网络初识（JAVA EE）

一、网络发展史

1. 独立模式：计算机之间相互独立，每个终端都各自持有客户数据，且当处理一个业务时，按照业务流程进行

2. 网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享，数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，也称为网络通信

   • 原理：随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成业务，就有了网络互连。

   • 分类：根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网

   （1）局域网 LAN

   • 概念
     • 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
   • 组建网络的方式

（2）广域网 WAN

• 概念
  • 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
  • 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。一个广域网也可以看做一个比较大的局域网

二、网络通信基础

网络互连的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，更具体一点，是网络主机中的不同进程间，基于网络传输数据。此时我们就需要明白数据间是如何传输的

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。

• 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），如：01100100.00000100.00000101.00000110

  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

• 特殊IP
  127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1

  本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信

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，可以区分一个主机上不同的应用程序

  • 一个网络程序在启动的时候，都需要绑定一个或多个端口号，后续的通信过程都需要依赖端口来展开。mysql 默认绑定的端口号是3306
  • 一个进程启动后，系统会随机分配一个端口（启动端口）

• 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

• 注意事项
  两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，进程绑定一个端口号后，fork一个子进程，可以实现多个进程绑定一个端口号

3. 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。通常由三要素组成：
  1. 语法：数据与控制信息的结构或格式
  2. 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
  3. 时序：事件实现顺序的详细说明，什么时候开始任务，先干什么，采用同步传输还是异步传输
• 协议最终体现为在网络上传输的数据包的格式
• 作用：相当于是提前的约定，让大家都按同样的标准来执行任务。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 这样的信息。要想传递各种不同的信息，就需要约定好双方的数据格式
• 知名协议的默认端口
  • 系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号，这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：
    • 22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议
      21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议
      23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议
      80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议
      443端口：预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议
    • 以上只是说明 0 ~ 1023 范围的知名端口号用于绑定知名协议，但某个服务器也可以使用其他 1024 ~ 65535 范围内的端口来绑定知名协议

4. 五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：

1. 源IP：标识源主机 ------------ 寄件人地址
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 ------------ 收件人地址
4. 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程 ------------ 收件人/寄件人
5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式 ------------ 顺丰快递

可以在cmd中，输入 netstat -ano 查看网络数据传输中的五元组信息，如果需要过滤（一般是通过端口号或进程PID过滤），可以使用 netstat -ano | findstr 过滤字符串

三、协议分层

1. 原理

1. 网络通信会涉及到一系列非常繁琐且细节的工作，如果靠一个协议解决所有问题，这个协议会非常复杂和庞大，因此需要对协议进行拆分，拆分出来的协议太多，需要再进行分类和分层
   • 上层协议调用下层协议，下层协议给上层提供服务支持。给这些协议搞了明确的层级关系，避免了跨层级调用引起的混乱。同时这类似于面向接口编程，上层不关心下层实现的细节。

2. 方式

协议分层主要有两种方式：OSI七层网络模型，TCP/IP五层网络模型。其中OSI过于复杂，并不实用。

（1） TCP / IP五层网络模型
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。

• 应用层：负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。我们的网络编程主要就是针对应用层和传输层。
• 传输层：负责两台主机之间的数据传输（数据从哪出发，到哪结束，只关注起点和终点，不关注中间过程）。如传输控制协议 (TCP)，能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机。
• 网络层：负责地址管理和路由选择（路径规划）。例如在IP协议中，通过IP地址来标识一台主机，并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路（路由）。路由器（Router）工作在网路层。
• 数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别（相邻节点之间数据如何传输）。例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作。有以太网、令牌环网，无线LAN等标准。交换机（Switch）工作在数据链路层。
• 物理层：负责光/电信号的传递方式，描述了网络通信中一些基础设施需要遵守的规范。比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤，现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。集线器（Hub）工作在物理层。

物理层我们考虑的比较少。因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型（算物理层就是五层，不算就是四层）

（2） 网络设备所在分层

• 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，也即是TCP/IP五层模型的下四层；
• 对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；
• 对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；
• 对于集线器，它只实现了物理层；

注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为二层交换机（工作在TCP/IP五层模型的下两层）、三层路由器（工作在TCP/IP五层模型的下三层）。随着技术的发展，已经逐渐出现了更发达的路由器/交换机

3. 网络分层对应

四、封装和分用

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在网络层叫做数据报(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。
• 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(header)，称为封装(Encapsulation)。
• 首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，上层协议是什么等信息。
• 数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，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