【JavaEE】-- 网络原理

文章目录

1. 网络发展史
- 1.1 广域网
- 1.2 局域网
2. 网络通信基础
- 2.1 IP地址
- 2.2 端口号
- 2.3 认识协议
- 2.4 五元组
- 2.5 协议分层
- - 2.5.1 分层的作用
  - 2.5.2 OSI七层模型（教科书）
  - 2.5.3 TCP/IP五层（或四层）模型（工业中常用，行业中常说）
- 2.6 封装和分用

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1. 网络发展史

1.1 广域网

广域网，即WideArea 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。
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如果有北、中、南等分公司，甚至海外分公司，把这些分公司以专线方式连接起来，即称为“广域网”。如果属于全球化的公共型广域网，则称为互联网（又称公网，外网），属于广域网的一个子集。有时在不严格的环境下说的广域网，其实是指互联网。所谓“局域网”和"广域网”只是一个相对的概念。比如，我们有"天朝特色”的广域网，也可以看做一个比较大的局域网。

1.2 局域网

局域网，即LocalAreaNetwork，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。

局域网组建网络的方式有很多种：

基于网线直连
基于集线器组建
基于交换机组建

可以实现对所有计算机设备的数据转发，在内网中实现组网，主要用在公司内部。
基于交换机和路由器组建

通过路由可以连接互联网（广域网），获取一个公网IP。

在公司和家庭中很常见，路由器下面可以连接多个交换机。

路由：可以理解为一个地方到另一个地方的路径。但是路径有多条，有路程最短的、用时最短的、最通畅的、成本最低的。例如：从北京到上海的快递可能有多种路线，路由器类似“中转站”负责选择最快或最经济的路径。

2. 网络通信基础

2.1 IP地址

概念： 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，也就是相当于一个整形的大小，42亿左右），如：01100100.00000100.00000101.00000110。
我们把这种表示称为IPv4，但是，随着网络设备越来越多，42亿个IP就不够了，升级成了IPv6。
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。

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2.2 端口号

概念： 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。

如果是服务提供方就需要一个确定的端口号（比如MySQL服务端的端口号默认是3306），如果是客户端的话系统会随机分配一个端口号。1 ~ 1024是知名端口号，比较有名的程序已经占用了的端口号，比如web程序用的80，FTP用的21。1025 ~ 65535这个范围内可以随便指定，原则就是一台主机上的端口号不能在不同的网络程序之间冲突。

**问题：**有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯一的一个进程，但还存在一个问题，网络通信是基于二进制0/1数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样的呢？网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，如发送一个文本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？
基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

2.3 认识协议

概念： 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。协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

2.4 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

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可以在cmd中，输入netstat -ano查看网络数据传输中的五元组信息：

2.5 协议分层

2.5.1 分层的作用

分层最大的好处，类似于面向接口编程：定义好两层间的接口规范，让双方遵循这个规范来对接。在代码中，类似于定义好一个接口，一方为接口的实现类（提供方，提供服务），一方为接口的使用类（使用方，使用服务）：

对于使用方来说，并不关心提供方是如何实现的，只需要使用接口即可。
对于提供方来说，利用封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接口即可。

2.5.2 OSI七层模型（教科书）

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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。

2.5.3 TCP/IP五层（或四层）模型（工业中常用，行业中常说）

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。

TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

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1. 应用层： 和用户打交道，接收与展示用户的数据，比如手法快递的过程中，只关注物品本身。
2. 传输层： 完成端到端的传输的准备，也就是说确定收发主机的地址和端口号，比如确认快递的收件人和发件人的地址和电话。
3. 网络层： 规划出端到端之间的网络路径，路径中可能会包含中间经过其他的网络设备，比如快递运输过程中可能经过的加油站。
4. 数据链路层： 完成点到点之间的传输，每个网络设备之间的传输。

5. 物理层： 把真实的BIT数据流通过转换成光电信号在传输介质中传输（网线：电信号；光纤：光信号）。

其中四层是指不包含物理层。

2.6 封装和分用

封装是指在发送方对数据进行的处理。
分用是指在接收方对数据进行的处理。

下面就以qq发送消息与接收消息的场景为例：
1. 应用层
这一层是由应用程序来实现的，此时对应的就是QQ这个应用程序，应用层主要是确定消息体的内容。

比如现在用户A要给用户B发送一个"hello"。下面一个问题就是如何进行数据的组织与解析，这个协议一般是在设计阶段就要完成的任务（协议的任务只有程序员知道），现在我们假设协议是：发送方QQ;接收方QQ;发送的内容

那么，我们按照协议规定组织好的数据就是：123456;654321;hello
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组织好之后，就可以调用系统的API(socket api)进行发送操作，从而信息的处理方移交给下一层。

2. 传输层

传输层众多协议中最典型的两种协议是：TCP协议、UDP协议。我们假设使用TCP协议：

此时我们就接收到消息体，我们把这个消息体称为载荷
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此时会在传输层根据TCP协议加上一个在载荷头部加上一个TCP头，该TCP头主要确定源端口号和目标端口号，该操作由操作洗头膏完成们可以知道哪个程序使用了哪个端口号。

3. 网络层
该层会规划出端到端之间的网络路径。

此时当前载荷就变成了：
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该层会根据IP协议在该载荷头部加一个IP头，该IP头主要确定了元IP地址与目标IP地址，此时就可以确认消息要发送给哪台主机的哪个进程。
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如何获取接收方的IP地址与端口号？
我们在使用QQ时都是需要登录的，登陆的时候等于向QQ服务器发送了一个请求，然后QQ服务器给了有一个响应，此时QQ服务器就会记录登陆方的信息类似于key value的形式，比如：（key:QQ123456, value:IP:端口号）。用户A和用户B在进行信息传输的时候并不是两台网络设备直接进行传输的，而是发送方会把信息发送到QQ服务器，服务器根据自己维护的登录用户以及对应的IP地址，找到接收方的IP，再把消息转发给接收方。