【JavaEE】——初始网络原理

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目录

一：局域网

1：概念

二：局域网的连接方式

1：网线直连

2：集线器组建

3：交换机组建

4：基于交换机和路由器组建

二：广域网

1：概念

2：交换机和路由器的区别（面试）

三：网络通信

1：IP地址

2：端口号

3：通信所用端口

四：协议

五：五元组

六：协议分层

1：概念

2：优点

3：TCP/IP五层网络协议

4：设备所在层级

七：封装（数据发送过程）

八：分用（数据接收过程）

九：经典交换机的封装分用

十：经典路由器的封装分用

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一：局域网

1：概念

局域网Local Area Network 简称LAN

局域网是本地，局部组建的一种私有网络

二：局域网的连接方式

1：网线直连

2：集线器组建

意识把一个网口扩展成多个，但扩展出来的多个网口彼此间会影响。而交换机则不会出现这种情况

3：交换机组建

交换机上所有的口都是一样的，连上的电脑就构成了局域网那个

4：基于交换机和路由器组建

路由器：就是我们常说的wifi、猫。上面有两种接口——WAN和LAN，

WAN口：WAN口接运营商给的网线

LAN口：构成局域网的电脑连到LAN口

路由器下面的LAN口还可以继续接交换机，（即对现有的路由器的端口进行扩展）交换机还能再接路由器，层层套娃

二：广域网

1：概念

广域网，Wide Area Network 简称WAN

通过路由器，把多个局域网连接起来，（可以理解成事几个局域网的集群），内部的局域网属于广域网的子网。

 

2：交换机和路由器的区别（面试）

路由器工作在网络层，交换机工作在数据链路层。

三：网络通信

1：IP地址

描述一个设备在网络上的位置，32位二进制数——由4个字节组成

用“点分十进制”方式表示——三个点分割开4个字节

2：端口号

描述主机上的每一个应用程序都有一个不同的整数端口号

主机收到网络数据之后，通过端口号来确定，把这段数据交给哪个应用程序使用。

3：通信所用端口

在一次网络通信过程中，涉及到的IP和端口，其实各有两个。

收件人地址——目的IP

收件人电话——目的端口

发件人地址——源IP

发件人电话——源端口

四：协议

通信过程中的一种约定，发送方和接收方提前约定好数据的格式，这样双方才能正确的沟通（就像电报，摩斯密码）

尽管双方的计算机不是同一个厂商生产的，但是在同一种协议下，两者能进行相互配合

五：五元组

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

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

4：目的端口号

标识目的主机中该次通信接收数据的进程

5：协议号

标识发送进程和接受进程双方约定的数据格式

六：协议分层

实际中，协议涉及到非常多的细节，庞大又复杂，不利于维护和更新。

于是我们就把协议进行了拆分——协议分层。

1：概念

上层协议会调用下层协议，下层协议给上层协议提供服务。只有相邻层次的协议可以沟通，不能跨层调用

2：优点

（1）上层协议直接使用下层协议，无需了解下层协议的细节

（2）某一层协议进行替换后，对其它层没有影响

（相当于下层协议内部怎么实现的，不用管，只要下层把协议封装好提供给上层一个接口就行了，好比我们写代码中调用函数的方法，只要达到目的就行，管你方法内部是怎样一个逻辑算法）

3：TCP/IP五层网络协议

（以下为通俗理解）OSI网络协议是大佬们搞出来的协议分层（共七层），但是实际开发中用不了那么多层，就简化成了五层也就是下图中的TCP/IP（这五层中，除了应用层，其它四层在计算机中都已经内置好了，作为程序员我们能影响到的就是应用层）

（1）应用层

传输的数据在应用程序中怎么使用        

（2）传输层

关注网络数据包的起点和终点，从哪里来要到哪里去，端和端之间的传输

（3）网络层/互联网层

关注起点和终点之间，走哪条路，传输路径的规划

（4）数据链路层/网卡层

负责两个相邻节点之间的传输细节

（5）物理层/硬件

通信过程中的基础设施，都是一些硬件啥的

4：设备所在层级

以下谈到的设备都是“经典”的，现实中的路由器和交换机功能更复杂和强大

主机：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的下四层

路由器：实现了网络层到物理层，TCP/IP的下三层（主要工作在网络层）

交换机：实现从数据链路层到物理层，TCP/IP的下两层（主要工作在数据链路层）

集线器：实现了物理层

七：封装（数据发送过程）

注：封装和分用时网络传输数据过程中，最核心的流程

数据传输常用的单词

假设现在应用A要给应用B发送数据，发送过程主要操作为A

1：应用层

在应用层，应用数据包会根据应用层数据协议进行构造，再由应用程序调用操作系统的API，把数据包发给传输层

2：传输层

传输层会把应用层发过来的数据包，再构造成一个传输层数据包，此处构造遵循的协议，主要就是：TCP和UDP

假设用UDP协议——UDP数据包=UDP报头（header）+载荷（payload）

UDP报头：承载一些关键的用来转发数据的信息，最重要的信息就是源端口和目的端口

添加报头的过程就是对数据包进行封装成API

3：网络层

网络层涉及到最核心的协议，IP协议

同样，网络层调用传输层封装好的API，拿到UDP数据包，在IP（主要）协议的基础山，对数据包添加上报头，构造成一个IP数据包。

IP报头：承载一些辅助转发的关键信息，最关键的信息就是源IP和目的IP了

4：数据链路层

数据链路层涉及到最核心的协议，以太网

注：以太网就是我们日常中见到的有线网络，用到的网线也叫做“以太网线”，用到的网口叫做“以太网口”，用到的交换机叫做“以太网交换机”

以太网数据帧：以IP数据包为一个整体，在头和尾分别加上以太网帧头和以太网帧尾

5：物理层

物理层拿到以太网数据帧之后，把二进制这样的数据，转化为光信号、电信号、电磁波等进行发送

八：分用（数据接收过程）

假设现在应用A要给应用B发送数据，接受过程主要操作为B

1：物理层

B的物理层接收到信号后，把信号转换为二进制数据，得到一个以太网数据帧，把这个帧交给数据链路层处理

2：数据链路层

数据链路层按照以太网的格式，来解析，去除载荷，再交给上层协议

3：网络层IP协议

按照IP协议的格式进行解析，取出载荷，再交给上层协议

4：传输层UDP协议

按照UDP协议格式来解析，取出载荷，再交给上层协议

 

5：应用层

按照应用层相应的应用协议解析数据

九：经典交换机的封装分用

 ①交换机，拿到信号，进行二进制解析后，把以太网数据帧交给数据链路层

②数据链路层 解析：一方面取出载荷部分，一方面解析帧头中的信息，这并添加新的帧头帧尾构造出新的以太网数据帧

③传输给物理层，物理层在发送出去

十：经典路由器的封装分用

比交换机多了一层协议

①物理层拿到信号，转化成二进制以太网数据包，发给数据链路层

②数据链路层，解析拿到载荷，发给网络层

③网络层根据IP协议解析报头，取出载荷，重新封装，发送给数据链路层

④数据链路层加上帧头帧尾，发送给物理层

⑤物理层把二进制数据包转换为信号发送出去