，具体是怎么分层的呢？

OSI——七层网络模型

这一套分层的体系，只是存在于教科书上

由于体系太复杂了，实际真实的网络分层方式更简化——TCP/IP 五层(四层)协议模型

6.TCP/IP 五层(四层)协议模型（经典面试题）

网络层的传输是基于数据链路层的

网络层：你要把小纸条 传给教室里的同学A 

                先交给前排同学 告诉他 “传给A”

                前排同学再交给别人 告诉他“传给A”

数据链路层的传输是基于物理层的

你和你的同桌传纸条

物理层相当于在修路

网络=>物流系统                要想富，先修路

6.1例1        在淘宝买衣服，商家发货

商家站在传输层的角度，关心包裹从哪来，到哪去

把包裹交给快递小哥(物流公司)

物流公司，则要考虑好 包裹如何一步一步 到达我的手里

6.2例2 买一箱卫生纸

• 我只关心卫生纸到货之后 如何使用——应用层
• 卖家关心 收件人信息——传输层
• 物流公司关心 包裹通过哪些路径运输(所有露出)——网络层
• 快递小哥/货车司机考虑 相邻的节点(一小段路程)——数据链路层

注意： 有时候会把数据链路层 物理层看成一个整体 物理层与硬件设备直接相关

        所以读 TCP/IP 四层协议模型也是正确的

6.3经典面试题

真实情况的工作过程不太一样，真实的路由器交换机 功能更强大 更丰富

现在的交换机 很多都有路由器的功能

路由器也可以开启特殊模式(mesh) 可以实现“交换机”的效果

7.网络数据通信的基本流程

例如 我通过qq 给对方 发送hello

7.1应用程序获取到用户输入，构造一个应用层的数据包

这个应用层的数据包 就会遵守 应用层协议

应用层的数据包：一般是“结构化数据”（类似 c的结构体 有很多属性）

假设 此处的协议格式为：发送者qq号，接收者qq号，消息的时间，消息正文

7.2 应用程序调用 传输层 提供的接口(API) 把数据交给传输层

传输层拿到数据之后，构造出“传输层数据包”

传输层 协议主要是两个（此处以TCP为例）

• TCP
• UDP

TCP数据包=TCP报头(header) + TCP载荷(payload)

• TCP报头(header) ——TCP功能相关属性（包含源端口 目的端口）
• TCP载荷(payload)——应用层数据包

7.3传输层构造好数据之后，继续调用网络层的API，把传输层的数据包交给网络层

网络层继续进行处理

网络层最主要的协议——IP协议，IP协议继续对上述数据包继续加工=>拼上IP报头

IP数据包=IP报头+IP载荷

• IP载荷（整个传输层的数据包）
• IP报头也包含很多信息(源IP 目的IP)

IP协议/TCP协议 本身不关心载荷内容

协议类型，其实不只是一份数据，有很多层。

其中IP报头里就会记录当前的传输层使用的是哪个协议

传输层报头中，也会记录应用层使用哪个协议（准确来说是 数据交给哪个应用程序）

数据链路层报头也会记录，网络层使用哪个协议

7.4IP协议继续调用 数据链路层的API，把IP数据包交给数据链路层

数据链路层中，核心协议，“以太网”

以太网这个协议，也会在网络层数据包的基础上进一步加工

以太网数据帧=帧头+载荷+帧尾

7.5以太网继续把这样的数据交给硬件设备(网卡)

网卡会把上述二进制数据，最终以光信号/电信号/电磁波信号 传播出去了

此时数据终于出门了

从上层到下层，数据都要进一步加工(添加报头) 封装

接受方法是从下到上依次解析，分用 ——封装的逆过程

7.6相关术语

谈到网络传输的“基本数据单位” 涉及到多个术语

网络数据包/帧/报/段

• 段（segment）——TCP用的
• 报（Datagram）——UDP用的
• 包（packet）——IP用的
• 帧（frame）——数据链路层 以太网数据帧

7.6图示流程

7.6.1数据封装过程

7.6.2数据分用的过程