java初识网络

 

 1.网络通信原理与协议分层

 

- 数据封装与传输：从应用层到物理层，数据经历层层封装。以发送“hello”消息为例，应用层将其构造成应用层数据包，如包含发送者用户id、接收者用户id、消息发送时间、消息正文（如“1234,5678,2025 - 04 - 13 11:06:00,hello;” ）。传输层（以UDP为例）在应用层数据包基础上添加UDP报头，形成UDP数据包。网络层添加IP报头，数据链路层添加以太网帧头和帧尾 ，最终在物理层将数据转换为光信号/电信号/电磁波传输 。接收方则是相反的解封装过程，从物理层接收到信号，逐层解析，提取出原始信息。

- 协议分层作用：网络协议分层是为了简化复杂问题。分层后每个协议只负责单一功能，比如应用层负责处理应用相关逻辑，传输层负责端到端的数据传输（如TCP保证可靠传输、UDP面向无连接快速传输 ），网络层负责路径规划（IP协议 ），数据链路层负责相邻节点通信，物理层负责信号传输。各层之间通过接口调用，上层调用下层服务，下层为上层提供支持，实现解耦，便于协议的替换和扩展。

- 五元组：进行一次通信需要源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议类型这五个关键信息，类似于现实中寄快递需要发件人地址（源IP）、发件人电话（源端口）、收件人地址（目的IP）、收件人电话（目的端口）以及选择的快递公司（协议类型） 。

 

2.网络发展历程

 

- 早期通信与互联网起源：早期通信有有线电报、无线电等方式。互联网起源于上个世纪七十年代左右，最初是为应对冷战时期核战争威胁，设计具有冗余路径的通信网络，确保在部分节点受损时仍能通信 。

- 国内计算机与互联网发展：2000年左右国内计算机开始大规模出现，当时多为单机类游戏，如极品飞车、模拟人生等。2003年左右网吧兴起，出现局域网对战游戏，如星际争霸、流星蝴蝶剑、魔兽争霸、CS等 。后来随着网络发展，出现网游，如传奇是网游开山之作，盛大在当时是知名游戏公司，腾讯也在游戏领域不断发展，推出CF、QQ飞车、DNF、LOL等游戏 。2007年乔布斯发布苹果手机，开启移动互联网时代，2011年左右iPhone 4发布，Android系统崛起，带动移动应用发展，程序员薪资也随着移动开发需求增加而提高 。

 

3.网络编程相关

 

- 网络编程基础：网络编程旨在实现跨主机通信，主要关注传输层提供的API，即socket api（套接字 ）。socket最初指主板上用于网络通信的特殊组件，现在是网络编程中抽象的接口。传输层的TCP和UDP协议提供了不同的socket api 。

- TCP与UDP协议

- TCP协议：有连接、可靠传输、面向字节流、全双工。建立连接类似结婚领证，通信双方保存对方关键信息，能保证数据尽可能被对方收到，适用于对数据准确性要求高的场景，如文件传输、网页浏览等 。

- UDP协议：无连接、不可靠传输、面向数据报、全双工。发送数据后不保证对方收到，适用于对实时性要求高、能容忍少量丢包的场景，如视频直播、在线游戏等 。

 

4.网络设备与分层对应

 

- 物理层设备：包括网线、光纤、天线等，是网络通信依赖的硬件设施，与通信专业关联较大 。

- 数据链路层：负责相邻节点通信，常见协议如以太网协议，通过网线、光纤等直接相连的设备在该层通信 。

- 网络层：负责任意两个节点间的路径规划，路由器是该层重要设备，通过IP协议确定数据传输路径 。

- 传输层：关注传输的起点和终点，不关心中间过程，常见协议TCP和UDP 。

- 应用层：数据如何使用由程序员决定，涉及各种应用层协议，如HTTP、SMTP等 。

 

5.网络编程基础概念

 

- 网络通信数据单位

- 段（segment） ：是TCP协议传输数据的基本单位 。在TCP通信中，数据会被分割成若干段进行传输，接收方再按顺序重组这些段以还原数据。

- 报（datagram） ：对应UDP协议 。UDP以数据报的形式发送数据，每个数据报相对独立，发送后不保证对方一定能收到。

- 包（packet） ：IP协议使用 。IP协议负责将数据报或段封装成包，进行网络层的传输，通过IP地址寻找路径。

- 帧（frame） ：数据链路层的协议数据单元 。在数据链路层，会将网络层传来的包封装成帧，添加帧头和帧尾信息，以便在相邻节点间传输。

- Socket API ：传输层提供的网络通信API，称为socket api（网络编程套接字） 。其名称源于主板上用于网络通信的特殊组件，通过这个接口，应用层程序能调用系统功能，把数据交给传输层进行网络传输。

 

6.TCP协议特点

 

- 有连接 ：通信前需通过三次握手建立虚拟、抽象的连接，就像结婚领证确定双方关系，双方保存对方关键信息，通信结束后通过四次挥手释放连接 。

- 可靠传输 ：通过确认应答、重传机制等应对丢包问题，尽力保证数据按序、完整到达对端 。比如发送方发送数据后，等待接收方确认，没收到确认就重发。

- 面向字节流 ：把数据当作字节流处理，读写基本单位是字节，类似文件操作按字节读写 。

- 全双工 ：通信双方可同时在两个方向上进行数据传输，有两个独立信道 。

 

7.UDP协议特点

 

- 无连接 ：通信前无需建立连接，直接发送数据报，就像直接寄信，不事先确认对方是否准备好接收 。

- 不可靠传输 ：发送数据后不保证数据能到达对端，也不保证顺序，对丢包不处理 。

- 面向数据报 ：读写数据以数据报为基本单位，每个数据报是独立的结构化数据 。

- 全双工 ：和TCP一样，通信双方可同时双向通信 。